Компьютерные сети — это распространенный вариант использования волоконной оптики из-за способности оптического волокна передавать данные и обеспечивать широкую полосу пропускания. Точно так же волоконная оптика часто используется в радиовещании и электронике для обеспечения лучшего соединения и производительности. Интернет и кабельное телевидение — два наиболее распространенных вида использования волоконной оптики. Волоконная оптика может быть установлена ​​для поддержки удаленных соединений между компьютерными сетями в разных местах.

Военная и космическая промышленность также использует оптическое волокно в качестве средства связи и передачи сигналов в дополнение к его способности обеспечивать измерение температуры.Оптоволоконные кабели могут быть полезны из-за их меньшего веса и меньшего размера.

Волоконная оптика часто используется в различных медицинских инструментах для обеспечения точного освещения. Он также все чаще позволяет использовать биомедицинские датчики, которые помогают в минимально инвазивных медицинских процедурах. Поскольку оптическое волокно не подвержено электромагнитным помехам, оно идеально подходит для различных тестов, таких как сканирование МРТ. Другие медицинские применения волоконной оптики включают рентгеновскую визуализацию, эндоскопию, световую терапию и хирургическую микроскопию.

Что нужно для установки оптоволоконного Интернета

Как доставить волокно в ваш район

— это потрясающе, и волокно есть повсюду, но большинство домов в США еще не настроены на его использование. Эта «последняя миля» между вашим домом и остальной частью Интернета имеет решающее значение, и задача преодоления этого разрыва варьируется от сложной до титанической. Тем не менее, всем нужно с чего-то начинать, верно?

Как доставить волокно ко мне домой

Если в вашем районе уже есть поставщик оптоволокна, возможно, вам повезло.Прокладка кабеля от вашего дома до тротуара — это наименьшее вложение, которое интернет-провайдер должен будет сделать, чтобы подключить вас к своей сети, и обычно покрывается за счет платы за установку.

Если сеть все еще находится в нескольких кварталах от сети, некоторые интернет-провайдеры могут пожелать проложить кабель к вашему дому за гораздо более высокую плату за установку, но обычно вам нужно подождать, пока сеть не дойдет до вашего квартала.

В любом случае рекомендуется обратиться к местному провайдеру оптоволокна. Даже если они пока не хотят проложить оптоволоконный кабель к вашему дому, по крайней мере, они будут знать, что в вашем районе есть интерес, когда они начнут расширять свою сеть.

Как добраться до моего района по оптоволокну

Оптоволоконная сеть в вашем городе — это здорово, если только вы не живете на противоположной стороне города, где она недоступна. Тогда это просто неприятно. К счастью, интернет-провайдеры обычно не вкладывают огромные средства в новую оптоволоконную сеть только для того, чтобы заполучить крошечный карман клиентов. Они хотят расширяться там, где они могут привлечь больше всего клиентов, что обычно предполагает тесное сотрудничество с местными городскими властями.

Один из лучших способов показать интернет-провайдеру, что существует интерес к оптоволоконной сети в конкретном районе, — это пойти в город или на общественные собрания и спросить о оптоволоконном Интернете. А еще лучше поговорите со своими соседями и попросите их всех пойти с вами, и вы все вместе сможете выразить свое желание использовать оптоволоконный Интернет.

Члены совета сообщества могут передать ваш интерес провайдеру или, во многих случаях, у провайдера могут быть сотрудники на собрании. Google Fiber, например, часто отправляет сотрудников на собрания общественных советов в тех регионах, где расширяет свою сеть, чтобы делиться информацией и вызывать интерес. Если у вас уже есть интерес, половина их работы сделана.

Как добраться до моего города по оптоволокну

Если в вашем городе нет интернет-провайдеров, предлагающих услуги оптоволокна, перед вами стоит непростая задача. Хотя некоторые интернет-провайдеры расширяют свои оптоволоконные сети, другие, например Google Fiber, сократили или полностью прекратили свое расширение. ⁵ Означает ли это, что вся надежда потеряна?

Есть еще один вариант: муниципальное волокно. Хотя интернет-провайдеры с большей вероятностью сначала построят оптоволоконную инфраструктуру в крупных городах, любой город может построить муниципальную оптоволоконную сеть при достаточной поддержке сообщества. На момент строительства оптоволоконной сети в Сидар-Фоллс, штат Айова, проживало чуть более 40 000 человек. ⁶ Мейплтон, штат Юта, город с населением всего 10 000 человек, рассматривает возможность строительства собственной оптоволоконной сети в качестве коммунального предприятия. ⁷ Эти сети часто оплачиваются облигациями, что также означает, что они не увеличивают налоги и не отнимают средства у других важных программ. ⁸

Создание муниципальной оптоволоконной инфраструктуры также может иметь дополнительные преимущества. В 2015 году Белый дом заказал исследование эффективности широкополосных решений на уровне сообществ.Это исследование показало, что муниципальная широкополосная связь не только создала быстрые, дешевые и широко доступные интернет-соединения, но также принесла коммерческую конкуренцию и частные инвестиции малообеспеченным сообществам. ⁹ Таким образом, муниципальная широкополосная связь предоставляет потребителям больше возможностей выбора и способствует экономическому росту.

