Почему оптоволоконный кабель является приоритетным для проводных сетей в чем его недостатки кратко

Обновлено: 05.07.2024

Стекло и фотоны превосходят медь и электроны

Волоконно-оптический кабель представляет собой сетевой кабель, который содержит жилы из стекловолокна внутри изолированного корпуса. Они предназначены для высокопроизводительных сетей передачи данных и телекоммуникаций на большие расстояния.

По сравнению с проводными кабелями оптоволоконные кабели обеспечивают более высокую пропускную способность и могут передавать данные на большие расстояния. Волоконно-оптические кабели поддерживают большую часть мировых интернет, кабельного телевидения и телефонных систем.

Как работают оптоволоконные кабели

Оптоволоконные кабели передают сигналы связи, используя световые импульсы, генерируемые небольшими лазерами или светодиодами.

Кабель состоит из одной или нескольких стеклянных прядей, каждая из которых немного толще человеческого волоса. Центр каждой нити называется сердцевиной, которая обеспечивает путь для света. Сердцевина окружена слоем стекла, называемым оболочкой, которая отражает свет внутрь, чтобы избежать потери сигнала и позволяет свету проходить через изгибы кабеля.

Два основных типа оптоволоконных кабелей называются одномодовым и многомодовым оптоволокном. В одномодовом волокне используются очень тонкие стеклянные нити и лазер для генерации света, в то время как в многомодовых волокнах используются светодиоды.

В одномодовых волоконно-оптических сетях часто используются методы Wave Division Multiplexing для увеличения объема трафика данных, который может быть отправлен через цепь. WDM позволяет объединять (мультиплексировать) и затем отделять (демультиплексировать) свет на нескольких разных длинах волн, эффективно передавая несколько потоков связи через один импульс света.

Преимущества оптоволоконных кабелей

Волоконно-оптические кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с медными кабелями на большие расстояния.

Волоконная оптика поддерживает большую емкость. Величина пропускной способности сети, которую может нести оптоволоконный кабель, превышает пропускную способность медного кабеля с аналогичной толщиной. Стандартными являются оптоволоконные кабели с пропускной способностью 10 Гбит/с, 40 Гбит/с и даже 100 Гбит/с.
Поскольку свет может распространяться на гораздо большие расстояния по оптоволоконному кабелю без потери его прочности, это уменьшает потребность в усилителях сигнала.
Волокно менее подвержено помехам. Медный сетевой кабель требует специального экранирования для защиты от электромагнитных помех. Хотя это экранирование помогает, недостаточно предотвращать помехи, когда многие кабели соединены вместе в непосредственной близости друг от друга. Физические свойства стеклянных и оптоволоконных кабелей позволяют избежать большинства этих проблем.

Оптоволокно для дома, других развертываний и оптоволоконных сетей

FTTP (оптоволокно в помещение) . Волокно, проложенное до самого здания.
FTTB (оптоволокно в здание/бизнес/блок) . То же, что и FTTP.
FTTC/N (Волокно на обочине узла) . Волокно, которое прокладывается к узлу, но затем медные провода завершают соединение внутри здания.
Прямое волокно : волокно, которое покидает центральный офис и подключается непосредственно к одному клиенту. Это обеспечивает наибольшую пропускную способность, но дороже.
Общее волокно : аналогично прямому волокну, за исключением того, что, поскольку волокно приближается к помещению ближайших клиентов, оно разделяется на другие волокна для этих пользователей.

Что такое темное волокно?

Оптическое волокно растет в сфере телекоммуникаций и передачи данных благодаря своим непревзойденным преимуществам: более высокая скорость с меньшим затуханием, меньшая устойчивость к электромагнитным помехам (EMI), меньший размер и большая пропускная способность информации. С другой стороны, постоянные потребности в полосе пропускания также приводят к значительному росту потребностей в оптическом волокне. Давайте рассмотрим наиболее распространенные типы оптоволоконных кабелей, изучим преимущества и недостатки оптоволокна и узнаем советы по выбору оптоволоконных кабелей.

Что такое оптическое волокно?

