CC BY
16УДК 62
Игнат Н.И.
студент, Центр заочного обучения по программам магистратуры Московский технический университет связи и информатики
(г. Москва, Россия)
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ
Аннотация: в данной работе проведен анализ современных разработок в области волоконной оптики. Актуальность этой сферы растет с каждым годом, а новые технологии появляются быстрее, чем производители могут подстроиться под них. Данная работа позволяет понять, насколько глубоко волоконно-оптические технологии интегрировались в различные сферы нашей жизни.
Ключевые слова: оптоволоконный, широкополосный, волоконно-оптический, оптика.
1. Появление волоконной оптики.
Волоконно-оптические сети произвели революцию в развитии сетей передачи данных, предлагая многочисленные преимущества и возможности, превосходящие традиционные медные системы.
Волоконная оптика была изобретена в результате коллективной работы нескольких ученых и инженеров. Чарльз Као, известный как «отец волоконной оптики», внес значительный вклад, открыв потенциал использования стеклянных волокон для передачи световых сигналов на большие расстояния. Его новаторские исследования по ослаблению света в оптических волокнах принесли ему Нобелевскую премию по физике в 2009 году. Основываясь на работе Као, Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц из Corning Glass Works разработали первое практическое оптическое волокно в 1970 году, используя
сердцевину из плавленого кварца. Эти достижения заложили основу для широкого внедрения технологий оптоволоконной связи.
2. Развитие технологий производства оптоволоконных кабелей.
Чтобы удовлетворить растущий спрос на более высокую пропускную
способность и масштабируемость, появились оптоволоконные кабели и разъемы высокой плотности. Эти решения позволяют эффективно использовать пространство и облегчают расширение сетевой инфраструктуры.
Волоконно-оптические системы стали более прочными и надежными благодаря достижениям в области материалов и производственных процессов. Повышенная устойчивость к факторам окружающей среды, снижение деградации сигнала и повышенная отказоустойчивость позволили повысить производительность и долговечность волоконно-оптических сетей.
3. Оптоволокно в центрах обработки данных
Центры обработки данных в значительной степени полагаются на оптоволоконные технологии для обеспечения высокоскоростной связи. Оптоволоконные каналы внутри центров обработки данных обеспечивают быстрый доступ к большим объемам данных, обеспечивая эффективную связь между серверами, системами хранения и сетевым оборудованием. Технологии оптических сетей, такие как плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM), а также современные коммутаторы оптимизируют подключение центров обработки данных, повышая емкость и гибкость [1].
4. Оптоволокно в широкополосных сетях
Телекоммуникационные сети передачи данных FTTx (fiber to the x) продолжают развиваться. В частности, конфигурация волоконно-оптической сети FTTH (fiber to the home) распространяется всё шире и процент пользователей, подключенных по этой конфигурации, растет с каждым днем. Развертывание FTTH обеспечивает симметричные скорости загрузки и скачивания, низкую задержку и высокую пропускную способность, обеспечивая превосходное взаимодействие с пользователем, с возможностью использования таких продвинутых приложений, как потоковая передача 4K, онлайн-игры и
облачные сервисы. Также FTTH обеспечивает надежную и стабильную связь как для частных пользователей, так и для организаций. Устраняя ограничения медных проводов, оптоволоконные сети обеспечивают бесперебойную видеоконференцсвязь, совместную работу в облаке, удаленную работу и другие критически важные приложения. Из всех вариантов FTTx наибольшую полосу пропускания обеспечивает FTTH (рис. 1). В крупных городах России этот вид конфигурации возможен для подключения практически в любом доме, что говорит о стремительно растущей потребности пользователей в повышении пропускной способности сетей, а также о том, что эти потребности с высокой скоростью обеспечиваются.
Рис. 1. Схема подключения FTTH.
5. Современные стандарты волоконно-оптической сети.
Достижения в скорости передачи данных по оптоволокну. Разработка новых решений в области оптоволоконных технологий привели к значительному улучшению скорости передачи данных по волоконно-оптическому кабелю.