Даже в наиболее технологически развитых регионах государственные инвестиции в оптоволокно — один из лучших способов снизить затраты и усилить конкуренцию. Нью-Йорк недавно объявил о планах построить общегородскую муниципальную волоконно-оптическую сеть с упором в первую очередь на районы с наиболее плохим соединением. ¹⁰

Муниципальные оптоволоконные сети также могут быть семенами более крупных проектов. Неудивительно, что когда Google Fiber объявил, что Западный Де-Мойн, штат Айова, станет первым новым городом после четырех лет бездействия, он выбрал город, в котором уже была создана собственная волоконно-оптическая инфраструктура. ¹¹ Это тоже не новая тенденция. Прово, штат Юта, третий город в США, получивший Google Fiber, был выбран потому, что Google смог взять на себя существующую муниципальную инфраструктуру города. ¹²

Если вы его построите, они придут.

Оптоволокно: Интернет с гигабитной скоростью

Оптоволокно играет решающую роль в построении сетей и цифровизации в Германии. По мере того, как модели использования Интернета как потребителями, так и предприятиями со временем эволюционировали, при резком увеличении трафика данных, вызванном сложными, интенсивно обрабатывающими данные онлайн-приложениями, спрос на пропускную способность рос в течение многих лет.

Пучок оптоволоконного кабеля

Медные кабели, которые всего несколько лет назад были основным каналом передачи цифровой информации, не могли удовлетворить этот спрос.Это делает оптоволоконный Интернет технологией будущего. Строительство оптического волокна идет полным ходом. Линии на основе оптических волокон уже доступны для многих предприятий и частных домов, и каждый день добавляются новые.

Что такое оптическое волокно?

Оптическое волокно представляет собой тонкую стеклянную нить толщиной с человеческий волос. В телекоммуникациях оптические волокна используются в качестве оптических волноводов (OW). Хотя они такие тонкие, они могут передавать данные почти со скоростью света. Современные оптические волокна состоят из трех компонентов: сердцевины, оболочки и покрытия. Внутреннее ядро ​​состоит из чистого стекла. Он передает информацию в виде световых импульсов, а покрытие предотвращает утечку света. Покрытие выполнено из пластика и служит оболочкой для защиты чувствительных волоконно-оптических линий.

Как работает оптоволоконная технология

Оптоволокно идеально подходит для передачи очень больших объемов данных за очень короткое время, что делает его идеальным для высокоскоростного Интернета.В отличие от ранее использовавшихся медных кабелей, оптоволоконные кабели передают данные оптическим, а не электрическим способом. Это означает, что для передачи данных доступна гораздо более широкая полоса пропускания.

Передача больших объемов данных почти со скоростью света стала обычным явлением. Оптическая передача предполагает передачу световых импульсов по оптоволоконному кабелю между двумя конечными точками. Эти световые импульсы создаются с помощью лазеров. Однако для преодоления очень больших расстояний используются оптические усилители для передачи данных на тысячи километров, например подводные кабели, пересекающие Мировой океан.

Многие отдельные оптические волокна сгруппированы вместе в оптоволоконном кабеле. В свою очередь, эти оптоволоконные кабели проложены для создания оптоволоконной сети — даже на больших расстояниях. Оптоволоконная сеть позволяет многим людям одновременно пользоваться услугами с интенсивным обменом данными в Интернете. Примеры включают потоковое видео и игры, и, в частности, загрузку и скачивание больших наборов данных для бизнес-клиентов, например, для промышленных приложений и медицины.

Загрузки на гигабитных скоростях — насколько быстро работает оптическое волокно?

Передача данных по оптоволокну отличается от передачи по DSL и VDSL из-за гораздо более высокой скорости загрузки и выгрузки.DSL и VDSL работают на медных телефонных линиях. Из-за физических демпфирующих свойств медного провода потенциальная скорость передачи данных уменьшается с увеличением расстояния. Линии передачи данных на основе оптических волокон поддерживают гораздо более широкую полосу пропускания, чем медные провода, как для загрузки, так и для загрузки, поскольку физический эффект демпфирования здесь чрезвычайно низок.

Оптоволоконное соединение до дома обычно дает клиентам скорость передачи до одного гигабита в секунду. С технической точки зрения возможна даже более высокая пропускная способность, но 1000 мегабит в секунду достаточно для всех текущих сценариев использования в Интернете.Для сравнения, технология на основе меди достигла своих пределов: медная линия с супервекторизацией VDSL может достигать максимальной скорости 250 мегабит в секунду. VDSL без векторизации может достигать скорости передачи до 50 мегабит в секунду, в то время как DSL способен только до 16 мегабит в секунду.

Обзор скорости загрузки / выгрузки данных

Варианты оптоволоконных соединений до дома

Волоконно-оптические каналы обеспечивают высокоскоростное подключение к Интернету ssible. Во многих зданиях, как жилых, так и офисных, есть «соединительная комната со зданием», в которой находятся все инженерные коммуникации и сооружения для здания. Помимо водоснабжения и энергоснабжения, это также касается телекоммуникационных технологий, то есть телефонной связи и доступа в Интернет.

