Что такое волоконно-оптические линии связи, или ВОЛС

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) — важный компонент современной телекоммуникационной инфраструктуры и основа для современной СКС (структурированной кабельной системы). С их помощью передаются данные, аудио- и видеосигналы на высоких скоростях. В этой статье мы рассмотрим различные аспекты ВОЛС: компоненты и особенности, области применения и принципы работы, преимущества и недостатки.

Компоненты ВОЛС

Волоконно-оптические линии связи состоят из нескольких ключевых компонентов, которые способствуют эффективной передаче оптических сигналов. К ним относятся:

• волоконно-оптические кабели — состоят из одной или нескольких тонких нитей стеклянных или пластиковых волокон, служат средой для передачи световых сигналов,
• передатчики — устройства, преобразующие электрические сигналы в оптические, пригодные для передачи по оптоволоконным кабелям,
• приемники — принимают оптические сигналы и преобразуют их обратно в электрические сигналы для дальнейшей обработки,
• коннекторы — устройства, которые используются для соединения волоконно-оптических кабелей или подключения их к другим оптическим устройствам,
• копплеры и сплиттеры — устройства разделяют или объединяют оптические сигналы в целях распределения или мультиплексирования,
• усилители — увеличивают силу оптических сигналов для преодоления потерь при передаче и расширения зоны действия линий связи.
• маршрутизаторы — устройства, которые координируют отправку данных конкретным абонентам, сетям, 
• коммутаторы — распределяют большие объемы данных между группами конечных потребителей.

Устройство линий волоконно-оптической связи

Структура ВОЛС состоит из нескольких элементов, которые работают вместе, чтобы обеспечить передачу оптических сигналов.

Волоконно-оптический кабель — основной компонент линий связи. Сердцевина — центральная часть оптического волокна, по которой проходят световые сигналы. Ее диаметр составляет примерно 62,5 микрон. Она окружена плакирующим слоем, который имеет немного меньший коэффициент преломления, чем сердцевина. Разница в показателях преломления между сердцевиной и оболочкой обеспечивает явление полного внутреннего отражения, которое удерживает свет в пределах сердцевины.

Оболочка — это внешний слой оптоволоконного кабеля. Она обеспечивает общую защиту кабеля, защищая его от влаги, износа и химикатов. Диаметр внешней оболочки — 125 мкм, материал зависит от конкретного применения.

Оптическое волокно дополнительно защищено специальным покрытием, часто из таких материалов, как акрилат или полиимид. Защитное покрытие обеспечивает механическую прочность, помогает сохранить целостность волокна, защищает от влажности, коррозии и физических повреждений. В некоторых оптоволоконных кабелях вокруг каждого отдельного волокна наносится буферный слой, обеспечивающий дополнительную защиту и гибкость волокна. Это облегчает его транспортировку и монтаж.

Адаптеры или оптические розетки используются для соединения волоконно-оптических кабелей или их подключения к оптическим устройствам, таким как передатчики, приемники или муфты.

Сплайсы нужны для постоянного соединения двух оптических волокон вместе. Существуют различные виды сращивания — например, плавление волокон или механическое сращивание, при котором используются специализированные соединители или зажимы для выравнивания и фиксации.

Особенности технологии

Когда информация передается через волоконно-оптическую связь, носителем сигнала выступает электромагнитное излучение оптического диапазона. Пропускная способность оптических каналов выше систем на основе медных кабелей. ВОЛС предоставляют широкополосную передачу сигналов и позволяют передавать большие объемы данных на высоких скоростях.

Компактный размер и малый вес оптоволоконных кабелей делает их более простыми в установке и обращении — они намного меньше и легче своих медных аналогов. А высокие изоляционные характеристики позволяют без помех подключать устройства, заземленные на разных этажах или секциях здания. Для удобства работы с кабелями используют цветовое кодирование. В зависимости от типа и применения кабелям присваиваются цветовые коды, помогающие в идентификации.

ВОЛС гарантирует повышенную безопасность — кабели изготавливаются из негорючих материалов, что снижает риск возгорания и гарантирует надежную работу в опасных средах. Также они не излучают радиоволн, обеспечивая защиту от подслушивания и помех.

