Az optikai hálózat egy olyan technológia, amely fényt használ az adatok továbbítására az eszközök között. Nagy sávszélességet és alacsony késleltetést kínál, és hosszú évek óta a de facto szabvány a távolsági adatkommunikációban. Az optikai szálat a legtöbb távolsági hang- és adatkommunikációhoz használják világszerte.
Az optikai hálózatépítés azért fontos, mert nagy sebességű adatátvitelt tesz lehetővé nagy távolságokon. Az optikai hálózat például biztosítja, hogy a New York-i felhasználók olyan gyorsan hozzáférjenek a nairobi szerverekhez, ahogy azt a fizika törvényei lehetővé teszik.
Az optikai hálózatok mögött meghúzódó technológia a teljes belső visszaverődés elvén alapul. Amikor a fény egy közeg, például optikai kábel felületét éri, a fény egy része visszaverődik a felületről. A fény visszaverődési szöge a közeg tulajdonságaitól és a beesési szögtől (az a szög, amelyben a fény a felületet éri) függ.
Ha a beesési szög nagyobb, mint a kritikus szög, akkor minden fény visszaverődik; ezt teljes belső reflexiónak nevezzük. A teljes belső visszaverődés felhasználható optikai szálak készítésére, egyfajta üveg vagy műanyag, amely a fényt a hosszában vezeti.
Ahogy a fény áthalad a szálon, többszörös teljes belső visszaverődésen megy keresztül, aminek következtében visszaverődik a szál faláról. Ez a visszapattanó hatás azt okozza, hogy a fény cikkcakk mintázatban halad le a szál hosszában.
A szál tulajdonságainak gondos ellenőrzésével a mérnökök szabályozhatják, hogy mennyi fény verődjön vissza, és milyen messzire utazzon el, mielőtt ismét visszaverődik. Ez lehetővé tette számukra, hogy olyan optikai szálakat tervezzenek, amelyek képesek nagy távolságra adatokat továbbítani anélkül, hogy bármilyen információ elveszne.
Az optikai hálózatok több összetevőből állnak: optikai szálak, adó-vevők, erősítők, multiplexerek és optikai kapcsolók.
Optikai szál
Az optikai szál az a közeg, amely az optikai jelet hordozza. Különféle anyagokból áll, többek között:
①Mag: A fényt hordozó középpont.
②Clad: Olyan anyag, amely körülveszi a magot, és segít megtartani az optikai jelet.
③ Pufferbevonat: Olyan anyag, amely megvédi az optikai szálat a sérülésektől.
A mag és a burkolat általában üvegből, míg a pufferbevonat általában műanyagból készül.
Adó-vevő
Az adó-vevők olyan eszközök, amelyek elektromos jeleket optikai jelekké alakítanak át, és fordítva, általában a kapcsolat utolsó mérföldjén valósítják meg. Ez az interfész az optikai hálózat és az azt használó elektronikus eszközök, például számítógépek és útválasztók között.
Erősítő
Ahogy a neve is sugallja, az erősítő egy olyan eszköz, amely felerősíti a fényjeleket, így nagy távolságokat tehet meg anélkül, hogy elveszítené erejét. A jel erősítése érdekében rendszeres időközönként erősítőket helyeznek el a szál mentén.
Multiplexer
A multiplexer csak egy olyan eszköz, amely több jelet vesz és egyetlen jellé egyesíti. Ez úgy történik, hogy minden jelhez különböző hullámhosszú fényt rendelnek, ami lehetővé teszi, hogy a multiplexer több jelet küldjön egyidejűleg egyetlen szál mentén interferencia nélkül.
Fénykapcsoló
Az optikai kapcsoló olyan eszköz, amely az optikai jeleket egyik szálról a másikra irányítja. Az optikai kapcsolók az optikai hálózatok forgalmának szabályozására szolgálnak, és jellemzően nagy kapacitású hálózatokban használatosak.
Az optikai hálózatok története
Az optikai hálózatok története az 1790-es években kezdődött, amikor Claude Chappe francia feltaláló feltalálta az optikai jeltávírót, az optikai kommunikációs rendszer egyik legkorábbi példáját.
Csaknem egy évszázaddal később, 1880-ban Alexander Graham Bell szabadalmaztatta az elektro-optikai telefont, egy optikai telefonrendszert. Míg a Photophone úttörő volt, Bell korábbi találmánya a telefon sokkal praktikusabb volt, és kézzelfogható formát öltött. Ezért a Photophone soha nem hagyta el a kísérleti szakaszt.
Az 1920-as évekig John Logie Baird Angliában és Clarence W. Hansell csak azt az ötletet szabadalmaztatta, hogy egy sor üreges csövet vagy átlátszó rudat használnak a képek televízió- vagy faxrendszerekbe történő továbbítására.
1954-ben Abraham Van Heel holland tudós és Harold H. Hopkins brit tudós tudományos közleményeket publikált a traktográfiáról. Hopkins a burkolatlan szálakra összpontosított, míg a Van Heel csak az egyszerű burkolt szálkötegekre összpontosított – egy átlátszó burkolatra, alacsonyabb törésmutatóval a csupasz szál körül.