Линии, проложенные Deutsche Telekom, обычно заканчиваются в точке разграничения. Когда объект соединен оптическими волокнами, оптоволоконный вход в здание устанавливается там, где оптическое волокно входит в здание — обычно в подвале.Для соединений FTTH это место является интерфейсом между входящим оптоволоконным сигналом и локальной сетью клиента. Терминал оптической сети (ONT) преобразует сигнал оптического волокна в электрический сигнал.

Архитектуры оптоволоконных сетей имеют разные названия в зависимости от того, насколько близко оптоволоконные кабели проложены к компьютерам в здании:

• FTTC — Волоконно до обочины: до обочины или границы собственности
• FTTB — Оптоволокно до здание: в здание или в точку входа в здание
• FTTH — Волоконно в дом: в дом или квартиру

Последняя буква указывает на используемую архитектуру сети. FTTx (оптоволокно до X) указывает конкретное положение, до которого были проложены оптоволоконные кабели. В существующих зданиях внутренняя проводка часто все еще медная; в новом строительстве оптические волокна могут быть проложены во внутренних помещениях с самого начала.

Что такое оптоволоконный кабель?

Волоконно-оптический кабель — это сетевой кабель, который содержит пряди стеклянных волокон внутри изолированного корпуса. Они предназначены для высокопроизводительных сетей передачи данных и телекоммуникаций на большие расстояния.По сравнению с проводными кабелями оптоволоконные кабели обеспечивают более высокую пропускную способность и передают данные на большие расстояния. Волоконно-оптические кабели поддерживают большую часть мирового Интернета, кабельного телевидения и телефонных систем.

Волоконно-оптические кабели передают сигналы связи с помощью световых импульсов, генерируемых небольшими лазерами или светодиодами.

Как работают оптоволоконные кабели

Волоконно-оптический кабель состоит из одной или нескольких стеклянных нитей, каждая из которых лишь немного толще человеческого волоса. Центр каждой нити называется ядром, которое обеспечивает путь для распространения света. Сердечник окружен слоем стекла, называемым оболочкой, которое отражает свет внутрь, чтобы избежать потери сигнала и позволить свету проходить через изгибы кабеля.

Двумя основными типами волоконно-оптических кабелей являются одномодовые и многомодовые . В одномодовом оптоволокне используются очень тонкие стеклянные нити и лазер для генерации света, а в многомодовом оптоволокне используются светодиоды.

В одномодовых волоконно-оптических сетях часто используются методы мультиплексирования с волновым разделением для увеличения объема трафика данных, который может переносить нить. WDM позволяет объединять (мультиплексировать) и позже разделять (демультиплексировать) свет на нескольких разных длинах волн, эффективно передавая несколько потоков связи с помощью одного светового импульса.

Преимущества волоконно-оптических кабелей

Волоконно-оптические кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с медными кабелями на большие расстояния.

• Волоконная оптика поддерживает более высокую пропускную способность. Пропускная способность сети, которую может выдержать оптоволоконный кабель, превосходит медный кабель той же толщины. Оптоволоконные кабели со скоростью 10, 40 и 100 Гбит / с являются стандартными.
• Поскольку свет может распространяться по оптоволоконному кабелю на гораздо большие расстояния без потери прочности, необходимость в усилителях сигнала снижается.
• Оптоволоконный кабель менее подвержен помехам. Медный сетевой кабель требует экранирования для защиты от электромагнитных помех.Хотя это экранирование помогает, его недостаточно для предотвращения помех, когда многие кабели стянуты вместе в непосредственной близости друг от друга. Физические свойства волоконно-оптических кабелей позволяют избежать большинства этих проблем.

Оптоволокно до дома, других развертываний и оптоволоконных сетей

В то время как большая часть оптоволоконных кабелей устанавливается для поддержки междугородных соединений между городами и странами, некоторые домашние интернет-провайдеры вложили средства в расширение своих оптоволоконных сетей на пригородные районы для прямого доступа домохозяйств. Провайдеры и профессионалы отрасли называют это установками последней мили.

Некоторые из наиболее известных на рынке услуг оптоволокна до дома включают Verizon FIOS и Google Fiber. Эти услуги могут обеспечить гигабитные скорости Интернета для домашних хозяйств. Однако они обычно также предлагают клиентам пакеты с меньшей емкостью. Различные пакеты для домашнего использования часто обозначаются этими аббревиатурами:

• FTTP (оптоволокно до помещения) : оптоволокно, проложенное до самого здания.
• FTTB (Fiber to the Building / Business / Block) : То же, что и FTTP.
• FTTC / N (Волокно до бордюра узла) : Волокно, проложенное к узлу, но затем медные провода завершают соединение внутри здания.
• Прямое волокно : Волокно, которое выходит из центрального офиса и подключается непосредственно к одному клиенту. Это обеспечивает максимальную пропускную способность, но прямое оптоволокно стоит дорого.
• Общее оптоволокно : аналогично прямому оптоволокну, за исключением того, что по мере приближения оптоволокна к помещениям ближайших клиентов оно разделяется на другие оптические волокна для этих пользователей.

Что такое темное волокно?

