Строительство волоконно оптических линий связи что это

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) — это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно». Волоконно-оптическая сеть — это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи.

Преимущества ВОЛС:

1.Широкая полоса пропускания -обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 10 14 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну информации в несколько терабит в секунду.

2.Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое ОВ имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью 100 км и более.

3.Низкий уровень шумов в ВОК позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.

4.Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медно-кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния ЭМ изучения, присущей многопарным медным кабелям.

10 минут, чтобы узнать о профессии инженер ВОЛС

5.Малый вес и объем. ВОК имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность.

6.Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить «взламываемый» канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы,use интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании ЛС в правительственных, банковских и нек. др. спец. службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

7.Гальваническая развязка элементов сети.Заключается в изолирующем свойстве ОВ.Волокно помогает избежать электрических «зе­мельных» петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование.

8.Взрыво- и пожаробезопасность.Из-за отсутствия искрообразования ОВ повышает безопасность сети на хим, нефтеперераб. п/п, при обслуживании технолог.процессов повышенного риска.

9.Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет дву­окись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от ме­ди.(2:5).

При этом ВОК позволяет прд сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Кол-во повторителей на протяженных линиях сокращается при use ВОК.

10.Длительный срок эксплуатации.Благодаря современным технологиям производства оптических волокон, процесс деградации ОВ значи­тельно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет.

11.Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. ОВ не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с опти­ческими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом.

Недостатки ВОЛС:

1.Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы д. преобразовываться в оптические и наоборот. Цены на оптические прд и прм остаются высокими. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттеньюаторы.

2.Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке ВОЛС также высока. Если же повреждается ВОК, то н-мо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды.

3.Требование специальной защиты волокна. Стекло, как материал, выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (10 9 Н/м 2 ). Это, казалось бы, означает, что волокно в единичном коли­честве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не дос­тигается.

Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности ОВ при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам ОК упрочняется, например нитями на основе кевлара. Если требуется удов­летворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости ОК.

Типовая схема системы волоконно-оптической связи

Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием данных (ООД) — телефоном, терминалом — приходит на узел коммутации, где АЦП (кодер) оцифровывает его в битовый поток. Битовый поток use для модуляции оптического передатчика, который передает серию оптических импульсов в ОВ. На приемной стороне импульсы света преобразуются обратно в электрический сигнал при помощи оптического приемника. Декодерная часть коммуникационной системы преобразует бинарный электрический поток обратно в аналоговый сигнал ООД. Обычно кодеры и декодеры, а также оптические приемники и передатчики совмещаются в одном устройстве, так что образуется двунаправленный канал связи.

Типы оптических волокон.

Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые MMF | (multi mode fiber) и одномодовые SMF (single mode fiber).

Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые (step index multi mode fiber) и градиентные (graded index multi mode fiber).

Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. СЕРДЦЕВИНА, по которой происходит распространение светового сигнала, изготавливается из оптически БОЛЕЕ плотного материала. Волокна отличаются диаметром сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления сердцевины.

Если сравнивать многомодовые волокна между собой (рис. 2.1 а, б), то градиентное волокно имеет лучшие технические характеристики, чем ступенчатое, по дисперсии. Главным образом, это связано с тем, что межмодовая дисперсия в градиентном многомодовом волокне — основной источник дисперсии — значительно меньше, чем в ступенчатом многомодовом волокне, что приводит к большей пропускной способности у градиентного волокна.

МНОГОМОДОВЫЕ ГРАДИЕНТНЫЕ ВОЛОКНА

В стандартном многомодовом градиентном волокне (50/125 или 62,5/125) диаметр светонесущей жилы 50 и 62,5 мкм, что на порядок больше длины волны передачи. Это приводит к распространению множества различных типов световых лучей — мод — во всех трех окнах прозрачности. Два окна прозрачности 850 и 1310 нм обычно используют для передачи света по многомодовому волокну.

-на ступенчатые одномодовые волокна (step index single mode fiber) или стандартные волокна SF (standard fiber),

-на волокна со смещенной с дисперсией DSF (dispersion-shifted single mode fiber),

-на волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (non-zero dispersion-shifted single mode fiber).

Одномодовое волокно имеет значительно меньший диаметр сердцевины по сравнению с многомодовым, и, как следствие, из-за отсутствия межмодовой дисперсии, более высокую пропускную способность. Однако, оно требует использования более дорогих лазерных передатчиков.

Ступенчатое одномодовое волокно (SF) (исп-ся: протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM), магистрали SDH)). Диаметр светонесущей жилы составляет 8-10 мкм и сравним с длиной световой волны. В таком волокне при достаточно большой длине волны света l>lCF (l>lCF — длина волны отсечки) распространяется только один луч (одна мода).

