Волоконно оптическая линия

Введение

1. Основная часть

1. Волоконно-оптические линии связи как понятие

Физические особенности

Технические особенности

Есть в волоконной технологии и свои недостатки

Оптическое волокно и его виды

Волоконно-оптический кабель

Электронные компоненты систем оптической связи

Лазерные модули для ВОЛС

Фотоприемные модули для ВОЛС

Применение ВОЛС в вычислительных сетях

Заключение

Список используемой литературы

Введение

С начала развития компьютерной техники прошло немного немало шестьдесят лет. За это время мы получили такие скорости вычислений, такие скорости передачи данных, о которых шестьдесят лет тому назад нельзя было и мечтать. Все началось с того, что в 1948 году вышли книги К. Шеннона “Математическая теория связи” и Н. Винера “Кибернетика, или управление и связь в животном и машине ”. Они и определили новый вектор развития науки, в результате чего появился компьютер: вначале ламповый гигант, затем транзисторный и на интегральных схемах, на микропроцессорах. И вот в 1989 году появился персональный компьютер IBM. В том же году вышла программа MS – DOS, а в 1990 – Windows-3.0, и далее пошло стремительное совершенствование “железа” и программного обеспечения. К концу столетия человечество получило потрясающую миниатюризацию компьютерной техники, сокращения расстояния между компьютером и человеком, тотальное проникновение компьютерных технологий в бытовую сферу. 1986 год – рождение Интернета, глобальной сети, охватившей практически все страны мира, поставляющей каждому пользователю текущую информацию. Получив настолько быструю обработку данных, люди пришли к выводу, что можно перестать терять время и деньги, также на передачу этих данных, а также увеличить скорость доступа, и скорость передачу данных. Это стало возможным благодаря использованию новых видов связи, таких как оптическое волокно, пришедших на замену банальным алюминиевым и медным проводам.

Тема об оптоволоконной линии связи, является актуальной на данный момент времени, так как число людей на планете растет, и потребности в улучшение жизни то же увеличиваются. Ещё с древних времён человек совершенствуется: улучшает свои знания, стремится улучшить жизнь, создавая и моделируя предметы быта. И сейчас многие фирмы создают телевизоры, телефоны, магнитофоны, компьютера и многое другое, то есть – бытовую технику, которая упрощают жизнь человека. Но для внедрения этих новых технологий нужно изменять или улучшать старое. В пример этому можно привести наши линии связи на коаксиальном (медном) кабеле, про которые уже было упомянуто выше. Их скорость мала, даже для передачи видеоинформации. А волоконная оптика как раз то, что нам нужно — её скоростью передачи информации очень велика. Плюс, низкие потери при передаче сигнала позволяет прокладывать значительные по дальности участки кабеля без установки дополнительного оборудования. Оптоволокно имеет хорошую помехозащищенность, легкость прокладки и долгие сроки работы кабеля практически в любых условиях. И, кроме того, оптоволокно не имеет смысла воровать с целью сдачи на металлолом. В настоящее время оптоволокно находит свое применение преимущественно в теле — и интернет – коммуникациях. Но считается, что сегодняшнее использование оптоволокна лишь вершина айсберга его применения.

1. Волоконно-оптические линии связи как понятие

Волоконно-оптические линии связи — это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно». Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. К примеру, В настоящее время волоконно-оптические кабели проложены по дну Тихого и Атлантического океанов и практически весь мир «опутан» сетью волоконных систем связи (Laser Mag.-1993.-№3; Laser Focus World.-1992.-28, №12; Telecom. mag.-1993.-№25; AEU: J. Asia Electron. Union.-1992.-№5). Европейские страны через Атлантику связаны волоконными линиями связи с Америкой. США, через Гавайские острова и остров Гуам — с Японией, Новой Зеландией и Австралией. Волоконно-оптическая линия связи соединяет Японию и Корею с Дальним Востоком России. На западе Россия связана с европейскими странами Петербург — Кингисепп — Дания и С.-Петербург – Выборг — Финляндия, на юге — с азиатскими странами Новороссийск — Турция. В Европе, также, как и в Америке, давно уже нашли широкое применение практически во всех сферах связи, энергетики, транспорта, науки, образования, медицины, экономики, обороны, государственно-политической и финансовой деятельности. Итак, основания считать оптоволокно самой перспективной средой для передачи больших потоков информации вытекает из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

2. Физические особенности

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1 Терабит/с.

Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут. А это означает, что до сих пор при столь сильной загруженности нашего интернета не нашлось столько информации, которая при одновременной передачи привела бы к уменьшению скорости передаваемого потока данных.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Иными словами потеря сигнала за счет сопротивления материала проводника. Лучшие образцы российского волокна имеют столь малое затухание, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более «прозрачные», так называемые фтороцирконатные волокна.

Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

3. Технические особенности

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди, отсюда и сравнительно не большая цена и практически отсутствие случаев кражи с целью сдачи на металлолом

Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Стеклянные волокна — не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.

К примеру вы все же решили это сделать. Для обнаружения перехватываемого сигнала вам понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видимость интерференционной картины может быть ослаблена большим количеством сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Важное свойство оптического волокна — долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие, без замены самого кабеля.

4. Есть в волоконной технологии и свои недостатки

При создании линии связи требуются активные высоконадежные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение.

Точность изготовления таких элементов линии должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.

Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется дорогостоящее технологическое оборудование. а) инструменты для оконцовки. б) коннекторы. в) тестеры. г) муфты и спайс- кассеты.

Кабель из оптоволокна – уникальный продукт высоких технологий

Технология производства оптоволокна берет начало в 50-тых годах ХХ века и до сих пор остается сложной и трудоемкой. Поэтому стоимость оптоволоконного кабеля не может быть низкой. Зато с его помощью мы получили быстрый Интернет и возможность использовать его на обширных территориях. Огромная пропускная способность оптического кабеля позволяет передавать большой объем информации в единицу времени. Оптический сигнал в нем почти не искажается и не ослабевает при передаче на большие расстояния.

Кроме того, материал, из которого делается стекловолокно, – кварц – очень легкий, долговечный, мало подвержен атмосферным воздействиям и влиянию электромагнитных полей. Химическая инертность делает его пожаробезопасным. К недостаткам стекловолокна относятся:

  • сложность ремонта, из-за чего при локальном повреждении кабеля иногда приходится менять его полностью;
  • сложность согласования с электрическими цепями(нужны модемы).

К сожалению, эти сложности объективно приводят к повышению стоимости подключения оптоволоконных систем связи.

Преимущества оптоволоконного Интернета

Замечательные свойства оптического кабеля обусловили существенные преимущества оптоволоконных систем связи относительно традиционных кабельных или DSL технологий:

  • очень высокая скорость передачи информации, в том числе и при пиковых нагрузках на сеть вечером и в выходные;
  • высокая помехозащищенность;
  • практически отсутствует задержка сигнала – задержка в единицы мс, тогда как для 3G-интернета значения прядка 100мс, а для спутникового могут достигать 1000мс;
  • затруднен несанкционированный доступ к передаваемой информации – врезка, индукционное считывание и другие угрозы;
  • возможность подключения видеонаблюдения, охранных систем, IP-телефонии, интерактивного телевидения и т.

    д.;

  • возможность прокладки оптоволоконного кабеля на большие расстояния;
  • химическая устойчивость стекловолокна в агрессивных средах;
  • хорошая гибкость кабеля;
  • небольшие габариты и вес;
  • защищенность от открытого огня и взрыва;
  • долговечность.

По данным»Point Topic», общее количество тех, кто предпочел оптоволоконный Интернет, уже сегодня превышает число пользователей кабельного. Перечисленные преимущества оптоволоконных систем связи рождают уверенность, что в ближайшие годы весь Интернет в развитых странах станет оптоволоконным и доступным для жителей любого населенного пункта. В России свой вклад в это вносит компания»Асарта».

Принцип передачи света по оптоволокну

1.1 Оптическая связь

Принцип системы оптической связи заключается в передаче сигнала через оптоволокно к удаленному приёмнику. Электрический сигнал преобразуется в оптический и в таком виде передаётся на расстояние. В приёмном устройстве он обратно переходит в исходную электрическую форму. У волоконно-оптической связи есть множество преимуществ перед другими типами передачи информации, такими как медные жилы и системы радиосвязи.

• Сигнал может быть передан без регенерации на большое расстояние (200 км).

• Оптоволоконная передача не чувствительна к электромагнитным помехам. Кроме того, волокно не проводит электричество и фактически нечувствительно к радиочастотной интерференции.

• Оптические системы обеспечивают большее количество каналов чем физические цепи.

• Оптический кабель намного легче и тоньше чем кабель с металлическими жилами и волокна занимают в нём небольшой объём. Например, один оптоволоконный кабель может содержать 144 волокна.

• Оптическое волокно очень надёжно.

• У оптического волокна срок эксплуатации больше 25-и лет (по сравнению с 10 годами систем спутниковой связи).