Термин «темное волокно» (часто обозначаемый как «темное волокно» или «неосвещенное волокно») чаще всего относится к проложенным оптоволоконным кабелям, которые в настоящее время не используются. Этот термин иногда также относится к частным оптоволоконным установкам.

Часто задаваемые вопросы

• Волоконно-оптическое волокно лучше кабеля? Лучшее зависит от вашей точки зрения. Поскольку электричество не используется, оптоволоконный Интернет с меньшей вероятностью выйдет из строя во время отключения электроэнергии, чем другие типы высокоскоростного Интернета.Оптоволоконный интернет не только надежен, но и работает очень быстро. Однако это может быть и дороже.
• Насколько быстрее оптоволоконный Интернет по сравнению с кабельным Интернетом? Кабельная технология в настоящее время поддерживает полосу пропускания примерно 1000 Мбит / с, а оптоволоконный Интернет обеспечивает скорость до 2000 Мбит / с.
• Каковы основные компоненты оптоволоконного кабеля? Волоконно-оптический кабель состоит из трех основных компонентов: сердечника, оболочки и покрытия.

Спасибо, что сообщили нам об этом!

Расскажите, почему!

… Что это такое и зачем он вам нужен?

Что такое оптоволоконный маршрутизатор и как он обеспечивает более высокую скорость? Волоконно-оптический маршрутизатор имеет специальные функции, позволяющие использовать молниеносные скорости волоконно-оптических сетей (Fiber-To-The-Home или FTTH) от вашего интернет-провайдера. Ваш маршрутизатор или модем не подключается напрямую к оптоволоконному кабелю, а скорее подключается к оптическому сетевому терминалу (ONT), который преобразует оптоволоконные сигналы в Ethernet. Вот что вам нужно знать:

Оптоволоконный маршрутизатор

Оптоволоконный маршрутизатор или оптоволоконный маршрутизатор — это маршрутизатор, специально оборудованный для поддержки оптоволоконного Интернета. Волоконно обеспечивает сверхбыстрое подключение к Интернету, отправляя импульсы инфракрасного света по оптоволоконному кабелю. Оптоволоконный маршрутизатор может передать всю скорость оптоволоконного кабеля в вашу сеть, тогда как неволоконный маршрутизатор для этого не оборудован. Если у вас дома установлен оптоволоконный Интернет, вам понадобится хороший беспроводной маршрутизатор, который его поддерживает.

Оптоволоконный Интернет и ONT

Обычно, когда вы покупаете тарифный план на подключение к Интернету по оптоволоконному кабелю, ваш интернет-провайдер устанавливает собственный модем и маршрутизатор, которые вы арендуете у него. Оптоволоконный модем от вашего интернет-провайдера часто называют оптическим сетевым терминалом (ONT), что означает, что он преобразует оптический сигнал, полученный от вашего интернет-провайдера, и предоставляет порт Ethernet для подключения к оптоволоконному маршрутизатору.

ONT действует как модем, но работает только с оптоволоконным кабелем.Способ, которым он подключается и работает с оптоволоконным маршрутизатором, может казаться похожим на кабельный модем-маршрутизатор или шлюз, но это другое.

ONT против маршрутизатора с кабельным модемом

Маршрутизатор с кабельным модемом (иногда называемый шлюзом) отличается от ONT несколькими способами. Во-первых, маршрутизатор с кабельным модемом — это отдельное устройство. Соединение ONT и оптоволоконного маршрутизатора состоит из двух отдельных устройств.

Во-вторых, маршрутизатор с кабельным модемом работает с коаксиальным кабелем, который уже есть в вашем доме, поэтому прокладка дополнительных кабелей не требуется.ONT должен подключаться к оптоволоконному маршрутизатору, а также требует наличия оптоволоконного кабеля в вашем доме.

Почему вы выбрали оптоволоконный маршрутизатор?

Лучшая причина выбрать оптоволоконный маршрутизатор — это если у вас дома уже проложено оптоволокно. Это единственная причина, по которой вы выбрали оптоволоконный маршрутизатор. Кроме того, вам понадобится модем для оптоволоконного кабеля (ONT). Хотя оптоволоконный Интернет — это высокоскоростной Интернет, установка в целом стоит дорого и не для всех.

Тем не менее, вы все равно можете получить быстрый и надежный Интернет с неволоконным модемом и маршрутизатором. Тип устройств, которые вы выбираете, зависит от ваших настроек Интернета, вашей ситуации и ваших предпочтений. На этот вопрос нет правильного или неправильного ответа, просто всегда есть лучшее решение для той ситуации, в которой вы находитесь.

На рынке волоконной технологии? Спросите своего интернет-провайдера о предложениях Hitron по оптоволоконному оборудованию ONT / ONU сегодня. Для получения дополнительной информации о решениях для домашних сетей посетите страницу обучения Hitron.