Одномодовый режим в одномодовом волокне реализуется в окнах прозрачности 1310 и 1550 нм. Распространение только одной моды устраняет межмодовую дисперсию и обеспе­чивает очень высокую пропускную способность одномодового волокна в этих окнах прозрач­ности. Наилучший режим распространения с точки зрения дисперсии достигается в окрестно­сти длины волны 1310 нм, когда хроматическая дисперсия обращается в ноль. С точки зрения потерь это не самое лучшее окно прозрачности. В этом окне потери составляют 0,3-0,4 дБ/км, в то время как наименьшее затухание 0,2-0,25 дБ/км достигается в окне 1550 нм.

В одномодовом волокне со смещенной дисперсией (DSF) (исп-ся: сверхпротяженные сети, супермагистра­ли (SDH,ATM)) длина волны, на которой ре­зультирующая дисперсия обращается в ноль, — длина волны нулевой дисперсии l0 — смеще­на в окно 1550 нм. Такое смещение достигается благодаря специальному профилю показате­ля преломления волокна. Таким образом, в волокне со смещенной дисперсией реализуются наилучшие характеристики как по минимуму дисперсии, так и по минимуму по­терь. Единственная рабочая длина волны берется близкой к 1550 нм.

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (исп-ся: сверхпротяженные сети, супермагистра­ли (SDH,ATM), полно­стью оптические сети) в отличие от DSF оп­тимизировано для передачи не одной длины волны, а сразу нескольких длин волн (мультип­лексного волнового сигнала).

Источник: megalektsii.ru

ВОЛС: основные характеристики и сферы применения

В ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) для передачи сигнала используются волны в оптическом диапазоне (чаще всего — в ближнем инфракрасном). Основной составляющей при этом является оптический кабель, а в сеть кроме него входят активные и пассивные компоненты для усиления, фильтрации, защиты и модификации сигнала.

Применение ВОЛС

На сегодняшний день ВОЛС (ВОЛП) постепенно вытесняют традиционную кабельную проводку, поскольку отличаются намного лучшими характеристиками, в частности, большей пропускной способностью, невосприимчивостью к воздействию окружающей среды, меньшим затуханием сигнала и др.

Основной сферой применения ВОЛС являются сети передачи информационных сигналов (вычислительные сети, видеонаблюдения, телекоммуникационные системы контроля доступа и др.).

При этом на уровне магистральных (вплоть до межконтинентальных) линий передачи сигналов оптоволокно занимает уже сейчас доминирующее положение, тогда как в подсистемах внутренних магистралей ВОЛП используется наряду с витой парой.

Характеристики типов оптического волокна

Сравнение типов оптических кабелей (для увеличения изображения — нажмите на ссылку):

Главные преимущества ВОЛС

1. Малое затухание сигнала (порядка 0,15 дБ/км в 3-м окне прозрачности). Это даёт возможность транслировать информацию на существенно большие дистанции относительно традиционной проводки без применения усилителей. Для оптических линий усилители обычно устанавливаются через 40-120 км, что определяется классом оконечного оборудования;
2. малый вес и габариты;
3. высокий уровень экранированности линий от межволоконных влияний (более 100 дБ).

Таким образом, излучение соседних линий практически не взаимодействует между собой и не оказывает взаимного влияния;

Недостатки ВОЛС

1. низкая устойчивость стандартного волокна против радиационного излучения (есть легированные волокна, отличающиеся большой радиационной устойчивостью);
2. большая стоимость оптического оконечного оборудования сравнительно с системами, применяемыми для традиционных линий. Хотя если сравнивать с конечной стоимостью по соотношению затраты на дистанцию и пропускную способность, то оптоволокно сегодня показывает самые лучшие результаты относительно конкурирующих систем;
3. сложность восстановления связи в случаях обрыва линии;
4. сложность преобразования сигнала (для интерфейсного оборудования);
5. сложная технология изготовления волокна, а также других компонентов сети ВОЛС;
6. хрупкость волокна. При значительных деформациях, например, изгибах, волокна могут разрушаться, подвергаться трещинообразованию и замутнению.

Чтобы избежать повреждений волокна, требуется соблюдать рекомендации производителя, где указан среди прочего минимальный радиус изгиба.

Источник: pue8.ru

ВОЛС по трубке

В России, как и во всем мире, есть устойчивый спрос на внедрение новых технологий в городскую инфраструктуру. Власти и жители хотят видеть свои города «умными» – способными анализировать, регулировать и управлять, делать жизнь горожан комфортнее и безопаснее, а технологии еще более доступными. Минстроем РФ уже запущен проект цифровизации городского хозяйства «Умный город». Грядущий приход 5G должен существенно ускорить цифровизацию городского пространства.

