какие волокна бывают интернет
Оптические волокна. Классификация.
Оптические волокно стандарт де-факто при построении магистральных сетей связи. Протяженность волоконно-оптических линий связи в России у крупных операторов связи достигает > 50 тыс.км.
Благодаря волокну мы имеем все те преимущества в связи, которых не было раньше.
Вот и попробуем рассмотреть виновника торжества — оптическое волокно.
В статье попробую написать просто о оптических волокнах, без математических выкладок и с простыми человеческими объяснениями.
Статья чисто ознакомительная, т.е. не содержит уникальных знаний, всё что будет описано может быть найдено в куче книг, однако, это не копипаст, а выжимка из «кучи» информации только лишь сути.
Классификация
Чаще всего волокна подразделяют на 2 общих типа волокон
1. Многомодовые волокна
2. Одномодовые
дадим пояснение на «бытовом» уровне что есть одномод и многомод.
Представим гипотетическую систему передачи с волокном воткнутым в нее.
Нам надо передать двоичную информацию. Импульсы электричества в волокне не распространяются, ибо диэлектрик, поэтому мы будим передавать энергию света.
Для этого нам нужен источник световой энергии. Это могут быть светодиоды и лазеры.
Теперь мы знаем что мы используем в качестве передатчика — это свет.
Подумаем как свет вводится в волокно:
1) Световое излучение имеет свой спектр, поэтому если сердцевина волокна широкая (это в многомодовом волокне), то больше спектральных составляющих света попадет в сердцевину.
Например мы передаем свет на длине волны 1300нм (к примеру), сердцевина многомода широкая, то и путей распространения у волн больше. Каждый такой путь и есть моды
2) Если же сердцевина маленькая (одномодовое волокно), то путей распространения волн соотвественно уменьшается. И так как дополнительных мод гораздо меньше, то и не будет и модовой дисперсии (о ней ниже).
Это основное отличие многомодового и одномодового волокон.
Спасибо enjoint, tegger, hazanko за замечания.
Многомодовые в свою очередь делятся на волокна со ступенчатым показателем преломления (step index multi mode fiber) и с градиентным (graded index m/mode fiber).
Одномодовые делятся на ступенчатые, стандартные (standard fiber), со смещенной дисперсией (dispersion-shifted) и ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion-shifted)
Конструкция оптического волокна
Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.
Сердцевина (которая и является основной средой передачи энергии светового сигнала) изготавливается из оптически более плотного материала, оболочка — из менее.
Так, например, запись 50/125 говорит о том, что диаметр сердцевины равен 50 мкм, оболочки — 125мкм.
Диаметры сердцевины равные 50мкм и 62,5мкм являются признаками многомодовых оптических волокон, а 8-10мкм, соответственно, одномодовым.
Оболочка же, как правило, всегда имеет диаметр размером 125мкм.
Как видно диаметр сердцевины одномодового волокна имеет намного меньший размер, нежели диаметр многомодового. Меньший диаметр сердцевины позволяет уменьшить модовую дисперсию (о которой, возможно, будет написано в отдельной статье, а также вопросы распространения света в волокне), а соответственно увеличить дальность передачи. Однако, тогда бы одномодовые волокна вытеснили многомоды, благодаря более лучшим «транспортным» характеристикам, если бы не необходимость использовать дорогие лазеры с узким спектром излучения. В многомодовых волокнах используются светодиоды с более размазанным спектром.
Поэтому для недорогих оптических решений, таких как локальные сети интернет-провайдеров применения многомода случается.
Профиль показателя преломления
Вся пляска с бубном у волокна с целью увеличения скорости передачи была вокруг профиля показателя преломления. Так как основным сдерживающим фактором увеличения скорости является модовая дисперсия.
Кратко суть в следующем:
когда излучение лазера поступает в сердцевину волокна, то сигнал передается по ней в виде отдельных мод (грубо: лучей света. А на самом деле разные спектральные составляющие вводимого сигнала)
Причем входят «лучи» под разными углами, поэтому время распространения энергии отдельно взятых мод различается. Это проиллюстрировано на рисунке ниже. 
