Как происходит подключение к интернет через оптоволокно

Особенности выпуска ОК

При выборе ОК, проектировщикам нужно учитывать, что большая часть производителей сейчас выпускает кабели с количеством волокон кратным 6 или 12. Не существует общих стандартов, определяющих, сколько волокон должно быть в кабеле, поэтому в каждом отдельном случае, покупателю приходится решать этот вопрос самостоятельно.

Обычно количество волокон определяется количеством принимающих и передающих узлов активного оборудования, а также схемой сети. Для простого приема и передачи сигналов на линиях связи может даже использоваться оптоволоконный кабель на 2 волокна. Большее количество волокон в кабеле позволит добиться передачи более больших объемов информации без ущерба пропускной способности. Подбирая правильный ОК, нужно также учитывать и определенный запас волокон для последующего развития сети. Специалисты вообще советуют умножать количество необходимых волокон на два – к примеру, имея необходимость в 32 волокна, лучше брать оптический кабель на 64 волокна.

Явление рассеивания[править]

Явление рассеивания может быть характеризовано как процесс, когда сигнал лазера рассеивается молекулярным колебанием волокна (оптические фотоны) или виртуальным трением.

Вынужденное рассеивание Раманаправить

Вынужденное Рамановское рассеиванием (Stimulated Raman Scattering — SRS) называется эффект, который преобразует энергию сигнала с короткой длиной волны в энергию сигнала с более длинной волной. Взаимодействие волны света с вибрирующими молекулами (оптические фотоны) в пределах кварцевого волокна вызывает SRS, рассеивая свет во всех направлениях. Длина волны разделяется между двумя сигналами интервалом приблизительно 100 нм (13.2 TГц), например, 1550 — 1650 нм отображают максимум эффекта SRS.

Вынужденное рассеяние Бриллюэна-Мандельштамаправить

Вынужденным рассеянием Бриллюэна — Мандельштама (Stimulated Brillouin Scattering — SBS) является явление обратного рассеяния, вызывающим потерю мощности. Мощные световые волны вызывают периодические изменения в показателе преломления волокна, которое могут быть описаны как виртуальное трение, перемещающееся как акустическая волна. Сигнал при этом явлении рассеивается обратно. Эффекты SBS происходят при передаче некоторого небольшого количества каналов.

Некоторая полезная информацияправить

С момента появления первого персонального компьютера фирмы IBM (1981 г.) скорость передачи данных выросла с 45 Мбит/с (линия T3 по телефонным проводам) до 100 Гбит/с (современная длинная линия), это означает не менее впечатляющий рост в 2000 раз или 16 раз за 10 лет. При этом вероятность ошибки при передаче уменьшилась с 105 на бит почти до нуля. Помимо этого, процессоры начинают приближаться к своим физическим пределам, поэтому теперь на одном кристалле их используется сразу несколько. Существующая ныне оптоволоконная технология, напротив, может развивать скорость передачи данных вплоть до 50 000 Гбит/с (50 Тбит/с), и до достижения ее физического предела нам еще далеко. Сегодняшний практический предел в 100 Гбит/с обусловлен нашей неспособностью быстрее преобразовывать электрические сигналы в оптические и обратно. Для того чтобы достичь более высокой скорости, по одному волокну просто одновременно передаются данные нескольких каналов.

Для двухслойного световода с ядром в 50 μm модальная дисперсия ограничивает частоту до 20 МГц при длине в 1 км. Кроме того, с помощью многослойного световода и специальных материалов можно достигнуть ограничения в 3.5 ГГц для 1 км.

Типичные характеристики (скорости/расстояния) передачи для многомодового оптоволокна — 100 Мбит/с для расстояний до 2 км (100BASE-FX), 1 Гбит/с для расстояний до 220/550 м. (1000BASE-SX), и 10 Гбит/s для расстояний до 300 м. (10GBASE-SR).

Как подключить интернет через оптическое волокно?

Наиболее популярный в России интернет, сеть которого организовывается с помощью оптического волокна, предоставляет компания Ростелеком.

Рассмотрим подробнее, как подключить интернет и настроить его работу самостоятельно.