Оптическое волокно использует световые импульсы вместо электрических импульсов для передачи информации, что обеспечивает пропускную способность в сотни раз большую, чем традиционные электрические системы. Волоконно-оптический кабель может быть защищен оболочкой и броней, чтобы сделать его устойчивым к суровым условиям окружающей среды. Следовательно, он широко применяется в коммерческом бизнесе, правительстве, военной и многих других отраслях для передачи голоса, видео и данных.

Рисунок 1: Структура оптического волокна

Общие типы оптоволоконных кабелей

Как правило, существует три типа оптоволоконных кабелей: два стекловолокна - одномодовый оптический кабель и многомодовый оптический кабель, а также пластиковое оптическое волокно (plastic optical fiber-POF).

Одномодовый оптический кабель

"Режим" в оптоволоконном кабеле относится к пути, по которому передает свет. Одномодовое волокно имеет меньший диаметр сердечника 9 микрон (точнее 8,3 микрона) и только позволяет одной длине волны и пути передачи света, что значительно уменьшает отражение света и уменьшает затухание. Немного дороже, чем его многомодовые аналоги, одномодовый оптоволоконный кабель часто используется в сетевых соединениях на большие расстояния.

Рисунок 2: одномодовое волокно

Многомодовый оптический кабель

Многомодовое оптическое волокно имеет больший диаметр сердечника, чем одномодовое оптическое волокно, что позволяет передавать несколько путей и несколько длин волн света. Многомодовое оптическое волокно доступно в двух размерах: 50 микрон и 62,5 микрон. Обычно используется на короткие расстояния, в том числе применения патч-корда, такие как оптоволокно к настольному компьютеру или патч-панель к оборудованию, применения данных и аудио/видео в локальных сетях. Согласно распределению показателя преломления волокна, многомодовое волокно может разделить на два типа: многомодовое волокно Step-Index vs многомодовое волокно Graded-Index .

Рисунок 3: многомодовое волокно

Пластиковое оптическое волокно (POF)

POF - это step-index оптическое волокно с большим сердечником с типичным диаметром 1 мм. Большой размер позволяет легко соединять большое количество света от источников и разъемов, которые не должны быть высокой точностью. Таким образом, типичные затраты на соединители составляют 10-20% столько же, сколько для стекловолокна, и заделка проста. Являющийся пластиковым, он более прочный и может быть установлен в минутах с минимальными инструментами и обучением. Для приложений не требуют большой пропускной способности на большие расстояния, POF становится более конкурентоспособным, что делает его жизнеспособным вариантом для настольных локальных сетей и низкоскоростных коротких линий связи.

Преимущества и недостатки оптического волокна

Хотя оптическое волокно имеет преимущества в скорости и пропускной способности по сравнению с медным кабелем, стоит учитывать, что у него также есть и определенные недостатки. Вот преимущества и недостатки оптического волокна.

Преимущества оптического волокна

Большая пропускная способность & более высокая скорость—оптоволоконный кабель поддерживает чрезвычайно высокую пропускную способность и скорость. Большое количество информации, которое может быть передано на единицу оптоволоконного кабеля, является его наиболее значительным преимуществом.

Дешевка—длинные, непрерывные мили оптоволоконного кабеля могут быть сделаны дешевле, чем эквивалентные длины медного провода. С многочисленными поставщиками, борющимися за долю рынка, цена оптического кабеля обязательно упадет.

Тоньше и легче—оптическое волокно тоньше, и его можно вытянуть на меньшие диаметры, чем медный провод. Они имеют меньший размер и легкий вес, чем сопоставимый медный кабель, поэтому лучше подходят для мест, где требуется пространство.

Более высокая пропускная способность—поскольку оптические волокна намного тоньше, чем медные провода, больше волокон могут быть объединены в кабеле заданного диаметра. Это позволяет больше телефонных линий переходить по одному и тому же кабелю или большему каналу, проходящему через кабель в вашу кабельную телевизионную коробку.

Меньшая деградация сигнала—потеря сигнала в оптическом волокне меньше, чем в медном проводе.

Световые сигналы—в отличие от электрических сигналов, передаваемых по медным проводам, световые сигналы от одного волокна не влияют на сигналы других волокон в том же оптоволоконном кабеле. Это означает более четкие телефонные разговоры или прием на телевидении.

Долгий срок службы—оптические волокна обычно имеют более длительный жизненный цикл более 100 лет.