Здесь отображены 3 профиля преломления:
ступенчатый и градиентный для многомодового волокна и ступенчатый для одномодового.
Видно, что в многомодовых волокнах моды света распространяются по различным путям, но, из-за постоянного коэффициента преломления сердцевины с ОДИНАКОВОЙ скоростью. Те моды, которые вынуждены идти по ломанной линии приходят позже, чем моды, идущие по прямой. Поэтому исходный сигнал растягивается во времени.
Другое дело с градиентным профилем, те моды которые раньше шли по центру — замедляются, а моды, которые шли по ломанному пути, наоборот, ускоряются. Это произошло оттого, что коэффициент преломления сердечника теперь непостоянен. Он увеличивается параболически от краев к центру.
Это позволяет увеличить скорость передачи и получить распознаваемый сигнал на приеме.
Области применения оптических волокон
| Многомодовое волокно | Одномодовое волокно | |
| MMF 50(62.5)/125 Градиентное | SF 9/125 ступенчатое | SF 9/125 со смещенной дисперсией (с ненулевой смещенной дисп.) |
| ЛВС(GigaEther,FDDI,ATM) | Протяженные ЛВС, магистрали SDH | Сверхпротяженные магистрали SDH |
К этому можно добавить, что магистральные кабели теперь все почти идут с ненулевой смещенной дисперсий, что позволяет использовать на этих кабелях спектральное волновое уплотнение (WDM) без нужды замены кабеля.
А при построении пассивных оптических сетей часто используют многомодовое волокно.
Спасибо тем, кто конструктивно критиковал.
PS
если будет интересно, то могут появиться статьи о
— дисперсии
— типах волоконно-оптических кабелей (не волокон)
— системах передачи, используемых для wdm/dwdm уплотнения.
— процедура сварки оптических волокон. и типы сколов.
Типы оптических кабелей
Содержание
Сейчас нам трудно представить свою жизнь без телевидения и высокоскоростного интернета. Развитие не стоит на месте – для быстрой передачи данных по всему миру необходимы эффективные разработки. Такой разработкой являются оптические кабели. Они широко применяются для подключения кабельного телевидения, интернета и абонентских услуг.
Выполненные из стеклянных нитей или пластика, они способны за считанные секунды распространять информацию на дальние расстояния. Они не боятся тяжелых условий внешней среды и перепадов температур. В отличие от привычных всем медных кабелей, сигналы в которых часто бывают подвержены помехам, оптоволокно лучше, безопаснее и без искажений передает информацию, а сам кабель долго сохраняет свою целостность.
Оптоволоконные кабели имеют свою классификацию и применяются в разных сферах. Узнаем про это подробнее.
Что представляет собой оптический кабель?
Строение оптического волоконного кабеля несложное. В его центре расположен светодиод из стекловолокна диаметром 10 мкм. Он покрыт защитной оболочкой, которая обеспечивает внутри полное внутреннее отражение света – на пути от передатчика к приемнику свет не выходит из центральной жилы.
Стеклянное волокно делают из кварца. Это придает ему гибкость, температурную устойчивость, малое затухание и высокую оптическую проницаемость. Оптоволокно также делают из пластика, а сердцевину из органического стекла. Такой вид кабеля обеспечивает надежность передачи и подходит для прокладки на сравнительно небольшие расстояния.
Без прокладки коммуникаций не обойдется ни один офис, банк, коммерческая организация или жилой дом. Чтобы определить, какой кабель нужен вам, стоит обратить внимание на тип участка сети (абонентский кабель, магистральный, распределительный и пр.), а также на тип монтажа и конструкцию. Оптоволоконные кабели делятся на два вида: одномодовые и многомодовые.
Модами обозначают электромагнитные колебания, которые распространяются в оптоволокне. В зависимости от конструкции волокна и используемых материалов меняется характеристика распространения сигнала в волокне. Разные материалы имеют разные свойства и по-разному передают сигнал. В чем же отличия между одномодовым и многомодовым кабелем?