Волоконно-оптические сети — обзор

1.9 Оптические межкомпонентные соединения для центров обработки данных

Оптические сети для сред центров обработки данных предъявляют уникальные требования по сравнению с телекоммуникационными системами. Традиционные телекоммуникационные сети вкладывают больше средств в конечные точки каналов, чтобы максимизировать спектральную эффективность каналов дальней связи в среде, где ресурсы волокна ограничены. В центре обработки данных оптоволокно относительно много и дешево; Спектральная эффективность оптоэлектроники, как правило, уступает место менее мощным и экономичным приемопередатчикам, что приводит к созданию сетей с низкой задержкой и большим разнесением путей.У сетей передачи данных есть другие уникальные требования, в том числе более низкая частота ошибок по битам (от 10e-12 до 10e-15 по сравнению с 10e-9 для телекоммуникационных сетей), более активное использование многомодового волокна для ограниченных расстояний (и намного больше приемопередатчиков на километр расстояния по оптоволокну). , совместимость с сетевым оборудованием различных производителей и ограничения лазерной защиты глаз класса 1 [46].

Первые в отрасли дорожные карты для оптической связи в масштабируемых центрах обработки данных, основанные на количественных показателях системного уровня, были созданы Ассоциацией оптоэлектронной промышленности (OIDA) [47]. В сотрудничестве с Национальным научным фондом США (NSF), Оптическим обществом Америки (OSA) и Центром интегрированных сетей доступа (CIAN) OIDA помогает формулировать общеотраслевые и государственные исследовательские требования и деятельность по установлению стандартов. Текущая предварительная версия ключевых показателей и дорожных карт OIDA представлена ​​на рис. 1.14.

Рисунок 1.14. Пример показателей центра обработки данных, предложенных OIDA за 2014 год.

Также было много дискуссий о том, достижимы ли эти показатели и в какие сроки. Например, стоимость гигабита для оптических компонентов сильно зависит от их объема; Последние тенденции, такие как Ethernet без потерь, нарушающие работу хранилищ и приложений RDMA, а также значительный рост центров обработки данных в масштабе складских помещений, по-видимому, приводят к увеличению объемов компонентов Ethernet. Ожидается, что сетевая виртуализация приведет к увеличению объемов сетевого оборудования, во многом так же, как виртуализация серверов привела к увеличению объемов серверов в соответствии с законом Джевона [48].Однако виртуализация сети (заставляющая множество независимых, физически распределенных коммутаторов вести себя так, как если бы они были одним большим логическим коммутатором) представляет уникальные проблемы по сравнению с виртуализацией сервера или устройства хранения (заставляя одно физическое устройство вести себя так, как если бы это было несколько независимых логических устройств. ). Сложность сети может препятствовать снижению стоимости битов при масштабировании сети. По мере того, как сети становятся больше, сложность парных взаимодействий и обмена данными между любыми людьми требует более совершенных механизмов управления, прогнозирования и контроля.Без этих механизмов становится необходимым избыточное выделение ресурсов сети, чтобы справиться с наихудшими схемами трафика без перегрузки или потери пакетов. Усовершенствованные механизмы маршрутизации также должны обеспечивать возможность планирования сетевых ресурсов и оптимизации потока на основе требований приложений. Некоторые из этих функций могут быть реализованы с помощью SDN и связанных методов виртуализации сети, что позволяет достичь большего масштаба и снизить затраты, а также справиться с более быстрым, чем закон Мура, ростом трафика центра обработки данных.Дальнейшая работа в этой области будет включать дальнейшую интерпретацию и уточнение этих показателей, коммерциализацию продукта на основе этих показателей и эталонные модели, основанные на испытательных стендах, таких как среда CIAN [49].

Оптические межсоединения для центров обработки данных предпочтительно основаны на открытых отраслевых стандартах и ​​соглашениях с несколькими источниками (MSA), которые снижают инвестиционные затраты и риски для поставщиков оптических компонентов и способствуют взаимодействию на физическом и канальном уровнях. Стандартизация также способствует обеспечению безопасности сети в будущем и способствует повышению уверенности покупателей. Некоторые примеры MSA для оптических межсоединений включают подключаемый модуль Quad Small Form Factor (QSFP), подключаемый модуль C Form Factor («C» обозначает латинскую цифру centum, используемую для выражения числа 100), параллельные оптические межсоединения (обычно реализованные в виде кратных из 12 волокон, что является стандартным размером для многоволоконных соединителей, таких как многоволоконный вставной соединитель (MPO)) и другие.

Активные оптические кабели работают как обычная пара приемопередатчик / кабель, но без съемного оптического кабеля.Оптоэлектроника, доступная в нескольких различных форм-факторах, интегрирована с концевыми точками кабеля и постоянно прикреплена к оптоволоконному кабелю, так что кабельные разъемы являются электрическими, а среда передачи — оптической. С этим форм-фактором связана экономия затрат на производство и тестирование; поскольку оба конца оптического канала всегда связаны с одной и той же парой приемопередатчик / оптоволокно, становится возможным выбрать эти компоненты для оптимизации сквозного оптического канала. Активные оптические кабели потенциально могут достигать уровней стоимости / гигабит, достаточных для замены медных кабелей на короткие расстояния (десятки метров) при скорости передачи данных 10–40 Гбит / с и выше.