Прежде всего, убедитесь, что оптоволокно подведено к вашему дому. Далее закажите услугу подключение к сети.

Компания Ростелеком должна сообщить вам данные, которые обеспечат подключение. Теперь необходимо настроить оборудование.

Следуйте инструкции:

После того как работники компании Ростелеком провели оптическое волокно и подключили базовое рабочее оборудование для работы в пассивных оптических сетях (PON), всю дальнейшую настройку необходимо проводить самостоятельно;

Подключение интернета по технологии PON

Помните! Лучше всего проводить оптоволоконный кабель близко к розетке, к которой в дальнейшем будет подключаться блок питания (мультиплексор) терминала ONT.

Далее необходимо установить розетку и желтый кабель, как показано на рисунке ниже;

Система организации соединения с интернетом через оптоволоконный провод

• Wi-Fi роутер можно иметь свой, покупка ростелекомовского маршрутизатора необязательна. К wifi подключается оптический терминал, оптоволоконный кабель и основной шнур, с помощью которого роутер подключается к оптической розетке. Подробная схема подключения роутера в оптоволоконной сети продемонстрирована на рисунке;
• Выберите такое место для установки всех компонентов, которое имеет доступ к большому количеству воздуха и хорошо вентилируется. Предварительно скажите монтажнику, где установить компоненты сети;

В терминале есть специальное гнездо, с помощью которого осуществляется соединение с компьютером и для того, чтобы соединить роутер с сетью интернет.

Также терминал оснащен дополнительными двумя гнездами для соединения аналогового домашнего телефона и еще несколько гнезд нужны для подключения телевидения от Ростелекома.

После подключения всех компонентов следует проверить подключения к интернету на вашем компьютере:

Зайдите в командную строку от имени администратора. Для этого нажмите правой клавишей манипулятора на значке Windows выберите необходимый пункт;

Включение командной строчки от имени администратора

Введите поочередно команды netstat -e –s, затем ping host, далее tracert host и, наконец, команду pathping host. В данном случае host – это адрес любого сайта. Таким образом проверяется соединение с интернетом;

Тематические видеоролики:

Оптоволоконный передатчик

В первоначальных ВОЛС использовались большие лазеры, сегодня можно использовать различные полупроводниковые устройства. Чаще всего используются светоизлучающие диоды, светодиоды и полупроводниковые лазерные диоды.

Самым простым передающим устройством является светодиод. Его главное преимущество заключается в дешевизне. Однако у них есть ряд недостатков. Во-первых, они имеют очень низкий уровень эффективности. Только около 1% мощности поступает в оптическое волокно, а это означает, что потребуются драйверы высокой мощности для обеспечения достаточного количества света для передачи на большие расстояния.

Второй недостаток светодиода в излучении некогерентного света широкого спектра 30–60 нм. Из-за этого дисперсия в волокне ограничивает предел пропускной способности волоконного световода.

Волоконные светодиоды используются для локальных сетей, где скорость передачи данных в диапазоне 10–100 Мбит/с, а расстояние передачи несколько километров.

Оптоволоконная связь на большие расстояния с более высокими скоростями передачи данных, потребует большей производительности источника света. В этих системах используют лазеры. Хотя они более дорогие, они обладают существенными преимуществами.

Во-первых, они могут обеспечить более высокий выходной уровень;

Во-вторых, световой поток является направленным, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи света в оптоволоконный кабель. Эффективность связи с одномодовым волокном может достигать 50%.

В-третьих, лазеры имеют очень узкую спектральную полосу пропускания, то есть они производят когерентный свет. Эта узкая спектральная ширина позволяет лазерам передавать данные с гораздо большей скоростью, поскольку модальная дисперсия менее заметна.

Для очень высоких скоростей передачи данных или очень больших расстояний более эффективно использовать лазер с постоянным уровнем выходной мощности (непрерывной волной). Затем свет модулируется с помощью внешнего устройства. Использования внешних средств модуляции увеличивает максимальное расстояние между линиями связи, поскольку устраняется эффект, известный как лазерный «чирп». Этот эффект расширяет спектр светового сигнала и увеличивает хроматическую дисперсию в оптоволоконном кабеле.