Однако основное препятствие на пути к «умным городам» – это отсутствие необходимой телекоммуникационной инфраструктуры. Внедрение 5G потребует от операторов строительство новых высокоскоростных линий связи, а учитывая тот факт, что в крупных российских городах власти ведут активную борьбу с воздушными линиями, строить придется под землей. Это влечет за собой кучу согласований, затрат и так далее. Тем более, что активно перекапывать весь город власти просто не позволят. Нужна технология позволяющая строить относительно дешево, быстро и, при этом, с минимальным ущербом для городского пространства.

Уже в далеком 2015 году на Nag.Ru была опубликована статья, где описывалась технология прокладки волоконно-оптического кабеля в микротрубки, которые в свою очередь укладываются в небольшую траншею.

Простота и относительная дешевизна, казалось бы, должны были дать зеленый свет на развитие технологии в российских широтах, но этого не произошло. В России пока мало компаний, применяющих подобные методы строительства. Одна из таких компаний – самарская «СМАРТС».

СМАРТС – инициатор проекта по строительству магистральной автодорожной телекоммуникационной инфраструктуры вдоль основных федеральных автомагистралей РФ от финской границы до Китая, с учетом отводов до сопредельных государств. Проект подразумевает прокладку в обочине автомобильных дорог линейно-кабельных сооружений ёмкостью от 8 кабель-каналов (микротрубок), с задувкой волоконно-оптического кабеля емкостью до 288 оптических волокон.

Проект «Создание автодорожных телекоммуникационных сетей» одобрен в апреле 2014 года наблюдательным советом «Агентства стратегических инициатив» (под председательством Президента РФ В.В. Путина) и профильными министерствами. Первый пилотный объект было предложено построить в Самарской области. За его реализацию взялась компания «СМАРТС».

О технологии и ее развитии в России, а также проекте строительства автодорожных телекоммуникационных сетей мы поговорили Генеральным директором АО «СМАРТС» Еленой Бибиковой.

Компания «СМАРТС» больше известна, как оператор сотовой и фиксированной связи Теперь же вы активно участвуете в строительстве автодорожной защищенной телекоммуникационной инфраструктуры и готовы выступать в качестве подрядчика. Расскажите о проекте строительства автодорожных телекоммуникационных сетей и, в частности, о том, что уже реализовано вами в Самаре?

Да,СМАРТС занимается рядом крупных проектов и в том числе позиционирует себя как инфраструктурная компания, предоставляющая услуги аренды и продажи оптического волокна и линейно-кабельных сооружений (микротрубки из пакета ЛКС ТМК для прокладки ВОК, каждая из которых ставится на кадастр как объект ЛКС). Мы готовы выступать в качестве подрядчика по строительству телекоммуникационной инфраструктуры в обочине автодорог.

С учетом последних корректировок инициированных СМАРТСом в своде правил «Автомобильных дорог» СП 34, линейно-кабельные сооружения в обочине автомобильных дорог описываются как ЛКС ТМК (линейно-кабельные сооружения транспортной многоканальной коммуникации) — объекты инженерной инфраструктуры на основе микротрубочной многоканальной коммуникации, проложенной в том числе вдоль линейных транспортных объектов в минитраншее для размещения в них кабелей различного назначения.

На текущий момент в Самарской области построено около 1000 км ЛКС ТМК с проложенным в одной из микротрубок ВОК 144 ОВ между городами и районными центрами.

Автодорожные телекоммуникационные сети позволят не только развиваться операторам связи, но и создавать инфраструктуру для внедрения интеллектуально-транспортных систем, V2X (инфраструктура для подключенного и беспилотного автотранспорта), 5G и многих других проектов как в самих городах, так и на всей протяженности РФ.

В рамках строительства выходов ЛКС от ЦОДа СМАРТС в сторону городов и районных центров Самарской области, в Самаре СМАРТС столкнулся с проблемой отсутствия технической возможности прокладки ВОЛС в существующей типовой городской кабельной канализации. Состояние существующей ЛКС не позволяло проложить ВОЛС в необходимом объеме или пройти трассу целиком от ЦОДа до выходов из города. В связи с чем было приняло решение строить собственную ЛКС на протяжении всей протяженности Московского шоссе. Мы рассматривали несколько вариантов прокладки пакета микротрубок и результате разработали уникальную концепцию по строительству ЛКС ТМК под существующей придорожной плиткой Московского шоссе.

СМАРТС строит собственные линейно-кабельные сооружения транспортной многоканальной коммуникации с волоконно-оптическим кабелем (пакет микротрубок в один из которых на этапе строительства ЛКС задувается волоконно-оптический кабель емкостью 144 ОВ). У нас есть свои коммуникации в Самаре и нескольких городах области. Между городами и районными центрами вдоль автомобильных дорог построено более 900 км ЛКС ТМК.

Каждая микротрубка в пакете ЛКС – ставится отдельно на кадастр.