Недостатки оптического волокна

Низкая мощность—светоизлучающие источники ограничены низкой мощностью. Хотя излучатели высокой мощности доступны для улучшения энергопотребления, это добавит дополнительную стоимость.

Хрупкость—оптическое волокно довольно хрупкое и более уязвимо к повреждениям по сравнению с медными проводами. Лучше не скручивать и не сгибать оптоволоконные кабели слишком сильно.

Расстояние—расстояние между передатчиком и приемником должно быть коротким, или повторители необходимы для усиления сигнала.

Как правильно выбрать оптоволоконный кабель?

Оптоволоконный кабель приобрел большой импульс в сетях связи, и появляется огромное количество поставщиков, конкурирующих за производство и поставку оптоволоконных кабелей. При выборе оптического волокна, вам лучше начать с надежного поставщика, а затем рассмотреть критерии выбора. Вот руководство, чтобы прояснить некоторые недоразумения при выборе оптоволоконного кабеля.

Проверьте квалификацию производителя

Основные производители оптоволоконных кабелей должны получить сертификацию системы качества ISO9001, международную сертификацию системы охраны окружающей среды ISO4001, ROHS, сертификацию соответствующих национальных и международных учреждений, таких как Министерство информационной индустрии, сертификацию UL и т. д.

Оптический режим: одномод или многомод

Как показано выше, одномодовое волокно часто используется для больших расстояний, в то время как многомодовое волокно обычно используется для коротких расстояний. Кроме того, стоимость системы и установки изменяются с различными режимами волокна. Вы можете обратиться к Одномодовое или многомодовое волокно: в чем разница? а затем решите, какой режим волокна вам нужен.

Оболочки оптических кабелей: OFNR, OFNP или LSZH

Стандартный тип оболочки оптического кабеля - OFNR, что означает “Optical Fiber Non-conductive Riser”. Кроме того, оптические волокна также доступны с OFNP или оболочкой plenum, которые подходят для использования в plenum средах, таких как подвесные потолки или фальшполы. Другой вариант оболочки - это LSZH. Сокращенно от “Low Smoke Zero Halogen”, он сделан из специальных составов, которые выделяют очень мало дыма и не токсичны при пожаре. Поэтому всегда обращайтесь к местному органу пожарной безопасности, чтобы уточнить требования к установке перед выбором типа оболочки.

Внутренняя конструкция оптического волокна: Tight Pack или Breakout или Сборка или Loose Tube

Tight pack кабели также известны как кабели распределительного типа, функции, что все буферные волокна под одной оболочкой с прочными элементами для установки Корпуса к Корпусу и Трубопровода под Установки Класса. Breakout оптический кабель или fan out кабель применим приложений от Устройства к Устройству с жесткими и прочными преимуществами. Сборка или конструкция zip cord часто используется для изготовления оптических патч-кордов и коротких breakout кабелей. В то время как конструкция loose tube - это стандарт Telco, используемый в телекоммуникационной отрасли.

Внутренний vs. Наружный

Выбор во многом зависит от вашего приложения. Основное различие между внутренним и наружным оптоволоконным кабелем заключается в блокировке воды. Наружные кабели предназначены для защиты волокон от воздействия влаги в течение многих лет. Тем не менее, в настоящее время существуют кабели с сухим водоблокирующей наружной функцией и внутренним дизайном. Например в среде кампуса, вы можете приобрести кабели с двумя оболочками: внешняя оболочка PE, выдерживающая влагу, и внутренняя оболочка PVC, имеющая сертификат UL для огнестойкости.

Количество волокон

Оба внутренний и наружный оптический кабель имеют широкий выбор количества волокон в диапазоне от 4 до 144 волокон. Если ваша потребность в волокне превышает этот диапазон, вы можете индивидуально настроить количество волокон для внутреннего или наружного оптического кабеля. Настоятельно рекомендуется приобрести запасные волокна для вас, если не изготовляете оптические патч-корды или соединяете простую линию связи с двумя волокнами.

Вывод

Оптическое волокно предлагает быстрое, постоянное и стабильное интернет-соединение, которое позволяет передавать много данных на невероятные расстояния. Поскольку потребности в данных становятся огромными, оптическая кабельная система представляет собой верный путь к гибкости и стабильности сети.