• Рабочие температуры для оптического волокна изменяются, но они обычно они лежат в диапазоне от -40° до +80°C

Группа факторов ухудшают пропускание света в оптической системе связи:

Эта же теория из другой книги:
Теория волоконно-оптической передачи
Показатель преломления
Закон Снелла
Внутреннее и внешнее отражение
Числовая апертура

1. Затухание: Поскольку световой сигнал перемещается через волокно, он теряет мощность из-за поглощения, рассеивания, и других потерь. С некоторым расстоянием мощность сигнала может уменьшиться до уровня собственных шумов приёмника.

2. Пропускная способность: Оптоволокно имеет ограниченный частотную полосу пропускания и если световой сигнал использует несколько частот, то это явление уменьшает информационную пропускную способность.

3. Дисперсия: Импульсы света распространяющиеся в волокне расширяются и тем ограничивают информационную пропускную способность на высоких скоростях передачи или укорачивается её расстояние.

1.2 Строение оптоволокна

Оптический волновод это тонкая стеклянная нить, окруженная пластиковым защитным покрытием. Нить оптоволокна состоит из двух частей: внутренняя сердцевина и наружная оболочка. Свет, введенный в стеклянную сердцевину проходит в ней многократно отражаясь от её границы с оболочкой.


Строение оптического волокна

1.3 Принципы передачи

Луч света вводится в волокно под малым углом α. Возможность оптоволокна принять свет в сердцевину (максимальное приемлемое значение угла) определяется его числовой апертурой (NA)

Где α0 — максимальный угол ввода (то есть, предельный угол между осью и углом полного отражения сердцевины), n1 показатель преломления сердцевины и n2; показатель преломления оболочки.
Ввод света в оптоволокно

Полный приемный конус оптического волокна определяется как 2α0

1.3.1 Распространение света в оптоволокне

Распространение луча света в оптическом волокне происходит по закону Снелла-Декарта. Часть света вводится через полный приемный конус оптоволокна.

1.3.1.1 Преломление

Явление преломления выражается в изменении угла прохождения луча света через границу двух сред. Если α > α0, то луч полностью преломляется и выходит из сердцевины.

n1 sin αi = n2 sin αr


Преломление света

1.3.1.2 Отражение

Отражение является изменением направления светового луча на границе между двумя средами. В этом случае, световой луч возвращается в сердцевину, из которой он произошел.

Если α α0, то луч отражается и остается в сердцевине.

αi = αr


Отражение света

1.3.1.3 Принцип распространения

Лучи видимой области спектра входит в оптоволокно под разными углами и идут разными путями. Луч, вошедший в центр сердцевины под малым углом пойдёт прямо и по центру волокна. Луч вошедший под большим углом или около края сердечника пойдёт по ломаной и будет проходить по оптоволокну более медленно. Каждый путь, следуя из данного угла и точки паления даст начало моде. Поскольку моды перемещаются вдоль волокна, каждая из них до некоторой степени ослабляется.

1.3.2 Скорость

Скорость с которой свет перемещается через среду передачи определяется показателем преломления этой среды. Показатель преломления среды (n) является коэффициентом отношения скорости света в вакууме к скорости света в этой среде.

n = c/v

Где n является показателем преломления среды передачи, с скорость света в вакууме (2.99792458 · 108 м\с), и v скорость света в среде передачи.

Типичные значения n для стекла используемого в качестве оптоволокна лежит между 1.45 и 1.55. Как правило, чем выше показатель преломления, тем меньше скорость в среде передачи.


Сравнение скорости прохождения света через различные среды

Значения типичного показателя преломления разных производителей и различных типов оптоволокна:

• Corning® LEAF®
n = 1.468 в 1550 нм
n = 1.469 в 1625 нм

• OFS TrueWave® REACH
n = 1.471 в 1310 нм
n = 1.470 в 1550 нм

1.3.3 Пропускная способность

Пропускная способность зависит от ширины частотного диапазона, на котором способно работать оптическое волокно. Пропускную способность волокна определяет максимальная информационная емкость канала, который может быть передан вдоль волокна по данному расстоянию. Пропускная способность вырается в МГц o км. В многомодовом оптоволокне пропускная способность, главным образом, ограниченна модовой дисперсией; тогда как такое ограничение отсутствует для одномодовых волокон.


Пропускная способность оптической линии в зависимости от типа волокна

Оптоволоконные линии связи

Слайд Связь

Связь в технике — передача информации (сигналов) на расстояние.