СМАРТС готов продавать и сдавать в аренду оптические волокна в необходимом объеме корпорациям и операторам связи по Самарской области и по населенным пунктам, а также продавать или предоставлять в аренду микротрубки (кабель-каналы ЛКС) для прокладки собственного волоконно-оптических линий связи.

Что представляет из себя технология?

Применение специализированных пакетированных и отдельных микротрубок для строительства ЛКС уже давно применяется во многих странах, включая страны со схожим климатом. Строительство ЛКС непосредственно в теле дорог уже давно рекомендовано международным союзом электросвязи (МСЭ-Т L.48) и активно применяется во многих странах. Мы собрали лучший европейский опыт строительства ВОЛС минитраншейным способом с укладкой пакетов микротрубок и разработали адаптированную для России технологию с прокладкой пакетированных микротрубок и установкой кабельных колодцев именно в обочине автомобильных дорог и под придорожной плиткой. Технология апробирована на всех типах автомагистралей (городские, магистрали федерального и регионального значения) с укрепленной (асфальтированная) и неукрепленной (неасфальтированная) обочиной.

Почему технология так слабо развивается на просторах России? Хотя казалось бы все должно способствовать более широкому применению.

Касаемо магистральных линий между городами – то причина в консерватизме и привычке проектировать по заученной и давно утвержденной технологии с прокладкой 63мм и 110мм ПНД, или просто бронированный кабель в грунт.

Достаточно мало компаний, которые строят собственные ЛКС в городе и практически нет таких, кто бы строил полноценную ЛКС между городами.

Собственники ЛКС — в основном это исторически сложившиеся монополисты.

Оператору строить только под себя ЛКС — очень затратное удовольствие, а строить ЛКС не только под свои нужды но и для «конкурентов» — не хотят.

У ЛКС должен быть независимый «хозяин» предоставляющий равные недискриминационные условия всех заинтересованным. В идеале, когда в городе инициатором и собственником является муниципалитет – который развивает сеть для реализации городских проектов «чистое небо», «комфортная среда», «ИТС» и т.д. , а также при реконструкции улиц и инженерной инфраструктуры города.

Перспективы развития технологии?

Колоссальные. Текущие наработки и разработанные технологии строительства компанией СМАРТС позволяют реализовать ЛКС ТМК как на существующих типовых автомагистралях, так в стесненных условиях на городских участках — быстро и со снижением стоимость затрат относительно альтернативного типового решения. СМАРТС имеет опыт строительства как в рамках собственных проектов, так и в рамках подрядных работ для реализации проектов для гос.заказчиков.

Существуют ли надежды на импортозамещение этой технологии?

Непосредственно технология прокладки ЛКС под придорожной плитой и адаптированная для РФ технология прокладки ЛКС в обочине автодорог – это технология СМАРТС. Что касается материалов, то на текущий момент применяются пакетированные микротрубки импортного производства для задувки оптического микрокабеля , которые хорошо себя зарекомендовали в Скандинавии, Италии, Германии и многих других странах .

Существуют заводы производители пластиковых изделий в России, которые уже производят специализированные непакетированные микротрубки для задувки или «круглые пакеты» и готовые модернизировать производство для выпуска плоского пакетированного решения при крупных заказах. Мы с ними ведем переговоры.

Непосредственно в рамках импортозамещения ГК СМАРТС разработала и запустила собственное производство сборный смотровых специализированных полимерно песчаных (полимерпесчаные) композитных колодцев городского и магистрального типа, крышки которых могут выдерживающие нагрузку в 30т. Испытания и практика показывают, что соблюдая технологию монтажа, их можно смело ставить даже на проезжей части. Разработанные смотровые колодцы городского типа устанавливаются мод придорожной плиткой, а сборная конструкция позволяет конструироваться различную форму и длину колодцев.

Непосредственно микрокабель для задувки емкостью до 144 ОВ мы заказываем у отечественных производителей.

Применимость технологии в северных широтах?

Пакет микротрубок прошел испытания не только в специализированных тестовых камерах производителей данных изделий, но и временем при активной эксплуатации в т.ч. в скандинавских странах. Технология СМАРТС применима везде, где есть полноценная автомобильная дорога.

Насколько трубка стойка к агрессивной среде?

Пакетированные микротрубки для задувки кабеля позволяет строить ЛКС по технологии СМАРТС в обочине автодорог со значительным увеличением стойкости к дестабилизирующим факторам.

Учитывая принцип СМАРТС строительства ЛКС в обочине автодорог, которые являются охраняемым искусственным сооружением с собственной дренажной системой, применение специализированных пакетированных микротрубок дают дополнительные преимущества – они устойчивы к значительному давлению, устойчивы к перемене климата. позволяют избежать проникновения в них грызунов, не боится влаги и легко герметизируются. Пневмопрокладка (задувка) ВОК в ЛКС ТМК позволяет без применения больших усилий прокладывать кабель строительными длинами в ЛКС до нескольких километров за раз.

Какова ремонтопригодность трубки? Что делать если вдруг строители повредят кабель и трубки? Как происходит ремонт в таком случае?

Учитывая, что СМАРТС строит ЛКС ТМК в обочине автодорог – т.е. искусственном охраняемом сооружении, риски таких аварий кратно снижены.

В случае условной возможности повреждения пакета микротрубки – поврежденный участок пакета может быть легко заменен отдельным «куском», который ставится в разрыв неповрежденных участком ЛКС ТМК и соединяется с ними типовыми коннекторами, аналогично как и соединяются между собой строительные длины пакеты микротрубок. Сам кабель достаточно легко инсталлируется и изымается из микротрубки, что позволяет проводить в т.ч. и замену ВОК на более емкий (на текущий момент производители микрокабеля готовы поставить ВОК под задумку до 288 ОВ, но это не предел)

Имеется ли опыт обслуживания старых микротрубок?

Опыт эксплуатации ЛКС ТМК нашей компанией в живую показал значительное преимущество в доступности, надежности, удобстве эксплуатации микротрубочной канализации в обочине автодорог относительно типовых решений, используемых ранее. СМАРТС может говорить о сроке эксплуатации ЛКС ТМК с 2016г, но перед тем мы изучали данный вопрос и консультировались с коллегами из других стран, которые достаточно давно применяют данную технологию.

Проявляло ли интерес государство?

Государство проявляет интерес к проектам СМАРТС и в частности к ЛКС ТМК. Правительство заинтересовано в развитии инфраструктуры по РФ и внутри городов для реализации проектов, развития регионов, реализации программ «чистое небо». Но в большинстве случаев Правительство не является балансодержателем кабельной канализации, хотя активно говорит о ее плюсах и необходимости.

Мы готовы построить для Администраций ЛКС внутри городов, с учетом стесненных условий и практически полным отсутствием альтернативного решения. ЛКС ТМК может строиться вместе с иной инфраструктурой или прокладываться на этапах реконструкции. Учитывая ширину разрабатываемой траншеи в 10см – ЛКС ТМК может строиться в стесненных условиях ( в узкой зеленой полосе, непосредственно под придорожной плитой, в тротуаре, обочине автодорог и тд).

Технология легко внедряется и при реконструкции придорожного освещения, где все равно прокладывается энергетическая инфраструктура. При этом работы производятся согласно утвержденных правил.

Помимо основной функции ЛКС ТМК имеет ряд преимуществ, которые позволяют развивать новые направления в ИТС (Интеллектуально-транспортных сетях). Оптическое волокно в ВОК, проложенном в ЛКС ТМК, может быть так же акустически распределенным сенсором для снятия информации об участниках дорожного движения и дорожной обстановке.

Насколько сложна технология в освоении?

В рамках концепта строительства ЛКС ТМК в обочине автомобильных дорог минитраншейным способом и укладкой пакета микротрубок технология запатентована СМАРТС. Но мы готовы обучать, делиться опытом и подписывать лицензионные соглашения на пользование технологией строительства ЛКС ТМК на выгодных условиях.

Какова скорость прокладки линии таким образом?

В зависимости от типа обочины для укладки ЛКС ТМК – скорость строительства сооружения может варьироваться от 1 до 8 км за смену, с учетом установки смотровых устройств и прокладки ВОК.. В городской черте это зависит еще от количества пересечений инженерных коммуникаций.

Источник: nag.ru

1.Особенности оптических систем связи.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) — это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно».

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

1.1 Физические особенности.

1. Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=10**14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10**12 бит/с или Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.
2. Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более «прозрачные», так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

1.2 Технические особенности.

1. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.
2. Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм., то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.
3. Стеклянные волокна — не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.
4. Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.

Существует способ скрытой передачи информации по оптическим линиям связи. При скрытой передаче сигнал от источника излучения модулируется не по амплитуде, как в обычных системах, а по фазе. Затем сигнал смешивается с самим собой, задержанным на некоторое время, большее, чем время когерентности источника излучения.

При таком способе передачи информация не может быть перехвачена амплитудным приемником излучения, так как он зарегистрирует лишь сигнал постоянной интенсивности.

Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена как 1:2N, где N — количество сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Есть в волоконной технологии и свои недостатки:

1. При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.
2. Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.
3. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.

2. Оптическое волокно

Промышленность многих стран освоила выпуск широкой номенклатуры изделий и компонентов ВОЛС. Следует заметить, что производство компонентов ВОЛС, в первую очередь оптического волокна, отличает высокая степень концентрации. Большинство предприятий сосредоточено в США. Обладая главными патентами, американские фирмы (в первую очередь это относится к фирме «CORNING») оказывают влияние на производство и рынок компонентов ВОЛС во всем мире, благодаря заключению лицензионных соглашений с другими фирмами и созданию совместных предприятий.

