Optično mreženje je tehnologija, ki uporablja svetlobo za prenos podatkov med napravami. Ponuja visoko pasovno širino in nizko zakasnitev ter je že vrsto let de facto standard za podatkovne komunikacije na dolge razdalje. Optična vlakna se uporabljajo za večino glasovnih in podatkovnih komunikacij na dolge razdalje po vsem svetu.
Optično omrežje je pomembno, ker omogoča hiter prenos podatkov na velike razdalje. Na primer, optično omrežje zagotavlja, da lahko uporabniki v New Yorku dostopajo do strežnikov v Nairobiju tako hitro, kot to dovoljujejo zakoni fizike.
Tehnologija za optično omrežje temelji na principu popolnega notranjega odboja. Ko svetloba zadene površino medija, kot je optični kabel, del svetlobe odbije površina. Kot, pod katerim se svetloba odbija, je odvisen od lastnosti medija in vpadnega kota (kot, pod katerim svetloba pade na površino).
Če je vpadni kot večji od kritičnega kota, se vsa svetloba odbije; temu pravimo popolni notranji odboj. Popolni notranji odboj se lahko uporabi za izdelavo optičnih vlaken, vrste stekla ali plastike, ki usmerja svetlobo po svoji dolžini.
Ko svetloba potuje skozi vlakno, je podvržena večkratnim popolnim notranjim odbojem, zaradi česar se odbije od stene vlakna. Ta učinek odbijanja povzroči, da svetloba potuje po dolžini vlakna v cikcakastem vzorcu.
S skrbnim nadzorom lastnosti vlaken lahko inženirji nadzorujejo, koliko svetlobe se odbije in kako daleč potuje, preden se ponovno odbije. To jim je omogočilo oblikovanje optičnih vlaken, ki bi lahko prenašala podatke na velike razdalje brez izgube informacij.
Optična omrežja so sestavljena iz več komponent: optičnih vlaken, oddajnikov, ojačevalnikov, multiplekserjev in optičnih stikal.
Optična vlakna
Optična vlakna so medij, ki prenaša optični signal. Sestavljen je iz različnih materialov, vključno z:
①Jedro: Središče, ki prenaša svetlobo.
②Obleka: Material, ki obdaja jedro in pomaga zadržati optični signal.
③Buffer premaz: material, ki ščiti optično vlakno pred poškodbami.
Jedro in obloga sta običajno iz stekla, vmesna prevleka pa iz plastike.
Transiver
Sprejemno-sprejemniki so naprave, ki pretvarjajo električne signale v optične signale in obratno, običajno nameščene v zadnjem kilometru povezave. Je vmesnik med optičnim omrežjem in elektronskimi napravami, ki ga uporabljajo, kot so računalniki in usmerjevalniki.
Ojačevalnik
Kot že ime pove, je ojačevalnik naprava, ki ojača svetlobne signale, da lahko potujejo na dolge razdalje, ne da bi pri tem izgubili moč. Ojačevalniki so nameščeni vzdolž vlakna v rednih intervalih, da povečajo signal.
Multiplekser
Multiplekser je le naprava, ki sprejme več signalov in jih združi v en sam signal. To se naredi tako, da se vsakemu signalu dodeli drugačna valovna dolžina svetlobe, kar omogoča multiplekserju, da pošlje več signalov hkrati po enem vlaknu brez motenj.
Stikalo za luči
Optično stikalo je naprava, ki usmerja optične signale iz enega vlakna v drugega. Optična stikala se uporabljajo za nadzor prometa v optičnih omrežjih in se običajno uporabljajo v omrežjih z visoko zmogljivostjo.
Zgodovina optičnih omrežij
Zgodovina optičnih omrežij se je začela v 1790-ih, ko je francoski izumitelj Claude Chappe izumil optični signalni telegraf, enega najzgodnejših primerov optičnega komunikacijskega sistema.
Skoraj stoletje pozneje, leta 1880, je Alexander Graham Bell patentiral elektro-optični telefon, optični telefonski sistem. Medtem ko je bil fotofon prelomen, je bil Bellov prejšnji izum telefona bolj praktičen in je dobil oprijemljivo obliko. Zato Photophone nikoli ni zapustil eksperimentalne faze.
Do leta 1920 sta John Logie Baird v Angliji in Clarence W. Hansell le patentirala zamisel o uporabi niza votlih cevi ali prozornih palic za prenos slik za televizijske ali faks sisteme.
Leta 1954 sta nizozemski znanstvenik Abraham Van Heel in britanski znanstvenik Harold H. Hopkins vsak objavila znanstvena dela o traktografiji. Hopkins se je osredotočil na neobložena vlakna, medtem ko se je Van Heel osredotočil le na preproste obložene snope vlaken – prozorno oblogo z nižjim lomnim indeksom okoli golega vlakna.