Классификация оборудования ВОЛС

ВОЛС можно классифицировать в зависимости от области применения и условий эксплуатации.

По области применения:

• кабели для наружной прокладки используют при установлении соединений между различными объектами сети: зданиями, вышками сотовой связи и ЦОД,
• кабели, предназначенные для использования внутри помещений, обеспечивают высокоскоростное соединение внутри зданий, офисов и жилых комплексов,
• кабели для шнуров используются для разводки кабелей.

По условиям эксплуатации:

• магистральные кабели образуют основу сети, передавая сигналы на большие расстояния между основными узлами или центрами коммутации,
• монтажные кабели применимы для соединения устройств в пределах определенного места — например, ЦОД или аппаратной комнаты,
• станционные кабели обеспечивают коммуникацию между различными подсистемами, в пределах конкретной станции или объекта,
• зональные кабели используются для обеспечения связи в пределах определенной зоны или области — например, этажа или отдела в здании.

Преимущества ВОЛС

1. ВОЛС обеспечивает минимальную дисперсию сигнала и низкие потери, благодаря чему сигнал передается на большие расстояния без ухудшения качества.
2. Оптоволоконные кабели обеспечивают быстрый и надежный доступ в интернет. ВОЛС значительно увеличили доступную пропускную способность интернет-соединений.
3. Оптоволокно не излучает обнаруживаемых сигналов, обеспечивая высокий уровень безопасности от несанкционированного доступа или вмешательства. Также оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным помехам: целостность сигнала не теряется даже при наличии рядом электрического или радиочастотного оборудования. 
4. Волоконно-оптические кабели меньше и легче медных, что упрощает установку и обслуживание и делает их более экономически эффективными. Помимо этого, они не проводят электрический ток, за счет чего устойчивы к пожарам и взрывам.
5. При соблюдении требований по эксплуатации срок службы оптоволоконных кабелей составляет не менее 25 лет.

Недостатки ВОЛС

1. Волоконно-оптические кабели и сопутствующее оборудование относительно дороги в производстве по сравнению с традиционными системами на основе меди. 
2. Они хрупкие и требуют осторожного обращения при установке и обслуживании во избежание повреждений.
3. В некоторых отдаленных или слаборазвитых регионах может быть недоступна инфраструктура, необходимая для оптоволоконной связи.

Принципы работы с оптоволоконными кабелями: виды соединения

Работа с волоконно-оптическими кабелями включает в себя различные технологии соединения:

• сварка оптических волокон, известная как сплайсинг, предполагает неразъемное соединение двух волокон с помощью тепла — применяется в случаях, где длина прогона требует более одного кабеля,
• при склеивании используются клеи или механические приспособления для соединения волокон — такой способ применим для быстрого ремонта или тестирования,
• механические соединители обеспечивают быстрое временное соединение волокон без необходимости использования специализированного оборудования.

Проектирование, монтаж, диагностика и обслуживание ВОЛС

Проектирование и монтаж ВОЛС требуют рассмотрения таких параметров, как маршрут прокладки кабеля, топология сети, целостность сигнала и будущая масштабируемость. Правильные методы установки и соблюдение промышленных стандартов важны для оптимальной производительности и надежности.

Обслуживание и устранение неисправностей ВОЛС включает в себя тестирование оптоволоконного кабеля, обнаружение и устранение неисправностей, оптимизацию сигнала и мониторинг сети.

Диагностика волоконно-оптических линий связи подразумевает анализ качества сигнала, выявление неисправностей, измерение затухания, обнаружение обрывов и проверку общей производительности системы. Оптические рефлектометры и измерители оптической мощности — широко используемая аппаратура для диагностики. Главный принцип работы этих приборов — анализ отраженных оптических импульсов, которые инструмент излучает в оптоволокно.

Заключение

Появление ВОЛС значительно ускорило передачу данных, голоса и видеосигналов в современных сетях связи. Мы ежедневно пользуемся устройствами, которые подключаются к интернету через оптоволоконные кабели. Большинство цифровых адресов работают в том числе благодаря оптоволокну. Благодаря возможностям высокоскоростной передачи информации, компактным размерам и повышенной безопасности ВОЛС стали предпочтительным выбором для телекоммуникационной инфраструктуры.