Преимущества и недостатки волс кратко

Обновлено: 05.07.2024

Практически все пользователи Сети уверены, что качество интернета зависит от провайдера или крутизны роутера. Специалисты же заявляют, что на скорость передачи данных напрямую влияют характеристики сетевого кабеля. Именно он отвечает за надежность транспортировки сигнала. В ближайшие годы в сетевое оборудование будут внедряться оптоволоконные кабели, которые считаются наиболее эффективными. Их активно используют в Европе, США и намного реже в России. Какие преимущества и недостатки у оптоволоконного кабеля?

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.

Достоинства современного сетевого кабеля

Производство оптоволоконного кабеля началось еще в середине прошлого века, но процесс это трудоемкий и требовательный. С помощью оптоволокна люди получили возможность пользоваться быстрым интернетом на больших расстояниях, поскольку оно обладает высокой пропускной способностью и позволяют передавать сигнал без искажения и ослабления.

Замечательные свойства оптоволоконных линий обусловили их преимущества относительно других кабелей:

Высокая производительность скоростной передачи данных даже при пиковых нагрузках в сети (в вечернее время и выходные дни).
Повышенная защита к помехам.
Повышенная безопасность при несанкционированном доступе передачи данных (считывание, взлом, сетевые атаки).
Отсутствие обрывов и задержек передачи данных (в беспроводной сети задержка до 100 миллисекунд, а для спутникового интернета – до 1000 миллисекунд).
К кабелю подключаются системы видеонаблюдения, охранные системы, и другие умные технологии.
Прокладывать оптоволокно можно на достаточно большие расстояния без потерь сигнала.
Электропровод имеет повышенную гибкость и небольшие габариты.
Защита провода создана из устойчивых к повреждениям материалов.
Огнеупорность оболочки.
Долговечная эксплуатация.

Специалисты говорят о том, что пользователи, применяющие оптоволоконные сети, могут быть уверены в бесперебойности работы интернета. Оптическое волокно имеет производительность не хуже, чем привычная витая пара, и разработчики активно пропагандируют новинку на рынках.

Отрицательные качества оптического кабеля

Несмотря на огромное количество плюсов, оптоволоконный кабель имеет и несколько минусов:

Хрупкость материала не позволяет грубо обращаться с проводом, поэтому при установке нужно быть максимально осторожным и не сломать его.
Чтобы преобразовать сигнал, необходимо применять специализированные устройства.
Оптоволоконный шнур не подлежит восстановлению при повреждении, поэтому приходится менять большой его участок.
Провод теряет привлекательный внешний вид – тускнеет.
Высокая стоимость провода и его обслуживания.
Нет возможности оборудовать кабель в подъездах и многоэтажных домах, ведь возрастает риск вандализма (коммутатор и кабель легко повредить и тяжело восстановить).
Подходит лишь для установки в частных секторах.

Кабель действительно является хорошим средством для качественного соединения с сетью, но положив на чашу весов плюсы и минусы оптоволоконного кабеля, его преимущества и недостатки, можно понять, нужен ли он для вашего дома или можно обойтись привычной витой парой. Витая пара является доступной и простой системой соединения, которую сможет установить любой человек собственными руками.

Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы). Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду).

Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем.

Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания. Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи.

Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём.

Преимущества ВОЛС

При грамотном проектировании будущей системы (этот этап подразумевает решение архитектурных вопросов, а также выбор подходящего оборудования и способов соединения несущих кабелей) и профессиональном монтаже применение волоконно-оптических линий обеспечивает ряд существенных преимуществ:

Высокую пропускную способность за счёт высокой несущей частоты. Потенциальная возможность одного оптического волокна – несколько терабит информации за 1 секунду.
Волоконно-оптический кабель отличается низким уровнем шума, что положительно сказывается на его пропускной способности и возможности передавать сигналы различной модуляции.
Пожарная безопасность (пожароустойчивость). В отличие от других систем связи, ВОЛС может использоваться безо всяких ограничений на предприятиях повышенной опасности, в частности на нефтехимических производствах, благодаря отсутствию искрообразования.
Благодаря малому затуханию светового сигнала оптические системы могут объединять рабочие участки на значительных расстояниях (более 100 км) без использования дополнительных ретрансляторов (усилителей).

