Rangkaian optik ialah teknologi yang menggunakan cahaya untuk menghantar data antara peranti. Ia menawarkan lebar jalur yang tinggi dan kependaman rendah dan telah menjadi standard de facto untuk komunikasi data jarak jauh selama bertahun-tahun. Gentian optik digunakan untuk kebanyakan komunikasi suara dan data jarak jauh di seluruh dunia.
Rangkaian optik adalah penting kerana ia membolehkan penghantaran data berkelajuan tinggi pada jarak yang jauh. Sebagai contoh, rangkaian optik memastikan pengguna di New York boleh mengakses pelayan di Nairobi sepantas yang dibenarkan oleh undang-undang fizik.
Teknologi di sebalik rangkaian optik adalah berdasarkan prinsip pantulan dalaman total. Apabila cahaya mengenai permukaan medium seperti kabel gentian optik, sebahagian cahaya dipantulkan oleh permukaan. Sudut di mana cahaya dipantulkan bergantung pada sifat medium dan sudut tuju (sudut di mana cahaya mengenai permukaan).
Jika sudut tuju lebih besar daripada sudut genting, maka semua cahaya dipantulkan; ini dipanggil pantulan dalaman total. Jumlah pantulan dalaman boleh digunakan untuk membuat gentian optik, sejenis kaca atau plastik yang memandu cahaya sepanjang panjangnya.
Apabila cahaya bergerak melalui gentian, ia mengalami pelbagai pantulan dalaman keseluruhan, menyebabkan ia melantun dari dinding gentian. Kesan lantunan ini menyebabkan cahaya bergerak ke bawah panjang gentian dalam corak zigzag.
Dengan mengawal sifat gentian dengan teliti, jurutera boleh mengawal berapa banyak cahaya yang dipantulkan dan sejauh mana ia bergerak sebelum dipantulkan semula. Ini membolehkan mereka mereka bentuk gentian optik yang boleh menghantar data pada jarak jauh tanpa kehilangan sebarang maklumat.
Rangkaian optik terdiri daripada beberapa komponen: gentian optik, transceiver, penguat, pemultipleks, dan suis optik.
Gentian Optik
Gentian optik adalah medium yang membawa isyarat optik. Ia terdiri daripada pelbagai bahan, termasuk:
①Teras: Pusat yang membawa cahaya.
②Clad: Bahan yang mengelilingi teras dan membantu mengekalkan isyarat optik yang terkandung.
③Salutan penampan: Bahan yang melindungi gentian optik daripada kerosakan.
Teras dan pelapisan biasanya diperbuat daripada kaca, manakala lapisan penampan biasanya diperbuat daripada plastik.
Pemancar
Transceiver ialah peranti yang menukar isyarat elektrik kepada isyarat optik dan sebaliknya, biasanya dilaksanakan dalam batu terakhir sambungan. Ia adalah antara muka antara rangkaian optik dan peranti elektronik yang menggunakannya, seperti komputer dan penghala.
Penguat
Seperti namanya, penguat ialah peranti yang menguatkan isyarat cahaya supaya mereka boleh melakukan perjalanan jauh tanpa kehilangan kekuatan. Penguat diletakkan di sepanjang gentian pada selang masa yang tetap untuk meningkatkan isyarat.
Multiplexer
Pemultipleks hanyalah peranti yang mengambil berbilang isyarat dan menggabungkannya menjadi satu isyarat. Ini dilakukan dengan memberikan setiap isyarat panjang gelombang cahaya yang berbeza, membenarkan pemultipleks menghantar berbilang isyarat serentak di sepanjang gentian tunggal tanpa gangguan.
Suis Lampu
Suis optik ialah peranti yang mengarahkan isyarat optik dari satu gentian ke gentian yang lain. Suis optik digunakan untuk mengawal trafik dalam rangkaian optik dan biasanya digunakan dalam rangkaian berkapasiti tinggi.
Sejarah Rangkaian Optik
Sejarah rangkaian optik bermula pada tahun 1790-an apabila pencipta Perancis Claude Chappe mencipta telegraf isyarat optik, salah satu contoh terawal sistem komunikasi optik.
Hampir satu abad kemudian, pada tahun 1880, Alexander Graham Bell telah mematenkan telefon elektro-optik, sistem telefon optik. Semasa Photophone sedang terobosan, ciptaan Bell lebih awal mengenai telefon adalah lebih praktikal dan mengambil bentuk yang ketara. Oleh itu, Photophone tidak pernah meninggalkan peringkat percubaan.
Sehingga tahun 1920-an, John Logie Baird di England dan Clarence W. Hansell hanya mempatenkan idea menggunakan pelbagai tiub berongga atau rod lutsinar untuk menghantar imej untuk sistem televisyen atau faks.
Pada tahun 1954, saintis Belanda Abraham Van Heel dan saintis British Harold H. Hopkins masing-masing telah menerbitkan kertas saintifik mengenai trakografi. Hopkins memfokuskan pada gentian yang tidak disalut, manakala Van Heel hanya menumpukan pada berkas gentian berpakaian ringkas-salutan lutsinar dengan indeks biasan yang lebih rendah di sekeliling gentian kosong.
