Menu
CHIP Speedtest

Optické sítě

27.10.2009 00:00 | Redakce Chip
Na měděné UTP kabely si za několik let už nikdo ani nevzpomene a všichni budou používat optiku. Jedním optickým kabelem lze totiž již dnes přenést až 15,5 TERABITU ZA SEKUNDU.

Optické sítě

Na měděné UTP kabely si za několik let už nikdo ani nevzpomene a všichni budou používat optiku. Jedním optickým kabelem lze totiž již dnes přenést až 15,5 terabitu za sekundu.

V domácích a kancelářských podmínkách ještě stále používáme klasické, měděné ethernetové kabely. Ty zatím stačí pro připojení jednotlivců na posledních metrech. Tam, kam koncový uživatel počítače nevidí, se již sází na optiku. Veškeré její nevýhody byly během posledních let eliminovány.

Foton: Rychlý jako blesk

28. září 2009 vytvořili vědci z Bellových laboratoří nový světový rekord. Na vzdálenost 7 000 km (z Paříže do Chicaga) dokázali přenášet data rychlostí 15,5 terabitu za sekundu. Sám o sobě je to ohromný výsledek. Ještě více fascinující je však to, že k přenosu jim stačil jediný kabel. K přenosu totiž bylo použito 155 laserů (každý o rychlosti 100 Gb/s) a byl využit princip WDM - vlnové dělení. Při vlnovém dělení se přenáší signály v optickém vlákně na různých vlnových délkách (v tomto případě tedy na 155) a kapacita optického vlákna tak roste s tím, kolik vysílačů a přijímačů jsme schopni k němu připojit.

Optický přenosový systém je vlastně velmi jednoduchý. Skládá se z obvodu pro buzení zdroje záření, samotného optického zdroje, přenosového média a optického přijímače.

OPTICKÉ ZDROJE: Jako optické zdroje byly po dlouhou dobu používány LED. Diody jsou dostatečně rychlé, mají dlouhou životnost a jsou výrobně velmi levné. Nevýhodou pro optické sítě je, že dioda má relativně široké spektrum. Není tak vhodná pro kombinaci více zdrojů do jediného vlákna, jako tomu bylo při rekordu. Proto se LED postupně nahrazují laserem, který emituje laserová dioda (LD). Laser má velmi úzké spektrum a jeho světlo je koherentní (vlní na jediné frekvenci, kmitání má stejný směr a stejnou fázi). LD jsou tak skvělým zdrojem, pokud chceme využít WDM.

PŘENOSOVÉ MÉDIUM: Optický zdroj je přímo připojen na přenosové médium, kterým je optický kabel nebo optické vlákno. Optických vláken jsou desítky druhů. Liší se jednak fyzikálními parametry (index lomu, útlum), přenosovými parametry (jednovidová, mnohovidová) a mechanickými vlastnostmi (ochranné pláště, délka, možnost zakřivení). Optický kabel se skládá z několika optických vláken, nejtenčí kabely mají šest, nejtlustší až 144 vláken. Zcela zvláštní kapitolou jsou podmořské kabely, které měří tisíce kilometrů a obsahují až tisíce optických vláken.

Optická vlákna se vyrábějí z oxidu křemičitého (SiO2 - prakticky úplně obyčejné sklo) a dalších příměsí, jako je křemenné nebo germaniové sklo. Příměsi mění některé vlastnosti vlákna, jako je třeba index lomu. Směs se dodává jako preforma: jedná se o válec o délce desítek centimetrů až několika metrů s průměrem od 1 do 5 cm. Tento válec se pod vysokou teplotou natahuje a nanáší se na něj ochranné vrstvy. Pro natahování se používá gravitace, výsledný průměr vlákna osciluje kolem 0,125 mm. Nakonec se zabrousí a navine na cívku.

OPTICKÉ PŘIJÍMAČE: Na druhé straně vlákna je třeba mít součástku, která převede světlo opět do elektrické formy. K tomu se používají fotodiody v různých konfiguracích - PN, PIN, lavinové fotodiody, případně modernější typy detektorů.

Tyto tři zmíněné prvky tvoří základ optických sítí. Veškerá další navázaná elektronika je velmi podobná tomu, co používá metalická síť. Při řešení ekonomické otázky tak každého napadne, že nejdražší částí optických sítí budou právě kabely, které jsou náročné na technologický postup výroby. Diody a fotodiody jsou velmi levné polovodičové součástky.

Skutečnost: Obyčejný optický kabel stojí v maloobchodní síti kolem 15 Kč za metr. Metalický UTP kabel určený pro stejné použití stojí kolem 8 Kč za metr. K serverům, switchům a kdekoliv v páteři však nestačí natáhnout jeden UTP kabel, protože jeho propustnost je nízká. Od okamžiku, kdy potřebujete dva a více kabelů, se jednoznačně vyplatí nasazení optického kabelu. Při velkoobchodním odběru kabelů (v řádu kilometrů) se pak cena optických kabelů dostává na cenu metalických kabelů. Smutný je pohled do ceníků aktivních síťových prvků: přestože součástky použité na optických síťových kartách nejsou dražší než na běžných síťových kartách, jejich cena je řádově vyšší. Na vině je paradoxně jejich malý odběr. Protože se optických prvků pro koncové uživatele vyrábí tak málo, jsou velmi drahé. To by se mělo změnit časem, až propustnost metalické sítě nebude stačit ani domácím uživatelům. Díky tempu růstu kapacit disků a obecné datové náročnosti by to nemělo trvat dlouho.