Важнейший из компонентов ВОЛС — оптическое волокно. Для передачи сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Свое название волокна получили от способа распространения излучения в них. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.

В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна мода).

В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много мод).

Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне.

Потери на поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние зависят от неоднородностей показателя преломления материала.

Затухание зависит от длины волны излучения, вводимого в волокно. В настоящее время передачу сигналов по волокну осуществляют в трех диапазонах: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность.

Другой важнейший параметр оптического волокна — дисперсия. Дисперсия — это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии: модовая, материальная и волноводная.

модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно

волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны.

Поскольку светодиод или лазер излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространению по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. При оценке пользуются термином «полоса пропускания» — это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км. Измеряется полоса пропускания в МГц*км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.

Если при распространении света по многомодовому волокну как правило преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два последних типа дисперсии. На длине волны 1.3 мкм материальная и волноводная дисперсии в одномодовом волокне компенсируют друг друга, что обеспечивает наивысшую пропускную способность.

Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны. Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания, так как в них распространяется только один луч. Однако, одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров световодной жилы, по этой же причине одномодовые волокна сложно сращивать с малыми потерями. Оконцевание одномодовых кабелей оптическими разъемами также обходится дороже.

Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как в них размер световодной жилы в несколько раз больше, чем в одномодовых волокнах. Многомодовый кабель проще оконцевать оптическими разъемами с малыми потерями (до 0.3 dB) в стыке. На многомодовое волокно расчитаны излучатели на длину волны 0.85 мкм — самые доступные и дешевые излучатели, выпускаемые в очень широком ассортименте. Но затухание на этой длине волны у многомодовых волокон находится в пределах 3-4 dB/км и не может быть существенно улучшено. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает 800 МГц*км, что приемлемо для локальных сетей связи, но не достаточно для магистральных линий.

3. Волоконно-оптический кабель

Вторым важнейшим компонентом, определяющим надежность и долговечность ВОЛС, является волоконно-оптический кабель (ВОК). На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические кабели различного назначения. Наиболее известные из них: AT Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de Lion (Франция); Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli(Италия).

Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи.

• монтажные
• станционные
• зоновые
• магистральные

Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину.

Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров.

Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети.

• конструкции со свободным перемещением элементов
• конструкции с жесткой связью между элементами

По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой скрутки, кабели с профильным сердечником, а также ленточные кабели. Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе — стоимостным.

Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с использованием кабельных муфт специальной конструкции. Эти муфты имеют два или более кабельных ввода, приспособления для крепления силовых элементов кабелей и одну или несколько сплайс-пластин. Сплайс-пластина — это конструкция для укладки и закрепления сращиваемых волокон разных кабелей.

4. Оптические соединители

После того, как оптический кабель проложен, необходимо соединить его с приемо-передающей аппаратурой. Сделать это можно с помощью оптических коннекторов (соединителей). В системах связи используются коннекторы многих видов. Сегодня мы рассмотрим лишь основные виды, получившие наибольшее распространение в мире. Внешний вид разъемов показан на рисунке.

Характеристики коннекторов представлены в таблице 1. Когда мы говорим, что данные виды коннекторов имеют наибольшее распространение, то это означает, что большинство приборов ВОЛС имеют розетки (адаптеры) под один из перечисленных видов коннекторов. Хотелось бы сказать несколько слов о последнем разделе таблицы 1. В нем упомянут новый тип фиксации: «Push-Pull».

Фиксация «Push-Pull» обеспечивает подключение коннектора к розетке наиболее простым образом — на защелке. Защелка-фиксатор обеспечивает надежное соединение, при этом не нужно вращать накидную гайку. Важное преимущество разъемов с фиксацией Push-Pull — это высокая плотность монтажа оптических соединителей на распределительных и кроссовых панелях и удобство подключения.

5. Электронные компоненты систем оптической связи

Теперь коснемся проблемы передачи и приема оптических сигналов. Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. Основу передатчика составлял светоизлучающий диод, работающий на длине волны 0.85 мкм в многомодовом режиме.

В течение последующих трех лет появилось второе поколение — одномодовые передатчики, работающие на длине волны 1.3 мкм.

В 1982 году родилось третье поколение передатчиков — диодные лазеры, работающие на длине волны 1.55 мкм.

Исследования продолжались и вот появилось четвертое поколение оптических передатчиков, давшее начало когерентным системам связи — то есть системам, в которых информация передается модуляцией частоты или фазы излучения. Такие системы связи обеспечивают гораздо большую дальность распространения сигналов по оптическому волокну. Специалисты фирмы NTT построили безрегенераторную когерентную ВОЛС STM-16 на скорость передачи 2.48832 Гбит/с протяженностью в 300 км, а в лабораториях NTT в начале 1990 года ученые впервые создали систему связи с применением оптических усилителей на скорость 2.5 Гбит/с на расстояние 2223 км.

