Optičko umrežavanje je tehnologija koja koristi svjetlost za prijenos podataka između uređaja. Nudi visoku propusnost i nisko kašnjenje i bio je de facto standard za komunikaciju podataka na velikim udaljenostima već dugi niz godina. Optičko vlakno se koristi za većinu glasovnih i podatkovnih komunikacija na velike udaljenosti širom svijeta.
Optičko umrežavanje je važno jer omogućava prijenos podataka velikom brzinom na velike udaljenosti. Na primjer, optička mreža osigurava da korisnici u New Yorku mogu pristupiti serverima u Nairobiju onoliko brzo koliko to dozvoljavaju zakoni fizike.
Tehnologija koja stoji iza optičkog umrežavanja zasniva se na principu totalne unutrašnje refleksije. Kada svjetlost udari u površinu medija kao što je optički kabel, dio svjetlosti se odbija od površine. Ugao pod kojim se reflektuje svetlost zavisi od svojstava medija i upadnog ugla (ugao pod kojim svetlost pada na površinu).
Ako je upadni ugao veći od kritičnog ugla, onda se sva svetlost reflektuje; ovo se zove totalna unutrašnja refleksija. Potpuna unutrašnja refleksija može se koristiti za pravljenje optičkih vlakana, vrste stakla ili plastike koja vodi svjetlost duž svoje dužine.
Kako svjetlost putuje kroz vlakno, ona prolazi kroz višestruke totalne unutrašnje refleksije, uzrokujući da se odbija od zida vlakana. Ovaj efekat odbijanja uzrokuje da svjetlost putuje niz dužinu vlakna u cik-cak uzorku.
Pažljivom kontrolom svojstava vlakana, inženjeri mogu kontrolisati koliko se svjetlosti reflektira i koliko daleko putuje prije nego što se ponovo reflektira. To im je omogućilo da dizajniraju optička vlakna koja mogu prenositi podatke na velike udaljenosti bez gubitka ikakvih informacija.
Optičke mreže se sastoje od nekoliko komponenti: optičkih vlakana, primopredajnika, pojačala, multipleksora i optičkih prekidača.
Optical Fiber
Optičko vlakno je medij koji prenosi optički signal. Sastoji se od raznih materijala, uključujući:
①Jezgro: Centar koji nosi svjetlost.
②Clad: Materijal koji okružuje jezgro i pomaže zadržati optički signal.
③Pufer premaz: Materijal koji štiti optičko vlakno od oštećenja.
Jezgro i omotač su obično izrađeni od stakla, dok je tampon premaz obično izrađen od plastike.
Primopredajnik
Primopredajnici su uređaji koji pretvaraju električne signale u optičke signale i obrnuto, obično implementirani u posljednjoj milji veze. To je interfejs između optičke mreže i elektronskih uređaja koji je koriste, kao što su računari i ruteri.
Pojačalo
Kao što ime govori, pojačalo je uređaj koji pojačava svjetlosne signale tako da mogu putovati na velike udaljenosti bez gubitka snage. Pojačala su postavljena duž vlakna u pravilnim intervalima kako bi se pojačao signal.
Multiplekser
Multiplekser je samo uređaj koji uzima više signala i kombinuje ih u jedan signal. Ovo se radi tako što se svakom signalu dodeljuje različita talasna dužina svetlosti, omogućavajući multiplekseru da istovremeno šalje više signala duž jednog vlakna bez smetnji.
Prekidač za svjetlo
Optički prekidač je uređaj koji usmjerava optičke signale s jednog vlakna na drugo. Optički prekidači se koriste za kontrolu prometa u optičkim mrežama i obično se koriste u mrežama velikog kapaciteta.
Istorija optičkog umrežavanja
Istorija optičkog umrežavanja započela je 1790-ih kada je francuski izumitelj Claude Chappe izumio optički signalni telegraf, jedan od najranijih primjera optičkog komunikacionog sistema.
Skoro vek kasnije, 1880. godine, Alexander Graham Bell patentirao je elektro-optički telefon, optički telefonski sistem. Dok je fotofon bio revolucionaran, Bellov raniji izum telefona bio je praktičniji i poprimio je opipljiv oblik. Stoga, Photophone nikada nije napustio eksperimentalnu fazu.
Do 1920-ih, John Logie Baird u Engleskoj i Clarence W. Hansell patentirali su samo ideju korištenja niza šupljih cijevi ili prozirnih šipki za prijenos slika za televiziju ili faks sisteme.
Godine 1954., holandski naučnik Abraham Van Heel i britanski naučnik Harold H. Hopkins objavili su naučne radove o traktografiji. Hopkins se fokusirao na neobložena vlakna, dok se Van Heel fokusirao samo na jednostavne snopove vlakana - prozirnu oblogu sa nižim indeksom prelamanja oko golog vlakna.
Ovo štiti reflektirajuću površinu vlakana od vanjskih deformacija i značajno smanjuje smetnje između vlakana. Razvoj snopova za snimanje bio je važan korak u razvoju optičkih vlakana. Zaštita površine vlakna od vanjskih smetnji omogućava precizniji prijenos optičkih signala kroz vlakno.
Do 1960. staklena vlakna su imala gubitke od oko 1 decibel (dB) po metru, pogodna za medicinsko snimanje, ali previsoka za komunikaciju. Godine 1961. Elias Snitzer iz Optical Company of America objavio je teorijski opis optičkog vlakna sa sićušnom jezgrom koje je moglo prenositi svjetlost kroz samo jedan talasovodni mod.
Godine 1964. dr Kao je predložio gubitak svjetlosti od 10 ili 20 dB po kilometru. Ovaj standard pomaže da se poboljša domet i pouzdanost telekomunikacionih sistema. Pored svog rada na stopama gubitaka, dr. Gao je pokazao potrebu za čistijim staklom kako bi se smanjio gubitak svjetlosti.
U ljeto 1970., grupa istraživača u Corning Glass Works počela je eksperimentirati s novim materijalom nazvanim fuzionirani silicijum. Ova supstanca je poznata po izuzetno visokoj čistoći, visokoj tački topljenja i niskom indeksu prelamanja.
Tim, koji su činili Robert Maurer, Donald Keck i Peter Schultz, ubrzo je shvatio da se topljeni silicijum dioksid može koristiti za izradu nove vrste žice nazvane "optički talasovodno vlakno". Ova žica sa optičkim vlaknima može prenijeti 65,000 puta više informacija od tradicionalne bakarne žice. Nadalje, svjetlosni valovi koji se koriste za prijenos informacija mogu se dekodirati na odredištima udaljenim čak i hiljadu milja.
Ovaj izum je revolucionirao komunikaciju na daljinu i utro put današnjoj tehnologiji optičkih vlakana. Tim je riješio problem gubitka decibela koji je definirao dr. Gao, a 1973. John MacChesney u Bell Laboratories je poboljšao proces hemijskog taloženja pare za proizvodnju vlakana. Kao rezultat toga, postala je moguća komercijalna proizvodnja kablova sa optičkim vlaknima.
U aprilu 1977. General Telephone and Electronics Co. je prvi put koristio optičku mrežu za telefonsku komunikaciju u realnom vremenu u Long Beachu u Kaliforniji. U maju 1977. Bell Labs je ubrzo slijedio njihov primjer, izgradivši optički telefonski komunikacioni sistem koji se proteže na 2,5 milju u centru Čikaga. Svaki par vlakana može prenijeti 672 glasovna kanala, što je ekvivalentno DS3 kolu.
Početkom 1980-ih, druga generacija optičkih komunikacija je dizajnirana za komercijalnu upotrebu, koristeći 13-mikronski InGaAsP poluvodički laser. Ovi sistemi su 1987. radili pri brzinama prijenosa od čak 1,7 Gbps, s repetitorima koji su bili udaljeni i do 50 kilometara.
Sistemi koji se koriste u mrežama optičkih vlakana treće generacije rade na 1,55 mikrona i imaju gubitak od oko 0,2 dB po kilometru.
Četvrta generacija optičkih komunikacionih sistema oslanja se na optičko pojačanje kako bi se smanjio broj potrebnih repetitora i na multipleksiranje po talasnim dužinama (WDM) za povećanje kapaciteta podataka.
U 2006. godini, brzina prijenosa od 14 terabita (Tb) u sekundi je postignuta na 160-kilometarskoj liniji korištenjem optičkih pojačala. Do 2021. japanski naučnici će moći da prenose 319 Tbps na 3,{6}} kilometra koristeći četvorožilni optički kabl.
Dok ovi optički komunikacioni sistemi četvrte generacije imaju mnogo veći kapacitet od prethodnih generacija, osnovni princip je isti: pretvaraju električne signale u optičke impulse, šalju ih preko optičkih vlakana, a zatim ih pretvaraju nazad u električne signale na prijemu. kraj.
Međutim, komponente svake generacije postale su manje, pouzdanije i jeftinije. Kao rezultat toga, optičke komunikacije postaju sve važniji dio naše globalne telekomunikacijske infrastrukture.
Ključni trendovi u optičkom umrežavanju
Fokusirajte se na rub mreže
Ivica optičke mreže je mjesto gdje promet teče u mrežu i izlazi iz nje. Kako bi zadovoljile zahtjeve aplikacija zasnovanih na oblaku, optičke mreže se približavaju krajnjim korisnicima. Ovo omogućava manje kašnjenje i konzistentnije performanse.
Layer Encryption
Kako sajber napadi postaju sve češći, zaštita podataka u pokretu i dalje će biti glavna briga. SASE (Secure Access Service Edge), korištenje sigurnosnih funkcija koje su izvorne u oblaku na krajnjim točkama usluge, nedavno je dobilo na snazi. Zaštita krajnje tačke može učiniti bezbednosne kontrole na povezanim mrežama nepotrebnim.
Iako ovo možda neće eliminirati potrebu za enkripcijom, zaštitit će osjetljive podatke i aplikacije. Bez jedne sigurnosne kontrole, nivo 1 zaštite postaje sve teže.
Možemo bolje zaštititi naše resurse šifriranjem kontrole, upravljanja i korisničkog prometa. To hakerima čini gotovo nemogućim da provale u sistem, što uvelike smanjuje šanse za uspješan sajber napad. Kako se preduzeća sve više oslanjaju na podatke i povezanost, robusna sigurnosna rješenja će postati samo očiglednija.
Otvorite Optička mreža
Otvorena optička mreža je optička mreža koja koristi standardna, otvorena sučelja kako bi omogućila integraciju opreme različitih proizvođača. Ovo pruža veći izbor i fleksibilnost za komponente optičke mreže. Osim toga, olakšava dodavanje novih funkcija i usluga čim postanu dostupne.
Rast usluga spektra
Kako promet podataka nastavlja rasti, raste i potreba za većom propusnošću i kapacitetom. Spektralne usluge to obezbeđuju korišćenjem spektra za povećanje kapaciteta postojećih optičkih mreža. Ove usluge postaju sve popularnije jer pružaju isplativ način ispunjavanja rastućih zahtjeva za podacima.
Više primjena na otvorenom
Postavljanje na otvorenom u ulične ormare postaje sve češće kako raste potražnja za većom propusnošću i kapacitetom. Spoljna vlakna mogu ići direktno do lokacije korisnika, obezbeđujući direktniju vezu i manje kašnjenje.
Kompaktan i modulator
Kako optičke mreže nastavljaju da se razvijaju, potreba za manjim, kompaktnijim komponentama postaje sve očiglednija. To je zato što je prostor u okruženju podatkovnog centra često ograničen. Kompaktna modularna optika nudi pristup koji štedi prostor, a istovremeno pruža visoke performanse.
Budućnost optičkog umrežavanja
Inteligentna optička mreža
Inteligentne optičke mreže su optičke mreže koje koriste umjetnu inteligenciju (AI) za optimizaciju performansi. Umjetna inteligencija se može koristiti za automatsko prepoznavanje i ispravljanje problema u mreži. Ovo omogućava efikasniju i pouzdaniju mrežu.
Osim toga, AI se može koristiti za predviđanje budućih obrazaca saobraćaja i zahtjeva. Ove informacije se mogu koristiti za obezbjeđivanje kapaciteta unaprijed, osiguravajući da mreža može ispuniti buduće zahtjeve.
Fleksibilna mrežna arhitektura
Fleksibilne mrežne arhitekture postaju sve popularnije jer pružaju način za povećanje kapaciteta postojećih vlakana. Fleksibilna mreža omogućava multipleksiranje različitih talasnih dužina svetlosti na jednom vlaknu. Ovo omogućava da se više podataka prenosi na svakom vlaknu, povećavajući kapacitet mreže.
Multipleksiranje s podjelom talasnih dužina na zahtjev
Multipleksiranje talasne dužine je tehnika koja omogućava da se više talasnih dužina svetlosti prenese na jedno vlakno. WDM na zahtjev je tip WDM koji omogućava kapacitet na zahtjev. To znači da se kapacitet može dodati po potrebi bez instaliranja novog vlakna.
Optičko umrežavanje u sve digitalnijem svijetu
Optičko umrežavanje je prešlo dug put u svojoj relativno kratkoj istoriji. Od skromnih početaka, sada je bitan dio mnogih velikih mrežnih infrastruktura. To je ključni stub interneta, koji revolucioniše način na koji komuniciramo i uvodi eru tehnološkog napretka bez presedana.
Kako trendovi poput 5G sazrijevaju, čini se da su optičke mreže spremne da nastave igrati važnu ulogu u našem sve digitaliziranijem svijetu.