Хотя краткосрочные требования сосредоточены на оптических каналах для межкомпонентных соединений на уровне нескольких стоек, многие исследователи считают, что оптические каналы на уровне стойки, платы и даже микросхемы неизбежны. Хотя эти межсоединения остаются в высшей степени спекулятивными, они обладают потенциалом для создания совершенно новых архитектур системного уровня.Недавние предложения в этой области включают в себя эталонную фотонную архитектуру, предложенную Intel и Facebook [50], которая обеспечивает оптические межсоединения на уровне стойки для дезагрегированных крупномасштабных центров обработки данных, а также недавно объявленный Консорциум бортовой оптики (COBO) [51]. Интеграция традиционных кремниевых и фотонных технологий, широко известных как кремниевая фотоника или нанофотоника, расширяет использование оптических межсоединений до уровня платы или микросхемы и включает интеграцию фотонных и электронных компонентов в одном устройстве.

Оптические кросс-соединения представляют собой альтернативу полнофункциональным коммутирующим соединениям уровня 2/3 в приложениях, которые могут получить выгоду от высокой пропускной способности и низкой задержки при относительно длительном времени реконфигурации. Исследования сетей для анализа больших наборов данных и обработки Hadoop показывают, что оптическое кросс-соединение может помочь устранить узкие места в верхней части стойки оборудования в тех случаях, когда приложение должно совместно использовать межсоединения с высокой пропускной способностью [52].

RP Photonics Encyclopedia — волоконно-оптические линии связи, широкополосные волоконно-оптические каналы, волоконно-оптические линии связи, передатчик, приемник, мультиплексирование, активный оптический кабель, шум, перекрестные помехи

> буква F> волоконно-оптические линии

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Анализ оптоволоконных линий

Программное обеспечение RP Fiber Power может моделировать распространение ультракоротких импульсов под влиянием хроматической дисперсии, нелинейностей, усиления усилителя, шума и т. Д., Поэтому оно также подходит для детального анализа характеристик оптоволокна. ссылки.

Определение: оптические линии связи, по которым световой сигнал передается по волокнам

Альтернативный термин: оптоволоконные каналы

немецкий: faseroptische Verbindungen

Категории: световод, волоконная оптика и волноводы

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

Волоконно-оптический канал (или волоконно-оптический канал ) обычно является частью волоконно-оптической системы связи, которая обеспечивает соединение для передачи данных между двумя точками ( соединение точка-точка, ). По сути, он состоит из передатчика данных, оптоволоконного кабеля (в некоторых случаях со встроенными оптоволоконными усилителями) и приемника. Даже для очень больших расстояний передачи могут быть достигнуты чрезвычайно высокие скорости передачи данных, составляющие многие Гбит / с или даже несколько Тбит / с.

Используемые компоненты, которые в основном основаны на волоконной оптике, объясняются ниже, начиная с простой одноканальной системы.После этого обсуждаются более сложные подходы.

Для распределения и синхронизации по времени используется особый вид оптоволоконных линий, о чем рассказывается в последнем абзаце этой статьи.

Форматы передачи

В большинстве случаев передача данных осуществляется в цифровом формате, что делает систему очень универсальной и относительно нечувствительной, например.грамм. нелинейным искажениям. Существуют различные форматы модуляции , то есть разные методы кодирования информации. Например, простой формат без возврата к нулю (NRZ) передает последующие биты путем отправки высокого или низкого значения оптической мощности без промежутков между битами и дополнительных средств синхронизации. Напротив, формат возврата к нулю (RZ) легко самосинхронизируется, возвращаясь в состояние покоя после каждого бита, но он требует более высокой пропускной способности оптической передачи для той же скорости передачи данных.Помимо деталей оборудования и требуемой оптической полосы пропускания (связанной с эффективностью модуляции ), различные форматы передачи также различаются по своей чувствительности, например: к шумовым воздействиям и перекрестным помехам.

Преобразователь

Передатчик преобразует входной электронный сигнал в модулированный световой луч. Информация может быть закодирована, например, через оптическую силу (интенсивность), оптическую фазу или поляризацию; модуляция интенсивности является наиболее распространенной.Длина оптической волны обычно соответствует одному из так называемых телекоммуникационных окон (см. Статью о волоконно-оптической связи).

Типичный передатчик основан на одномодовом лазерном диоде (обычно это лазер VCSEL или DFB), который может либо напрямую модулироваться через его ток возбуждения (DML = , лазер с прямой модуляцией ), либо с внешним оптическим модулятором ( например, электропоглощение или модулятор Маха – Цендера). Прямая модуляция является более простым вариантом и может работать со скоростью передачи данных 10 Гбит / с или даже выше.Однако изменяющаяся плотность несущей в лазерном диоде затем приводит к изменению мгновенной частоты и, таким образом, к искажению сигнала в виде чирпичного сигнала. Это делает сигнал более чувствительным к влиянию хроматической дисперсии, особенно на больших расстояниях передачи. Поэтому внешняя модуляция обычно предпочтительна для комбинации высоких скоростей передачи данных (например, 10 или 40 Гбит / с) с большими расстояниями передачи (многие километры). После этого лазер может работать в непрерывном режиме, и искажения сигнала сводятся к минимуму.