To ščiti odsevno površino vlaken pred zunanjimi deformacijami in bistveno zmanjša interferenco med vlakni. Razvoj slikovnih žarkov je bil pomemben korak v razvoju optičnih vlaken. Zaščita površine vlakna pred zunanjimi motnjami omogoča natančnejši prenos optičnih signalov skozi vlakno.
Do leta 1960 so imela steklena vlakna izgube približno 1 decibel (dB) na meter, kar je bilo primerno za medicinsko slikanje, a previsoko za komunikacije. Leta 1961 je Elias Snitzer iz Optical Company of America objavil teoretični opis optičnega vlakna z majhnim jedrom, ki bi lahko prenašalo svetlobo skozi samo en način valovoda.
Leta 1964 je dr. Kao predlagal izgubo svetlobe 10 ali 20 dB na kilometer. Ta standard pomaga izboljšati obseg in zanesljivost telekomunikacijskih sistemov. Poleg svojega dela o stopnjah izgube je dr. Gao pokazal potrebo po čistejšem steklu, da bi zmanjšali izgubo svetlobe.
Poleti 1970 je skupina raziskovalcev pri Corning Glass Works začela eksperimentirati z novim materialom, imenovanim taljeni silicijev dioksid. Ta snov je znana po izjemno visoki čistosti, visokem tališču in nizkem lomnem količniku.
Ekipa, ki so jo sestavljali Robert Maurer, Donald Keck in Peter Schultz, je kmalu spoznala, da bi se taljeni silicijev dioksid lahko uporabil za izdelavo nove vrste žice, imenovane "optično valovodno vlakno". Ta žica iz optičnih vlaken lahko prenese 65,000-krat več informacij kot tradicionalna bakrena žica. Poleg tega je mogoče svetlobne valove, ki se uporabljajo za prenos informacij, dekodirati na destinacijah, tudi tisoč milj stran.
Ta izum je revolucioniral komunikacijo na dolge razdalje in utrl pot današnji tehnologiji optičnih vlaken. Ekipa je rešila problem izgube decibelov, ki ga je definiral dr. Gao, in leta 1973 je John MacChesney iz Bell Laboratories izboljšal postopek nanašanja s kemično paro za proizvodnjo vlaken. Posledično je postala možna komercialna proizvodnja kablov iz optičnih vlaken.
Aprila 1977 je General Telephone and Electronics Co. prvič uporabil optično omrežje za telefonsko komunikacijo v realnem času v Long Beachu v Kaliforniji. Maja 1977 je Bell Labs kmalu sledil zgledu in zgradil optični telefonski komunikacijski sistem, ki se je raztezal na 1,5 milje v središču Chicaga. Vsak par vlaken lahko prenaša 672 glasovnih kanalov, kar je enako vezju DS3.
V zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja je bila za komercialno uporabo zasnovana druga generacija komunikacij z optičnimi vlakni z uporabo 13-mikronskega polprevodniškega laserja InGaAsP. Ti sistemi so leta 1987 delovali pri bitnih hitrostih do 1,7 Gbps, z repetitorji, ki so bili oddaljeni do 50 kilometrov drug od drugega.
Sistemi, ki se uporabljajo v omrežjih z optičnimi vlakni tretje generacije, delujejo pri 1,55 mikrona in imajo izgubo približno 0,2 dB na kilometer.
Komunikacijski sistemi četrte generacije z optičnimi vlakni se zanašajo na optično ojačanje za zmanjšanje števila potrebnih repetitorjev in na multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin (WDM) za povečanje podatkovne zmogljivosti.
Leta 2006 je bila z uporabo optičnih ojačevalnikov dosežena bitna hitrost 14 terabitov (Tb) na sekundo na 160-kilometrski liniji. Do leta 2021 bodo japonski znanstveniki lahko prenašali 319 Tbps na razdalji 3,000 kilometrov s štirižilnim kablom iz optičnih vlaken.
Čeprav imajo ti komunikacijski sistemi z optičnimi vlakni četrte generacije veliko večjo zmogljivost kot prejšnje generacije, je osnovno načelo enako: pretvorite električne signale v optične impulze, jih pošljite po optičnih vlaknih in jih nato pretvorite nazaj v električne signale pri sprejemu. konec.
Vendar so komponente vsake generacije postale manjše, zanesljivejše in cenejše. Kot rezultat, so komunikacije z optičnimi vlakni postale vse pomembnejši del naše globalne telekomunikacijske infrastrukture.