Типы связи

В зависимости от того, какие явления использовались для кодирования сообщений, можно выделять связь при помощи:

  • электронов — электросвязь (проводная и радиосвязь)
  • излучения фотонов — современное оптоволокно, некоторые виды сигнальных вышек, сигналы фонариком на азбуке Морзе, атмосферная и космическая лазерная связь
  • последовательностей символов из красителей на материале — письмо на бумаге.
  • рельефа или изменения формы материала — оптический диск

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:

  • спутниковые
  • воздушные
  • наземные
  • подводные
  • подземные

В зависимости от того, что переносит сообщение, по физическим принципам, лежащим в основе линий связи, можно выделить следующие типы связи:

  • Проводная и кабельная связь — передача ведётся вдоль направляющей среды.
    • Связь по электрическому кабелю
    • Волоконно-оптическая связь
  • Радиосвязь — для передачи используются радиоволны в пространстве.
    • ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-связь без применения ретрансляторов
    • Спутниковая связь — связь с применением космического ретранслятора(ов)
    • Радиорелейная связь — связь с применением наземного ретранслятора(ов)
    • Сотовая связь — связь с использованием сети наземных базовых станций
  • Курьерская связь

В зависимости от того, подвижны источники/получатели информации или нет, различают стационарную (фиксированную) и подвижную связь (мобильную, связь с подвижными объектами — СПО).

По типу передаваемого сигнала различают аналоговую и цифровую связь.

Сигнал

В зависимости от того, какая информация передаётся, различают аналоговую и цифровую связь. Аналоговая связь — это передача непрерывных сообщений (например, звука или речи). Цифровая связь — это передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Однако, дискретные сообщения могут передаваться аналоговыми каналами и наоборот. В настоящее время цифровая связь вытесняет аналоговую (происходит цифровизация),

Линия связи

Линия связи (ЛС)— физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.

Это и совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю. Она осуществляется с помощью электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов.

Проводные линии связи

Цепь связи — проводники/волокно используемые для передачи одного сигнала. В радиосвязи то же понятие имеет название ствол. Различают кабельную цепь — цепь в кабеле и воздушную цепь — подвешена на опорах.

Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные. Кабельные линии прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи уступили место воздушным. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов. Стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий многоканальных систем привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Они используются для передачи телевизионных сигналов высокой частоты, а также для междугородней и международной телефонной связи. Одним проводом в коаксиальном кабеле служит медная или алюминиевая трубка (или оплетка), а другим — вложенная в нее центральная медная жила. Они изолированы друг от друга и имеют одну общую ось. Такой кабель имеет малые потери, почти не излучает электромагнитных волн и поэтому не создает помех. Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния.

Рис. Коаксиальный кабель

Оптоволоконные линии связи

В качестве проводных линий связи используются в основном телефонные линии и телевизионные кабели. Наиболее развитой является телефонная проводная связь. Но ей присущи серьезные недостатки: подверженность помехам, затухание сигналов при передаче их на значительные расстояния и низкая пропускная способность. Всех этих недостатков лишены оптоволоконные линии — вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам («оптическому волокну»).

Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния. Оно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния — широко распространенного и недорогого материала, в отличие от меди. Оптическое волокно очень компактное и легкое, оно имеет диаметр всего около 100 мкм.

Оптоволоконные линии отличают от традиционных проводных линий:

  • очень высокая скорость передачи информации (на расстояние более 100 км без ретрансляторов);
  • защищенность передаваемой информации от несанкционированного доступа;
  • высокая устойчивость к электромагнитным помехам;
  • стойкость к агрессивным средам;
  • возможность передавать по одному волокну одновременно до 10 миллионов телефонных разговоров и одного миллиона видеосигналов;
  • гибкость волокон;
  • малые размеры и масса;
  • искро-, взрыво- и пожаробезопасность;
  • простота монтажа и укладки;
  • низкая себестоимость;
  • высокая долговечность оптических волокон — до 25 лет.

Рис. Оптоволоконный кабель (поперечный разрез)

В настоящее время обмен информацией между континентами осуществляется главным образом через подводные оптоволоконные кабели, а не через спутниковую связь. При этом главной движущей силой развития подводных оптоволоконных линий связи является Интернет.

Рис. Оптоволоконная сеть «Транстелеком»

Канал связи может быть:

  • симплексный — то есть допускающей передачу данных только в одном направлении, пример — радиотрансляция, телевидение;
  • полудуплексный — то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях поочерёдно;
  • дуплексным — то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях одновременно, пример — телефон.

Разделение (уплотнение) каналов:

Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны.

  • частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) — разделение каналов по частоте, каждому каналу выделяется определённый диапазон частот
  • временное разделение каналов (ВРК, TDM) — разделение каналов во времени, каждому каналу выделяется квант времени (таймслот)
  • кодовое разделение каналов (КРК, CDMA) — разделение каналов по кодам, каждый канал имеет свой код наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала.
  • спектральное разделение каналов (СРК, WDM) — разделение каналов по длине волны

Беспроводные линии связи

Радиосвязь — для передачи используются радиоволны в пространстве.

    • ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-связь без применения ретрансляторов
    • Спутниковая связь — связь с применением космических ретрансляторов
    • Радиорелейная связь — связь с применением наземных ретрансляторов
    • Сотовая связь — связь с использованием сети наземных базовых станций

Система связи состоит из оконечного оборудования, источника и получателя сообщения, и устройств преобразования сигнала (УПС) с обеих концов линии. Оконечное оборудование обеспечивает первичную обработку сообщения и сигнала, преобразование сообщений из вида в котором их предоставляет источник (речь, изображение и т. п.) в сигнал (на стороне источника, отправителя) и обратно (на стороне получателя), усиление и т. п. УПС может обеспечивает защиту сигнала от искажений.

Виды современной связи

Почта

Почта (русск. Почта (info); от лат. posta) — вид связи и учреждение для транспортировки известий (например, писем и открыток) и мелких товаров, иногда и людей. Осуществляет регулярную пересылку почтовых отправлений — письменной корреспонденции, периодических изданий, денежных переводов, бандеролей, посылок — преимущественно при помощи транспортных средств.

Почтовая организация в России традиционно является государственным предприятием. Сеть почтовых отделений — крупнейшая организационная сеть в стране.

Письмо— средство сохранения информации, например на бумаге. Перед отправкой письма на конверте нужно нанести почтовые индексы отправителя и получателя в соответствии с нанесенным на нем трафаретом.

Рис. Почтовый конверт с трафаретом почтового индекса

Рис. Почтовый конверт РФ с нанесенным почтовым индексом

Авиапо́чта, или авиацио́нная по́чта (англ. airmail), — вид почтовой связи, при котором почтовые отправления транспортируются воздушным путём с помощью авиации.

Рис. Конверт авиапочты Российской федерации

Голуби́ная по́чта — один из способов почтовой связи, при котором доставка письменных сообщений производится с помощью почтовых голубей.

Киберпочт@

Главное преимущество электронной почты – скорость доставки независимо от географического положения отправителя письма и получателя. Но и отправитель, и получатель для этого должны иметь компьютеры и доступ к электронной почте.

А если у отправителя эти возможности есть, а у получателя нет? В США государственная почтовая служба обеспечивает доставку электронного письма до ближайшего к адресату отделения связи. Там оно распечатывается и в конверте доставляется почтальоном получателю. Сегодня авиапочта доставляет обычное письмо из России в США за 3-4 недели. Новое комбинированное (электронное – обычное) письмо может быть доставлено за 48 часов. В России также существует план оснащения почтовых отделений доступом к Интернету и электронной почте. Этот проект носит название «Киберпочт@». Во всех почтовых отделениях будут открыты «интернет-салоны» – пункты коллективного доступа в Интернет. В таком салоне можно будет отправить электронное письмо, содержащее любой текст, документ, рисунок, фотографию. Это письмо будет отправлено в ближайшее к получателю почтовое отделение, распечатано, автоматически запечатано в конверт и доставлено почтальоном по любому адресу в течение 48 часов. В интернет-салоне консультант поможет вам научиться пользоваться электронной почтой и сделает цифровую фотографию. Первый такой интернет-салон уже существует на московском почтамте. Стоимость одной страницы такого комбинированного письма – 12 рублей, а на дискете – 6 рублей за 2 Кбайта.

Частью проекта «Киберпочт@» является так называемая «Гибридная почта». Это гибрид современного Интернета и «традиционного почтальона». Теперь любой человек может принести в почтовое отделение обыкновенное, написанное на бумаге письмо. Там его введут в компьютер и передадут по электронной почте в ближайшее к адресату почтовое отделение. В нем это письмо распечатают на принтере, и почтальон отнесет его адресату. Тогда письмо дойдет в любой город страны не позднее, чем через 48 часов, так как из процесса доставки исчезает самый долгий этап – перевозка письма, написанного на бумаге из города в город.

Так письмо по скорости доставки сравняется с телеграммой. Но стоимость такого письма во много раз меньше, чем телеграммы. Ведь стоимость только одного слова телеграммы при передаче по России составляет 80 коп., а стоимость одной страницы гибридного письма формата А4 и числом знаков 2000 составляет всего 12 руб. При этом на странице формата А4 помещается несколько сотен слов!