Основные типы оптоволокна
Одномодовой кабель
Световой луч распространяется только по одному пути. Луч не отклоняется от траектории, так как диаметр сердечника не превышает 10 мкм.
Многомодовой кабель
Большой диаметр сердечника позволяет нескольким лучам распространяться одновременно. Лучи от передатчика идут зигзагом с различными шагами.
Сферы применения и особенности монтажа
Одномодовый кабель считается самым перспективным для коммуникаций. Его используют в морских и трансокеанских линиях связи, в системах кабельного телевидения, в наземных магистральных линиях дальней связи. Что касается многомодового кабеля, то долгий срок службы и экономия на материалах позволяют использовать его в магистралях между зданиями, в горизонтальных сегментах СКС и магистралях внутри здания.
Монтаж кабеля будет зависеть от его конструкции: устойчив ли он к перепадам температур, имеется ли защитный слой, подходит ли для агрессивной среды. Давайте разберемся.
Для внутреннего монтажа
Такие кабели состоят из оптического волокна и силовых элементов с защитным покрытием. Легкие, гибкие, стойки к возгоранию и защищены от влаги. Используются в жилых помещениях и офисах. Не подходят для прокладки на улице, так как разрушаются под воздействием солнечного света и не имеют достаточной прочности.
Без брони для кабельных каналов
Укладываются в трубы из полиэтилена. Гидрофобный наполнитель уберегает кабель от контакта с водой. Применяются для монтажа в кабельные каналы там, где не предусмотрены механические воздействия, например, в тоннелях или кабельных коллекторах домов.
С броней для кабельных каналов
Разные виды брони защищают оптический кабель от растяжения, нападок грызунов и других внешних воздействий. В населенных пунктах такой кабель прокладывается через кабельные каналы и лотки канализации или коллекторные сооружения.
Для укладки в грунт
Оптоволокно с броней и толстым слоем изоляции прокладывается с помощью кабелеукладчика или вручную. Этот кабель используется, если нужно протянуть его между населенными пунктами практически в любых грунтах: в скальных породах, мерзлой земле или болотной местности.
Подвесной без брони
С тросом
Самонесущий оптоволоконный кабель имеет усиленный сердечник, а трос выполнен из стальной проволоки в защитной оболочке. Прокладка осуществляется по воздуху на расстоянии не более 70 м между столбами. Оптический кабель также часто можно встретить в городах и вдоль железных дорог.
Для укладки под водой
Свинцовая изоляция, стойкость к растяжению и деформации позволяет использовать кабель в особых условиях: на стыке воды и береговой линии, в тоннелях под водой и больших глубинах.
Сегодня оптические технологии продолжают развиваться, чтобы еще больше упростить нашу жизнь. Выбирайте оптические кабели – пусть качественный интернет и телевидение без помех будут везде.
Какие волокна бывают интернет
Век информационных технологий оперирует громадными массивами данных из самых разнообразных сфер нашей жизни. Мы обмениваемся в сети большими медиафайлами, госучреждения, банки, аэропорты, институты, компании, тысячи и сотни тысяч других субъектов каждую секунду передают и получают терабиты разнообразнейшей информации. И сегодня от каналов связи, кроме физической способности пропускать через себя такие колоссальные объемы, требуется еще и предельно высокая скорость обмена, которая иногда имеет критически важное значение.
Когда был придуман и успешно запущен в «массы» оптический кабель, интернет получил новый фундаментальный фактор, позволивший мировой сети развиваться еще более быстрыми темпами. Созданный на основе принципа передачи информации через оптические сигналы данный тип кабеля связи обеспечил практически мгновенную передачу дата-массивов любого объема на громадные дистанции. Фотоны движутся на скоростях близких к световым, почти не затухают, не чувствительны к электрошумам, их сложно перехватить. Волоконная оптика работает на высоких частотах, относительно компактна, довольно проста для масштабирования и монтажа.