Ez megvédi a szál visszaverő felületét a külső deformációktól, és jelentősen csökkenti a szálak közötti interferenciát. A képalkotó sugarak fejlesztése fontos lépés volt az optikai szálak fejlesztésében. A szál felületének védelme a külső interferencia ellen lehetővé teszi az optikai jelek pontosabb átvitelét a szálon keresztül.
1960-ra az üveggel bevont szálak vesztesége körülbelül 1 decibel (dB) volt méterenként, ami alkalmas volt orvosi képalkotásra, de túl magas a kommunikációhoz. 1961-ben Elias Snitzer, az Optical Company of America közzétett egy elméleti leírást egy olyan apró maggal rendelkező optikai szálról, amely egyetlen hullámvezető üzemmódon keresztül képes továbbítani a fényt.
1964-ben Dr. Kao 10 vagy 20 dB/km fényveszteséget javasolt. Ez a szabvány segít a távközlési rendszerek hatótávolságának és megbízhatóságának növelésében. A veszteségarányokkal kapcsolatos munkája mellett Dr. Gao bebizonyította, hogy tisztább üvegre van szükség a fényveszteség csökkentése érdekében.
1970 nyarán a Corning Glass Works kutatóinak egy csoportja egy új anyaggal, az olvasztott szilícium-dioxiddal kezdett kísérletezni. Ez az anyag rendkívül nagy tisztaságáról, magas olvadáspontjáról és alacsony törésmutatójáról ismert.
A Robert Maurerből, Donald Keckből és Peter Schultzból álló csapat hamarosan rájött, hogy az olvasztott szilícium-dioxidból új típusú vezetéket lehet készíteni, amelyet "optikai hullámvezető szálnak" neveznek. Ez az optikai vezeték 65-szer több információt képes szállítani, mint a hagyományos rézhuzal. Továbbá az információ továbbítására használt fényhullámok akár ezer mérföldes távolságban is dekódolhatók.
Ez a találmány forradalmasította a távolsági kommunikációt, és megnyitotta az utat a mai száloptikai technológia előtt. A csapat megoldotta a Dr. Gao által meghatározott decibelveszteség problémáját, és 1973-ban John MacChesney a Bell Laboratories-tól javította a szálgyártás kémiai gőzleválasztási folyamatát. Ennek eredményeként lehetővé vált az optikai kábelek kereskedelmi gyártása.
1977 áprilisában a General Telephone and Electronics Co. először használta az optikai hálózatot valós idejű telefonkommunikációra a kaliforniai Long Beach-ben. 1977 májusában a Bell Labs hamarosan követte a példát, és egy 1,5 mérföldes optikai telefonkommunikációs rendszert épített ki Chicago belvárosában. Minden szálpár 672 hangcsatornát tud továbbítani, ami egy DS3 áramkörnek felel meg.
Az 1980-as évek elején a száloptikai kommunikáció második generációját kereskedelmi használatra tervezték, 13-mikronos InGaAsP félvezető lézerrel. Ezek a rendszerek 1987-ben 1,7 Gbps-os bitsebességgel működtek, az átjátszók pedig 50 kilométeres távolságra voltak egymástól.
A harmadik generációs száloptikai hálózatokban használt rendszerek 1,55 mikron átmérővel működnek, és kilométerenként körülbelül 0,2 dB veszteséggel bírnak.
A negyedik generációs üvegszálas kommunikációs rendszerek optikai erősítésre támaszkodnak a szükséges átjátszók számának csökkentése érdekében, és hullámhosszosztásos multiplexelésen (WDM) az adatkapacitás növelése érdekében.
2006-ban egy 160-kilométeres vonalon 14 terbit (Tb) másodpercenkénti bitsebességet értek el optikai erősítők segítségével. 2021-re a japán tudósok 319 Tb/s sebességet tudnak továbbítani 3,000 kilométeren keresztül egy négyeres optikai kábel segítségével.
Míg ezek a negyedik generációs üvegszálas kommunikációs rendszerek jóval nagyobb kapacitással rendelkeznek, mint az előző generációk, az alapelv ugyanaz: az elektromos jeleket optikai impulzusokká alakítani, száloptikán keresztül továbbítani, majd a vevőnél visszaalakítani elektromos jelekké. vége.
Az egyes generációk alkatrészei azonban kisebbek, megbízhatóbbak és olcsóbbak lettek. Ennek eredményeként az üvegszálas kommunikáció egyre fontosabb részévé vált globális távközlési infrastruktúránknak.
Az optikai hálózatok legfontosabb trendjei
Koncentráljon a hálózat szélére
Az optikai hálózat széle az a hely, ahol a forgalom be- és kifelé áramlik. A felhőalapú alkalmazások igényeinek kielégítése érdekében az optikai hálózatok egyre közelebb kerülnek a végfelhasználókhoz. Ez alacsonyabb késleltetést és egyenletesebb teljesítményt tesz lehetővé.