Для еще более высоких скоростей одноканальной передачи данных может использоваться мультиплексирование с временным разделением, где, например, четыре канала с 40 Гбит / с временно перемежаются, чтобы получить общую скорость 160 Гбит / с. Для высоких скоростей передачи данных с форматами возврата к нулю может быть выгодно использовать импульсный источник (например, лазер с синхронизацией мод, излучающий солитонные импульсы) в сочетании с модулятором интенсивности. Это снижает требования к полосе пропускания модулятора, поскольку не имеет значения, как изменяется коэффициент пропускания модулятора между импульсами.

Для высоких скоростей передачи данных передатчик должен удовлетворять ряду требований. В частности, важно достичь высокого коэффициента затухания (импульсы с низким уровнем пьедестала), низкого временного дрожания, шума низкой интенсивности и точно контролируемой тактовой частоты. Конечно, передатчик данных должен работать стабильно и надежно с минимальным вмешательством оператора.

В простых случаях в передатчике используется светоизлучающий диод (LED), но из-за плохой пространственной когерентности это требует использования многомодовых волокон.В этом случае скорость или расстояние передачи ограничиваются из-за интермодальной дисперсии; для увеличения полосы пропускания и расстояния требуются одномодовые волокна. На короткие расстояния возможны несколько сотен Мбит / с.

Волокно передачи

Передающее волокно обычно представляет собой одномодовое волокно в случае передачи на средние или большие расстояния, но также может быть многомодовым волокном для коротких расстояний. В последнем случае интермодальная дисперсия может ограничивать расстояние передачи или скорость передачи данных.

Широкополосные оптоволоконные каналы большой дальности могут содержать оптоволоконные усилители в определенных точках ( сосредоточенные усилители ) для предотвращения падения уровня мощности до слишком низкого уровня. В качестве альтернативы можно использовать распределенный усилитель, реализованный с использованием самого передающего волокна, путем подачи дополнительного мощного луча накачки (обычно со стороны приемника), который генерирует рамановское усиление. Кроме того, могут использоваться средства компенсации дисперсии (противодействия эффектам хроматической дисперсии волокна) и регенерации сигнала .Последнее означает, что восстанавливается не только уровень мощности, но и качество сигнала (например, ширина импульса и синхронизация). Это может быть достигнуто либо с помощью чисто оптической обработки сигнала, либо путем электронного обнаружения сигнала, применения некоторой обработки оптического сигнала и повторной отправки сигнала.

Ресивер

Приемник содержит быстрый фотодетектор, обычно фотодиод, и подходящую высокоскоростную электронику для усиления слабого сигнала (например, с помощью трансимпедансного усилителя) и извлечения цифровых (или иногда аналоговых) данных.Для высоких скоростей передачи данных могут быть включены схемы электронной компенсации дисперсии.

Лавинные фотодиоды могут использоваться для особо высокой чувствительности. Чувствительность приемника ограничена шумом, обычно электронного происхождения. Однако обратите внимание, что сам оптический сигнал сопровождается оптическими шумами, такими как шум усилителя. Такой оптический шум вводит ограничения, которые нельзя устранить с помощью любой конструкции приемника. Шумовые эффекты обсуждаются ниже более подробно.

Двунаправленная передача

Так называемые полнодуплексные каналы обеспечивают соединение для передачи данных в обоих направлениях. Они могут быть просто основаны на отдельных оптических волокнах или работать с одним волокном. Последнее может быть реализовано, например, с помощью волоконно-оптических светоделителей на каждом конце для соединения передатчика и приемника. Однако необходимость двунаправленной работы приводит к различным компромиссам, которые в некоторых случаях (например, для очень высоких скоростей передачи данных) делают систему с двумя отдельными волокнами предпочтительной.

Мультиплексирование

Типичная одноканальная система для передачи на большие расстояния имеет пропускную способность, например 2,5 или 10 Гбит / с; в будущем могут использоваться более высокие скорости передачи данных — 40 Гбит / с или даже 160 Гбит / с. Для более высоких скоростей передачи данных несколько каналов данных могут быть мультиплексированы (объединены), переданы по оптоволокну и снова разделены для обнаружения.

Наиболее распространенным методом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Здесь разные центральные длины волн назначаются разным каналам данных. Таким образом можно объединить даже сотни каналов ( DWDM = плотный WDM ), но грубый WDM с умеренным количеством каналов часто предпочтительнее для упрощения системы. Основные задачи состоят в том, чтобы подавить перекрестные помехи в каналах из-за нелинейностей, сбалансировать мощности каналов (например, с помощью волоконных усилителей со сглаженным усилением) и упростить системы.

Другой подход — это мультиплексирование с временным разделением каналов , при котором несколько входных каналов объединяются путем вложения во временной области, и часто используются солитоны, чтобы гарантировать, что отправленные ультракороткие импульсы остаются четко разделенными даже при малых интервалах между импульсами.

Для небольших расстояний, например для соединений в центрах обработки данных, может быть проще использовать ленточные волоконно-оптические кабели с несколькими волокнами и соответствующим количеством передатчиков и приемников. Однако недостатком такого подхода является то, что кабели становятся более громоздкими.