Технология использования оптоволоконных проводов пришла на смену классическому кабелю из меди, и быстро завоевала популярность, которой не теряет до сих пор. Несмотря на стремительное развитие беспроводных технологий, именно оптоволокно все же очень часто выбирают для офисов с большим количеством сотрудников, для дач или частных домов.

Давайте разберемся в основных принципах работы оптоволоконных кабелей, а также в их преимуществах, которые даже в беспроводную эпоху дают им множество сторонников. Не обойдем стороной и недостатки, которые для многих пользователей склоняют чашу весов в пользу беспроводных технологий.

В основе медного кабеля, как нетрудно догадаться, лежали физические свойства меди (Cu) как проводника электричества. В сердцевине таких проводов находилась чистейшая медь, по которой и двигался поток электронов, передающих информацию. Такое соединение гораздо чаще прерывалось, имело несравнимо меньшую скорость, слабо подходило для скачивания сериалов, онлайн-игр, и всего того, за что мы сегодня так любим интернет.

В оптическом волокне использовался принципиально другой метод передачи данных. В его основе прозрачный материал – как правило, стекло, сквозь которое передаются пучки света. Стекло нагревается, благодаря чему принимает гибкую форму, и его уже можно покрывать изоляционным материалом, не боясь, что при малейшей нагрузке оно сломается. Кроме того, внутренняя полость оптоволоконного провода устроена таким образом, что пучки света отражаются внутри него, благодаря использованию двух разных типов стекла с различными коэффициентами светопроводимости. Поэтому информация не искажается, даже преодолевая большие расстояния.

История такой передачи данных берет свое начало еще с 1934 года, когда посредством световых сигналов в телефоне кодировалась устная речь. Многочисленные доработки, совершенствование технологий производства, и ученым удалось получить метод, при котором информация передается, буквально, со скоростью света.

Метод кодирования данных как в медном, так и в оптоволоконном кабеле, одинаков. Это знаменитый двоичный код, состоящий из нулей и единиц. Только оптический кабель дает возможность передать эти сигналы в миллион (!) раз быстрее.

Мы разобрались, что из себя представляет провод изнутри. Но, понятное дело, невозможно протянуть его прямо от вашего ноутбука к станции связи. Оптоволоконный кабель проводится в квартиру и подсоединяется к так называемому оптическому терминалу. В свою очередь, оптический терминал с помощью классического медного провода подсоединяется к роутеру, который может быть подсоединен уже к любому устройству.

Терминал нужен для того, чтобы переводить световые сигналы в электрические, которые может воспринимать роутер и другие устройства. Возможно и прямое подключение устройства, минуя терминал и витую пару: так скорость соединения увеличивается, но появляется дополнительный риск повредить провода.

У каждого любопытного абонента возникает логичный вопрос: а что же с другой стороны провода? Ответ: коммутатор, или распределительная муфта, расположенная в техническом помещении вашего дома. Именно от нее оптоволокно подходит к квартирам, расположенным в данном доме. В свою очередь, коммутационная станция соединяется с другими точками обмена трафиком с помощью магистральных линий.

Перейдем, наконец, к тем причинам, по которым можно предпочесть оптоволокно мобильному интернету, спутниковой тарелке, WiMAX, и другим способам. Это:

· Независимость от электромагнитных полей. В отличие от обычных роутеров, при использовании которых качество соединения напрямую зависит от наличия электроприборов рядом, оптическое волокно совершенно независимо от условий использования.

· Практически полное отсутствие задержки сигнала. Оптоволокно допускает задержку буквально в несколько миллисекунд, в то время как спутниковый интернет – примерно до 1000, и даже 4G в этом смысле отстает: у него задержка может достигать сотни миллисекунд.

· Защищенность от любых помех и сбоев сигнала.

· Долговечность. При правильном использовании оптокабели могут использоваться по 40-50 лет и больше.

· Пожаростойкость кабеля, не зависит от электромагнитного воздействия, достаточно трудно взломать, подвергнуть другому несанкционированному воздействию.

· Полная универсальность: возможность подключить не только интернет, но и IP-телефонию, камеры видеонаблюдения, Smart-TV и т.д.