Данный материал посвящен вопросу классификации оптических кабельных изделий связи, мы выделим их основные разновидности и расскажем об особенностях каждой их них.
Описание и конструкция
Конструкция оптического кабеля
Как и силовые, оптоволоконные провода чрезвычайно разнообразны по конструкции, типам исполнения, сфере использования и прочим критериям. Оптический кабель, обеспечивающий интернет широкополосным каналом для транспортировки информации, обязательно имеет в своей конструкции такие элементы:
Кроме того, в конструкцию оптоволоконного изделия могут включаться:
Также существуют марки оптического кабеля с тросом для подвешивания.
На видео приведен пример исполнения марки кабеля ДПЛ.
(самонесущие: ОКСНМ, ОКСНЦ, ОКА, ОКСД, ДПТ, ОКЛЖ, ОКМС, а также оптический кабель с тросом из стеклопластика или металла, который покрыт ПЭТ-оболочкой: ОК/Т, ОПД, ДПОм, ОКПМ, ОКПЦ, ДПК, ОКТс). Подвесная оптика может размещаться на грозотросах, фазовых проводах ВЛ, контактной сети электротранспорта.Внутри помещений обычно прокладываются абонентские и распределительные марки, к примеру, FTTH, ОБВ, ОМВ, ИКВА–П, OКТЦ, ОКТМ, ДБН, ОКВ-М и прочие.
По сфере применения и дальности передачи информации оптический интернет-кабель бывает следующих типов:
магистральный, который используют для создания многоканальных линий связи большой протяженности. Обеспечить минимальные показатели дисперсии и затухания сигнала способно только мономодовое волокно с примерными размерами оболочки и сердцевины 8-125 мкм на волнах длиной 1.3-1.55 мкм. К магистральным относят кабеля под марками ОКГМ, ОКГЦ, ОККМ, ОККЦ, ОКСМ, ОКСД,
зоновый кабель необходим для организации многополосных линий между, например, областью и отдаленными районами (до 250 км). Кабельная продукция группы содержит градиентные волокна, примеры марок: ОМЗКГМ, ОМЗКГЦ, ОК, ОЗКГ,
городской оптический интернет-кабель (ОКСТМ, ОКСТЦ, ОККТМ), как правило, прокладывается в трубах и коллекторах. Он предназначен для создания сравнительно коротких магистралей (до 10 км), но также должен обладать отличной дата-пропускной способностью, т.е. быть поликанальным. По техпараметрам класс городских кабелей близок к зоновым,
полевые марки (ОК-ПН) предназначены для строительства линий в полевых условиях, в т.ч. подземным, подводным и подвесным способом, поэтому рассчитаны на многократные прокладки и снятия, не распространяют горение, стойки к воздействию растягивающих усилий, влаги, бензина и дизтоплива, грызунам. Полевой кабель обычно содержит 1-12 оптоволокон,
подводный оптический кабель (СПС, ОА2, ДАС) может быть грузонесущим, отличается высокой разрывной и растягивающей устойчивостью, не пропускает влагу, в т.ч. молекулярную, имеет низкий уровень дисперсионности и значительные длины регенерационных участков.,
объектовая (стационарная) оптика служит для пропускания внутренних информационных потоков, к примеру, в бортовых системах кораблей и самолетов, видеотелефонии в учреждениях, кабельном ТВ непосредственно в здании. В конструкции объектовых кабелей не предусмотрены гидрофобные заполнители, что упрощает их монтаж и повышает степень пожарной безопасности. Примеры марок: ИКВ–Т2, ИКВА–П, ОТЦ,
монтажный оптический кабель (ОК-МС с разным номером разработки) имеет форму плоских лент или жгутов. Он применяется для создания внутри- и межблоковых соединений в аппаратуре локальных инфо-систем. Монтажные кабельные изделия сконструированы на основе мультимодовых градиентных оптоволокон.
Одна из разновидностей классификации оптических кабелей связи по назначению с указанием вариантов применения и монтажа представлена на рисунке.