Активные оптические кабели

Для коротких расстояний передачи можно использовать так называемые активные оптические кабели (AOC), в которых передатчик и приемник (вместе с соответствующей электроникой) жестко прикреплены к концам оптоволоконного кабеля.Доступны общие электрические интерфейсы, такие как порты USB или HDMI, так что использование такого активного оптического кабеля по существу такое же, как у электрического кабеля, но при этом предлагает такие преимущества, как уменьшенный диаметр и вес, а также большее возможное расстояние передачи.

Волоконно в дом

Можно использовать оптические каналы даже для передачи данных на «последней миле» в отдельные дома и офисы. Эта технология называется оптоволокно для дома (FTTH).Однако во многих случаях последняя миля по-прежнему соединяется медными кабелями, а оптоволоконная передача осуществляется только до некоторых небольших станций, расположенных поблизости от пользователей.

Ограничения из-за шума и перекрестных разговоров

В конечном итоге пропускная способность любой системы ограничена из-за шума. В усиленных оптических системах квантовый шум, например в виде спонтанного излучения в волоконных усилителях (→ шум усилителя ) невозможно избежать. Это может влиять на производительность системы в различных формах, таких как временное дрожание (→ Джиттер Гордона – Хауса , особенно в солитонных системах) или шум интенсивности, влияющий на фотодетектирование.

Помимо шума, некоторые систематические искажения сигнала также могут ограничивать расстояние передачи или частоту ошибок по битам. В частности, хроматическая дисперсия и нелинейности передающего волокна могут вызвать серьезные искажения сигнала. В качестве примера на рисунке 2 показана так называемая глазковая диаграмма . Здесь «глаз» широко открыт, так что сигнал все еще может быть хорошо обнаружен. Для волокна вдвое большей длины (здесь не показано) все будет по-другому.

Обратите внимание, что передатчик также оказывает большое влияние на проблемы обнаружения сигнала. Например, простой передатчик с прямой модуляцией может создавать нежелательную частотную ЛЧМ, которая увеличивает эффект хроматической дисперсии в передающем волокне и, таким образом, затрудняет прием чистого сигнала после некоторого расстояния распространения.

Связанная и еще более сложная тема — это перекрестные переговоры между различными каналами e.грамм. системы WDM. В системах с постоянным разносом каналов каналы также могут влиять друг на друга в виде усиления одного канала за счет мощности другого канала (→ четырехволновое смешение ). Влияние таких эффектов может сильно зависеть от архитектуры системы, включая тип передатчика, формат модуляции, параметры волокна, методы обнаружения и т. Д. Моделирование этих эффектов и последующая оптимизация систем связи — сложные задачи.

Шум и связанные с ним воздействия всегда вызывают некоторую частоту ошибок по битам, т. Е. Некоторая часть передаваемых битов не может быть правильно обнаружена. При условии, что частота ошибок по битам находится на достаточно низком уровне, случайные ошибки по битам могут быть обнаружены с помощью определенных методов и исправлены (например, путем повторной отправки дефектных пакетов данных). Наконец, для увеличения расстояний передачи и / или скорости передачи данных частота ошибок по битам устанавливает некоторые ограничения. В этом контексте произведение пропускной способности на расстояние часто используется при сравнении различных волоконно-оптических линий связи.

Волоконно-оптические линии для распределения по времени и синхронизации по времени

Хотя большинство оптоволоконных линий используется для передачи данных, существуют также аналогичные системы для распределения сверхточных сигналов синхронизации. Даже при использовании довольно простой технологии сверхточный интервал между импульсами лазера с синхронизацией мод довольно хорошо сохраняется даже при длине линии связи в десятки километров. Передовые технологии также могут в значительной степени подавлять эффекты различных групповых задержек, например в результате изменения температуры волокна.С помощью таких звеньев стало возможным, например, синхронизировать лазерные генераторы с очень высокой точностью.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 12 поставщиках волоконно-оптических линий связи. Среди них:

APIC

APIC предлагает передатчики и приемники «под ключ», которые поддерживают высококачественную аналоговую передачу и передачу цифрового сигнала с высокой модуляцией до 20 ГГц. Наш MicroATx 20 ГГц — это усиленное устройство с внешней модуляцией, изначально разработанное для использования в тактических самолетах.APIC находится на пороге или выпускает модульное устройство для монтажа в стойку для своих передатчиков и приемников.

Cycle

На основе сверхточных компонентов Cycle для синхронизации сверхбыстрых лазеров компания строит стабилизированные волоконно-оптические линии связи. Они позволяют передавать последовательности импульсов с фемтосекундной точностью на расстояние до 10 км. Многие исследовательские центры и другая крупномасштабная инфраструктура по всему миру используют стабилизированные оптоволоконные каналы Cycle для синхронизации своего оборудования на больших расстояниях.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, свяжитесь с ним e. грамм. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала рассматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: волоконно-оптическая связь, оптическая передача данных, волоконно-оптические сети, волоконная оптика, коэффициент битовых ошибок, произведение ширины полосы и расстояния, волокно до дома, волоконно-оптические усилители, распределенные усилители
и другие статьи в категориях волоконная оптика и волноводы , световодная связь

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о волоконно-оптических линиях связи  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/fiber_optic_links.html 
 статья «Волоконно-оптические связи» в энциклопедии RP Photonics]