Конечно же, главный, и, пожалуй, единственный недостаток оптоволоконных кабелей – это необходимость их проводить и прятать. Проведение всех этих работ можно значительно упростить, если предусмотреть расположение оптоволоконных кабелей еще на этапе проектирования. Обычно для маскировки проводов используют следующие методы:

· Использование кабель-канала. Это декоративные конструкции, полые внутри, а снаружи неотличимые от обычного плинтуса. Бывают деревянными, пластиковыми, либо металлическими.

· Парапетные системы. Это пластиковые накладки, которые устанавливаются на определенной высоте над полом. Они могут довольно сильно выделяться из общего дизайна, поэтому больше подходят для офисов или технических помещений.

· Напольные системы скрытого кабеля. Практически незаметны, очень хорошо подходят для подведения к приборам, расположенным далеко от стен.

Это далеко не полный перечень способов спрятать проводку, однако суть ясна: для проведения оптоволокна потребуются определенные усилия, а значит – либо денежные затраты на оплату работ, либо временные. Именно это – основные причины, по которым люди все чаще обращаются к беспроводным способам интернет-соединения.

Второй недостаток – оптическое волокно достаточно легко портится, достаточно перегнуть его под достаточным углом. Хотя это легко нивелировать за счет грамотного прокладывания и защиты проводов.

Если вы заинтересованы в том, чтобы получить в свою квартиру интернет на максимально возможной среди современных технологий скорости, и при этом готовы потратить время и силы на проведение проводов, ответ будет однозначно положительным.

В различных сетях для передачи информации используются специальные кабели — витая пара и оптоволокно. Можно ли выбрать что-то одно, какое у них назначение, в чем их отличия, преимущества и недостатки — разберемся.

Особенности производства витой пары

Витая пара была создана Александром Беллом в 1881 году, а уже в 1900 году повсеместно использовалась в телефонных линиях на территории США. Как можно догадаться по названию, в этом типе кабелей используется несколько витых пар — двух изолированных проводников, скрученных с определенным шагом. Такое конструктивное решение было принято, чтобы уменьшить электромагнитные помехи от внешних источников. В витой паре также могут использоваться и дополнительные слои для защиты от внешних наводок.

Создание витой пары начинается с огромных бобин медной проволоки, которая служит проводником электрического сигнала. Каждая медная нить диаметром в 7,8 мм наматывается на систему из нескольких роликов и вытягивается до 0,4-0,6 мм. Процесс вытягивания позволяет получить из 160 метров медного стержня более 1,5 км провода.

На следующем этапе медь покрывают пластиковым изолятором разных цветов. Его делают из негорючего полипропиленового состава, который поставляется на производства в виде гранул. Затем каждый кабель по цвету наматывают на отдельные катушки. Далее с помощью специального станка из двух проводников создается одна витая пара, а после — четыре или больше витых пары соединяются в один кабель с последующим экранированием.

В конце производства готовые кабели сворачивают в катушки и упаковывают для транспортировки. Согласно исследованию DISCOVERY Research Group на 2019 год объем рынка LAN-кабелей России составлял 570 330 километров. Этого хватит, чтобы 14 раз охватить всю Землю по экватору.

Производство оптического волокна

Патент на передачу данных посредством света в оптоволокне в 1934 году получил Норман Френч — инженер фирмы AT&T, но первые лазер и приемник сигналов появились только
в 1962 году. Коммерческое использование таких кабелей началось только в 80-х годах, когда удалось решить проблему быстрого затухания.

Оптическое волокно представляет собой нить из прозрачного материала — стекла или пластика. Кабель состоит из сердцевины, в которой перемещается свет, и оболочки с другим коэффициентом преломления.

Толщина сердцевины зависит от того, сколько лучей (мод) будет передаваться по кабелю.

Производство оптоволокна — это сложный и высокотехнологичный процесс. В России первый завод появился в 2015 году в Саранске. В восьмиэтажном здании Сарансккабель-Оптика располагается вертикальная производственная линия. Все начинается со специальных преформ (заготовок), которые при помощи мощной печи разогреваются до 2 000 градусов Цельсия. Из печи выходит уже волокно толщиной в 125 микрон.

Далее нити покрывают акрилатом и обрабатывают ультрафиолетовыми лампами для затвердевания. На выходе получается готовый оптоволоконный кабель. Процесс идет практически непрерывно, а нить движется через все восемь этажей со скоростью до 1 700 метров в минуту. На выходе формируются небольшие катушки с оптоволокном, готовые
к доставке.

Витая пара против оптоволокна: преимущества и недостатки

Принципиальное отличие этих двух типов кабелей заключается в способе передачи сигнала:
в витой паре это электрический импульс, а в оптоволокне — световой луч.

Оптоволокно обладает следующими достоинствами:

Высокая скорость передачи данных. Рекорд для оптоволокна — 27 Тбит/с на расстояние около 80 км, но на практике используются скорости от 1 до 100 Гбит/с.
Высокая помехозащищенность. Другие электролинии и даже гроза не внесут искажения
в передаваемый сигнал.
Широкий диапазон рабочих температур. Кабели работают в диапазоне от -100 до +500 градусов Цельсия благодаря применению стекла в производстве.
Высокая длина одного сегмента. Световой луч без затухания способен проходить расстояния до 15 километров, что уменьшает число необходимых повторителей.
Меньший вес по сравнению с аналогичным отрезком витой пары.
Гарантия до 25 лет.

Несмотря на многочисленные достоинства, оптическое волокно не смогло вытеснить витую пару. Все дело в нескольких важных минусах. Цена на оптоволоконное оборудование даже
с появлением многочисленных производств остается высокой, поскольку оно работает
не с электрическими сигналами, а с оптическими.

Другая проблема — относительная хрупкость и сложность монтажа. Несмотря на то, что оптоволокно можно гнуть, в его основе лежит стекло, поэтому при сильных изгибах такой кабель ломается. Угол изгиба больше 90 градусов дает ослабление сигнала. Для спайки необходим специальный аппарат, без которого соединить два конца оптоволоконного кабеля невозможно. Ремонт таких коммуникаций сложнее и требует особой квалификации.

Помимо этого, большая часть потребительской техники (роутеры, телевизоры, TV-приставки) работают с электрическими сигналами, поэтому подключатся посредством витой пары.

Витая пара по многим параметрам проигрывает оптическому волокну: невысокие скорости передачи (для категории Cat.7 до 10 Гбит/с), длина одного сегмента не может превышать 300 метров, а поскольку медь подвержена окислению, то и срок службы у витой пары при оптимальных условиях влажности и температуры не превышает 15 лет.

Главный минус — подверженность помехам, что вынуждает производителей тратиться на дополнительные меры защиты. В заводских условиях с мощным электромагнитным излучением витую пару использовать невозможно.

Почему не используется что-то одно

Несмотря на очевидные достоинства оптического волокна, витая пара со своими минусами остается неотъемлемой частью интернет-коммуникаций и не только. Главная причина — дешевизна оборудования и легкость обслуживания. Большинству обычных потребителей хватает скорости до 1 Гбит/с, которую без проблем обеспечивают последние категории витой пары. Также в квартирах и частных домах нет сильных электромагнитных наводок, которые могут создать помехи.

Самое главное — витую пару намного проще прокладывать. В квартирах нередко приходится протягивать LAN-кабели в специальных каналах плинтуса. Избежать изгибов в 90 градусов будет практически невозможно. Заменить патчкорды или участок витой пары могут даже обычные пользователи при наличии соответствующего инструмента.

Прокладывать оптоволокно на небольшие расстояния в квартирах и частных домах сложно
и часто нерационально, особенно, если вся техника имеет стандартные порты RJ-45. Противоположные качества оптоволокна и витой пары вынуждают делать комбинированные сети.

На больших расстояниях прокладывают оптоволокно, используя его главные достоинства — высокую скорость передачи, длину сегмента, стойкость к перепадам температур и помехам. Для подключения абонентов на небольших участках применяют витую пару, поскольку ее легко монтировать и нет необходимости ставить для каждой квартиры медиаконверторы.

Учитывая хрупкость оптоволокна и совершенствование витой пары (новейший стандарт Cat.8 обеспечивает скорость до 40 Гбит/с), ни один из типов кабелей не сможет вытеснить второй
и стать повсеместным в ближайшие годы.

Читайте также: