Оптоволоконные технологии в системах передачи данных
Характеристики и главные достоинства волоконных технологий. Особенности прокладки подводных оптических линий связи. Сравнительный анализ современных волоконно-оптических систем. Защита информации, увеличение полосы пропускания и дальности передачи данных.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.04.2023 |
| Размер файла | 200,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
8
Оптоволоконные технологии в системах передачи данных
Е.А. Бадеева, Д.А. Усачев, И.А.
Чернов, В.А. Бадеев, М.В. Соломанидин
Аннотация
Актуальность и цели. Современное жизнеобеспечение человечества невозможно без таких ресурсов, как время, скорость информации и объем данных. Передача информации по системам связи на базе волоконных технологий имеет ряд плюсов по сравнению с передачей по другим устаревающим вариантам кабельных линий (медному, электрическому и т.д.). волоконный оптический информация связь
Появление волоконно-оптической связи стало истинным технологическим прорывом, и сегодня оптоволоконные системы находят свое все большее применение в областях, где необходима передача данных, начиная от персональных компьютерных систем обработки и передачи информации до бортовых галактических, самолетных, телекоммуникационных систем сверхбольших расстояний.
За счет прокладки подводных волоконно-оптических линий связи и функционирования систем передачи соединяются континенты. Предметом настоящего исследования является раскрытие современных возможностей оптоволоконных технологий в системах передачи данных.
Целью данной работы является анализ современного этапа развития волоконнооптических линий связи для передачи данных.
Методы. В работе применялись теоретические методы исследования: обобщение, сравнительный анализ, синтез (объединение), изучение и анализ научнотехнической литературы.
Результаты. Раскрыты характеристики волоконно-оптических систем передачи данных, принцип действия, отмечены их преимущества и недостатки.
Выводы. Волоконно-оптические системы передачи большого потока информации становятся неотъемлемой частью человечества и постепенно находят свое применение во всех сферах жизнедеятельности. Дальнейший этап развития оптоволоконных технологий в системах передачи данных будет обусловлен внедрением 5G (fifth generation) поколения мобильной связи.
Ключевые слова: оптическое волокно, волоконно-оптический кабель, волоконно-оптическая линия связи, волоконно-оптическая система передачи данных, информационная система, защита информации, информационная сеть, полоса пропускания, дальность передачи
Введение
Количество и качество современных информационных потоков растут большими темпами, растет и размер данных, необходимый для передачи с минимальными потерями информации.
Быстрый и надежный способ передачи данных различных технических систем (вычислительные сети, системы видеонаблюдения, системы управления данными хозяйствующих субъектов и т.п.) приобретает исключительную важность в последние годы. Сегодня средой передачи потока информации является оптическое волокно (ОВ), ввиду того, что обладает высокой пропускающей способностью, по последним исследованиям ученых порядка более 300 Тбит в секунду (на 2021 г.), и дальностью передачи на значительные расстояния до 100 км [1-4].
Активно внедряются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), работающие в оптическом диапазоне и позволяющие передавать более точную информацию, повышая ее надежность и защищенность. ВОЛС находят свое применение в областях, где необходима передача данных, начиная от персональных компьютерных систем обработки и передачи информации до бортовых галактических, самолетных, корабельных, телекоммуникационных систем сверхбольших расстояний.
За счет прокладки подводных волоконно-оптических линий связи соединяются континенты [5-9].
ВОЛС является устоявшимся названием, ВОСП - волоконно-оптическая система передачи - понятие, закрепленное в ГОСТ Р 54417-2011 ГОСТ Р 54417-2011. Компоненты волоконно-оптических систем передачи. Термины и определения (дата введения: 2012-07-01). М. : Стандартинформ, 2012. 12 с.. В своей основе ВОСП имеют волоконно-оптической кабель (ВОК), содержащий ОВ, покрытые оболочкой; ОВ, входящие в состав ВОК, изготавливаются преимущественно из стекла и полимеров [6, 8, 10].
Развитие и внедрение ВОСП соответствует приоритетным национальным проектам и программам цифровизации экономики РФ, ее отраслей, обеспечивающим создание устойчивой и безопасной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры высокоскоростной передачи, обработки и хранения больших объемов данных [11, 12].
Актуальность перехода на волоконно-оптические технологии при передаче потока данных обуславливается и тем, что медь и свинец относятся к дефицитным металлам, и постепенно в РФ и во всем мире сокращаются их запасы, а для изготовления ВОК, не содержащего в своем составе металлов, это не требуется [8, 13, 14].