Письмо может быть закрытым, т.е. получателю письмо доставляется в конверте, или открытым, т.е. письмо доставляется без конверта.
Можно сдавать письма по Гибридной почте, как на бумаге, так и на магнитном носителе.

Позднее к проекту «Гибридная почта» присоединили дополнение и для пользователей, владеющих Интернетом и электронной почтой. Оно позволяет им отправить электронное письмо адресату, не владеющему электронной почтой. Это письмо попадает в ближайшее к адресату почтовое отделение, в нем распечатывается и запечатывается в конверт. Этот конверт почтальон относит адресату — получателю письма. Этим существенно сокращается время его доставки.

Пневмати́ческая по́чта, или пневмопо́чта (от греч. πνευματικός — воздушный), — система перемещения штучных грузов под действием сжатого или, наоборот, разрежённого воздуха. Закрытые пассивные капсулы (контейнеры) перемещаются по системе трубопроводов, перенося внутри себя нетяжёлые грузы, документы.

Рис. Терминал пневмопочты

Используется в организациях для пересылки оригиналов документов, например, в банках, складах и библиотеках, наличных денег в супермаркетах и кассах банков, анализов, историй болезней, рентгеновских снимков в лечебных учреждениях, а так же проб и образцов на промышленных предприятиях.

Телегра́ф (от др.-греч. τῆλε — «далеко» + γρᾰ́φω — «пишу») — средство для передачи сигнала по проводам или другим каналам электросвязи. В России телеграфная связь существует и поныне. В некоторых странах сочли телеграф устаревшим видом связи и свернули все операции по отправлению и доставке телеграмм. В Нидерландах телеграфная связь прекратила работу в 2004 году. В январе 2006 года старейший американский национальный оператор Western Union объявил о полном прекращении обслуживания населения по отправке и доставлению телеграфных сообщений. В то же время в Канаде, Бельгии, Германии, Швеции, Японии некоторые компании все ещё поддерживают сервис по отправлению и доставке традиционных телеграфных сообщений.

Телегра́ф (от др.-греч. τῆλε — «далеко» + γρᾰ́φω — «пишу») — средство для передачи сигнала по проводам или другим каналам электросвязи.

Телегра́мма — сообщение, посланное по телеграфу, одному из первых видов связи, использующему электрическую передачу информации.

Рис. Телеграмма

Телефонная связь

Телефо́н (от греч. τῆλε — далеко и φωνή — голос) — устройство для передачи и приёма звука на расстояние посредством электрических сигналов.Телефонная связь применяется для передачи и приема человеческой речи.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) используются для высокоскоростной передачи данных, представляемых в виде оптических сигналов, по оптическим диэлектрическим световодам, являющимся самой перспективной физической средой для передачи данных.

Оптический сигнал представляет собой модулированный световой поток, генерируемый светодиодами или диодными лазерами.

Основными компонентами ВОЛС являются:

1) оптическое волокно;

2) волоконно-оптический кабель;

3) оптические компоненты и устройства;

4) электронные компоненты систем оптической связи.

Оптическое волокно – главный компонент ВОЛС – состоит из сердцевины(световодной жилы) и оболочкис разными показателями преломления n1 и n2.

Оптические волокна в зависимости от способа распространения в них излучения делятся на:

· одномодовые, в которых световодная жила имеет диаметр 8–10 мкм, в которых может распространяться только один луч (одна мода);

· многомодовые, в которых световодная жила имеет диаметр 50–60 мкм, что делает возможным распространение в них большого числа лучей (много мод).

Важнейшими параметрами оптического волокна являются:

· затухание;

· дисперсия.

Затухание определяется потерями на поглощение и рассеяние излучения в оптическом волокне и измеряется в децибелах на километр (дБ/км).

Потери на поглощение зависят от чистоты материала, а потери на рассеяние – от неоднородностей его показателя преломления.

В последние годы наряду с когерентными системами связи развивается альтернативное направление – солитоновыесистемы. Солитон – уединенная волна, которая не затухает и не поглощается средой, а сохраняет свои размеры и форму сколь угодно долго. Солитон – это световой импульс с необычными свойствами: он сохраняет свою форму и теоретически может распространяться по «идеальному» световоду бесконечно далеко. Длительность импульса составляет примерно 10 пс. Солитоновые системы, в которых отдельный бит информации кодируется наличием или отсутствием солитона, имеют пропускную способность не менее 5 Гбит/с при расстоянии 10 000 км.

Дисперсия – рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала.

Поскольку при передаче информации светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространении по волокну и тем самым порождает искажения сигналов.