Оптоволоконная связь и оптический кабель

По сути, оптоволоконный кабель состоит из сердечника, вокруг которого находится еще один слой, называемый оболочкой. Снаружи есть защитное внешнее покрытие.

Оптические кабели работают, потому что их оболочка имеет намного меньший показатель преломления, чем у сердечника. Это означает, что свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению, когда достигает границы сердцевина-оболочка. То есть отражаясь свет движется внутри сердцевины оптического волокна.

Усилители (репитеры)

Есть ограничения в расстояние передачи сигналов по оптоволоконным кабелям. Это ограничивается связаны с затуханием сигнала и искажением светового сигнала вдоль кабеля. Чтобы преодолеть эти эффекты и передавать сигналы на большие расстояния (например, между городами), используются повторители и усилители сигналов.

Часто используют фотоэлектрические повторители. Эти устройства преобразуют оптический сигнал в электрический формат, где его можно обработать, чтобы сигнал не искажался, а затем преобразовать обратно в оптический формат.

Альтернативный подход — использовать оптический усилитель (эрбиевые 1,55мкм, иттербиевые 1 мкм, тулиевые 2 и 1,47 мкм). Эти усилители напрямую усиливают оптический сигнал без необходимости преобразовывать сигнал обратно в электрический формат.

Ввиду гораздо более низкой стоимости ВОУ по сравнению с повторителями, они используются гораздо чаще.

Оптоволоконная связь и приемники

Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, необходимо преобразовать в электрический сигнал, чтобы его можно было обработать и извлечь передаваемые данные. Компонент, который лежит в основе приемника, — это детектор (фотодетектор).

Обычно это полупроводниковое устройство с pn-переходом, штыревым фотодиодом или лавинным фотодиодом. Фототранзисторы не используются, потому что они не имеют достаточного быстродействия.

После того как оптический сигнал от оптоволоконного кабеля был подан на детектор и преобразован в электрический формат, он может быть обработан для восстановления данных, которые затем могут быть переданы в конечный пункт назначения.

Прокладка оптоволокна на местности

Чтобы проложить оптоволокно на местности, применяют механизированную укладку в грунт. Сама работа выполняется несколькими тракторами, которые сцепляются цугом. Они тянут специальный плуг, закрепленный на кабелеукладчике. Предварительно плуг углубляют в землю на полтора метра. На самом кабелеукладчике, представляющем собой небольшую тележку, закреплена катушка. Она при ручном кручении и подает кабель в траншею, которую прорывает плуг в движении.

Поверх волоконно-оптического кабеля на небольшой слой земли укладывают заметную и яркую сигнальную ленту. После укладки сразу же происходит ее засыпка землей. На поверхности грунта в итоге остается небольшое углубление около 20-30 сантиметров.

Важно! Через некоторое время все неровности рельефа сравниваются с помощью ножа бульдозера от легкого трактора. В теплое время года такая прокладка зарастает травой, но ее легко можно обнаружить с помощью заранее установленных столбиков

Виды

Существует множество видов оптоволоконных кабелей в зависимости от характера их применения. Они представлены в двух «режимах»: многомодовом и одномодовом.

Многомодовое волокно (MMF) имеет сердечники двух размеров: 50 мкм и 62,5 мкм. Широкое ядро позволяет передавать несколько потоков данных одновременно. В многомодовом волокне в качестве источника света используется светоизлучающий диод (LED) или лазер с вертикальной полостью, излучающий поверхность (VCSEL). Из-за высокой скорости рассеивания и затухания он обычно используется для передачи большого объема данных на относительно короткие расстояния .

Одномодовое волокно (SMF) имеет гораздо меньший диаметр сердцевины – 8,3 мкм или 9 мкм и единственный световой путь, который может проходить на большие расстояния. Одномодовые волокна обычно используются для более длинных участков, таких как сети передачи данных университетского городка, передачи кабельного телевидения и телекоммуникационные сети.