Материал и методика
Изучение и раскрытие современных возможностей оптоволоконных технологий в системах передачи данных базировались на изучении, обобщении, синтезе и анализе литературных источников [1-28].
Исследование показало, что ВОСП имеют ряд преимуществ по сравнению с другими методами передачи информации. За счет своей высокой скорости передачи информации объем данных поставляется быстрее, нежели в электрических линиях связи.
Длина ВОСП достигает 100 км и более при малом затухании светового сигнала [6]. Хорошая помехоустойчивость ОВ позволяет избегать помех со стороны других кабельных линий (медных, электрических и т.д.). ВОСП являются влагозащищенными и безразличными к электрическим излучениям. Передаваемая информация по ВОСП защищается от перехвата с помощью различных способов кодировки, шифровки, применения специальных устройств [5, 15-17].
Рис. 1. Структура оптического волокна
В ВОСП используются одномодовые и многомодовые ОВ (рис. 1). Для передачи информации на большие расстояния рекомендовано использование одномодового ОВ, пропуская единичный световой сигнал, оно обладает низким значением затухания.
Одномодовое ОВ имеет меньший диаметр сердечника: порядка 7-9 мкм. Многомодовые ОВ используют на коротких расстояниях, передавая несколько световых сигналов [6-10].
Для ВОК необходимы особые условия эксплуатации: если возникает нарушение его целостности, требуются мероприятия по устранению данной неполадки, при этом необходимо применение специального вида сварки ОВ с использованием особого сварочного аппарата. Данное обстоятельство можно отнести к недостаткам данного вида связи [18].
Проблема безопасного и надежного объединения информационного потока удаленными между собой городскими сообществами на большие расстояния решается с помощью прокладки ВОК линии связи в грунт (рис. 2) [19].
Рис. 2. Прокладка ВОК в грунт
Активная прокладка стартовала в России еще с 1990 г. и в реальное время продолжает совершенствоваться и активно развиваться [19].
В процессе подготовки к использованию и непосредственной эксплуатации ВОCП требуется постоянный мониторинг и контроль качества компонентов линии связи, в том числе входные испытания аппаратуры элементов передачи данных на «стресс», измерение уровня оптической мощности, измерение затухания, определение места и характера возможного повреждения ВОК [20-22].
Контролируется защищенность ВОСП от несанкционированного доступа, что позволяет обеспечивать достоверную передачу информации, выявление неполадок в оптоволоконных линиях, уведомление о них (подается сигнал тревоги), а также их точное местоположение.
Обсуждение
Развитию и активному внедрению в последние годы ВОСП способствует создание в России завода по производству ОВ специально для линий связи [2 3, 24]. Так в 2021 г., согласно официальным данным, выручка АО «Оптиковолоконные Системы» превысила 1 млрд руб., а уровень продаж впервые достиг 2,7 млн км ОВ, включая потребление внутреннего рынка и экспортные поставки, которые выросли более чем в 1,5 раза за счет наращивания сотрудничества с клиентами в странах Европейского Союза. В 2021 г. АО «Оптиковолоконные Системы» начало реализацию проекта по выпуску нового типа ОВ G.654.E. для проекта ПАО «Ростелеком» по строительству новой ВОСП от западных до восточных границ РФ - ТЕА NEXT («Транзит Европа - Азия нового поколения») [23, 24].
В ближайшем будущем будет предусмотрен переход на технологию программноопределяемых сетей, в связи с этим увеличится спрос на глобальную магистральную сеть (рис. 3) [25].
Рис. 3. Рост спроса на глобальную сеть
Подъем трафика, рост числа подключений к Интернету устройств, развитие облачных технологий, экспоненциальный рост объемов информации, интернет-вещей, виртуальная реальность - все это потребует для удовлетворения потребностей новых систем совершенствования волоконно-оптических технологий передачи данных, подхода к процессу изготовления, формированию структуры ОВ, изменению оптического спектра и усилению сигнала [25].
Современные цифровые системы передачи данных, построенные на оптоволоконных технологиях, занимают ведущее место в системах связи различного назначения, а реализация нового проекта беспроводных сетей 5G в перспективе потребует подвода качественно обновленных ВОК [26]. Выделяются следующие характеристики будущих волоконно-оптических сетей в эпоху 5G: увеличенная пропускная способность ОВ, массивные оптические перекрестные соединения, интеллектуальная эксплуатация и обслуживание сетей [26].
Протяженность и охват территорий ВОСП играют важную роль в жизни человека и помогают в решении проблем жителей, расположенных в труднодоступных местах. Так, например, в Пензенской области «Ростелеком» увеличил протяженность ВОСП, тем самым обеспечив многие города и сельские населенные пункты доступным беспроводным интернетом [27, 28]. Это позволило получать жителям, предприятиям и учреждениям доступную информацию на высокой скорости, пользоваться платформами для поиска работы, записи к врачам, дистанционному обучению, пользоваться социальными сетями, делать онлайн-покупки, осуществлять необходимые заказы на интернет-сайтах и многое другое. На сегодняшний день в Пензенской области планируется как можно больше километров современных линий связи провести между райцентрами и селами, в том числе и отдаленными, для создания мощной инфраструктуры оптоволоконной связи [2 7, 28].
Выводы
В связи с развитием в настоящее время новых информационных технологий, услуг связи и управления ею, роста объема данных, которые нужно передать с достаточно высокой скоростью и точностью, можно подвести итог, что волоконно-оптические технологии и построенные на их основе ВОСП позволяют решать данные задачи.
Преимущества, раскрытые в исследовании, подтверждают, что данные линии связи являются надежными, долговечными (срок службы достигает до 25 лет) и лучшими в своем использовании, а также более востребованными по сравнению с другими. В результате ВОСП являются неотъемлемой частью человечества и находят свое применение во всех сферах жизнедеятельности, а внедрение нового sG-поколения мобильной связи будет диктовать дальнейший этап развития оптоволоконных технологий в системах передачи данных.
Список литературы
1. ВОЛС (волоконно-оптические линии связи). URL: https://skomplekt.com (дата обращения: 20.12.2021).
2. Оптоволоконная связь. URL: https://www.tadviser.ru (дата обращения: 20.12.2021).
3. Денисов Д. Новый рекорд скорости передачи данных в оптической связи. URL: https:// nag.ru (дата обращения: 12.12.2021).
4. Исследователи достигли скорости передачи данных в 100 терабит/с. URL: https:// habr.com/ru (дата обращения: 20.12.2021).
5. The Fiber Optic Association, Inc. the international professional association of fiber optics. URL: https://www.thefoa.org (дата обращения: 20.12.2021).
6. Elliott B. J. Cable Engineering for Local Area Networks. Cambridge, England, 2000. P. 161-185. (Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials).
7. Проблемы построения новой волоконно-оптической инфраструктуры в Японии // Век качества. 2010. № 4. С. 34-35.
8. Гафуров А. М., Гафуров Н. М., Гатина Р. З. Оптоволоконные системы для передачи возрастающего объема информации // Вестник КГЭУ. 2016. № 4. С. 60-71.
9. Шарварко В. Г. Волоконно-оптические линии связи : учеб. пособие. Таганрог : Изд-во ТРТУ, 2006. 70 с.
10. Мурашкина Т. И., Бадеева Е. А. Волоконно-оптические приборы и системы: научные разработки НТЦ «Нанотехнологии волоконно-оптических систем» Пензенского государственного университета. СПб., 2018. Ч. I. 187 с.
11. Национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации». URL: https:// digital.gov.ru (дата обращения: 20.12.2021).
12. Об утверждении стратегического направления в области цифровой трансформации государственного управления : распоряжение Правительства РФ № 2998-р от 22.10.2021. URL: https:// www.garant.ru (дата обращения: 20.12.2021).
13. О стратегии развития минерально-сырьевой базы РФ до 2035 г. : распоряжение Правительства РФ № 2914-р от 22.12.2018. URL: https://www.garant.ru (дата обращения: 20.12.2021).
14. Механик А. Металлический голод все ближе // Стимул. 2019. URL: https://stimul.online (дата обращения: 20.12.2021).
15. Тимофеев А. М. Устройство для передачи и приема двоичных данных по волоконнооптическому каналу связи / / Приборы и методы измерений. 2018. Т. 9, № 1. С. 17-27.
16. Курбонов С. С. Безопасность передовых оптических коммуникационных сетей связи // ORIENSS. 2021. Т. 1. Вып. 11. С. 549-555.
17. Уктамжонов Ш., Косимов И., Отахужаев Ж. Способ защиты информационного сигнала от несанкционированного доступа в ВОЛС // European science. 2019. № 3. С. 30-34.
18. Сравнительная таблица сварочных аппаратов и скалывателей для ВОЛС. URL: https:// iron-harry.ua (дата обращения: 12.12.2021).
19. Прокладка оптического кабеля в грунт. URL: https://vols.expert (дата обращения: 12.12.2021).
20. Хромой Б. П. Метрология и измерения в телекоммуникационных системах. М. : ИРИАС, 2007. 411c.
21. Утетлеу Б., Хромой Б. П. Основные принципы выбора измерительных приборов для строительства волоконно-оптических линий связи // Телекоммуникации и информационные технологии. 2018. Т. 5, № 2. С. 43-47.
22. Хромой Б. П., Железов Д. Б. Измерительный комплекс для мониторинга и контроля параметров оптических компонентов сети // Экономика и качество систем связи. 2018. № 4. С. 59-63.
23. АО «Оптиковолоконные Системы». URL: https://rusfiber.ru (дата обращения: 20.12.2021).
24. «Оптиковолоконные Системы» увеличили объем продаж на 30 % в 2021 году. URL: https://rusfiber.ru (дата обращения: 20.12.2021).
25. Модернизация волоконно-оптической инфраструктуры для реализации программы развития цифровой экономики. URL: https://json.tv (дата обращения: 20.12.2021).
26. Xiang Liu. Evolution of Fiber-Optic Transmission and Networking Towards the 5G Era // iScience 22. November 2019. Р. 489-506.
27. Ростелеком провел линии ВОЛС к поселкам в Пензенской области. URL: https:// linesv.ru (дата обращения: 12.12.2021).
28. «Ростелеком» увеличил протяженность волоконно-оптических линий связи в Пензенской области. URL: https://penza.bezformata.com (дата обращения: 12.12.2021).
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи. Структура световода и режимы прохождения луча. Подсистема контроля и диагностики волоконно-оптических линий связи. Имитационная модель управления и технико-экономическая эффективность.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 23.06.2011Особенности оптических систем связи. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи. Доказательства уязвимости ВОЛС. Методы защиты информации, передаваемой по ВОЛС - физические и криптографические.
курсовая работа [36,5 K], добавлен 11.01.2009Технологии построения сетей передачи данных. Обоснование программных и аппаратных средств системы передачи информации. Эргономическая экспертиза программного обеспечения Traffic Inspector. Разработка кабельной системы волоконно-оптических линий связи.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 24.02.2013Анализ волоконно-оптических линий связи, используемых в ракетно-космической технике. Разработка экспериментального устройства, обеспечивающего автоматическую диагностику волоконно-оптического тракта приема и передачи информации в составе ракетоносителя.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 29.06.2012Измерения при технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи, их виды. Системы автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей. Этапы эффективной локализации места повреждения оптического кабеля. Диагностирование оптических волокон.
контрольная работа [707,6 K], добавлен 12.08.2013Преимущества оптических систем передачи перед системами передачи, работающими по металлическому кабелю. Конструкция оптических кабелей связи. Технические характеристики ОКМС-А-6/2(2,0)Сп-12(2)/4(2). Строительство волоконно-оптической линии связи.
курсовая работа [602,7 K], добавлен 21.10.2014Перспектива развития волоконно-оптических систем передачи в области стационарных систем фиксированной связи. Расчет цифровой ВОСП: выбор топологии и структурной схемы, расчет скорости передачи, подбор кабеля, трассы прокладки и регенерационного участка.
курсовая работа [435,2 K], добавлен 01.02.2012Общая характеристика цифровых сетей связи с применением волоконно-оптических кабелей. Возможности их применения. Разработка проекта для строительства волоконно-оптических линий связи на опорах существующей ВЛ 220 кВ. на участке ПС Восточная-ПС Заря.
курсовая работа [86,0 K], добавлен 25.04.2013Основные способы организации служебной связи в процессе строительства. Сравнительный анализ методов организации служебной связи при строительстве ВОЛС. Расчёт максимальной дальности связи с использованием волоконно-оптических телефонов разного типа.
дипломная работа [866,2 K], добавлен 09.10.2013Порядок и принципы построения волоконно-оптических систем передачи информации. Потери и искажения при их работе, возможные причины появления и методы нейтрализации. Конструктивная разработка фотоприемного устройства, охрана труда при работе с ним.
дипломная работа [177,4 K], добавлен 10.06.2010