Réteg titkosítás
A számítógépes támadások gyakoribbá válásával a folyamatban lévő adatvédelem továbbra is komoly aggodalomra ad okot. A SASE (Secure Access Service Edge), a felhőalapú biztonsági szolgáltatások szolgáltatásvégpontokon történő használata az utóbbi időben elterjedt. A végpontvédelem szükségtelenné teheti a csatlakoztatott hálózatok biztonsági ellenőrzését.
Ez ugyan nem szünteti meg a titkosítás szükségességét, de megvédi az érzékeny adatokat és alkalmazásokat. Egyetlen biztonsági ellenőrzés nélkül az 1. réteg védelem egyre bonyolultabbá válik.
Erőforrásainkat jobban megvédhetjük az irányítási, kezelési és felhasználói forgalom titkosításával. Ez szinte lehetetlenné teszi a hackerek számára, hogy betörjenek a rendszerbe, ami jelentősen csökkenti a sikeres kibertámadás esélyét. Ahogy a vállalkozások egyre inkább függenek az adatoktól és a csatlakozástól, a robusztus biztonsági megoldások egyre nyilvánvalóbbá válnak.
Nyissa meg az Optikai hálózatot
A nyílt optikai hálózat olyan optikai hálózat, amely szabványos, nyílt interfészeket használ, hogy lehetővé tegye a különböző gyártók berendezéseinek integrálását. Ez több választási lehetőséget és rugalmasságot biztosít az optikai hálózati összetevők számára. Ezenkívül megkönnyíti az új funkciók és szolgáltatások hozzáadását, amint azok elérhetővé válnak.
A spektrumszolgáltatások növekedése
Ahogy az adatforgalom folyamatosan növekszik, úgy nő a nagyobb sávszélesség és kapacitás iránti igény is. A spektrális szolgáltatások ezt úgy biztosítják, hogy spektrumot használnak a meglévő száloptikai hálózatok kapacitásának növelésére. Ezek a szolgáltatások egyre népszerűbbek, mert költséghatékony megoldást kínálnak a növekvő adatigények kielégítésére.
Több kültéri bevetés
A nagyobb sávszélesség és kapacitás iránti kereslet növekedésével egyre gyakoribbak az utcai szekrényekben való kültéri telepítések. A kültéri szál közvetlenül az ügyfél helyére futhat, közvetlenebb kapcsolatot és alacsonyabb késleltetést biztosítva.
Kompakt és modulátor
Ahogy az optikai hálózatok tovább fejlődnek, egyre nyilvánvalóbbá válik a kisebb, kompaktabb alkatrészek iránti igény. Ennek az az oka, hogy az adatközponti környezetben gyakran korlátozott a hely. A kompakt moduláris optika helytakarékos megközelítést kínál, miközben nagy teljesítményt nyújt.
Az optikai hálózatok jövője
Intelligens optikai hálózat
Az intelligens optikai hálózatok olyan optikai hálózatok, amelyek mesterséges intelligenciát (AI) használnak a teljesítmény optimalizálására. A mesterséges intelligencia felhasználható a hálózat problémáinak automatikus azonosítására és kijavítására. Ez hatékonyabb és megbízhatóbb hálózatot tesz lehetővé.
Ezenkívül az AI felhasználható a jövőbeli forgalmi minták és igények előrejelzésére. Ez az információ felhasználható a kapacitás előzetes biztosítására, biztosítva, hogy a hálózat megfeleljen a jövőbeli igényeknek.
Rugalmas grid architektúra
A rugalmas hálós architektúrák egyre népszerűbbek, mert módot nyújtanak a meglévő szálak kapacitásának növelésére. A rugalmas rács lehetővé teszi a különböző hullámhosszú fény multiplexelését egyetlen szálon. Ez lehetővé teszi több adat átvitelét az egyes szálakon, növelve a hálózati kapacitást.
Igény szerinti hullámhosszosztásos multiplexelés
A hullámhosszosztásos multiplexelés olyan technika, amely lehetővé teszi több hullámhosszú fény továbbítását egyetlen szálon. Az on-demand WDM egy olyan típusú WDM, amely igény szerinti kapacitást tesz lehetővé. Ez azt jelenti, hogy a kapacitás szükség szerint növelhető új szál telepítése nélkül.
Optikai hálózatok az egyre digitálisabbá váló világban
Az optikai hálózatok hosszú utat tettek meg viszonylag rövid története során. Szerény kezdetektől fogva ma már számos nagy hálózati infrastruktúra elengedhetetlen része. Ez az internet kulcsfontosságú pillére, amely forradalmasítja a kommunikációt, és bevezeti a példátlan technológiai fejlődés korszakát.
Ahogy az olyan trendek érnek, mint az 5G, úgy tűnik, hogy az optikai hálózatok továbbra is fontos szerepet játszanak egyre inkább digitalizálódó világunkban.
