Александр ивин: из тени в свет перелетая… очерки современной социальной философии

Только в рост

По оценке TeleGeography, спрос на глобальную магистральную ёмкость будет расти пропорционально объемам передачи данных — на 40-45% ежегодно в ближайшие 5-7 лет.

«Объёмы трафика через Россию значительно растут. На сегодня, по данным китайских операторов, примерно 40% трафика, передаваемого между Китаем и Европой, проходит через российские сети — это суммарно около 4 терабит, — рассказывает руководитель департамента по работе с операторами связи «ТТК» Сергей Яковлев. — США планируют снизить роль китайских компаний в американском IT и телеком-секторе. Для этого американцы намерены сотрудничать с другими государствами, совместно контролируя подводные кабели по всему миру. Потому мы полагаем, что доля транзита через нашу страну через 3 года вырастет до 60%, составив около 8 терабит».

«Объём экспорта IT-услуг из одного Китая к 2025 году может достигнуть $ 50 млрд, — уверен генеральный директор VEB Ventures Олег Теплов

— Для всего азиатского региона эта цифра будет ещё более существенной, поэтому так важно использовать потенциал России с точки зрения транзита интернет-трафика, прогнозировать спрос на каналы связи и вырабатывать актуальные решения».. «Сегодня ВОЛС является самой эффективной системой для передачи больших объёмов данных с минимальными задержками

Считаем, что в обозримом будущем востребованность этой инфраструктуры не будет снижаться», — считают и в «МегаФоне»

«Сегодня ВОЛС является самой эффективной системой для передачи больших объёмов данных с минимальными задержками. Считаем, что в обозримом будущем востребованность этой инфраструктуры не будет снижаться», — считают и в «МегаФоне».

Что такое пластиковое оптоволокно?

Пластиковое оптическое волокно (POF) вводится в оптические линии связи позже, чем стекловолокно. Это оптическое волокно, в котором сердцевина и оболочка выполнены из пластика или полимерных материалов, а не из стекла. Как правило, он состоит из ПММА (acrylic), смола общего назначения в качестве материала сердцевины, поэтому ее также называют ПММА оптическим волокном. Похоже на стеклянном оптическом волокне, POF передает свет через сердцевину волокна. POF обычно представляют собой многомодовые волокна с большей сердцевиной (диаметр от 0,15-2 мм). Изготовленные из одного акрилового моноволокна, пластиковые оптоволоконные кабели эффективны при использовании с видимыми источниками красного индикатора состояния.

Преимущества и недостатки стекловолокна

Преимущества:

• Стеклянные оптические кабели могут использоваться в высокотемпературных применениях, таких как печи, духовки и конденсаторы в больших двигателях, а также в областях с чрезвычайно низкими температурами, таких как склады холодного хранения.
• Поскольку стеклянные сердцевины эффективны при передаче света и обеспечивают значительно более высокие скорости передачи, стеклянные оптические волокна могут использоваться на больших расстояниях измерения.
• Стеклянное оптическое волокно позволяет использовать фотоэлектрический датчик в местах, где вы обычно не сможете его использовать. С этим преимуществом вы можете выбрать датчики с широким спектром корпусов, стилями установки и функциями для вашего конкретного применения.
• Поскольку стеклянные оптические волокна тонкие и легкие, они оптимизированы для небольших пространств и небольших объектов.

Недостатки:

• Установка стеклянных оптических волокон требует высококвалифицированных техников, а инструменты и оборудование для терминации волокна обычно дороги.
• Диаметр сердцевины из стекловолокна очень мал, следовательно, он предъявляет более высокие технологические требования для подключения света к области сердцевины, такой как источники света.
• Стеклянные оптические волокна становятся хрупкими, и при неправильном обращении их больше можно разбить.

Преимущества POF

Линии на основе пластикового оптоволокна привлекают инженеров, прежде всего, стоимостью и простотой монтажа.

Благодаря большой апертуре пластикового волокна ввод излучения в него значительно проще, чем в случае волокон с маленькой сердцевиной. Поэтому вместо дорогостоящих узконаправленных лазеров или специальной фокусирующей оптики в передатчиках для POF используются дешевые светодиоды (LED) с широким углом расходимости, излучающие в видимом диапазоне.

Другим неоспоримым преимуществом работы с POF является простота монтажа коннектора. Для POF производятся как стандартные коннекторы (ST, FC, SMA…), так и коннекторы специальной конструкции (например, семейства Versatile Link от Avago Technologies, см. рис. 4). Поскольку полимерный материал легче поддается обработке, чем кварц, работа с ним требует меньших навыков и времени. Процесс оконцовки сводится к снятию внешней оболочки кабеля, скалыванию волокна, установке коннектора и полировке торца (видео). Для монтажа некоторых коннекторов также нужен обжимной инструмент. Все необходимые приспособления имеют значительно меньшую стоимость, чем в случае кварцевого оптоволокна. Эпоксидный клей, как правило, не используется.

Рис. 4. Коннекторы Versatile Link для пластикового волокна

Кроме того, пластиковое волокно можно присоединить к передатчикам и приемникам без использования коннектора (для этого некоторые модули имеют специальный механизм фиксации). В этом случае необходимо только сформировать ровный торец волокна и вставить его в разъем устройства.

В конструкции пластикового волоконно-оптического кабеля для коротких линий, как правило, не используются какие-либо упрочняющие элементы. Это связано с хорошими механическими характеристиками самого волокна (прочность, стойкость к нагрузкам и изгибам) и с теми условиями, в которых обычно оно используется (об этом речь пойдет далее).

Таким образом, использование пластикового волокна позволяет существенно ускорить процесс прокладывания линии связи, а также быстро заменить поврежденные участки при необходимости.Хотя само по себе пластиковое волокно стоит несколько дороже кварцевого, общая стоимость компонентов линии и затраты на монтаж и ремонт значительно снижаются.

Помимо особенностей, присущих самому POF, этот тип волокна имеет все те же преимущества перед медными линиями, что и кварцевое волокно, например, невосприимчивость к электромагнитному излучению и изолирующие свойства (защита от высоких напряжений), меньшие габариты и вес.

Как отличить энергосберегающий пакет от обычного

Визуально сложно различить обычный и энергосберегающий стеклопакеты. Поэтому надо при  выборе проверять маркировку товара. Например, у обычного аналогичного изделия она будет 4-16-3, а у такого же теплозащитного с наличием в камерах аргона — 4-16-Ar-4И.

Расшифровка маркировки энергосберегающего пакета в этом примере означает, что он двухкамерный  с толщиной листа 4 мм, внутри камер газ аргон, на одном из стекол нанесенное энергосберегающее И-покрытие.

Специальные приборы с точностью способны определить свойства энергосберегающих стеклопакетов — толщину стекол, вид защитного покрытия, даже могут вывести формулу изделия. Но такие устройства мало кому доступны. Они обычно применяются в крупных строительных компаниях для отслеживания качества материалов и выполняемых работ по остеклению объектов.

Доступные способы проверки:

Отправляясь в магазин надо взять с собой зажигалку или спички. Если поднести близко к стеклу пламя, то его отражение в обычном стеклопакете не изменится, а если внутри газ аргон, то отражение пламени будет более красноватым.

Еще один способ проверки энергосберегающих стекол  стеклопакетов — «методом блика». Если посмотреть на стекло под углом, то на его поверхности, если это энергосберегающее изделие, можно увидеть синевато-фиолетовый отлив.

Технология MIMO для оптического волокна

Такая одновременная передача нескольких сигналов на одинаковых частотах по многомодным и многожильным кабелям называется пространственным уплотнением каналов (Spatial division multiplexing, SDM) и является аналогом технологии MIMO, использующейся в WLAN и LTE. SDM заменяет два устаревших метода: временно́го (TDM) и спектрального (WDM) уплотнения каналов.

Технология TDM позволяет передавать низкоскоростные сигналы из нескольких источников один за другим по высокоскоростному оптоволоконному соединению и разделять сигналы одной высокоскоростной линии на несколько низкоскоростных.

Метод TDM подразумевает передачу нескольких низкоскоростных сигналов в одном высокоскоростном

При помощи WDM можно разделить частотный спектр на несколько каналов (цветов) для одновременной передачи данных на разных частотах. Сигнал для каждого канала излучает отдельный лазер. Каждый канал передает на своей длине волны, и каждый лазер отвечает за свой цвет.

Более эффективный нежели TDM метод WDM разделяет полосу на цветовые каналы и передает по ним данные одновременно

Чтобы сигналы не интерферировали, между ними должен сохраняться определенный интервал. Как правило, интервал между пиками составляет 100 или 50 ГГц: когда был поставлен рекорд скорости в 255 Тбит/с, сигналы передавались на 50 каналах, а интервал составлял 50 ГГц.

Успешно завершившиеся в прошлом году тестовые испытания отправки данных по оптоволокну на несколько сотен километров доказали, что даже для передачи на большие расстояния можно располагать несколько WDM-каналов на одних и тех же частотах. Поставщику оборудования для сетей связи Alcatel-Lucent совместно с British Telecom удалось при проведении полевых испытаниях уменьшить интервал между пиками с 50 до 35 ГГц. Таким образом, рекордная скорость передачи данных уже в ближайшее время может увеличиться с 255 Тбит/с до 365 Тбит/с.

Использование более узких частотных каналов. На полевом испытании British Telecom в 2014 году удалось уменьшить интервалы между пиками до 35 ГГц, что позволило увеличить скорость.

Однако для реализации проекта 5G недостаточно обеспечить базовую сеть большей пропускной способностью. Нужно также оптимизировать доставку данных. За это распределение до сих пор отвечали пассивные оптические сети (Gigabit Passive Optical Network, GPON). Одна такая сеть распределяет входящие сигналы по принципу TDM и передает дальше на терминал.

Поскольку применяется только TDM, отдельным абонентским линиям нередко остается всего до 10 Гбит/с. Эту скорость можно в значительной степени повысить, дополнительно используя WDM, при помощи которого на линию можно передавать несколько параллельных цветовых каналов. В зависимости от устройства вывода, кроме того, можно определить, в каком частотном диапазоне находятся эти каналы. Чем выше частота, тем выше скорость и меньше дальность передачи данных.

Гигабитные пассивные оптические сети (GPON) пока что разделяют данные по времени (TDM). Планируется создать WDM-PON, которые будут предоставлять частоты с разной скоростью передачи данных.

Такую WDM-PON, интегрированную в LTE-сеть, в феврале протестировала компания Huawei. Она использовала 32 канала по 10 Гбит/с для передачи на конечное устройство

При объединении нескольких каналов скорость у конечных пользователей сразу увеличивалась в несколько раз — и это тоже важно. Иначе не избежать замедления 5G еще в базовой сети, и тогда быстрые беспроводные сети к 2020 году не появятся

Фото: Groman123/Flickr.com; Lund University (MIMO); Audi AG (Auto); David Öhmann/5G Lab Germany (taktiles Internet); Wikipedia/Srleffler/CC BY-SA 3.0 (Kabel o.); CREOL/UCF (Kabel u.)

Структура оптического волокна

Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже – видимый (380-760 нм). Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция оптического волокна

Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%). Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса. Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.

Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными модами оптического излучения. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.

Срок службы серебряного покрытия на окне

Основной характеристикой стеклопакетов с серебряным напылением на стеклах является низкая эмиссионность — медленное нагревание. Поэтому они не подвержены разрушающим термическим воздействиям. Такие покрытия обычно устанавливаются внутри камер и повредить механически их тоже практически невозможно. Поэтому их срок службы будет длиться столько, сколько всего стеклопакета.

Читайте далее:

Тонировка окон в квартире

Теплосберегающая пленка для окон

Формула стеклопакета

Mультифункциональный стеклопакет

Сопротивление теплопередаче стеклопакетов

Какой стеклопакет лучше однокамерный или двухкамерный

Оптическая разлиновка

Массовое строительство магистральных ВОЛС (волоконно-оптических линий связи) началось в 90-х годах прошлого века. Первопроходцами стали региональные компании «Связьинвеста», позже переформатированные в «Ростелеком». В конце 1990-х — начале 2000-х у них появились первые конкуренты, например «дочка» РЖД, компания «ТрансТелеКом» («ТТК»). В 2007—2009 годах к ним подтянулась «большая тройка»: свои ВОЛС стали тянуть «МТС», «МегаФон» и «Вымпелком». Именно в это время сотовые операторы активно начали региональную экспансию. В 2015—2016 годах кабельных линий добавила программа по устранению цифрового неравенства в сельских районах. На конец 2019 года, включая внутризоновые линии, их общая протяженность превысила 1 млн км.

Что такое пластиковое оптоволокно?

Пластиковое оптическое волокно (POF) вводится в оптические линии связи позже, чем стекловолокно. Это оптическое волокно, в котором сердцевина и оболочка выполнены из пластика или полимерных материалов, а не из стекла. Как правило, он состоит из ПММА (acrylic), смола общего назначения в качестве материала сердцевины, поэтому ее также называют ПММА оптическим волокном. Похоже на стеклянном оптическом волокне, POF передает свет через сердцевину волокна. POF обычно представляют собой многомодовые волокна с большей сердцевиной (диаметр от 0,15-2 мм). Изготовленные из одного акрилового моноволокна, пластиковые оптоволоконные кабели эффективны при использовании с видимыми источниками красного индикатора состояния.

Кварцевое одномодовое волокно

В одномодовом волокне, как следует из названия, распространяется только одна (основная) мода излучения. Это достигается за счет очень маленького диаметра сердцевины (обычно 8-10 мкм). Диаметр оптической оболочки такой же, как и у многомодового волокна – 125 мкм. Отсутствие других мод положительно сказывается на характеристиках оптоволокна (нет межмодовой дисперсии), увеличивая дальность передачи без ретрансляции до сотен километров и скорость до десятков Гбит/с (приводим стандартные значения, а не те «рекордные», которые достигаются в исследовательских лабораториях). Затухание в одномодовом волокне также крайне низкое (менее 0,4 дБ/км).

Диапазон длин волн для одномодового волокна достаточно широк. Обычно передача осуществляется на длинах волн 1310 и 1550 нм. При использовании технологии спектрального уплотнения каналов используются и другие длины волн (об этом чуть ниже).

Классификация. Ассортимент кварцевых одномодовых волокон весьма разнообразен. Международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский EN 50173 по аналогии с многомодовым волокном выделяют два больших класса одномодовых волокон: OS1 и OS2 (OS – Optical Single-mode). Однако в связи с существующей путаницей, связанной с этим делением, не рекомендуем ориентироваться на эту классификацию. Гораздо более информативными являются рекомендации ITU-T G.652-657, выделяющие больше типов одномодовых волокон.

В таблице ниже представлена краткая характеристика этих волокон и их применение. Но прежде – пара комментариев. Межмодовая дисперсия, отсутствующая в одномодовом волокне, является не единственным механизмом уширения оптического импульса. В одномодовом волокне на первый план выходят другие механизмы, прежде всего, хроматическая дисперсия, связанная с тем, что ни один источник излучения (даже лазер) не испускает строго монохроматичное излучение. При этом существует длина волны, при которой коэффициент хроматической дисперсии равен нулю. В большинстве случае работа на этой длине волны оказывается предпочтительной, но не всегда.

Применение. Одномодовое кварцевое волокно, безусловно, является самым распространенным типом оптоволокна. С его помощью можно организовать передачу высокоскоростного сигнала на очень большие расстояния, а применение технологии спектрального уплотнения каналов (CWDM/DWDM) позволяет в разы увеличить пропускную способность линии связи. Одномодовое волокно часто применяется и на коротких дистанциях, например, в локальных сетях.

Энергосберегающее стекло в стеклопакете

По внешнему виду они не отличаются от обычных окон ПВХ. Они представляют собой однокамерные или многокамерные пакеты с несколькими стеклянными поверхностями и соединительными перегородками с уплотнителями. Внутри камер пространство заполняется инертным газом, чаще аргоном. Это улучшает теплоизоляционные свойства и дополнительно звукоизоляционные.

Поверхности стекол внутри камер еще до сборки в пакеты покрываются специальным напылением слоя с ионами серебра или  оксидов индия и олова. Применяется также технология двухслойного покрытия из серебра и титана. В зависимости от вида напыления на окна, различаются технические характеристики по стойкости поверхности к химическим и физическим воздействиям.

Напыляемые покрытия наносятся тончайшим слоем (толщиной 0,08-0,12 микрон), который невидим человеческим глазом. Если производитель не сделал такого напыления, то приобретают специальную защитную пленку и наносят ее уже с обеих наружных сторон на стекла. В продаже имеются прозрачные и тонированные защитные пленки.