 	Stavba optického vlákna

Výhody optiky: Trumfy v rukávu

Proč vlastně opouštět osvědčenou měď a přecházet na optický přenos? Dnes drží všechny technologické trumfy v rukávu optika.

ŠÍŘKA PÁSMA: Teoretická šířka pásma, kterou lze využít v optickém vlákně, je až neuvěřitelných 200 THz. Pro srovnání: U UTP kabelů se uvažuje hodnota 2 000 MHz, i ta je však značně nadsazená. Metalický kabel má totiž značný útlum, a tak si můžete postavit síť o délce nejvýše několika stovek metrů. U optického kabelu nejsou problémem desítky kilometrů. Zatímco útlum optických vláken se pohybuje kolem 0,2-0,3 dB/km, u UTP kabelu je útlum kolem 10 dB/100 metrů.

ROZMĚRY A VLASTNOSTI: Přestože UTP kabel není žádný tlouštík, pokud byste jej chtěli natáhnout třeba pod koberec, vytvořil by patrný „schod". Optické vlákno má průměr 0,125 mm (viz schéma). Zbytek tvoří ochrany a izolace, výsledný průměr činí jen jednotky milimetrů. Navíc odolnost optických kabelů se za poslední roky zlepšila. Dříve bylo možné ohýbat optické kabely jen omezeně a každý ohyb znamenal ve výsledku snížení propustnosti. Na současném optickém kabelu můžete udělat třeba i uzel. Díky menším rozměrům se optické kabely lépe skladují, transportují i instalují. Životnost optického kabelu by měla překročit 30 let.

NETEČNOST: Optický kabel je vytvořen z izolantů. Není proto třeba řešit žádná uzemnění ani rozdíly potenciálů. Optické kabely je možné také bez problémů používat v prostředích se silným elektromagnetickým polem, protože to nemá vliv na parametry přenosu. Jiskření, elektrické oblouky, nic z toho není pro optické sítě problém. S tím souvisí také dokonalá odolnost proti elektromagnetické interferenci a různým přechodovým dějům. Zapomeňte i na přeslechy mezi kabely nebo nutnost izolace. Zároveň máte jistotu, že optický kabel nemůže být zdrojem rušení pro velmi citlivé měřicí přístroje.

BEZPEČNOST: Z metalického kabelu je možné získat signál, aniž by byl přerušen nebo aniž by došlo ke snížení přenášeného výkonu. Tak je možné jej odposlouchávat, aniž by na to jednotlivé strany komunikace přišly. U optického kabelu nic takového možné není.

VÝROBA: Jak bylo zmíněno, optické vlákno se vyrábí z křemičitanu. Ten je možné získat z písku, nejedná se tedy o strategickou surovinu a náklady na získání písku jsou mnohem nižší než třeba u mědi. V budoucnu tedy budou optické kabely velmi levné. Ostatní komponenty, jako jsou diody, jsou rovněž zařízení, jejichž náklady na výrobu se počítají v haléřích.

Práce s kabely

S optickými kabely se pracuje jinak než s metalickými. Co nového přináší?

ZAFUKOVÁNÍ: Tato metoda se používá při instalaci optických kabelů do ochranných trubek. Nejčastěji se používají kabely o průměru 6,5-32 mm. Vzduch o tlaku 12 barů vytváří laminární proudění, které nadnáší a posunuje optický kabel vpřed trubkou. Samotnému proudění pomáhá přídavný mechanický posun, díky čemuž se kabely instalují zcela bez tažné síly, což je velmi šetrné. Tímto způsobem se instalují kabely do délky až dvou kilometrů. Velmi podobně funguje také zaplavování. Jak název napovídá, místo vzduchu je použita voda. Zaplavovat lze kabely o délce i šest kilometrů.

SVAŘOVÁNÍ: Jedná se o nejčastější způsob spojování optických vláken. Pro spojení se používá speciální svářečka. Ta snímá obraz vláken z kolmých směrů. Jakmile najde konce vláken, provede jejich očištění. Poté přiblíží vlákna na vzdálenost několika mikrometrů a výbojem spojí konce vláken. Jemným přibližováním a oddalováním nastaví optimální vzdálenost tak, aby místo sváru nebylo ani tlustší, ani tenčí. Útlum dokonale provedeného sváru se pohybuje v řádu setin dB, a je tedy zanedbatelný, místo sváru je však zranitelné mechanicky.

Optické sítě mají světlou budoucnost. Jejich výroba je levná, přenosové vlastnosti špičkové a nedostatky byly již dávno odstraněny. Hozená rukavice teď leží na straně výrobců síťového hardwaru pro koncové uživatele. Musí nabídnout takové ceny SOHO produktů, aby byly zákazníci ochotni přejít na optické sítě.

Vratislav Klega

Zajímavosti ze světa IT v e-mailu

Stačí odeslat svoji e-mailovou adresu


Odesláním formuláře souhlasíte se zpracováním svých osobních údajů a užitím pro marketingové účely vydavatelství Burda Praha, spol. s.r.o.

Předplatné / nákup chipu Digitální edice chipu Aktuální vydání