То, как будет прокладываться кабель, определяет его конструкцию. Наиболее распространенными типами оптических кабелей по их применению являются:

• для внутреннего монтажа;
• для установки в кабельные каналы, с броней или без нее;
• для укладки в грунт;
• подвесной, с тросом или без него;

Тип волокна определяет параметры брони, наличие подвесного троса и других характеристик оптического кабеля. Условия среды могут быть агрессивными, будь то грунт или вода. Наиболее частые поломки линии вызваны механическими повреждениями. Например, во время ремонтных работ кабель может быть поврежден крупногабаритными машинами, или подводные сети оборваны субмаринами или кораблями. Под каждый сценарий применения подбирается соответствующий вид кабеля.

Силовое оборудование

Оптическое волокно используется не только для передачи информации от одних промышленных установок к другим. Оптоволоконные интерфейсы часто применяются внутри оборудования для связи между его частями. В качестве примера можно привести управление IGBT транзисторами, служащими в качестве электронных ключей в инверторах, импульсных источниках питания и других силовых приборах. Оптоволокно обеспечивает надежную гальваническую развязку между низковольтным микроконтроллером, формирующим управляющие сигналы, и затвором силового транзистора.

Другим устройством силовой электроники, в котором используется оптическое волокно, является статический компенсатор реактивной мощности (SVC – Static VAR Compensator), применяемый в высоковольтных системах для уменьшения нагрузки на распределительную сеть, улучшения качества подаваемой электроэнергии и снижения расходов. Основными элементами SVC являются конденсаторы с тиристорным переключением (TSC – Thyristor-Switched Capacitors) и реакторы с тиристорным управлением (TCR – Thyristor-Controlled Reactor), переключение которых приводит к возникновению сильных электромагнитных полей. Поэтому для передачи управляющих сигналов и сигналов обратной связи в SVC применяется оптическое волокно, невосприимчивое к помехам и обеспечивающую гальваническую развязку.

Преимущество оптоволоконного кабеля

Итак, мы узнали, что интернет по оптоволоконному кабелю передаётся благодаря световому излучению. Вследствие этого увеличивается не только сама скорость интернета, которая может составлять 10 Гбит/сек и более, но и расстояние передачи данных. При помощи оптоволоконного кабеля можно передавать интернет на расстояние до 250 км.

Кроме этого оптоволоконный кабель имеет ряд других, очень важных преимуществ по сравнению с медным кабелем:

• Высокая пропускная способность независимо от количества подключённых абонентов;
• Большие расстояния передачи данных;
• Высокая безопасность передачи данных. Перехватить данные через оптоволокно очень сложно;
• Оптоволоконный кабель не имеет металлических частей внутри, поэтому он не является предметом внимания для тех, кто промышляет сбором цветных металлов;
• Оптоволокно имеет повышенную стойкость, как к атмосферным осадкам, так и к химическому влиянию.

Ну и самое, пожалуй, главное преимущество заключается в том, что интернету, который передаётся по оптоволокну, не страшна гроза. Сколько у вас уже сгорело роутеров и сетевых карт из-за того, что вы не вовремя выдернули кабель из компьютерного гнезда? Так вот, в случае с оптоволоконным кабелем ничего подобного не случится, поскольку он не проводит электрический сигнал.

Области применения

Первое, что приходит на ум при упоминании волоконно-оптического кабеля, — Интернет. Все известные провайдеры заменили свои медные коммуникации на высокоскоростную оптику. Это позволило увеличить пропускную способность канала, необходимую для передачи интернет-трафика, организации IP-телефонии, телевидения и выделенных сервисов.

В целом, при помощи ВОК построена вся Мировая Паутина. Ее сети тянутся от берегов США по всему земному шару в виде подводных коммуникаций. Хрупкий кабель защищен толстостенной изоляцией, а укладывается он при помощи специальных кораблей под грунтом на самом дне океана.

Данная технология обретает все большую популярность и в построении локальных сетей. Особенно это касается загородных домов, где нет доступа к сети крупных провайдеров. Существует практика возведения вышек с пушками Wi-Fi, от которых тянется оптика до частных владений, позволяя таким образом подключиться к Интернету вдали от города.