Эта технология позволила воплотить в одном материале такие свойства:

• энергосберегающие;
• теплосберегающие;
• противоударные;
• защитные от излучений ультрафиолета снаружи и инфракрасных лучей изнутри помещения;
• самоочищающиеся поверхности.

Технология их изготовления сложная. Она требует применения дорогостоящего современного оборудования. Такие приобретения доступны только крупным компаниям-производителям. Необходимо строгое соблюдение всех этапов технологического процесса. В кустарных условиях изготовить эти изделия невозможно.

Неподготовленному человеку сложно визуально отличить стеклопакет с энергосберегающими свойствами от обычного. Лучше выбирать продукцию известных крупных компаний.

Использование волоконной оптики

Стрельба светом в трубу кажется изящным научным трюком для вечеринки, и вы не могли бы подумать, что будет много практических применений для чего-то подобного. Но так же, как электричество может питать многие типы машин, лучи света могут нести много типов информации, поэтому они могут помочь нам разными способами. Мы не замечаем, насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и городскими улицами. Технологии, которые его используют — компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военное оборудование — делают это совершенно незаметно.

Компьютерные сети

Волоконно-оптические кабели в настоящее время являются основным способом передачи информации на большие расстояния, поскольку они имеют три очень больших преимущества по сравнению с медными кабелями старого стиля:

• Меньшее затухание (потеря сигнала): Информация передается примерно в 10 раз дальше в отличии от медных проводов, прежде чем она будет нуждаться в усилении, что делает оптоволоконные сети проще и дешевле в эксплуатации и обслуживании.
• Отсутствие помех: в отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет перекрестных помех (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
• Более высокая пропускная способность. Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Кто изобрел волоконную оптику?

• 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить светом по водопроводу. Вода несла свет внутренним отражением.
• 1870: ирландский физик по имени Джон Тиндалл (1820–1893) продемонстрировал внутреннее отражение в лондонском Королевском обществе. Он пролил свет на кувшин с водой. Когда он вылил немного воды из кувшина, свет изогнулся вокруг пути воды. Эта идея «изгиба света» именно то, что происходит в волоконной оптике.
• 1930-е годы: Генрих Ламм и Вальтер Герлах, два немецких студента, пытались использовать световые трубки для создания гастроскопа.
• 1950-е годы: в Лондоне, в Англии, индийскому физику Нариндеру Капани (1927–1929 гг.) И британскому физику Гарольду Хопкинсу (1918–1994 гг.) Удалось послать простую картину по световой трубе, изготовленной из тысяч стеклянных волокон. После публикации многих научных работ, Капаны заработал репутацию «отца волоконной оптики».
• 1957 год. Три американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс, Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
• 1960-е годы: американский физик из Китая Чарльз Као (1933–2018 гг.) И его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики большой дальности. Као предположил, что оптоволоконный кабель, изготовленный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния и был удостоен Нобелевской премии по физике 2009 года за это новаторское открытие.
• 1960-е годы: исследователи из компании Corning Glass изготовили первый оптоволоконный кабель, способный передавать телефонные сигналы.
• ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы намного дальше (с меньшими потерями), побуждая к разработке первых оптических волокон с низкими потерями.
• 1977: Первый волоконно-оптический телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, штат Калифорния.
• 1988: Первый трансатлантический волоконно-оптический телефонный кабель, TAT8, был проложен между Соединенными Штатами, Францией и Великобританией.
• 2018: По данным TeleGeography, в настоящее время существует около 450 волоконно-оптических подводных кабелей (несущих связь под океанами мира), общая протяженность которых составляет 1,2 миллиона километров.

Преимущества и недостатки пластикового оптического волокна

Преимущества:

• Материалы, из которых изготавливается POF, становятся дешевыми, и установка с соответствующими сборками не дорога.
• Он гибкий и прочный, способен сгибаться дальше без поломок.
• Сеть с использованием пластикового оптического волокна может быть установлена неподготовленным персоналом. Даже домашние пользователи могут обрабатывать и устанавливать эти волокна.
• Пластиковые оптические волокна используют безвредный зеленый или красный свет, который легко видно по глазу.. Они безопасны при установке в доме без риска для любознательных детей.

Недостатки:

• Затухание сигнала и дисперсия POF обычно очень высоки, следовательно это ограничено короткими расстояниями.
• POF не может выдерживать экстремальную температуру, как стеклянное оптическое волокно.