Информационная безопасность. Волоконно-оптическая связь обеспечивает надёжную защиту от несанкционированного доступа и перехвата конфиденциальной информации. Такая способность оптики объясняется отсутствием излучений в радиодиапазоне, а также высокой чувствительностью к колебаниям. В случае попыток прослушки встроенная система контроля может отключить канал и предупредить о подозреваемом взломе. Именно поэтому ВОЛС активно используют современные банки, научные центры, правоохранительные организации и прочие структуры, работающие с секретной информацией.
Высокая надёжность и помехоустойчивость системы. Волокно, будучи диэлектрическим проводником, не чувствительно к электромагнитным излучениям, не боится окисления и влаги.
Экономичность. Несмотря на то, что создание оптических систем в силу своей сложности дороже, чем традиционных СКС, в общем итоге их владелец получает реальную экономическую выгоду. Оптическое волокно, которое изготавливается из кварца, стоит примерно в 2 раза дешевле медного кабеля, дополнительно при строительстве обширных систем можно сэкономить на усилителях. Если при использовании медной пары ретрансляторы нужно ставить через каждые несколько километров, то в ВОЛС это расстояние составляет не менее 100 км. При этом скорость, надёжность и долговечность традиционных СКС значительно уступают оптике.

Срок службы волоконно-оптических линий составляет полрядка четверти века. Через 25 лет непрерывного использования в несущей системе увеличивается затухание сигналов.
Если сравнивать медный и оптический кабель, то при одной и той же пропускной способности второй будет весить примерно в 4 раза меньше, а его объём даже при использовании защитных оболочек будет меньше, чем у медного, в несколько раз.
Перспективы. Использование волоконно-оптических линий связи позволяет легко наращивать вычислительные возможности локальных сетей благодаря установке более быстродействующего активного оборудования, причем без замены коммуникаций.

Область применения ВОЛС

Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.

К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.

Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.

Технологии соединения ВОЛС

Длина коммуникационных магистралей ВОЛС может достигать сотен километров (например, при постройке коммуникаций между городами), тогда как стандартная длина оптических волокон составляет несколько километров (в том числе потому, что работа со слишком большими длинами в некоторых случаях весьма неудобна). Таким образом, при построении трассы необходимо решить проблему сращивания отдельных световодов.

Различают два типа соединений: разъёмные и неразъёмные. В первом случае для соединения применяются оптические коннекторы (это связано с дополнительными финансовыми затратами, и, кроме того, при большом количестве промежуточных разъёмных соединений увеличиваются оптические потери).

Для неразъёмного соединения локальных участков (монтажа трасс) применяются механические соединители, клеевое сращивание и сваривание волокон. В последнем случае используют аппараты для сварки оптических волокон. Предпочтение тому или иному методу отдаётся с учётом назначения и условий применения оптики.

Сварка оптических волокон

Наиболее распространённой на сегодняшний день является технология сварки волокон.

Аппараты для сварки оптического волокна

Самое качественное соединение с минимальными потерями обеспечивает сваривание волокон. Этот метод используется при создании высокоскоростных ВОЛС. Во время сваривания происходит оплавление концов световода, для этого в качестве источника тепловой энергии могут использоваться газовая горелка, электрический заряд или лазерное излучение.

Каждый из методов имеет свои преимущества. Лазерная сварка благодаря отсутствию примесей позволяет получать самые чистые соединения. Для прочной сварки многомодовых волокон, как правило, используют газовые горелки. Наиболее распространенной является электрическая сварка, обеспечивающая высокую скорость и качество выполнения работ. Длительность плавления различных типов оптовых волокон отличается.