Достоинстваодномодовых волокон:

· лучшие характеристики по затуханию и полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч;

· максимальное затухание составляет 0,5 дБ/км при длине волны 1,31 мкм и 1,55 мкм;

· при использовании лазерных передатчиков расстояние между узлами может составлять до 40 км.

Недостаткиодномодовых волокон:

· одномодовые источники излучения дороже многомодовых;

· в одномодовое волокно труднее ввести световой луч из-за малого диаметра световодной жилы;

· по этой же причине трудно минимизировать потери сигнала при сращивании одномодовых волокон;

· дороже монтаж оптических разъемов на концах одномодовых кабелей.

Достоинствамногомодовых волокон:

· более удобны при монтаже, так как в них больше размер световодной жилы;

· проще снабдить оптическими разъёмами с малыми потерями (до 0,3 дБ).

· имеют меньшую стоимость.

Недостаткимногомодовых волокон:

· большое затухание, составляющее при длине волны 0,85 мкм – 3-4 дБ/км;

· обеспечивает передачу данных без применения промежуточных повторителей на расстояние не более 2-х км;

· недостаточная полоса пропускания многомодовых волокон для магистральных линий связи, которая составляет порядка 1000 МГц*км (но вполне приемлемая для локальных сетей).

Волоконно-оптический кабель (ВОК) – среда передачи данных, состоящая из оптических волокон (стеклянных или пластиковых), заключенных в защитную герметичную оболочку.

Информация в ВОК переносится модулированным световым потоком, генерируемым светодиодами или диодными лазерами.

Достоинства ВОКпо сравнению с электрическими кабелями:

· высокая пропускная способность;

· отсутствие электромагнитного излучения, что исключает утечку информации;

· помехоустойчивость;

· большое расстояние передачи (не менее 2 км без повторителей);

· малый вес;

· высокое электрическое сопротивление, обеспечивающее гальваническую развязку соединяемых устройств;

· умеренная стоимость, незначительно превышающая стоимость медного кабеля.

Недостатки ВОК:

· трудоемкость монтажа, требующая специального оборудования;

· высокая стоимость сетевых устройств.

Оптические компоненты

Оптические компоненты включают в себя:

· оптические соединители;

· системы спектрального уплотнения;

· оптические шнуры;

· оптические разветвители;

· распределительные панели;

· кроссовые шкафы;

· соединительные муфты;

· аттенюаторы и т.д.

Оптические соединители (коннекторы) предназначены для соединения ВОК с приёмо-передающей аппаратурой через специальные розетки.

Системы спектрального (волнового) уплотнения WDM (фильтры WDM) реализуют мультиплексирование и демультиплексирование оптических сигналов.

Оптический шнур – это оптический миникабель, оба конца которого снабжены соединителями.

Оптический разветвитель – многополюсное устройство, в котором подаваемый на вход оптический сигнал разветвляется по нескольким выходным направлениям.

Типы оптических разветвителей:

· древовидный – разветвляет один входной оптический сигнал по нескольким выходам (в равной степени по мощности) или наоборот объединяет несколько сигналов в один выходной;

· звездообразный– разветвляет поступающий по одному из входов оптический сигнал по нескольким выходам (в равной степени по мощности);

· ответвитель, где большая часть мощности остается в магистральном канале.

Аттенюаторы используются для уменьшения мощности входного оптического сигнала.

Особенности ВОЛС

Физические свойства ВОЛС:

· высокая частота несущей (fн = 1014 Гц), обусловливающая широкополосность оптических сигналов, то есть возможность передачи данных со скоростью порядка 1012 бит/с = 1 Тбит/с;

· высокая пропускная способность за счет передачи данных в одном оптическом волокне сразу на нескольких длинах волн;

· малое затухание светового сигнала, что позволяет строить протяженные ЛС до сотен километров без регенерации сигналов.

ДостоинстваВОЛС:

· невысокая стоимость материала – кварца (основу которого составляет двуокись кремния), из которого изготавливается волокно, по сравнению с медью;

· оптические волокна компактны и легки (их диаметр около 100 мкм), а, следовательно, перспективны для использования в авиации, приборостроении и т.д.;

· обеспечивается гальваническая развязка сегментов, так как стеклянные волокна не проводят электричество;

· безопасны в электрическом отношении, так как не содержат металла, и, следовательно, могут монтироваться на мачтах существующих линий электропередач;

· устойчивы к электромагнитным помехам;

· данные, передаваемые по ВОЛС, защищены от несанкционированного доступа, так как ВОЛС чрезвычайно трудно подслушать неразрушающим способом, а всякие воздействия на ВОЛС могут быть зарегистрированы с помощью мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии;

· возможно применение разных вариантов скрытой передачи информации, например путем:

— модулирования сигналов по фазе и их перемешивания со смещенным на некоторое время сигналом из того же информационного потока;

— распределения передаваемой информации по множеству сигналов;

— передачи нескольких шумовых сигналов;

· долговечность, означающая сохранение свойств волокна в определенных пределах в течение 25 и более лет;

· обеспечивают сверхвысокие скорости передачи данных – десятки и более Гбит/с.

НедостаткиВОЛС:

· необходимы специальные технические средства, а именно:

— высоконадежные адаптеры, преобразующие электрические сигналы в световые и обратно;

— оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на включение-выключение;

· для монтажа оптических волокон необходимо прецизионное, а, следовательно, дорогое технологическое оборудование;

· высокие затраты по сравнению с медным кабелем на восстановление оптического кабеля при его повреждении (обрыве).

Применение ВОЛС в ЛВС

Основные преимуществаприменения ВОЛС в ЛВС:

· не требуются повторители на протяженных сегментах ЛВС;

· вероятность искажения информации – не более 10-10 благодаря низкому уровню шумов в оптических линиях связи;

· возможность наращивания вычислительной мощности сети без замены кабельных коммуникаций.

Недостаткииспользования ВОЛС в ЛВС:

· несмотря на возможно невысокую стоимость кабеля, стоимость работы по его прокладке может быть значительной.

В состав схемы ВОЛС входят:

· сетевой адаптер, устанавливаемый в рабочую станцию или сервер;

· приемопередатчик (трансивер), преобразующий электрический сигнал в оптический (Э/О) и обратно (О/Э);

· оптический соединитель (ОС);

· оптический кабель.

Оптоволоконные технологии

Волоконная оптика занимает важное место в локальных сетях. Оптика может поддерживать более быстрые приложения на более длинных расстояниях по сравнению с медными кабелями. Волокно также является первым материалом, который используется для внедрения высокоскоростных технологий типа гигабитного и 10-гигабитного Ethernet. Оптоволоконные кабели занимают в наши дни все более значительное место в области телекоммуникаций, и поэтому понимание этой ведущей технологии очень важно.

Оптоволокно изначально использовалось для междугородных телекоммуникационных соединений для замены устаревших и перегруженных микроволновых соединений, и по более низкой цене, чем спутниковая связь. В этом приложении соединения типа T-carrier и SONET расширили возможности предоставления телекоммуникационных услуг на большие расстояния. Междугородные оптоволоконные связи предоставляли преимущества больших расстояний, широкой полосы пропускания, помехозащищенности и относительно невысокой для такой ширины канала стоимости.

На самом деле современная революция телекоммуникаций в глобальных сетях обязана именно низкой стоимости, а также относительно широкой полосе пропускания волоконно-оптических линий связи.

В глобальных сетях возможность введения волоконных кабелей было основным моментом для создания оптической сети. Одна из самых первых систем в Америке использовала сотрудничество с железнодорожными компаниями, которые расположили оптический кабель вдоль рельсов от одного побережья до другого. Международная связь также выиграла от появления военной технологии, так как тысячи волокон оптоволоконных кабелей были разложены по дну океанов между континентами.

Разработка высокоскоростной междугородной оптической сети потребовала значительных доработок в технологии и оптоволоконных кабелей, и оптических приемопередатчиков. По мере развития технологии устройства и материалы стали доступны также для использования в локальных сетях, страдавших от недостаточной ширины канала.

Локальные сети быстро задействовали технологии ускоренной передачи данных одновременно со всеми вышеописанными событиями. Данные топологии типа гигабитного и 10-гигабитного Ethernet требуют широкой полосы пропускания для передачи сигнала и подвергли медный кабель серьезным испытаниям. С другой стороны, оптоволоконный кабель имеет избыточную полосу пропускания, особенно на коротких расстояниях характерных для локальных сетей.

Основной целью данной главы будет предоставление полноценного описания использования оптоволоконной технологии в локальных сетях.

Мы рассмотрим множество моментов данной технологии, которые так или иначе связаны с локальными сетями. Некоторые из этих описаний будут иметь что-либо общее с кабельными технологиями, которые были показаны ранее. Мы повторим несколько основных моментов со ссылками на различные части курса, где дается более подробное описание. Оптоволоконные компоненты являются неотъемлемой частью структурированной кабельной системы и могут применяться вместе с медными кабелями для использования преимуществ обеих технологий.

Добавить комментарий

Закрыть меню