Распространенным стандартом волоконно-оптической
телекоммуникационной сети является GPON (gigabit-capable passive optical network). Скорость в этой сети может достигать 2.5 Гбит/с в нисходящем потоке и 1.25 Гбит в восходящем потоке.
Более современным стандартом является 10G-PON (10 Gbit passive optical network), который уже активно применяется в настоящее время. Этот стандарт поддерживает скорости до 10 Гбит/с в сторону абонента и до 2.5 Гбит/с в сторону поставщика услуг [2].
NGPON2 (Next-Generation Passive Optical Network 2) - стандарт который поддерживает скорость до 40 Гбит/с для всей оптической сети [3]. Этот стандарт не так распространен, как GPON и 10G-PON, однако в скором времени он будет заменять существующие стандарты. Особенно этому способствует возможность использования существующих сетей PON. Поэтому замена будет гибкой и естественной.
Сравнить характеристики вышеописанных стандартов можно на рисунке
2.
10000«-
Мбит/с
_dowf>vUf+m_
1000U
NG-PON2
upMrrtm
lOG-PON
и pit ream
10 -
_I_I_I_I_I_I_I_
5 10 IS 20 25 30 35 40 Длина волокна, км
Рис. 2. Сравнение параметров разных стандартов.
6. Развитие применения оптоволокна в здравоохранении и энергетике.
Оптоволоконная технология находит применение не только в сфере
телекоммуникаций. В здравоохранении оптоволокно позволяет осуществлять расширенную медицинскую визуализацию, удаленную диагностику и мониторинг пациентов. Кроме того, оптоволоконные датчики играют решающую роль в энергетическом секторе для эффективного мониторинга электросетей и нефтепроводов.
7. Передовые исследования в области фотоники и оптической связи.
Разработки в области фотоники и оптической связи открывают новые
возможности для волоконно-оптических технологий. Инновации в фотонных интегральных схемах, квантовой связи и оптоволоконных датчиках способны совершить революцию в различных отраслях. Они проложат путь к следующему поколению сетей связи.
8. Преодоление проблем при установке и обслуживании.
Установка оптоволокна требует квалифицированных технических
специалистов и специального оборудования. Однако достижения в методах установки, стандартизированные методы и улучшенные программы обучения упрощают развертывание. Кроме того, развитие возможностей самодиагностики и удаленного мониторинга упрощают задачи обслуживания и устранения неполадок.
9. Прогнозы на будущее оптоволоконных технологий. Будущее оптоволокна выглядит многообещающим благодаря постоянному улучшению скорости передачи, масштабируемости и интеграции с новыми технологиями, такими как 5G и интернет вещей (IoT) [4]. Оптоволоконные сети станут основой будущей коммуникационной инфраструктуры, обеспечивая беспрецедентную скорость и надежность связанного мира.
Проведенный анализ разработок в области волоконной оптики позволяет понять, что волоконно-оптическая связь развивается быстрыми темпами. Ежегодно разрабатываются новые технологии и применяются более современные стандарты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Жирар А. Руководство по технологии и тестированию систем WDM// М: EXFO. 2001. - 214 с.;
2. Зингеренко Ю.А. Пассивные оптические сети XPON: учебное пособие// Санкт-Петербург: Университет ИТМО. 2020. - 115 с.;
3. Родина О.В. Волоконно-оптические линии связи// М.: Горячая линия -Телеком. 2016. - 400 с.;
4. ITU news [Электронный ресурс]. https://news.itu.int/5g-transport-new-clarity (дата обращения: 05.02.2024)
Ignat N.I.
Moscow Technical University of Communications and Informatics
(Moscow, Russia)
ANALYSIS OF THE PRODUCTION STAGES OF MODERN FIBER OPTIC CABLES
Abstract: this paper analyzes modern developments in the field of fiber optics. The relevance of this area is growing every year, and new technologies appear faster than manufacturers can adapt to them. This work allows us to understand how deeply fiber-optic technologies have been integrated into various areas of our lives.
Keywords: broadband, fiber optic, FTTx, FTTH, GPON, 10G-PON, NGPON2.