Для сварочных работ применяются специальный инструмент и дорогостоящее сварочное оборудование – автоматическое или полуавтоматическое. Современные сварочные аппараты позволяют контролировать качество сварки, а также проводить тестирование мест соединения на растяжение. Усовершенствованные модели оснащены программами, которые позволяют оптимизировать процесс сварки под конкретный тип оптоволокна.

После сращения место соединения защищается плотно насаживаемыми трубками, которые обеспечивают дополнительную механическую защиту.

Склеивание оптических волокон

Технология склеивания волокон применяется реже, в основном при производстве патч кордов и пигтейлов. Она включает несколько технологических операций. В частности, перед соединением оптические кабели проходят предварительную подготовку: в местах будущих соединений удаляются защитное покрытие и лишнее волокно (подготовленный участок очищается от гидрофобного состава). Для надёжной фиксации световода в соединителе (коннекторе) используется эпоксидный клей, которым заполняется внутреннее пространство коннектора (он вводится в корпус разъёма с помощью шприца или дозатора). Для затвердевания и просушки клея применяется специальная печка, способная создать температуру 100 град. С.

После затвердевания клея излишки волокна удаляются, а наконечник коннектора шлифуется и полируется (качество скола имеет первостепенное значение). Для обеспечения высокой точности выполнение данных работ контролируется с помощью 200-кратного микроскопа. Полировка может осуществляться вручную или с помощью полированной машины.

Механическое соединение оптических волокон

Ещё один метод сращивания элементов оптоволокна в единую линию ВОЛС – механическое соединение. Этот способ обеспечивает меньшую чистоту соединения, чем сваривание, однако затухание сигнала в данном случае всё-таки меньше, чем при использовании оптических коннекторов.

Преимущество этого метода перед остальными состоит в том, что для проведения работ используются простые приспособления (например, монтажный столик), которые позволяют проводить работы в труднодоступных местах или внутри малогабаритных конструкций.

Механическое сращивание подразумевает использование специальных соединителей – так называемых сплайсов. Существует несколько разновидностей механических соединителей, которые представляют собой вытянутую конструкцию с каналом для входа и фиксации сращиваемых оптических волокон. Сама фиксация обеспечивается с помощью предусмотренных конструкцией защёлок. После соединения сплайсы дополнительно защищаются муфтами или коробами.

Механические соединители могут использоваться неоднократно. В частности, их применяют во время проведения ремонтных или восстановительных работ на линии.

ВОЛС: типы оптических волокон

Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света. Что касается материала, различают полностью стеклянные волокна (со стеклянной сердцевиной и стеклянной оптической оболочкой), полностью пластиковые волокна (с пластиковой сердцевиной и оболочкой) и комбинированные модели (со стеклянной сердцевиной и с пластиковой оболочкой). Самую лучшую пропускную способность обеспечивают стеклянные волокна, более дешёвый пластиковый вариант используют в том случае, если требования к параметрам затухания и пропускной способности не критичны.

По типу путей, которые проходит свет в сердцевине волокна, различают одно- и многомодовые волокна (в первом случае распространяется один луч света, во втором – несколько: десятки, сотни и даже тысячи).

Одномодовые волокна (SM) отличаются малым диаметром сердцевины, по которой может пройти только один пучок света.

Многомодовые волокна (MM) отличаются большим диаметром сердцевины и могут быть со ступенчатым или градиентным профилем. В первом случае пучки света (моды) расходятся по различным траекториям и поэтому приходят к концу световода в различное время. При градиентном профиле временные задержки различных лучей практически полностью исчезают, и моды идут плавно благодаря изменению скорости распространения света по волнообразным спиралям.

Все современные ВОК (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр – 125 мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250 мкм. Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900 мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей). Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна).