Помимо этого, оптоволокно применяется в следующих сферах:

• промышленные системы управления;
• авиационные системы;
• военные системы командования, управления и связи;
• датчики – оптика может использоваться для доставки света от удаленного источника к датчику для получения информации о давлении, температуре или другой информации;
• подача энергии – оптические волокна могут обеспечивать исключительно высокий уровень мощности для таких задач, как лазерная резка, сварка, маркировка и сверление;
• освещение – пучок волокон, собранных вместе с источником света на одном конце, может освещать труднодоступные области – например, внутри человеческого тела, в сочетании с эндоскопом. Также их можно использовать как выставочную вывеску или декоративную подсветку.

Классификация по типу волокон

Зачастую волокна подразделяют на две большие группы: многомодовые и одномодовые.

Одномодовые оптические волокна характеризуются небольшим диаметром сердцевины от 8 до 10 мкр. Благодаря этому излучение распространяется в одной моде, исключая межмодовую дисперсию. Такой вариант идеально подходит для организации телефонных линий и кабельного телевидения.

Одномодовое оптоволокно бывает трех видов:

• Стандартное — ступенчатое, с несмещённой дисперсией.
• Со смещённой дисперсией. Показатель затухания этого варианта минимален.
• С ненулевой смещённой дисперсией.

Многомодовые кабели отличаются значительно большим диаметром – 50-62,5 микрон. Из-за такого размера кабель имеет несколько мод излучения, каждая из которых распространяется под своим углом.  Вследствие этого импульс из абсолютно прямоугольного преобразуется в колоколоподобный.

Все кабели с несколькими модами подразделяются на два вида:

• Ступенчатые, где преломление осуществляется скачкообразно.
• Градиентные, где преломление возрастает от центра краю.

Основные характеристики оптоволоконного провода

Оптический волоконный провод создан на основе волокнистых светодиодов, предназначенных для транспортировки сигналов на оптической линии связи. Пропускная способность обеспечивается за счет кварца, являющегося основой кабеля. Скорость передачи данных меньше, чем скорость света, потому что движение происходит непрямолинейно.

Оптоволоконные провода изготовлены из нескольких оптических жил, окруженных единой оболочкой, в их состав входят:

• сердцевина кабеля;
• оптическая наружная оболочка;
• защита от механических повреждений;
• буферное покрытие.

Существуют одно- и многомодовые провода, первый из которых имеет меньшую стоимость. Одномодовый кабель способен передавать хороший сигнал на большие расстояния, но модемы для него будут стоить больше.

Сигнал передается по медному кабелю с эффектом изначального затухания мощности. При больших расстояниях в один или два километра сила сигнала становится ниже из-за воздействия помех радиоволн.

Интернет имеет максимальную мощность до 100 мегабит в секунду даже при стометровой длине кабеля. Но при этом необходимо использовать коммутаторы с высокоуровневой защитой, чтобы избежать скачков электроэнергии и сетевых атак.

1.2. Структура волоконно-оптической системы передачи

По существу, ВОСП содержат функциональные узлы, присущие любым радиотехническим системам связи. Более того, при формировании сигналов, в принципе, возможно использование тех же разнообразных способов кодирования и видов модуляции, которые известны в радиотехническом диапазоне. Однако ряд особенностей оптического диапазона и используемого в нем элементного базиса накладывают свои ограничения на реализационные возможности ВОСП или приводят к техническим решениям, отличным от традиционных в технике связи.

Волоконно-оптической системой передачи называется совокупность активных и пассивных устройств, предназначаемых для передачи информации на расстояние по оптическим волокнам (ОВ) с помощью оптических волн и сигналов. Другими словами, ВОСП – это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи для создания, обработки и передачи оптических сигналов. При этом оптическим сигналом служит модулированное оптическое излучение лазера или светодиода.

Рисунок 1.2 – Структурная схема волоконно-оптической системы передач

На рисунке 1.2 представлены основные компоненты такой системы.

Передатчик преобразует электрические сигналы в световые. Данное преобразование выполняет источник, представляющий собой либо светоизлучающий, либо лазерный диод. Электронная схема управления преобразует входной сигнал в сигнал определенной формы, необходимой для управления источником.

Волоконно-оптический кабель – среда, по которой распространяется световой сигнал. Кабель состоит из  оптического волокна и защитных оболочек.

Приемник предназначен для приема светового сигнала и его обратного преобразования в электрические сигналы. Его основными частями являются оптический детектор, непосредственно выполняющий функцию преобразования сигнала.

Соединители (коннекторы) предназначены для подключения волокна к источнику, оптическому детектору и для соединения волокон между собой.

В настоящее время при организации связи по волоконно-оптическим линиям связи  предпочтение отдается цифровым системам передачи (ЦСП) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), что обусловлено помимо общих преимуществ ЦСП по сравнению с аналоговыми системами передачи (АСП) особенностью работы и построения ВОСП. Это связано  с высоким уровнем шумов фотодиодов, которые используются в качестве приемников оптического излучения. Для получения необходимого качества передачи информации с помощью АСП требуются специальные методы приема и обработки аналоговых оптических сигналов. ЦСП обеспечивает требуемое качество передачи информации при отношении сигнал-помеха на 30…40 дБм меньше, чем АСП. Поэтому реализация ВОСП с использованием ЦСП намного проще по сравнению с АСП.

В ВОСП используется приграничный к инфракрасному диапазон длин волн от 800 до 1600 нм, при этом предпочтительными являются длины волн 850, 1300 и  1550 нм.

Этапы прокладки ВОЛС

В целом процесс прокладки ВОЛС состоит из подготовительного и основного этапов.

В рамках первого из них производится выбор способа монтажа кабеля: непосредственно в грунт, канализацию, подвеска на нижней траверсе ЛЭП или прокладка в грозотроссе, монтаж под водой или укладка в асфальтное покрытие и др. Опираясь на принятое решение, выбирается необходимый тип кабеля.

Перед началом прокладки ВОЛС, оптический кабель должен обязательно пройти первичный контроль. Процедура первичного контроля подробно будет описана в других наших статьях.

Далее необходимо подготовить трассу для монтажа кабеля. Эта процедура включает установку необходимых устройств, защищающих кабель при протяжке от чрезмерных изгибов и повреждения изоляции. Это могут быть различные ролики, кабельные изгибы, направляющие и др.

В некоторых случаях, например при прокладке кабеля в кабельной канализации, необходимо заготовить канал. В зависимо от того, как будет производится протяжка, используется либо УЗК, либо УЗК и кабельная лебедка.
 

 Только теперь можно переходить к основной фазе прокладки ВОЛС. Прокладывать кабель необходимо плавно, не превышая указанное в паспорте на кабель тяговое, раздавливающее и другие ограничения. В случае подвески – не допускайте падения кабеля с опоры, а, если такое случилось, лучше сразу отрежьте упавший кусок, чтобы не пришлось из-за одного сломанного волокна потом переделывать всю муфту.

Выбор в пользу прокладки ВОЛС по опорам целесообразен, когда прокладывать кабель в канализации или траншейным методом невозможно или затруднительно. При строительстве магистральных и внутризоновых оптоволоконных сетей распространено применение соответствующего кабеля в грозозащитном тросе. В свою очередь, на местных и внутризоновых и линиях применяется также подвеска самонесущего кабеля с креплением на нижнем траверсе. Встречаются также случаи навивки тонкого оптоволоконного кабеля на нулевой или фазный провод ЛЭП.

Как изготавливается оптоволокно?

Рассмотрим то, каким образом осуществляется промышленный выпуск оптоволокна.

В числе самых распространенных методов производства соответствующего материала — осаждение из газовой фазы посредством химической реакции. Данная процедура реализуется в несколько этапов. На первом изготавливается кварцевая заготовка, на втором — из нее формируется волокно. Данный процесс предполагает использование следующих веществ: хлорированный кварц, кислород, чистый кварц. Рассматриваемый способ производства оптоволокна характеризуется, прежде всего, возможностью обеспечивать высокую химическую чистоту материала. В некоторых случаях на заводе-изготовителе формируются также градиентные волокна с целевыми характеристиками преломления. Их возможно обеспечить за счет использования в ходе изготовления оптоволокна различных присадок — титана, фосфора, германия, бора.