Ini melindungi permukaan pemantul gentian daripada ubah bentuk luaran dan dengan ketara mengurangkan gangguan antara gentian. Pembangunan rasuk pengimejan merupakan langkah penting dalam pembangunan gentian optik. Melindungi permukaan gentian daripada gangguan luaran membolehkan penghantaran isyarat optik yang lebih tepat melalui gentian.
Menjelang tahun 1960, gentian bersalut kaca mengalami kehilangan kira-kira 1 desibel (dB) setiap meter, sesuai untuk pengimejan perubatan, tetapi terlalu tinggi untuk komunikasi. Pada tahun 1961, Elias Snitzer dari Syarikat Optik Amerika menerbitkan penerangan teori tentang gentian optik dengan teras kecil yang boleh menghantar cahaya melalui hanya satu mod pandu gelombang.
Pada tahun 1964, Dr. Kao mencadangkan kehilangan ringan sebanyak 10 atau 20 dB setiap kilometer. Piawaian ini membantu meningkatkan julat dan kebolehpercayaan sistem telekomunikasi. Sebagai tambahan kepada kerjanya mengenai kadar kerugian, Dr. Gao menunjukkan keperluan untuk kaca yang lebih tulen untuk membantu mengurangkan kehilangan cahaya.
Pada musim panas 1970, sekumpulan penyelidik di Corning Glass Works mula bereksperimen dengan bahan baru yang dipanggil silika bersatu. Bahan ini terkenal dengan ketulenan yang sangat tinggi, takat lebur yang tinggi dan indeks biasan yang rendah.
Pasukan itu, yang terdiri daripada Robert Maurer, Donald Keck dan Peter Schultz, tidak lama kemudian menyedari bahawa silika bersatu boleh digunakan untuk membuat jenis wayar baharu yang dipanggil "gentian pandu gelombang optik." Wayar gentian optik ini boleh membawa 65,000 lebih banyak maklumat daripada wayar kuprum tradisional. Tambahan pula, gelombang cahaya yang digunakan untuk membawa maklumat boleh dinyahkod di destinasi walaupun beribu batu jauhnya.
Ciptaan ini merevolusikan komunikasi jarak jauh dan membuka jalan kepada teknologi gentian optik hari ini. Pasukan itu menyelesaikan masalah kehilangan desibel yang ditakrifkan oleh Dr. Gao, dan pada tahun 1973 John MacChesney di Bell Laboratories menambah baik proses pemendapan wap kimia untuk pengeluaran gentian. Akibatnya, pengeluaran komersial kabel gentian optik telah menjadi mungkin.
Pada April 1977, General Telephone and Electronics Co. menggunakan rangkaian gentian optik buat kali pertama untuk komunikasi telefon masa nyata di Long Beach, California. Pada Mei 1977, Bell Labs tidak lama kemudian mengikutinya, membina sistem komunikasi telefon optik sepanjang 1.5 batu di kawasan pusat bandar Chicago. Setiap pasangan gentian boleh menghantar 672 saluran suara, bersamaan dengan litar DS3.
Pada awal 1980-an, generasi kedua komunikasi gentian optik telah direka bentuk untuk kegunaan komersil, menggunakan laser semikonduktor InGaAsP 1.3-mikron. Sistem ini beroperasi pada kadar bit setinggi 1.7 Gbps pada tahun 1987, dengan jarak pengulang sehingga 50 kilometer.
Sistem yang digunakan dalam rangkaian gentian optik generasi ketiga beroperasi pada 1.55 mikron dan mempunyai kehilangan kira-kira 0.2 dB setiap kilometer.
Sistem komunikasi gentian optik generasi keempat bergantung pada penguatan optik untuk mengurangkan bilangan pengulang yang diperlukan dan pada pemultipleksan pembahagian panjang gelombang (WDM) untuk meningkatkan kapasiti data.
Pada tahun 2006, kadar bit 14 terabit (Tb) sesaat telah dicapai pada garisan 160-kilometer menggunakan penguat optik. Menjelang 2021, saintis Jepun akan dapat menghantar 319 Tbps sepanjang 3,000 kilometer menggunakan kabel gentian optik empat teras.
Walaupun sistem komunikasi gentian optik generasi keempat ini mempunyai lebih banyak kapasiti berbanding generasi sebelumnya, prinsip asasnya adalah sama: menukar isyarat elektrik kepada denyutan optik, menghantarnya melalui gentian optik, dan kemudian menukarnya kembali kepada isyarat elektrik pada penerima. tamat.
Walau bagaimanapun, komponen setiap generasi telah menjadi lebih kecil, lebih dipercayai, dan lebih murah. Akibatnya, komunikasi gentian optik telah menjadi bahagian yang semakin penting dalam infrastruktur telekomunikasi global kami.