Диагностика волоконно-оптических линий связи

Основным инструментом для диагностики волоконно-оптических линий связи является оптический рефлектометр. Пример работы с таким прибором смотрите в следующем видео:

Примеры оборудования

ВОЛС или волоконно-оптическая линия связи представляет собой систему передачи информации по диэлектрическим оптическим волноводам (оптическим волокнам). Волоконно-оптическую сеть называют информационной сетью, узлы которой соединяют волоконно-оптическую линию связи. Подобная передача данных по сетям имеет свои достоинства в сравнении с передачей информации по медному кабелю.

Преимущества ВОЛС

Высокая несущая частота (1014 Гц) обусловленная широкой полосой пропускания. Благодаря этому осуществляется большой поток информации по 1 волокну (до нескольких терабит/сек.). А такая полоса пропускания является важным достоинством перед любой средой для передачи данных.

Затухание сигнала выпускаемого сегодня оптоволокна достаточно мало (0,2-0,3 дБ). А такое затухание с небольшой дисперсией позволяют построить без ретрансляции линии, протяженность которых может составить более 100 км. К тому же кабель имеет низкий уровень шумов, за счет чего увеличивается полоса пропускания (для этого передается модуляция сигналов, имеющих малую избыточность кода).

Защита от помех весьма высока, потому что изготовлено волокно из диэлектрического материала, которое не воспринимает электромагнитные помехи от различных возможных источников, способных индуцировать как-либо электромагнитное излучение. И в кабелях, имеющих множество волокон, не возникает перекрестное влияние электромагнитного излучения, что свойственно медным или же многопарным кабелям.

ВОЛС имеют небольшой объем и вес. К примеру, 900-парный кабель телефона имеет диаметр 7,5 см, который можно заменить лишь одним волокном, диаметр которого 0,1 см. И даже защищенное волокно множеством оболочек имеет несравнимо малый диаметр, лишь 1,5 см.

Гальваническая развязка различных элементов сети заключается в изолирующем свойстве волокна. А благодаря тому, что оптоволокно не может образовывать искры существенно повышается пожаро- или взрывобезопасность. Это очень актуально для таких предприятий как нефтеперерабатывающие или химические, с повышенным риском при определенных технологических процессах.

ВОК достаточно экономичен, поскольку изготавливается из кварца, основа которого двуокись кремний. Данный материал популярен и весьма доступен по стоимости в сравнении с медью. Цена волокна по отношению к медной паре можно соотнести как 2:5. ВОК при этом передает сигнал на большие расстояния. И количество повторителей существенно сокращается.

Довольно длительный срок службы ВОЛС также относится к преимущества. Деградацию, которое испытывает со временем волокно (возрастание затухания) значительно замедляют с помощью современных технологий. Таким образом, срок эксплуатации составляет до 25 лет, в течении которых может не одно поколение приемных (передаточных) систем смениться.

Недостатки ВОЛС

Практически у всего есть свои недостатки и волоконно-оптические системы не исключение. Пожалуй главным недостатком можно выделить дороговизну монтажного прецизионного оборудования, а также надежность лазерных источников излучения. Многие недостатки, скорее всего можно нивелировать с появлением конкурентоспособных новых технологий в ВОЛС.

Цена на интерфейсное оборудование. Оно главным образом необходимо для преобразования электрических сигналов в оптические и обратно. Стоимость оптических приемников и передатчиков все же на сегодняшний день остается довольно большой. Для создания ВОЛС нужны и высоконадежное коммутационное специализированное пассивное оборудование, аттенюаторы, оптические разветвители, соединители (оптические) с небольшими потерями и одновременно с этим с большим ресурсом на отключение-подключение.

Обслуживание и установка оптических линий. Монтаж, тестирование и поддержка ВОЛС стоят недешево. В частности, если повреждается кабель, то требуется место разрыва соединить при помощи сварки и обеспечить защиту данному участку кабеля от внешней среды. Однако, производителями постоянно поставляются усовершенствованные инструменты для устранения неполадок с ВОК, цены которых постепенно снижаются.