Появление оптических усилителей на основе световодов, легированных эрбием, способных усиливать проходящие по световоду сигналы на 30 dB, дало начало пятому поколению систем оптической связи. В настоящее время быстрыми темпами развиваются системы дальней оптической связи на расстояния в тысячи километров. Успешно эксплуатируются трансатлантические линии связи США-Европа ТАТ-8 и ТАТ-9, Тихоокеанская линия США-Гавайские острова-Япония ТРС-3. Ведутся работы по завершению строительства глобального оптического кольца связи Япония-Сингапур-Индия-Саудовская Аравия-Египет-Италия.

В последние годы наряду с когерентными системами связи развивается альтернативное направление: солитоновые системы связи. Солитон — это световой импульс с необычными свойствами: он сохраняет свою форму и теоретически может распространяться по «идеальному» световоду бесконечно далеко. Солитоны являются идеальными световыми импульсами для связи. Длительность солитона составляет примерно 10 трилионных долей секунды (10 пс). Солитоновые системы, в которых отдельный бит информации кодируется наличием или отсутствием солитона, могут иметь пропускную способность не менее 5 Гбит/с на расстоянии 10 000 км.

Такую систему связи предполагается использовать на уже построенной трансатлантической линии ТАТ-8. Для этого придется поднять подводный ВОК, демонтировать все регенераторы и срастить все волокна напрямую. В результате на подводной магистрали не будет ни одного промежуточного регенератора.

6. Применение ВОЛС в вычислительных сетях

Наряду со строительством глобальных сетей связи оптическое волокно широко используется при создании локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Фирма «ВИМКОМ ОПТИК», занимаясь автоматизацией и электронными технологиями, разрабатывает и устанавливает локальные и магистральные сети Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ATM/SDH с применением оптических линий связи. Фирма «ВИМКОМ ОПТИК» делает это по трем причинам. Во-первых, это выгодно. При установке протяженных сегментов сети не требуются повторители. Во-вторых, это надежно.

В оптических линиях связи очень низкий уровень шумов, что позволяет передавать информацию с коэффициентом ошибок не более 10**(-10). В третьих, это перспективно. Волоконно-оптические линии связи позволяют наращивать вычислительные возможности сети без замены кабельных коммуникаций. Для этого нужно просто установить более быстродействующие передатчики и приемники. Это важно для тех пользователей, кто ориентируется на развитие своей ЛВС.

Кабель для связи сегментов сети стоит недорого, но работы по его прокладке могут составить самую крупную статью расходов по установке сети. Потребуется труд не только техников-кабельщиков, но и целой команды строителей (штукатуров, маляров, электриков), что обойдется недешево, если учесть возрастающую стоимость ручного труда. Основные топологии ЛВС: «шина», «звезда», «кольцо». В настоящее время оптическое волокно сложно использовать при строительстве общей шины, но его удобно использовать для связи «точка-точка», применяемой в топологии «звезда» и «кольцо».

Электрический сигнал идет от сетевого контроллера, устанавливаемого в рабочую станцию или сервер (например, сетевой контроллер Ethernet), затем поступает на электрический вход трансивера (например, оптический трансивер ISOLAN 3Com), который преобразует электрический сигнал в оптический. Оптический кабель (например, ОКГ-50-2) присоединяется к оптическим разъемам трансивера с помощью оптических соединителей (например, ST).

1. ВОЛС внутри одного здания. В этом случае для связи применяется двухволоконный ОК (типа «Лапша»), который при необходимости может быть проложен в трубке ПНД-32 под фальш-полом или вдоль стен в декоративных коробах. Все работы могут быть произведены самим заказчиком, если поставляемый кабель будет оконцован соответствующими коннекторами.
2. ВОЛС между зданиями строится с прокладкой ВОК либо по колодцам кабельных коммуникаций, либо путем подвеса ВОК между опорами. В этом случае необходимо обеспечить сопряжение толстого многоволоконного кабеля с оптическими трансиверами. Для этого используют кабельные муфты, в которых производится разделка концов ВОК, идентификация волокон и оконцевание волокон коннекторами, соответствующими выбранным трансиверам. Эту работу можно выполнить несколькими способами.

1. Можно заказать ВОК в специальном исполнении Break-Out. Это более дорогой вариант, зато кабель можно сразу оконцевать оптическими коннекторами, вывести из муфты оконцованные модули (шнуры, подобные монтажным проводам) и подключить их к приемо-передающей аппаратуре.
2. Можно приварить к разделанным в кабельной муфте волокнам оптические шнуры с коннекторами на одном конце (pig tail). Длина pig tail выбирается из соображений удобства для пользователя (например, 3 м).
3. Можно оконцевать волокна коннекторами и воткнуть коннекторы изнутри в оптические розетки (coupling), вмонтированные в стенку кабельной муфты. Снаружи в coupling втыкается коннектор оптического шнура, ведущего к приемо-передающей аппаратуре.

Возможны и другие способы стыковки ВОК с оптическими трансиверами. У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. В практике специалистов фирмы «ВИМКОМ ОПТИК» получил распространение третий способ, так как он экономичен, надежен, обеспечивает малые вносимые оптические потери за счет применения розеток и коннекторов с керамическими элементами, а также удобен для пользователей.

Следует отметить, что за последние годы разработано несколько способов сращивания оптических волокон. Универсальным считается способ сращивания волокон путем сварки на специальном аппарате. Такие аппараты производят фирмы: BICC(Великобритания), Ericsson (Швеция), Fujikura, Sumitomo(Япония). Высокая стоимость сварочных аппаратов стала причиной создания альтернативных технологий сращивания оптических волокон.

Например, для быстрого соединения волокон сейчас используются специально разработанные фирмой 3М механические «сплайсы» (splice). Это пластиковые устройства размерами 40x7x4 мм, состоящие из двух частей: корпуса и крышки. Внутри корпуса находится специальный желоб, в который с разных сторон вставляются соединяемые волокна. Затем надевается крышка, являющаяся одновременно замком.

Особая конструкция «сплайса» надежно центрирует волокна. Получается герметичное и качественное соединение волокон с потерями на стыке ~ 0.1 dB. Такие «сплайсы» особенно удобны при быстром восстановлении повреждений ВОЛС. Время на соединение двух волокон не превышает 30 секунд после того как волокна подготовлены (снято защитное покрытие, сделан строго перпендикулярный скол). Монтаж ведется без применения клея и специального оборудования, что очень удобно при работе в труднодоступном месте (например, в кабельном колодце).

Фирма SIECOR предлагает другую технологию сращивания волокон, при которой волокна вводятся в прецизионную втулку. В месте стыка волокон внутри втулки помещен гель на основе силикона высокой прозрачности с показателем преломления, близким к показателю преломления оптического волокна. Этот гель обеспечивает оптический контакт между торцами сращиваемых волокон и одновременно герметизирует место стыка.

Монтаж оптических линий связи фирма «ВИМКОМ ОПТИК» проводит с помощью сварочного аппарата фирмы «Sumitomo» type 35 SE. Этот аппарат позволяет сваривать любые типы волокон в ручном и автоматическом режимах, тестирует волокно перед сваркой, устанавливает оптимальные параметр работы, оценивает качество поверхностей волокон перед сваркой, измеряет потери в месте соединений волокон и,если это необходимо, дает команду повторить сварку.

Кроме этого аппарат защищает место сварки специальной гильзой и проверяет на прочность сварное соединение. Аппарат позволяет сваривать одномодовые и многомодовые волокна с потерями 0.01dB, что является превосходным результатом. Особо хочется сказать о специально разработанной методике оценки качества сварки.

В аппаратах других конструкций, например BICC, волокно изгибается, и в месте изгиба свариваемого волокна водится излучение лазера, которое регистрируется в месте изгиба второго свариваемого волокна фотоприемником. При таком способе измерений волокно подвергается чрезмерной деформации изгиба, что может привести к образованию трещин на этом участке волокна. Sumitomo проводит измерения неразрушающим способом на основе обработки видеоинформации по специально разработанным алгоритмам.

Для некоторых специальных применений оптические волокна выпускаются с особым покрытием оболочки или со сложным профилем показателя преломления на границе «жила-оболочка». В такие волокна очень трудно ввести зондирующее излучение в области изгиба. Для аппаратов Sumitomo работа со специальными волокнами не вызывает затруднений. Подобные аппараты довольно дороги, но мы работаем именно на таких аппаратах. Этим достигаются две цели: 1) высокое качество сварки, 2) высокая скорость работ, что немаловажно при выполнении ответственных заказов (срочная ликвидация аварии на магистральной линии связи).

В процессе монтажа ВОЛС осуществляется тестирование линии с помощью оптического рефлектометра. По мнению специалистов «ВИМКОМ ОПТИК» одним из наиболее приспособленных аппаратов для этих целей является мини-рефлектометр фирмы Ando AQ7220. Легкий и компактный (340х235х100 мм,4.6 кг с встроенной батареей на 3-4 часа работы), он особенно удобен для работы в полевых условиях. Прибор имеет внутреннюю память, 3.5″ дисковод, жесткий диск (дополнительно).

Прирост объема продаж приводит к значительному снижению стоимости всех компонентов ВОЛС, а новые технологии строительства оптических сетей позволяют создавать высоконадежные телекоммуникации.

Источник: ciscoacs.blogspot.com