Ključni trendi v optičnih omrežjih
Osredotočite se na rob omrežja
Rob optičnega omrežja je kraj, kjer promet teče v omrežje in iz njega. Da bi izpolnili zahteve aplikacij v oblaku, se optična omrežja približujejo končnim uporabnikom. To omogoča nižjo zakasnitev in bolj dosledno delovanje.
Šifriranje plasti
Ker kibernetski napadi postajajo pogostejši, bo varstvo podatkov v gibanju še naprej glavna skrb. SASE (Secure Access Service Edge), uporaba varnostnih funkcij, ki izvirajo iz oblaka, na končnih točkah storitve, je pred kratkim pridobila težo. Zaščita končne točke lahko naredi varnostne kontrole v povezanih omrežjih nepotrebne.
Čeprav to morda ne bo odpravilo potrebe po šifriranju, bo zaščitilo občutljive podatke in aplikacije. Brez enega samega varnostnega nadzora postane zaščita na ravni 1 vedno bolj težavna.
Svoje vire lahko bolje zaščitimo s šifriranjem nadzora, upravljanja in uporabniškega prometa. To hekerjem skoraj onemogoči vdor v sistem, kar močno zmanjša možnosti za uspešen kibernetski napad. Ko bodo podjetja postajala vse bolj odvisna od podatkov in povezljivosti, bodo robustne varnostne rešitve le še bolj očitne.
Odprite optično omrežje
Odprto optično omrežje je optično omrežje, ki uporablja standardne odprte vmesnike za omogočanje integracije opreme različnih proizvajalcev. To zagotavlja večjo izbiro in prilagodljivost za komponente optičnega omrežja. Poleg tega olajša dodajanje novih funkcij in storitev, ko so na voljo.
Rast spektralnih storitev
Ker podatkovni promet še naprej raste, raste tudi potreba po večji pasovni širini in zmogljivosti. Spektralne storitve to zagotavljajo z uporabo spektra za povečanje zmogljivosti obstoječih omrežij z optičnimi vlakni. Te storitve postajajo vse bolj priljubljene, ker zagotavljajo stroškovno učinkovit način za izpolnjevanje naraščajočih potreb po podatkih.
Več uvedb na prostem
Zunanje postavitve v uličnih omarah postajajo vse pogostejše, saj narašča povpraševanje po večji pasovni širini in zmogljivosti. Optična vlakna na prostem lahko potekajo neposredno do lokacije stranke, kar zagotavlja bolj neposredno povezavo in nižjo zakasnitev.
Kompakten in modulator
Ker se optična omrežja še naprej razvijajo, postaja potreba po manjših, bolj kompaktnih komponentah vse bolj očitna. To je zato, ker je prostor v okolju podatkovnega centra pogosto omejen. Kompaktna modularna optika ponuja pristop, ki prihrani prostor, hkrati pa zagotavlja visoko zmogljivost.
Prihodnost optičnih omrežij
Inteligentno optično omrežje
Inteligentna optična omrežja so optična omrežja, ki uporabljajo umetno inteligenco (AI) za optimizacijo delovanja. Umetno inteligenco je mogoče uporabiti za samodejno prepoznavanje in odpravljanje težav v omrežju. To omogoča bolj učinkovito in zanesljivo omrežje.
Poleg tega se lahko umetna inteligenca uporablja za napovedovanje prihodnjih prometnih vzorcev in povpraševanja. Te informacije se lahko uporabijo za vnaprejšnje zagotavljanje zmogljivosti, s čimer se zagotovi, da lahko omrežje izpolni prihodnje zahteve.
Prilagodljiva mrežna arhitektura
Fleksibilne mrežne arhitekture postajajo vse bolj priljubljene, ker zagotavljajo način za povečanje zmogljivosti obstoječih vlaken. Fleksibilna mreža omogoča multipleksiranje različnih valovnih dolžin svetlobe na enem vlaknu. To omogoča prenos več podatkov po vsakem vlaknu, s čimer se poveča zmogljivost omrežja.
Multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin na zahtevo
Multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin je tehnika, ki omogoča prenos več valovnih dolžin svetlobe po enem vlaknu. WDM na zahtevo je vrsta WDM, ki omogoča zmogljivost na zahtevo. To pomeni, da je mogoče po potrebi dodati kapaciteto brez namestitve novega vlakna.
Optično omrežje v vse bolj digitalnem svetu
Optično omrežje je v svoji relativno kratki zgodovini prehodilo dolgo pot. Od skromnih začetkov je zdaj bistveni del številnih velikih omrežnih infrastruktur. Je ključni steber interneta, ki revolucionira naš način komuniciranja in uvaja dobo tehnološkega napredka brez primere.
Z dozorevanjem trendov, kot je 5G, se zdi, da bodo optična omrežja še naprej igrala pomembno vlogo v našem vse bolj digitaliziranem svetu.