Специальные требования по защите волокна. Насколько прочным является оптоволокно? В теории этот материал очень прочен. Выдерживает стекло (как материал) потрясающие нагрузки, имеющие предел прочности на разрыв выше 1 Гпа. И теоритически это означает, что волокно диаметром 125 мкм в количестве 1 штука сможет выдержать груз весом 1кг. Однако практика таких результатов не показывает. Причиной этому служат имеющиеся микротрещины, инициирующие разрыв.

Естественно, для повышения прочности и надежности этот материал в процессе изготовления подвергается специальной обработке, а именно его покрывают лаком, основа которого составляет эпокиакрилат, а сам кабель упрочняют (к примеру, нитями, основа которых кевлар). Для того, чтобы повысить прочность ВОК его упрочняют стеклопластиковыми стержнями или же стальным специальным тросом. Однако все это приводит к большей цене кабеля.

Однако совокупность преимуществ применения ВОЛС достаточно значительны несмотря на имеющиеся их недостатки. Потому очевидна дальнейшая перспектива развития технологий волоконно-оптических линий связи в информационных сетях.

Волоконно-оптическая линия связи - тип передачи данных, где данные сообщаются по волокнам, так же называемым волоконно-оптический кабель .

ВОЛС - это сеть данных, объединяющая информативные участки оптической линией. Она необходима для создания сетей, объединяющих высотные здания, объекты большой длинны или разбросанных на одной большой территории постройки. Оптическое волокно на данный момент самый лучший материал для передачи огромных потоков информации на большие расстояния. Делают его из кремнезема, который в отличии от меди и других материалов, используемых в проводах, является не дорогим и надежным материалом. Благодаря чему оно является легким и долговечным, в среднем его ресурс до 25 лет. На этапе проектирования волоконно-оптических линий связи требуются безотказные электроные компоненты, конвертирующие электрические импульсы в свет и наоборот. По этой причине для создания подобных линий требуется дорогостоящие компоненты.

Компоненты ВОЛС

Компоненты ВОЛС или его оборудование это перечень различных устройств и оборудования для создания волоконно-оптической сети. Правильный их подбор и монтаж, являются залогом производительности и безопасности сети.

Компоненты сети делятся на два вида:

Активное оборудование
Пассивное оборудование

К активному оборудованию относится оборудование потребляющее электроэнергию, это маршрутизаторы, коммутаторы, модуляторы и т.д.

Пассивные компоненты ВОЛС это компоненты не требующие электричества, такие как шнуры, оптические адаптеры , патч-корды, кросс оптический и шкафы.

Преимущества и недостатки ВОЛС

Оптоволокно производится на основе кремнезема, в отличии от металлов, используемых в других видах проводов, он широко распространен, а значит дешев.
Диаметр таких волокон составляет около 100 микрон, что обеспечивает небольшой вес, и соответственно меньшие нагрузки на линии связи.
Оптоволоконные кабели не содержат металла, а значит могут монтироваться на имеющихся линиях электропередачи, что позволяет значительно удешевить прокладку.
Система, где применяются оптические волокна не подвержена влиянию электромагнитных помех, к тому же к информации, идущей по такой сети трудно получить доступ.
Оптоволоконные линии связи долговечны, срок службы волоконно-оптической линии превышает 25 лет.

При создании оптической сети нужны высококачественные активные элементы, которые переводят световые сигналы в электрические и обратно. Также требуются специальные соединители с небольшими потерями и высокими эксплуатационными характеристиками. Точность изготовления оптических элементов должна быть очень высокой, что означает высокую себестоимость оборудования.
Для прокладки кабеля необходимо дорогое технологическое оборудование.
При обрыве или повреждении оптического кабеля, стоимость восстановления выше, чем при использовании металлических кабелей.

Читайте также: