Mae rhwydweithio optegol yn dechnoleg sy'n defnyddio golau i drosglwyddo data rhwng dyfeisiau. Mae'n cynnig lled band uchel a hwyrni isel ac mae wedi bod yn safon de facto ar gyfer cyfathrebu data pellter hir ers blynyddoedd lawer. Defnyddir ffibr optegol ar gyfer y rhan fwyaf o gyfathrebiadau llais a data pellter hir ledled y byd.
Mae rhwydweithio optegol yn bwysig oherwydd ei fod yn caniatáu trosglwyddo data cyflym dros bellteroedd hir. Er enghraifft, mae'r rhwydwaith optegol yn sicrhau y gall defnyddwyr yn Efrog Newydd gael mynediad at weinyddion yn Nairobi mor gyflym ag y mae cyfreithiau ffiseg yn ei ganiatáu.
Mae'r dechnoleg y tu ôl i rwydweithio optegol yn seiliedig ar yr egwyddor o adlewyrchiad mewnol llwyr. Pan fydd golau yn taro wyneb cyfrwng fel cebl ffibr optig, mae rhywfaint o'r golau yn cael ei adlewyrchu gan yr wyneb. Mae'r ongl y mae golau yn cael ei adlewyrchu yn dibynnu ar briodweddau'r cyfrwng ac ongl yr amlder (yr ongl y mae'r golau'n taro'r wyneb).
Os yw'r ongl amlder yn fwy na'r ongl gritigol, yna mae'r holl oleuni yn cael ei adlewyrchu; gelwir hyn yn adlewyrchiad mewnol cyflawn. Gellir defnyddio adlewyrchiad mewnol cyflawn i wneud ffibrau optegol, math o wydr neu blastig sy'n arwain golau ar ei hyd.
Wrth i olau deithio trwy'r ffibr, mae'n cael adlewyrchiadau mewnol lluosog, gan achosi iddo bownsio oddi ar y wal ffibr. Mae'r effaith bownsio hon yn achosi i'r golau deithio i lawr hyd y ffibr mewn patrwm igam ogam.
Trwy reoli priodweddau'r ffibr yn ofalus, gall peirianwyr reoli faint o olau sy'n cael ei adlewyrchu a pha mor bell y mae'n teithio cyn cael ei adlewyrchu eto. Roedd hyn yn caniatáu iddynt ddylunio ffibrau optegol a allai drosglwyddo data dros bellteroedd hir heb golli unrhyw wybodaeth.
Mae rhwydweithiau optegol yn cynnwys sawl cydran: ffibrau optegol, trosglwyddyddion, mwyhaduron, amlblecwyr, a switshis optegol.
Ffibr Optegol
Ffibr optegol yw'r cyfrwng sy'n cario'r signal optegol. Mae'n cynnwys amrywiaeth o ddeunyddiau, gan gynnwys:
①Core: Y ganolfan sy'n cario golau.
② Clad: Deunydd sy'n amgylchynu'r craidd ac yn helpu i gadw'r signal optegol yn gynwysedig.
③ Gorchudd clustogi: Deunydd sy'n amddiffyn y ffibr optegol rhag difrod.
Mae'r craidd a'r cladin fel arfer wedi'u gwneud o wydr, tra bod y gorchudd clustogi fel arfer wedi'i wneud o blastig.
Trosglwyddydd
Mae trosglwyddyddion yn ddyfeisiau sy'n trosi signalau trydanol yn signalau optegol ac i'r gwrthwyneb, a weithredir fel arfer yn ystod milltir olaf cysylltiad. Dyma'r rhyngwyneb rhwng rhwydwaith optegol a'r dyfeisiau electronig sy'n ei ddefnyddio, fel cyfrifiaduron a llwybryddion.
Mwyhadur
Fel y mae'r enw'n awgrymu, mae mwyhadur yn ddyfais sy'n chwyddo signalau golau fel y gallant deithio'n bell heb golli cryfder. Mae mwyhaduron yn cael eu gosod ar hyd y ffibr yn rheolaidd i roi hwb i'r signal.
Amlblecsydd
Dyfais yn unig yw amlblecsydd sy'n cymryd sawl signal a'u cyfuno'n un signal. Gwneir hyn trwy neilltuo tonfedd golau gwahanol i bob signal, gan ganiatáu i'r amlblecsydd anfon signalau lluosog ar yr un pryd ar hyd un ffibr heb ymyrraeth.
Switsh Golau
Mae switsh optegol yn ddyfais sy'n llwybro signalau optegol o un ffibr i'r llall. Defnyddir switshis optegol i reoli traffig mewn rhwydweithiau optegol ac fe'u defnyddir fel arfer mewn rhwydweithiau gallu uchel.
Hanes Rhwydweithio Optegol
Dechreuodd hanes rhwydweithio optegol yn y 1790au pan ddyfeisiodd y dyfeisiwr Ffrengig Claude Chappe y telegraff signal optegol, un o'r enghreifftiau cynharaf o system gyfathrebu optegol.
Bron i ganrif yn ddiweddarach, ym 1880, patentodd Alexander Graham Bell y ffôn electro-optegol, system ffôn optegol. Tra bod y Ffotoffon yn torri tir newydd, roedd dyfais gynharach Bell o'r ffôn yn fwy ymarferol ac roedd ar ffurf ddiriaethol. Felly, ni adawodd Photophone y cam arbrofol.
Hyd at y 1920au, dim ond y syniad o ddefnyddio amrywiaeth o diwbiau gwag neu wialen dryloyw i drawsyrru delweddau ar gyfer systemau teledu neu ffacs a batentodd John Logie Baird yn Lloegr a Clarence W. Hansell.
Ym 1954, mae'r gwyddonydd o'r Iseldiroedd Abraham Van Heel a'r gwyddonydd Prydeinig Harold H. Hopkins wedi cyhoeddi papurau gwyddonol ar dracograffeg. Canolbwyntiodd Hopkins ar ffibrau heb eu gorchuddio, tra bod Van Heel yn canolbwyntio ar fwndeli ffibr cladin syml yn unig - cladin tryloyw gyda mynegai plygiant is o amgylch y ffibr noeth.
Mae hyn yn amddiffyn yr wyneb adlewyrchol ffibr rhag anffurfiannau allanol ac yn lleihau'r ymyrraeth rhwng ffibrau yn sylweddol. Roedd datblygu trawstiau delweddu yn gam pwysig yn natblygiad ffibrau optegol. Mae amddiffyn wyneb y ffibr rhag ymyrraeth allanol yn caniatáu trosglwyddo signalau optegol yn fwy cywir trwy'r ffibr.
Erbyn 1960, roedd gan ffibrau wedi'u gorchuddio â gwydr golledion o tua 1 desibel (dB) y metr, sy'n addas ar gyfer delweddu meddygol, ond yn rhy uchel ar gyfer cyfathrebu. Ym 1961, cyhoeddodd Elias Snitzer o'r Optical Company of America ddisgrifiad damcaniaethol o ffibr optegol gyda chraidd bach a allai drosglwyddo golau trwy un modd canllaw tonnau yn unig.
Ym 1964, cynigiodd Dr. Kao golled ysgafn o 10 neu 20 dB y cilomedr. Mae'r safon hon yn helpu i wella ystod a dibynadwyedd systemau telathrebu. Yn ogystal â'i waith ar gyfraddau colled, dangosodd Dr Gao yr angen am wydr purach i helpu i leihau colled golau.
Yn ystod haf 1970, dechreuodd grŵp o ymchwilwyr yn Corning Glass Works arbrofi gyda deunydd newydd o'r enw silica ymdoddedig. Mae'r sylwedd hwn yn adnabyddus am ei burdeb uchel iawn, ei bwynt toddi uchel a'i fynegai plygiannol isel.
Sylweddolodd y tîm, sy'n cynnwys Robert Maurer, Donald Keck a Peter Schultz, yn fuan y gellid defnyddio silica wedi'i asio i wneud math newydd o wifren o'r enw "ffibr canllaw tonnau optegol." Gall y wifren ffibr optig hon gario 65,000 gwaith yn fwy o wybodaeth na gwifren gopr traddodiadol. At hynny, gall y tonnau golau a ddefnyddir i gludo gwybodaeth gael eu datgodio mewn cyrchfannau hyd yn oed fil o filltiroedd i ffwrdd.
Fe wnaeth y ddyfais hon chwyldroi cyfathrebu pellter hir a pharatoi'r ffordd ar gyfer technoleg ffibr-optig heddiw. Datrysodd y tîm y broblem colli desibel a ddiffiniwyd gan Dr Gao, ac ym 1973 fe wnaeth John MacChesney yn Bell Laboratories wella'r broses dyddodi anwedd cemegol ar gyfer cynhyrchu ffibr. O ganlyniad, mae cynhyrchu ceblau ffibr optegol yn fasnachol wedi dod yn bosibl.
Ym mis Ebrill 1977, defnyddiodd General Telephone and Electronics Co y rhwydwaith ffibr-optig am y tro cyntaf ar gyfer cyfathrebu amser real dros y ffôn yn Long Beach, California. Ym mis Mai 1977, dilynodd Bell Labs yr un peth yn fuan, gan adeiladu system gyfathrebu ffôn optegol yn ymestyn dros 1.5 milltir yn ardal Downtown Chicago. Gall pob pâr o ffibrau drosglwyddo 672 o sianeli llais, sy'n cyfateb i gylched DS3.
Yn gynnar yn yr 1980au, cynlluniwyd yr ail genhedlaeth o gyfathrebiadau ffibr-optig at ddefnydd masnachol, gan ddefnyddio laser lled-ddargludyddion 1.{3-micron InGaAsP. Roedd y systemau hyn yn gweithredu ar gyfraddau didau mor uchel â 1.7 Gbps ym 1987, gyda'r ailadroddwyr wedi'u gwasgaru hyd at 50 cilomedr oddi wrth ei gilydd.
Mae'r systemau a ddefnyddir mewn rhwydweithiau ffibr optig trydydd cenhedlaeth yn gweithredu ar 1.55 micron ac mae ganddynt golled o tua 0.2 dB fesul cilomedr.
Mae systemau cyfathrebu ffibr optig pedwerydd cenhedlaeth yn dibynnu ar ymhelaethu optegol i leihau nifer yr ailadroddwyr sydd eu hangen ac ar amlblecsio rhannu tonfedd (WDM) i gynyddu capasiti data.
Yn 2006, cyflawnwyd cyfradd didau o 14 terabits (Tb) yr eiliad ar linell 160-cilomedr gan ddefnyddio mwyhaduron optegol. Erbyn 2021, bydd gwyddonwyr o Japan yn gallu trawsyrru 319 Tbps dros 3,{6}} cilomedr gan ddefnyddio cebl ffibr optig pedwar craidd.
Er bod gan y systemau cyfathrebu ffibr-optig pedwaredd cenhedlaeth hyn lawer mwy o gapasiti na chenedlaethau blaenorol, mae'r egwyddor sylfaenol yr un peth: trosi signalau trydanol yn gorbys optegol, eu hanfon dros opteg ffibr, ac yna eu trosi'n ôl i signalau trydanol yn y derbynnydd. diwedd.
Fodd bynnag, mae cydrannau pob cenhedlaeth wedi dod yn llai, yn fwy dibynadwy, ac yn llai costus. O ganlyniad, mae cyfathrebu ffibr optig wedi dod yn rhan gynyddol bwysig o’n seilwaith telathrebu byd-eang.
Tueddiadau Allweddol mewn Rhwydweithio Optegol
Canolbwyntiwch ar ymyl y rhwydwaith
Ymyl y rhwydwaith optegol yw lle mae traffig yn llifo i mewn ac allan o'r rhwydwaith. Er mwyn bodloni gofynion cymwysiadau sy'n seiliedig ar gymylau, mae rhwydweithiau optegol yn symud yn agosach at ddefnyddwyr terfynol. Mae hyn yn caniatáu am lai o hwyrni a pherfformiad mwy cyson.
Amgryptio Haen
Wrth i ymosodiadau seiber ddod yn fwy cyffredin, bydd diogelu data ar waith yn parhau i fod yn bryder mawr. Mae SASE (Secure Access Service Edge), y defnydd o nodweddion diogelwch cwmwl-frodorol mewn mannau terfyn gwasanaeth, wedi ennill tyniant yn ddiweddar. Gall amddiffyn diweddbwynt wneud rheolaethau diogelwch ar rwydweithiau cysylltiedig yn ddiangen.
Er efallai na fydd hyn yn dileu'r angen am amgryptio, bydd yn diogelu data a chymwysiadau sensitif. Heb un rheolaeth diogelwch, mae amddiffyniad haen 1 yn dod yn fwyfwy anodd.
Gallwn amddiffyn ein hadnoddau yn well trwy amgryptio rheolaeth, rheolaeth, a thraffig defnyddwyr. Mae hyn yn ei gwneud bron yn amhosibl i hacwyr dorri i mewn i'r system, gan leihau'n fawr y siawns o ymosodiad seiber llwyddiannus. Wrth i fusnesau ddod yn fwy dibynnol ar ddata a chysylltedd, ni fydd atebion diogelwch cadarn ond yn dod yn fwy amlwg.
Rhwydwaith Optegol Agored
Mae rhwydwaith optegol agored yn rhwydwaith optegol sy'n defnyddio rhyngwynebau safonol, agored i ganiatáu integreiddio offer gan wahanol werthwyr. Mae hyn yn rhoi mwy o ddewis a hyblygrwydd ar gyfer cydrannau rhwydwaith optegol. Hefyd, mae'n ei gwneud hi'n haws ychwanegu nodweddion a gwasanaethau newydd wrth iddynt ddod ar gael.
Twf Gwasanaethau Sbectrwm
Wrth i draffig data barhau i dyfu, felly hefyd yr angen am led band a chapasiti uwch. Mae gwasanaethau sbectrol yn darparu hyn trwy ddefnyddio sbectrwm i gynyddu capasiti rhwydweithiau ffibr optig presennol. Mae'r gwasanaethau hyn yn dod yn fwyfwy poblogaidd oherwydd eu bod yn darparu ffordd gost-effeithiol o fodloni'r galw cynyddol am ddata.
Mwy o leoliadau awyr agored
Mae gosodiadau awyr agored mewn cypyrddau stryd yn dod yn fwy cyffredin wrth i'r galw am led band a chynhwysedd uwch dyfu. Gall ffibr awyr agored redeg yn uniongyrchol i leoliad y cwsmer, gan ddarparu cysylltiad mwy uniongyrchol a hwyrni is.
Compact a Modulator
Wrth i rwydweithiau optegol barhau i esblygu, mae'r angen am gydrannau llai, mwy cryno yn dod yn fwyfwy amlwg. Mae hyn oherwydd bod gofod mewn amgylchedd canolfan ddata yn aml yn gyfyngedig. Mae opteg modiwlaidd Compact yn cynnig dull arbed gofod tra'n dal i ddarparu perfformiad uchel.
Dyfodol Rhwydweithio Optegol
Rhwydwaith Optegol Deallus
Mae rhwydweithiau optegol deallus yn rhwydweithiau optegol sy'n defnyddio deallusrwydd artiffisial (AI) i optimeiddio perfformiad. Gellir defnyddio deallusrwydd artiffisial i nodi a chywiro problemau yn y rhwydwaith yn awtomatig. Mae hyn yn caniatáu ar gyfer rhwydwaith mwy effeithlon a dibynadwy.
Yn ogystal, gellir defnyddio AI i ragfynegi patrymau a gofynion traffig yn y dyfodol. Gellir defnyddio'r wybodaeth hon i ddarparu capasiti ymlaen llaw, gan sicrhau y gall y rhwydwaith fodloni gofynion y dyfodol.
Pensaernïaeth grid hyblyg
Mae pensaernïaeth rhwyll hyblyg yn dod yn fwy poblogaidd oherwydd eu bod yn darparu ffordd i gynyddu gallu ffibrau presennol. Mae'r grid hyblyg yn caniatáu amlblecsio gwahanol donfeddi golau ar un ffibr. Mae hyn yn caniatáu i fwy o ddata gael ei gario ar bob ffibr, gan gynyddu gallu'r rhwydwaith.
Amlblecsio rhaniad tonfedd ar-alw
Mae amlblecsio rhaniad tonfedd yn dechneg sy'n caniatáu i donfeddi lluosog o olau gael eu trawsyrru ar un ffibr. Mae WDM ar-alw yn fath o WDM sy'n caniatáu capasiti ar alw. Mae hyn yn golygu y gellir ychwanegu capasiti yn ôl yr angen heb osod ffibr newydd.
Rhwydweithio Optegol mewn Byd Cynyddol Ddigidol
Mae rhwydweithio optegol wedi dod yn bell yn ei hanes cymharol fyr. O ddechreuadau diymhongar, mae bellach yn rhan hanfodol o lawer o seilwaith rhwydwaith mawr. Mae'n biler allweddol i'r Rhyngrwyd, gan chwyldroi'r ffordd yr ydym yn cyfathrebu a thywys mewn cyfnod o ddatblygiadau technolegol digynsail.
Wrth i dueddiadau fel 5G aeddfedu, mae'n ymddangos bod rhwydweithiau optegol yn barod i barhau i chwarae rhan bwysig yn ein byd cynyddol ddigidol.