Оптоволоконные кабеля могут также различаться по вариантам конструктивного исполнения сердечника:
с повивной концентрической скруткой. Оптические модули с числом волокон 1-24 в этом виде проводных изделий скручены вокруг центрального силового элемента. При этом каждый следующий повив содержит на 6 волокон больше. Одноповивная скрутка насчитывает 4-12 модулей (до 288 оптоволокон), мультиповивная – до 48 (576 ОВ),
с центральным оптическим модулем, который выполнен в виде сердечника с количеством оптических волокон до 48,
с фигурным сердечником. В полимерной оболочке этого типа кабельных изделий выполнены профилированные пазы, в которые укладываются оптические модули или плоские ленты с общим числом оптоволокон до 576. Преимуществом такого расположения является минимизация продольного разрывного усилия. Этот тип встречается редко из-за высокой стоимости и сложности монтажной разделки,
Плоские оптические ленты уложены в центральный оптомодуль, количество оптических волокон может достигать 288.
Первые две группы оптических кабелей чрезвычайно широко распространены в странах СНГ и РФ.
Еще одна классификация подразделяет оптические кабеля для интернета по материалу, из которого изготовлены оптоволокна:
PCF – стеклянно-кристаллическое волокно с защитным покрытием из полимера, plastic crystal fiber.
В конструкции оптического кабеля для интернета могут присутствовать металлические элементы, к примеру, свинцовые или алюминиевые оболочки, бронированные покровы, медные проводники. Существуют и полностью диэлектрические марки, которые менее прочны и влагостойки, но обладают отличной помехоустойчивостью, имеют более скромные габариты и вес, поэтому удобны в транспортировке и монтаже.
Оптоволокно или витая пара — что лучше
Содержание
Содержание
В различных сетях для передачи информации используются специальные кабели — витая пара и оптоволокно. Можно ли выбрать что-то одно, какое у них назначение, в чем их отличия, преимущества и недостатки — разберемся.
Особенности производства витой пары
Витая пара была создана Александром Беллом в 1881 году, а уже в 1900 году повсеместно использовалась в телефонных линиях на территории США. Как можно догадаться по названию, в этом типе кабелей используется несколько витых пар — двух изолированных проводников, скрученных с определенным шагом. Такое конструктивное решение было принято, чтобы уменьшить электромагнитные помехи от внешних источников. В витой паре также могут использоваться и дополнительные слои для защиты от внешних наводок.
Создание витой пары начинается с огромных бобин медной проволоки, которая служит проводником электрического сигнала. Каждая медная нить диаметром в 7,8 мм наматывается на систему из нескольких роликов и вытягивается до 0,4-0,6 мм. Процесс вытягивания позволяет получить из 160 метров медного стержня более 1,5 км провода.
На следующем этапе медь покрывают пластиковым изолятором разных цветов. Его делают из негорючего полипропиленового состава, который поставляется на производства в виде гранул. Затем каждый кабель по цвету наматывают на отдельные катушки. Далее с помощью специального станка из двух проводников создается одна витая пара, а после — четыре или больше витых пары соединяются в один кабель с последующим экранированием.
В конце производства готовые кабели сворачивают в катушки и упаковывают для транспортировки. Согласно исследованию DISCOVERY Research Group на 2019 год объем рынка LAN-кабелей России составлял 570 330 километров. Этого хватит, чтобы 14 раз охватить всю Землю по экватору.
Производство оптического волокна
Патент на передачу данных посредством света в оптоволокне в 1934 году получил Норман Френч — инженер фирмы AT&T, но первые лазер и приемник сигналов появились только
в 1962 году. Коммерческое использование таких кабелей началось только в 80-х годах, когда удалось решить проблему быстрого затухания.
Оптическое волокно представляет собой нить из прозрачного материала — стекла или пластика. Кабель состоит из сердцевины, в которой перемещается свет, и оболочки с другим коэффициентом преломления.
Толщина сердцевины зависит от того, сколько лучей (мод) будет передаваться по кабелю.
Производство оптоволокна — это сложный и высокотехнологичный процесс. В России первый завод появился в 2015 году в Саранске. В восьмиэтажном здании Сарансккабель-Оптика располагается вертикальная производственная линия. Все начинается со специальных преформ (заготовок), которые при помощи мощной печи разогреваются до 2 000 градусов Цельсия. Из печи выходит уже волокно толщиной в 125 микрон.
Далее нити покрывают акрилатом и обрабатывают ультрафиолетовыми лампами для затвердевания. На выходе получается готовый оптоволоконный кабель. Процесс идет практически непрерывно, а нить движется через все восемь этажей со скоростью до 1 700 метров в минуту. На выходе формируются небольшие катушки с оптоволокном, готовые
к доставке.
Витая пара против оптоволокна: преимущества и недостатки
Принципиальное отличие этих двух типов кабелей заключается в способе передачи сигнала:
в витой паре это электрический импульс, а в оптоволокне — световой луч.
Оптоволокно обладает следующими достоинствами:
Несмотря на многочисленные достоинства, оптическое волокно не смогло вытеснить витую пару. Все дело в нескольких важных минусах. Цена на оптоволоконное оборудование даже
с появлением многочисленных производств остается высокой, поскольку оно работает
не с электрическими сигналами, а с оптическими.
Другая проблема — относительная хрупкость и сложность монтажа. Несмотря на то, что оптоволокно можно гнуть, в его основе лежит стекло, поэтому при сильных изгибах такой кабель ломается. Угол изгиба больше 90 градусов дает ослабление сигнала. Для спайки необходим специальный аппарат, без которого соединить два конца оптоволоконного кабеля невозможно. Ремонт таких коммуникаций сложнее и требует особой квалификации.
Помимо этого, большая часть потребительской техники (роутеры, телевизоры, TV-приставки) работают с электрическими сигналами, поэтому подключатся посредством витой пары.
Витая пара по многим параметрам проигрывает оптическому волокну: невысокие скорости передачи (для категории Cat.7 до 10 Гбит/с), длина одного сегмента не может превышать 300 метров, а поскольку медь подвержена окислению, то и срок службы у витой пары при оптимальных условиях влажности и температуры не превышает 15 лет.
Главный минус — подверженность помехам, что вынуждает производителей тратиться на дополнительные меры защиты. В заводских условиях с мощным электромагнитным излучением витую пару использовать невозможно.
Почему не используется что-то одно
Несмотря на очевидные достоинства оптического волокна, витая пара со своими минусами остается неотъемлемой частью интернет-коммуникаций и не только. Главная причина — дешевизна оборудования и легкость обслуживания. Большинству обычных потребителей хватает скорости до 1 Гбит/с, которую без проблем обеспечивают последние категории витой пары. Также в квартирах и частных домах нет сильных электромагнитных наводок, которые могут создать помехи.
Самое главное — витую пару намного проще прокладывать. В квартирах нередко приходится протягивать LAN-кабели в специальных каналах плинтуса. Избежать изгибов в 90 градусов будет практически невозможно. Заменить патчкорды или участок витой пары могут даже обычные пользователи при наличии соответствующего инструмента.
Прокладывать оптоволокно на небольшие расстояния в квартирах и частных домах сложно
и часто нерационально, особенно, если вся техника имеет стандартные порты RJ-45. Противоположные качества оптоволокна и витой пары вынуждают делать комбинированные сети.
На больших расстояниях прокладывают оптоволокно, используя его главные достоинства — высокую скорость передачи, длину сегмента, стойкость к перепадам температур и помехам. Для подключения абонентов на небольших участках применяют витую пару, поскольку ее легко монтировать и нет необходимости ставить для каждой квартиры медиаконверторы.
Учитывая хрупкость оптоволокна и совершенствование витой пары (новейший стандарт Cat.8 обеспечивает скорость до 40 Гбит/с), ни один из типов кабелей не сможет вытеснить второй
и стать повсеместным в ближайшие годы.