Trend Utama dalam Rangkaian Optik
Fokus pada tepi rangkaian
Tepi rangkaian optik ialah tempat lalu lintas mengalir masuk dan keluar dari rangkaian. Untuk memenuhi permintaan aplikasi berasaskan awan, rangkaian optik bergerak lebih dekat kepada pengguna akhir. Ini membolehkan kependaman yang lebih rendah dan prestasi yang lebih konsisten.
Penyulitan Lapisan
Apabila serangan siber menjadi lebih biasa, perlindungan data dalam gerakan akan terus menjadi kebimbangan utama. SASE (Secure Access Service Edge), penggunaan ciri keselamatan asli awan pada titik akhir perkhidmatan, telah mendapat tarikan baru-baru ini. Perlindungan titik akhir boleh menjadikan kawalan keselamatan pada rangkaian yang disambungkan tidak diperlukan.
Walaupun ini mungkin tidak menghapuskan keperluan untuk penyulitan, ia akan melindungi data dan aplikasi sensitif. Tanpa kawalan keselamatan tunggal, perlindungan lapisan 1 menjadi semakin rumit.
Kami boleh melindungi sumber kami dengan lebih baik dengan menyulitkan kawalan, pengurusan dan trafik pengguna. Ini menjadikan hampir mustahil bagi penggodam untuk menceroboh masuk ke dalam sistem, sekali gus mengurangkan peluang serangan siber yang berjaya. Apabila perniagaan menjadi lebih bergantung pada data dan ketersambungan, penyelesaian keselamatan yang teguh hanya akan menjadi lebih jelas.
Buka Rangkaian Optik
Rangkaian optik terbuka ialah rangkaian optik yang menggunakan antara muka standard dan terbuka untuk membenarkan penyepaduan peralatan daripada vendor yang berbeza. Ini memberikan lebih banyak pilihan dan fleksibiliti untuk komponen rangkaian optik. Selain itu, ia memudahkan untuk menambah ciri dan perkhidmatan baharu apabila ia tersedia.
Pertumbuhan Perkhidmatan Spektrum
Apabila trafik data terus berkembang, begitu juga dengan keperluan untuk lebar jalur dan kapasiti yang lebih tinggi. Perkhidmatan spektrum menyediakan ini dengan menggunakan spektrum untuk meningkatkan kapasiti rangkaian gentian optik sedia ada. Perkhidmatan ini semakin popular kerana ia menyediakan cara yang kos efektif untuk memenuhi permintaan data yang semakin meningkat.
Lebih banyak penempatan luar
Penggunaan luar dalam kabinet jalan menjadi lebih biasa apabila permintaan untuk lebar jalur dan kapasiti yang lebih tinggi meningkat. Gentian luar boleh berjalan terus ke lokasi pelanggan, memberikan sambungan yang lebih langsung dan kependaman yang lebih rendah.
Padat dan Modulator
Apabila rangkaian optik terus berkembang, keperluan untuk komponen yang lebih kecil dan lebih padat menjadi semakin ketara. Ini kerana ruang dalam persekitaran pusat data selalunya terhad. Optik modular padat menawarkan pendekatan penjimatan ruang sementara masih memberikan prestasi tinggi.
Masa Depan Rangkaian Optik
Rangkaian Optik Pintar
Rangkaian optik pintar ialah rangkaian optik yang menggunakan kecerdasan buatan (AI) untuk mengoptimumkan prestasi. Kecerdasan buatan boleh digunakan untuk mengenal pasti dan membetulkan masalah dalam rangkaian secara automatik. Ini membolehkan rangkaian yang lebih cekap dan boleh dipercayai.
Selain itu, AI boleh digunakan untuk meramalkan corak dan permintaan trafik masa hadapan. Maklumat ini boleh digunakan untuk menyediakan kapasiti terlebih dahulu, memastikan rangkaian dapat memenuhi permintaan masa hadapan.
Seni bina grid fleksibel
Seni bina jejaring fleksibel menjadi lebih popular kerana ia menyediakan cara untuk meningkatkan kapasiti gentian sedia ada. Grid fleksibel membolehkan pemultipleksan panjang gelombang cahaya yang berbeza pada satu gentian. Ini membolehkan lebih banyak data dibawa pada setiap gentian, meningkatkan kapasiti rangkaian.
Pemultipleksan pembahagian panjang gelombang atas permintaan
Pemultipleksan pembahagian panjang gelombang ialah teknik yang membolehkan berbilang panjang gelombang cahaya dihantar pada satu gentian. WDM atas permintaan ialah sejenis WDM yang membenarkan kapasiti atas permintaan. Ini bermakna kapasiti boleh ditambah mengikut keperluan tanpa memasang gentian baharu.
Rangkaian Optik dalam Dunia yang Semakin Digital
Rangkaian optik telah berjalan jauh dalam sejarahnya yang agak singkat. Dari permulaan yang sederhana, ia kini merupakan bahagian penting dalam banyak infrastruktur rangkaian yang besar. Ia adalah tonggak utama Internet, merevolusikan cara kita berkomunikasi dan memulakan era kemajuan teknologi yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Apabila trend seperti 5G matang, nampaknya rangkaian optik bersedia untuk terus memainkan peranan penting dalam dunia kita yang semakin digital.
