Optik tolali tarmoqlarda ma’lumot uzatish tezligi va ishonchliligini oshirish masalalarining zamonaviy yechimi

Optik tolali tarmoqlarda ma’lumot uzatish tezligi va ishonchliligini oshirish masalalarining zamonaviy yechimi

Optik tolali aloqa liniyalari shisha yoki plastmassa yadroli optik tola orqali ma'lumotlarni uzatish tizimidir. Tashqarida u optik qobiq bilan qoplangan bo'lib, u ichki qismning chetlaridan yorug'likni aks ettirib, uni markazga yo'naltiradi. Signal elektron impuls yordamida uzatiladi, u optik tolali modemlar orqali yorug'lik nuriga aylanadi. Katta masofani bosib o'tgandan so'ng, ma'lumotlar o'qiladi va yana elektron signalga aylanadi. Optik tolali tarmoqlar juda mashhur va asta-sekin mis analoglarini tasodifan almashtirmaydi. Ularni istalgan joyda ishlatish mumkin: bino ichida yoki uning tashqarisida signal uzatishni tashkil qilish uchun kabellar ularning maydoni va uzunligidan qat'i nazar, istalgan sonli hududlarni birlashtiradi. Mis kabel juda qimmat, bu pulni tez sevuvchilarning ko'ziga jozibali ko'rinadi, ularni vaqti-vaqti bilan kesib tashlaydi. Shu nuqtai nazardan, optik tolali tarmoqlar firibgarlar uchun mutlaqo qiziq emas.

Optik tolali liniyalarning mashhurligi quyidagi omillar bilan ham izohlanadi:
• Keng polosali 1014 Hz signal uzatish asosiy afzalliklardan biridir. Bu ma'lumot oqimini bir tola bo'ylab soniyasiga bir necha terabit tezlikda, hatto ortiqcha uzun liniyalarda ham takrorlagichlardan foydalanmasdan uzatish imkonini beradi.
• Qalin himoya qoplamasi bo'lsa ham, mis va boshqa analoglar bilan solishtirganda kichik hajm va vaznga ega bo'ladi.
• Toladagi signalning minimal dispersiyasi va past susaytirishi uni takrorlagichsiz 100 km dan ortiq masofaga uzatish imkonini beradi.
• To'lqinlar va har qanday shovqinlarni o'tkazmaydigan materialdan ishlab chiqarilgan.
• Ular yuqori izolyatsion xususiyatlarga ega, bu esa turli qavatlarda yoki binoning turli qismlarida tuproqli qurilmalarni yagona tizimga ulash imkonini beradi. Shu bilan birga, tarmoqdagi keskin potentsial farq bilan jihoz ishlamay qolishi haqida tashvishlana olmaysiz.
• Ular yong‘in va portlashlarga chidamli, bu esa neftni qayta ishlash, kimyo va boshqa o‘ta xavfli korxonalarda optik tolali liniyani yotqizish imkonini beradi.
• Optik tolalar radioto'lqinlar diapazonida deyarli nurlanishni o'tkazmaydi, bu esa ruxsatsiz shaxslardan ma'lumotlarni maksimal darajada himoya qilishni ta'minlaydi.
Bu tarmoqni istalgan joyda tashkil qilish imkonini beradi: ma'lumotlarni himoya qilish birinchi o'rinda turadigan bank, davlat va boshqa muassasalarda.
Optik tolali kabel tejamkor, misga qaraganda 2,5 baravar arzon, chunki u arzon kvartsdan qilingan. Agar repetitorsiz tolaning yuqori o'tkazuvchanligini hisobga olsak, bu yanada dolzarbdir. Optik tolaning xizmat qilish muddati kamida 25 yil, qo'shimcha ravishda u mis o'tkazgichlar bilan birgalikda ishlatilishi mumkin.
Umumiy foydalanishdagi tashqi kabellar alohida ob'ektlarni bog'laydigan quyi tizimni tashkil qilishda ajralmas hisoblanadi, ichki kabellar binolar va ob'ektlarni yotqizish uchun ishlatiladi. Kordonlar uchun kabellarga kelsak, ular kabellar xonaga yoki ish joyiga gorizontal ravishda yotqizilganda kerak bo'ladi. Ular, shuningdek, shnurlarni ishlab chiqarish, ulash va almashtirish uchun ishlatiladi.
Ishlash shartlariga ko'ra, optik tolali kabellar quyidagilardir:
• asosiy liniyalar;
• o'rnatish;
• stantsiya;
• zona.
Stansiya va o'rnatish yorug'ligi, ixcham va uzunligi qisqa, ob'ektlar va binolar ichida avtomobil yo'lini yotqizishda ishlatiladi. Tarmoqni suv ostida, quduqlarda va tuproqda, elektr uzatish liniyalari bo'ylab tayanchlarda tashkil qilishda zona va o'rnatish ajralmas hisoblanadi. Ularning qurilish uzunligi 2 km dan ortiq, tashqi qobig'i kuchli, yadroni tashqi ta'sirlardan yaxshi himoya qiladi.
Dastlab, optik tolali kabellar faqat yuqori ixtisoslashgan hududlarda ishlatilgan, yoritish tizimlari uchun ular qimmat va foydasiz deb hisoblangan. Yangi texnologiyalar optik tolalar narxini sezilarli darajada pasaytirdi, bu esa ularni istalgan joyda: telefoniya, kompyuter tarmoqlari va umumiy foydalanishdagi avtomobil yo‘llarida qo‘llash imkonini beradi.
Har qanday aloqa tizimi signal uzatiladigan kanaldan foydalanadi va shifrlangan signalni uzatuvchi u yoki bu vosita axborot tashuvchisi vazifasini bajaradi.
Masalan, telekommunikatsiya tizimlarida elektr energiyasi, radioaloqa tizimlarida radio signal. 1960-yillarning o'rtalarida yorug'likning axborot signalining tashuvchisi sifatida harakat qilish xususiyati kashf qilindi - optik aloqaning rivojlanishi shunday boshlandi.Axborot tashuvchisi yorug'lik impulsi bo'lib, u yorug'lik o'tkazuvchi toladan (optik to'lqin o'tkazgich) iborat kabel orqali uzatiladi.
Bugungi kunga kelib, optik kabel orqali ma'lumotlarni uzatish eng ilg'or ma'lumotlarni uzatish texnologiyasi hisoblanadi. Bu sizga signalni 100 Tbit / s gacha tezlikda uzoq masofalarga deyarli sifat yo'qotmasdan uzatish imkonini beradi. Shu bilan birga, optik tolali liniyalar statik elektr, adashgan oqimlar, kimyoviy va elektrokimyoviy korroziya kabi salbiy ta'sir omillariga chidamli bo'lib, optik signalning xususiyatlaridan kelib chiqqan holda uzatiladigan axborotning yuqori ishonchliligi va himoya darajasini ta'minlash imkonini beradi.Optik tolali aloqa liniyalari qurilmasini quyidagicha tavsiflash mumkin. Ma'lum bir shaklda shifrlangan ma'lumot (odatda ikkilik kodda) yorug'lik manbasiga - kuchli lazer emitentiga uzatiladi.
Ikkilik kodning optik muhitda talqini "yorug'lik / yorug'likning yo'qligi" tizimidir.
Ya'ni, ikkilik shifrlash tizimida bitta bilan ifodalanadigan mantiqiy "ha" yorug'lik chaqnashiga, mantiqiy "yo'q" esa binar tizimda nolga to'g'ri keladi - yorug'likning yo'qligi.
Transmitter u va oxirgi nuqta (qabul qiluvchi) orasiga yotqizilgan optik tolali kanal orqali ikkilik kodda bir qator impulslarni yuboradi.
Uzoq masofalarga uzatishda signalni kuchaytirish uchun liniyaga takrorlagichlar va qo'shimcha uskunalar kiritilishi mumkin. Qabul qiluvchi port kiruvchi signalni sharhlaydi va dekodlaydi va uzatuvchidan olingan ma'lumotlarni iste'molchi talab qiladigan shaklda taqdim etadi.
Optik tolali aloqa liniyalarining xususiyatlari
Zamonaviy optik tolalar kremniy dioksidi asosidagi kvartsdan qilingan. Bu keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan va shuning uchun arzon material bo'lib, minimal zaiflashuv koeffitsienti bilan yuqori yorug'lik uzatish tezligini ta'minlaydi. Shuningdek, optik tola ishlab chiqarish uchun eng yangi turdagi plastmassalardan foydalaniladi.
Optik tola elektromagnit va boshqa shovqinlarga chidamli, past o'ziga xos tortishish va juda uzoq xizmat muddatiga ega. Mis va po'lat kabellardan farqli o'laroq, optik kabel oksidlanmaydi va xizmat muddati 25 yildan ortiq.
Optik tolaning birgina kamchiliklari uning egilishdagi mo'rtligi, shuningdek, tanaffuslar bo'lsa, murakkab qimmat ta'mirlashni talab qilishidir.
Optik tolali aloqa uchun optik tola ishlab chiqarish
Bugungi kunda optik tola ishlab chiqarish murakkab va qimmat jarayon bo'lib, maxsus yuqori texnologiyali uskunalarni talab qiladi.
Ammo optik tolali tarmoq sanoatining tendentsiyalari ishlab chiqarish texnologiyalarini o'z ichiga olgan juda tez rivojlanishni ko'rsatadi. Bu esa optik tolali kabellarni yaratish, ularni o‘rnatish va ta’mirlash oson va arzonlashayotganini anglatadi.
Optik tolali liniyalarning asosiy ishlab chiqarilishi AQShda to'plangan, chunki amerikalik ishlab chiqaruvchilar asosiy patentlarga ega.
AQSH ishlab chiqaruvchilari boshqa mamlakatlar kompaniyalari bilan qoʻshma korxonalar tashkil etib, litsenziya shartnomalari tuzadi, bu ularga bir tomondan ishlab chiqarish geografiyasini kengaytirish imkonini bersa, ikkinchi tomondan mahsulot tannarxini pasaytirish va qoʻshimcha investitsiyalarni jalb qilish imkonini beradi.
Optik tolali aloqa - bu signal sifatini yo'qotmasdan uzoq masofalarga axborot uzatishning yangi texnologiyasi.
Axborot maxsus kabel orqali uzatiladi va tarqalish muhiti sifatida infraqizil optik diapazondagi elektromagnit maydon tebranishlari tanlanadi.
Katta tarmoqli kengligi tufayli optik tolali aloqa liniyalari katta hajmdagi axborotni uzatishning boshqa usullari orasida tengsizdir.
Axborot texnologiyalarining jadal rivojlanishi mavjud aloqa usullarini qondira olmadi, jamiyatimiz asta-sekin axborot maydoniga integratsiyalashdi, bu esa aloqa usullari va usullarini tanlashga yangi yondashuvlarni talab qildi.
Birinchi radiostansiyalar ixtiro qilinganidan beri bir oz vaqt o'tdi, ammo insoniyatning bir lahzalik ehtiyojlarini ta'minlamaydigan, balki kelajak uchun ishlaydigan innovatsion texnologik echimlar talab qilindi.
Olimlarning nazariy ishlanmalari va birinchi tajribalar yorug'lik yordamida axborot oqimini uzatish imkoniyati turli diapazonlarda radio to'lqinlari orqali signal uzatishga qaraganda ancha samarali ekanligini isbotladi.
Birinchi ishchi ishlanmalar 1966 yilda taklif qilingan - olimlar koaksial sim o'rnini bosadi degan umidda oddiy shishadan yasalgan kabelni ko'rsatishdi. Birinchi optik tolali aloqa kabeli juda yuqori zaiflashuv omiliga ega edi, bu qabul qilinishi mumkin emas edi.
Tadqiqotlar davom etdi, ammo ikkita asosiy muammo qoldi - signal tashuvchisi sifatida nimadan foydalanish va katta hajmdagi ma'lumotlarni minimal yo'qotishlar bilan eng samarali uzatish uchun qanday yorug'lik manbai bo'lishi kerak. Yechim faqat o'tgan asrning 70-yillarida, yangi lazerlar ixtiro qilinganda va kabel uchun asos sifatida yangi materiallar paydo bo'lganida topilgan.
Keyingi yarim asrda optik tolali aloqa liniyalari qurilishi haqiqiy yuksalishni boshdan kechirdi:
• 1988 yilda Yaponiya va AQSH oʻrtasida birinchi yirik aloqa liniyasini yotqizish tugallandi;
• 2003 yilda birinchi marta taxminan 11 Tbps signal uzatish tezligiga erishildi;
• 2009 yilda yuqori tezlikda ma'lumotlarni uzatish sohasidagi sinovlar yangi chegarani kesib o'tdi - olimlar taxminan 7000 km masofada tezlikni yo'qotmasdan 15,5 Tbit / s oqimni uzatishga muvaffaq bo'lishdi.
Tadqiqotlar davom etmoqda, butun dunyo bo'ylab katta hajmdagi axborotni katta masofalarga uzatish imkonini beruvchi optik tolali aloqa liniyalari yotqizilmoqda. Ushbu usul asosiy parametrlar bo'yicha boshqa mashhur ulanish usullarini sezilarli darajada ortda qoldirib, Internetga yuqori tezlikda kirishning asosiga aylandi.
Optik tolali aloqani loyihalash va o'rnatish xususiyatlari
Optik tolali aloqa liniyalarini loyihalash murakkab va ko'p vaqt talab qiladigan jarayon bo'lib, u yo'nalishning texnik imkoniyatlaridan tortib tarmoq ichida ulanadigan asosiy va yordamchi uskunalar sonigacha bo'lgan bir qator xususiyatlarni hisobga olishi kerak.
Aloqa liniyasini loyihalash va rivojlantirish jarayonini bir necha bosqichlarga bo'lish mumkin:
• o'rnatishning texnik imkoniyatlarini aniqlash;
• kabel turi va uzunligini tanlash;
• signalning zaiflashuv koeffitsienti qiymatini va boshqa muhim ko'rsatkichlarni aniqlash uchun texnik hisob-kitoblarni amalga oshirish;
• tarmoqning uzluksiz ishlashini va axborot uzatish standartlariga muvofiqligini ta'minlash uchun zarur jihozlar va yordamchi vositalarni tanlash;
• marshrutni loyihalash va yotqizish. Optik tolali aloqa liniyalarini o'rnatish ikki usulda amalga oshirilishi mumkin - to'xtatilgan (kabel mavjud yoki yangi texnik tayanchlarda havo orqali yotqizilgan) yoki yer ostida (buning uchun maxsus yer ishlarini bajarish kerak). Marshrutni yotqizish usulini tanlash iqlim zonasiga, atmosfera sharoitlariga (tuproqning muzlash darajasi, quyosh yoki shamol faolligi), er va boshqa omillarga bog'liq;
• ulanish nuqtalari, turli tarmoqlar va umumiy marshrutlash (skelet diagrammasi deb ataladigan) sonini ko'rsatadigan zarur texnik hujjatlarni tayyorlash;
• ishlaydigan aloqa liniyasini yaratishda ishtirok etuvchi aniq texnik va apparat vositalarining ro'yxati (statsionar terminallar, kuchaytirgichlar, qabul qiluvchilar, tarmoqli muftalar va boshqa uskunalar);
• loyihani buyurtmachi bilan muvofiqlashtirish va montaj ishlari.
O'rnatishning asosiy xususiyatlaridan biri shundaki, loyiha doirasidagi optik tolali aloqa kanali bir necha o'nlab kilometrlarni tashkil qilishi mumkin, standart sim uzunligi esa ancha kam. Bu kabel segmentlari orasidagi bir xil aloqa liniyasi ichidagi ulanishlarni ta'minlaydi.
Siz ikkita sim segmentini bir necha usul bilan ulashingiz mumkin:
• Olinadigan ulanish (optik ulagichlar yordamida). Ushbu usulning bir afzalligi bor - ish juda tez amalga oshiriladi va maxsus jihozlarni talab qilmaydi. Asosiy kamchilik shundaki, bu aloqa liniyasining narxini sezilarli darajada oshiradi va ko'p sonli ulanish elementlaridan foydalanganda signal yo'qotilishining oshishiga yordam beradi;
• bir qismli usul. Bu erda bir nechta variant mavjud, jumladan optik tolali aloqa liniyalarini yopishtirish va payvandlash. Ushbu jarayonlar juda mashaqqatli va maxsus jihozlar va amaliy ko'nikmalarni talab qiladi, ammo natijada uzatish tezligini yo'qotish va monolit kabel aloqasi deyarli yo'q.
Amaldagi uskunalari xalqaro standartlarga javob beradigan optik tolali aloqa liniyalari yarim asr davomida signal sifatini sezilarli darajada yo‘qotmasdan xizmat qila oladi.
FOCL texnik xizmat ko'rsatishning asosiy jihatlari
Optik tolali aloqa liniyalariga texnik xizmat ko'rsatish (FOCL) tizimning barcha elementlarining barqaror ishlashini ta'minlashga qaratilgan turli xil tadbirlarning butun majmuasidir. Bu turli vaqt oralig'ida amalga oshiriladigan profilaktika va ta'mirlash tadbirlarini o'z ichiga oladi.
Optik tolali aloqa liniyasiga muntazam texnik xizmat ko'rsatish quyidagi tadbirlarni amalga oshiradi:
• texnik yordamga chiqmasdan aloqa liniyasining yaxlitligini vizual tekshirish (havo o'rnatish usuli bilan). Har olti oyda kamida bir marta o'tkazish jadvali;
• texnologik ta'minotga ko'tarilgan holda qisqichlardagi kabellar holatini tanlab tekshirish - foydalanishning birinchi yilida, har 6 oyda bir marta tekshirishning muntazamligi, kelajakda - kerak bo'lganda;
• butun tarmoqni yoki uning alohida uchastkalarini o'zboshimchalik bilan tekshirish (ish mutaxassislar tomonidan amalga oshiriladi) - har yili;
• tarmoqdagi zaiflashuv koeffitsientini o'lchash va dastlabki ko'rsatkichlar bilan taqqoslash - yiliga ikki marta yoki axborotni qabul qilish va uzatish sifati sezilarli darajada pasayganda;
• optik kabelning muzlanishini nazorat qilish - o'ziga xos iqlim sharoitiga qarab;
• muftalarni tekshirish va tayanchlarni yerga ulash - har yili.
Muammolar aniqlansa, sababni topadigan, buzilishning aniq joyini (kabelning uzilishi yoki shikastlanishi, tizim apparatidagi nosozlik va h.k.) aniqlaydigan va uni bartaraf etadigan mutaxassislarni chaqirish kerak.
Muntazam texnik xizmat ko'rsatish va ta'mirlash ishlarini bajarish optik tolali aloqa liniyasining (FOCL) butun xizmat muddati davomida ish holatida bo'lishining kafolatidir.
FOCLning xususiyatlari va asosiy afzalliklari
Hozirgi vaqtda butun dunyoda optik tolali aloqa tizimlari keng qo'llanilmoqda, ular o'zlarining xususiyatlari va o'ziga xos xususiyatlari tufayli asta-sekin boshqa simli ma'lumotlarni uzatish usullarini almashtiradilar.
Keling, optik tolali aloqaning afzalliklarini tushunish uchun ba'zi asosiy fikrlarni batafsil ko'rib chiqaylik:
• o'tkazish qobiliyati. Bu aloqa liniyasi uchun muhim bo'lgan asosiy xususiyatlardan biridir. Bitta kanalning potentsiali soniyasiga bir necha terabit hajmga erishishga imkon beradi;
• ko'p qirrali. Optik kabel turli modulyatsiya signallarini uzatishi mumkin;
• minimal pasaytirish omili. Ushbu sifat tufayli qo'shimcha takrorlagichlar yoki kuchaytirgichlardan foydalanmasdan tarmoq uchastkasining uzunligi 100 kilometrgacha yetishi mumkin;
• ma'lumotlar xavfsizligi. Buzg'unchining optik tolali liniyaga ulanishi deyarli mumkin emas - kanalning yaxlitligi jismoniy buzilgan taqdirda signal kabel orqali o'tishni to'xtatadi va ishonchli kodlash dasturiy vositalar yordamida ma'lumotlarni ushlab qolishdan himoya qiladi.
Bundan tashqari, xavfsizlik tizimi kirishga urinish va xakerlik haqida ogohlantiradi. Aynan shu xususiyat tufayli optik kabellar maxfiy ma'lumotlar bilan ishlaydigan turli tashkilotlar (huquqni muhofaza qilish organlari, banklar, tadqiqot kompaniyalari) tomonidan qo'llaniladi;
• yong'in xavfsizligi. Ularning tuzilishi va ishlatiladigan materiallari tufayli optik tolali kabellar yonishni qo'llab-quvvatlamaydi va uchqun hosil qilmaydi. Bu ularni kimyo, neftni qayta ishlash va boshqa yong'in xavfi yuqori bo'lgan korxonalarda qo'llash imkonini beradi;
• iqtisodiy foyda. Chiziqni yotqizish narxi ancha yuqori bo'lishiga qaramay, u mis kabeli yordamida an'anaviy ulanishdan ko'ra arzonroq va yaxshiroq bo'ladi. Bundan tashqari, signal kuchaytirgichlari uchun minimal xarajatlarni hisobga olish kerak, ayniqsa avtomobil yo'llarining katta qismlari haqida gap ketganda. Taqqoslash uchun takrorlagichlarni har 5-7 kilometrda standart ulanish bilan, har 100 kilometrda esa optik tolali kabel orqali o'rnatish kerak;
• ishonchlilik va chidamlilik. Ulanishni standart iqlim sharoitida ishlatganda, kabel va ulash uskunasining ishlash muddati mis kabelni ishlatishdan taxminan ikki baravar ko'p bo'ladi.
Ushbu afzalliklarga ko'ra, bizning davrimizda butun dunyoda optik tolali ulanishga asoslangan aloqa liniyalari juda mashhur.
Siz har yili o'tkaziladigan Sviaz ko'rgazmasida optik tolali aloqa liniyalari va ularning dizayn xususiyatlari haqida ko'proq bilib olishingiz mumkin.
FOCL (optik tolali aloqa liniyalari) - optik dielektrik to'lqin o'tkazgichlar (optik tola) orqali ma'lumot uzatish uchun innovatsion tizimlar. Mis kabel tizimlaridan farqli o'laroq, FOCL ning tashuvchisi optik tolali bo'lib, bu turdagi kabelning afzalliklari bo'yicha o'z vaqtidan o'nlab yillar oldinda.
FOCLning o'ralgan juftlikdan ustunligi
Optik tolali aloqa liniyalarini SCSning bir turi deb hisoblash mumkin, ammo amalda ular faqat tashqi SCS magistrallari rolini o'ynaydi, ichki quyi tizimlar esa an'anaviy o'ralgan juftlik asosida amalga oshiriladi. Shunday qilib, ko'pincha optik tolali aloqa liniyalari SCS orqali binoning bir necha qavatlarini yoki bir xil biznes tuzilmasiga tegishli bo'lgan geografik jihatdan farqli binolarni birlashtirish zarur bo'lganda qo'llaniladi.
Barkamol yondashuv bilan FOCL qurilishi sizning xodimlaringizning ish joylarini umumiy resurslarga ega yagona tarmoqqa birlashtiradi. Masalan, 1C buxgalteriya hisobi va boshqa shunga o'xshash dasturlar va ilovalar barcha ofislarda bir xil tezlikda yuklanadi. Shuningdek, elektron pochta, internet, ma’lumotlar bazalari va boshqalar har bir ish joyida bir xil tezlikda ishlaydi.Bundan tashqari, FOCL mavjudligi telefon aloqasi sifatiga ijobiy ta’sir qiladi. Shunday qilib, optik tolali aloqa liniyasining o'rnatilishi har bir xodim uchun teng mehnat sharoitlarini yaratadi.
FOCL qurilishi - asosiy qadriyatlar
Optik tolali aloqa liniyalarining shubhasiz afzalliklari quyidagilardan iborat:
• Keng tarmoqli kengligi. Bir sekundiga bir necha terabit uchun bitta optik tola orqali axborot oqimini uzatishning potentsial imkoniyati;
• Toladagi yorug'lik signalining kichik zaiflashuvi (1,55 mikron to'lqin uzunligida 0,2-0,3 dB) va kichik dispersiya. Bu takrorlagichlardan foydalanmasdan uzunligi 100 km gacha bo'lgan optik liniyalarni qurish imkonini beradi;
• uzatish muhitining ishonchliligi. FOCL kabeli oksidlanmaydi, namlanmaydi va elektromagnit ta'sirlarga (momaqaldiroq va boshqalar) bog'liq emas;
• Yong'inga chidamlilik. Uchqun yo'qligi sababli, optik tolali yuqori xavfli korxonalarda (kimyo sanoati va boshqalar) xavfsizlikni ta'minlaydi;
• Axborot xavfsizligi. Optik tolalar radio diapazonida nurlanmaslik xususiyatiga ega, bu esa u orqali uzatiladigan ma'lumotlarni ushlab qolishdan himoya qilish imkonini beradi. Shuning uchun FOCL optik tolali aloqa liniyalari axborot xavfsizligiga yuqori talablarni qo'yadigan muassasalarda (banklar, huquqni muhofaza qilish organlari va boshqalar) ajralmas hisoblanadi;
• Chidamlilik. Zamonaviy texnologiyalar tufayli optik tolalar taxminan 25 yil xizmat qiladi;
• Kichik vazn va o'lchamlar. Optik tolali kabelning diametri bir xil tarmoqli kengligi bo'lgan misdan kamida 4 baravar kichik;
• Foydalilik. FOCL qurilishi an'anaviy SCSni yotqizishdan ko'ra qimmatroq bo'lishiga qaramay, optik tolaning narxi mis juftiga 2: 5 ga to'g'ri keladi.
Bundan tashqari, FOCL signalining yuqori diapazoni tufayli siz takroriy qurilmalarni tejashingiz mumkin - optika uchun ular 100 km gacha bo'lgan masofaga o'rnatiladi, mis kabel uchun esa bir necha kilometr ketadi.
OPTIK TRANSSEIVERS - MA'LUMOTLARNI NORGA AYLANISH
Optik tolali aloqa yo'l harakati qoidalari
WDM haqidagi seriyamizning birinchi maqolasida, qorong'u tolali yo'lga chiqish, biz optik tolali tarmoqni turli saytlar o'rtasida trafikni tashishga qodir kuchli ko'p polosali ekspress yo'lga solishtirdik. Va bizda haydashda yo'l harakati qoidalari mavjud bo'lganidek, optik trafikimizni tashish uchun turli xil yo'l harakati qoidalari kerak. Bular protokollar deyiladi. Quyida biz mos ravishda saqlash, ma'lumot va ovoz uchun uchta asosiy protokolni tasvirlaymiz.
Fiber Channel yoki FC: Yuqori tezlikdagi tarmoq texnologiyasi, asosan, kompyuter ma'lumotlarini saqlashni serverlarga ulash uchun ishlatiladi. Fiber Channel asosan korporativ saqlash joylarida saqlash sohasi tarmoqlarida qo'llaniladi. FC tarmoqlari mato sifatida tanilgan, chunki ular bitta katta kalit sifatida birgalikda ishlaydi. Fiber Channel odatda ichida (ma'lumotlar markazi ulanishi) va ma'lumotlar markazlari o'rtasida (ma'lumotlar markazining o'zaro ulanishi) optik tolali kabellarda ishlaydi.
Ethernet: Tarmoq texnologiyalari asosan mahalliy tarmoqni tashkil qilish uchun bir qator kompyuter tizimlarini ulash uchun ishlatiladi, ma'lumotlarning uzatilishini nazorat qilish va ikki yoki undan ortiq tizimlar tomonidan bir vaqtning o'zida uzatishni oldini olish uchun protokollar bilan.
Sinxron optik tarmoq (SONET) va Sinxron raqamli ierarxiya (SDH): SDH - bu optik muhitda sinxron ma'lumotlarni uzatish uchun standart texnologiya. Bu AQSh va Kanadada qo'llaniladigan SONETning xalqaro ekvivalenti. Ikkala texnologiya ham an'anaviy Plesiochronous Digital Ierarchy (PDH) uskunalariga qaraganda tezroq va arzonroq tarmoq ulanishini ta'minlaydi.
Elektrdan yorug'likka (va yana orqaga)
FC, Ethernet yoki SONET/SDH bo'ladimi, optik tarmoq orqali barcha trafikni tashish uchun optik qabul qiluvchi deb ataladigan komponent kerak bo'ladi. Transceiverlar ma'lumotlar kalitlaridan elektr ma'lumotlar signallarini optik signallarga aylantiradigan to'lqin uzunligiga xos lazerlardir. Keyinchalik bu signallar optik tola orqali uzatilishi mumkin. Har bir ma'lumot oqimi o'ziga xos to'lqin uzunligi bo'lgan signalga aylantiriladi, ya'ni u samarali ravishda noyob yorug'lik rangidir. Signallar keng polosali 850nm, 1310nm yoki 1550nm yoki tor tarmoqli CWDM yoki DWDM to'lqin uzunliklari bo'lishi mumkin.
Nurning jismoniy xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, hech qanday kanal keyingisiga xalaqit bera olmaydi - ular bir-biridan butunlay ajralib turadi. Har bir kanal ma'lumotlar tezligi va turiga nisbatan shaffofdir, ya'ni SAN, WAN, ovoz va video xizmatlarining har qanday aralashmasi bir vaqtning o'zida WDM tizimida bitta tolali yoki tolali juftlik orqali uzatilishi mumkin.
Odatda, optik qabul qiluvchining chiqish quvvati va qabul qiluvchining sezgirligi trafik qancha masofani bosib o'tishini aniqlaydi. Bundan tashqari, optik tolali masofada signallarni muvaffaqiyatli uzatish uchun mavjud bo'lgan optik quvvat miqdorini belgilaydigan qiymat ham mavjud. Biz keyingi maqolamizda optik quvvat byudjeti deb ataladigan narsaga qaytamiz.
Transceiver shakl omillari
Form faktor qabul qiluvchining jismoniy o'lchamlarini - uning shakli va hajmini belgilaydi. Hajmi tezlik va protokollarga qarab o'zgaradi va vaqt o'tishi bilan liniya tezligi ortib borishi bilan kattalashib boraveradi. Umuman olganda, ishlab chiqaruvchilar Ko'p manbali kelishuvga (MSA) muvofiq dizayn qiladilar. Bu turli xil ishlab chiqaruvchilarning bir xil format-faktorli qabul qiluvchilar hajmi va funksiyasi bo'yicha mos kelishini ta'minlash uchun standart bo'lib, birgalikda ishlashni ta'minlaydi.

Gbic, SFP, SFP+

CFP, CFP2, CFP4, QSFP28
Transceiver va to'lqin uzunligi turlari
Tashish qilinadigan ma'lumotlar turiga va qaysi tezlik va masofaga qarab, har xil vazifalar uchun turli xil qabul qiluvchilar mavjud. Transceiverlarning uchta asosiy toifasi mavjud:
Kulrang (standart). Ko'pincha kulrang transiver deb ataladigan standart qabul qiluvchi - bitta kanalli qurilma. XWDM signallari rangli to'lqin uzunligi kanallari bo'lganligi sababli, xWDM bo'lmagan har qanday signal odatda rangsiz yoki kulrang signal deb ataladi.
Kulrang qabul qiluvchilar odatda ikkita asosiy dasturga ega. Birinchidan, ular to'g'ridan-to'g'ri bitta tolali kanalga yoki Ethernet ma'lumotlar kalitiga ulangan bo'lishi mumkin, bu ma'lumotlarni qorong'i tola orqali yorug'lik shaklida tashish uchun. Ikkinchidan, ular transponderga asoslangan xWDM tizimining mijoz tomonida optik interfeys rolini o'ynashi mumkin (keyingi qismda transponderlar haqida ko'proq).
To'rtta standart qabul qiluvchi turi mavjud bo'lib, ularning har biri o'z uzatish masofasiga ega:
SR - Qisqa masofa, 850nm
LR - Uzoq masofa, 1310nm
ER - kengaytirilgan diapazon, 1550nm
ZR - Qo'shimcha kengaytirilgan foydalanish, 1550nm
Yagona tolali (ikki tomonlama). Ikki yo'nalishli qabul qiluvchi ikkita mustaqil to'lqin uzunligi kanalidan foydalanadi, ulardan biri uzatish uchun, ikkinchisi esa bitta tolali sim orqali trafikni qabul qilish uchun. Xuddi shu tarzda, bizning bo'linmagan magistralimizda bir yo'nalishda harakatlanadigan bitta kanal va qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadigan boshqa kanal bo'lgani kabi, ikki tomonlama transiver ham shunday ishlaydi. Odatda u 1310nm va 1550nm kanallardan foydalanadi, lekin uzoq masofalar uchun ikkita CWDM kanali ishlatiladi, odatda 1510nm va 1570nm.

Turli tolalar bo'yicha ma'lumotlarni uzatish va qabul qilish uchun ishlatiladigan tolalar juftligi.
Bitta tolali ma'lumotlarni uzatish va qabul qilish uchun ishlatiladigan ikki yo'nalishli qabul qiluvchilar.
CWDM/DWDM. Birgalikda xWDM qabul qiluvchilar deb ataladi, bular to'lqin uzunligini bo'linadigan multiplekslash (WDM) tizimida turli xil to'lqin uzunligi naqshlari - qo'pol va zich. Kulrang uzatgichlarda bo'lgani kabi, ular ikkita asosiy dasturga ega.
Birinchidan, ular xWDM to'lqin uzunligini qorong'i tola orqali tashish uchun to'g'ridan-to'g'ri ma'lumot o'tkazgichga ulanishi mumkin. Odatda, LC patch kabeli qabul qiluvchini multipleksorga ulaydi, shunda boshqa xWDM kanallari ham qorong'u tolali tarmoq orqali bir vaqtning o'zida yuborilishi mumkin. Ikkinchidan, ular transponderga asoslangan xWDM tizimidan chiqish (yoki chiziq) signali sifatida ishlaydi.
xWDM funksiyasiga ega qabul qiluvchilar

QSFP-28
DWDM (100GHz)			80km (20dB)
SFP+
CWDM	10km (10dB	40km (14dB)	70km (23dB)
DWDM (100GHz)		40km (14dB)	80km (23dB)
DWDM (50GHz)		40km (14dB)	80km (23dB)
DWDM (Full C-Band Tunable)			80km (22dB)
XFP
CWDM	10km (10dB)	40km (14dB)	70km (23dB)
DWDM (100GHz)		40km (14dB)	80km (24dB)
DWDM (50GHz)		40km (14dB)	80km (23dB)
DWDM (Full C-Band Tunable)		40km (14dB)	80km (22dB)
SFP
CWDM	10km (10dB)	40km (14dB)	70km (23dB)
DWDM (100GHz)		40km (14dB)	80km (23dB)
DWDM (50GHz)		40km (14dB)	80km (23dB)
DWDM (Full C-Band Tunable)			80km (22dB)

Texnik bo'lmagan shaxsga ushbu maqolani tushuntirish:

Optik qabul qiluvchi - bu kichik, ammo kuchli qurilma bo'lib, u ham ma'lumotlarni uzatishi, ham qabul qilishi mumkin. Optik tolada bu ma'lumotlar yorug'lik impulslari ko'rinishida optik tola orqali, juda yuqori tezlikda va uzoq masofalarga yuboriladi. Transceiver optik tolali tarmoqning muhim qismi bo'lib, elektr signallarini optik (yorug'lik) signallarga va optik signallarni elektr signallariga aylantirish uchun ishlatiladi. U signal yuborishi va qabul qilishi mumkin bo'lgan ma'lumotlar tarmog'idagi boshqa qurilmaga ulanishi yoki ichiga o'rnatilishi mumkin.
Optik qabul qiluvchilar shakl omillari deb ataladigan turli shakl va o'lchamlarda bo'ladi. Qaysi shakl omilidan foydalanish ma'lumotlar turiga, kerakli tezlik va masofaga bog'liq. Protokollar deb ataladigan turli qoidalar turli xil ma'lumotlarning qanday uzatilishini aniqlaydi.
Asosiy tarmoqlarda trafik yiliga bir necha o'n foizga oshib bormoqda va biz optik uzatish texnologiyasida uzoq muddatga ming barobar ko'p ma'lumot va optik tarmoq texnologiyasidagi innovatsiyalarni o'rtalarida uzatish imkonini beradigan innovatsiyalarni qidirmoqdamiz. mavjud optik tolaning potentsialidan maksimal darajada foydalanishga olib keladigan muddat [1].
1-rasm. Optik uzatish texnologiyasining evolyutsiyasi.
Optik uzatish texnologiyasi so‘nggi o‘ttiz yil ichida 1-rasmda ko‘rsatilganidek, uchta asosiy texnologik innovatsiyalar orqali jadal rivojlandi: elektr multipleksiyasiga asoslangan vaqtga bo‘linish multipleksatsiyasi (TDM) texnologiyasi, to‘lqin uzunligini bo‘linish multipleksatsiyasi (WDM) texnologiyasi bilan birlashtirilgan optik kuchaytirish texnologiyasi va. raqamli izchil texnologiya, hozirda tadqiqot va ishlanmalar olib borilmoqda. Transmissiya texnologiyasini tadqiq qilish har bir tolaning umumiy quvvati 100 Tbit/s ga yetgan bo'lsa-da va hali ham muvaffaqiyatga erishilayotgan bo'lsa-da, biz 1 Pbit/s dan ancha yuqoriroq quvvatlarga qanday erishish mumkinligini ko'rib chiqsak, biz optik tolani uzatish vositasi sifatida va TDM va WDM kabi mavjud multiplekslash texnologiyalari o'z chegaralariga duch kelmoqda. Shunga ko'ra, quyida ko'rsatilganidek, sig'imning 1000 baravardan tez o'sishiga erishish uchun bizga jismoniy chegaralarni engib o'tadigan innovatsion optik uzatish texnologiyasi kerak.
WDM-ga asoslangan joriy optik tarmoqlarda optik signallar ITU-T (Xalqaro elektraloqa ittifoqi, Telekommunikatsiyani standartlashtirish sektori) tomonidan standartlashtirilgan qattiq oraliqli (masalan, 50-GHz) chastotali tarmoqqa joylashtiriladi va bir xil modulyatsiya texnologiyasidan foydalanilgan. uzatish masofasidan qat'i nazar, bir xil bit tezligidagi optik signallar. Hozirgacha har bir tolaning yuqori sig'imlariga kanal oralig'ini saqlash yoki hatto toraytirish orqali har bir kanal uchun bit tezligini oshirish orqali spektral samaradorlikni (SE) oshirish orqali erishildi. An'anaviy optik tolalarning sig'im chegarasiga yaqinlashish haqidagi yuqorida aytib o'tilgan tashvish so'nggi paytlarda elastik optik yo'l tarmoqlarini [1]-[3] o'rganish bo'yicha kuchli sa'y-harakatlarni keltirib chiqardi, bu erda kerakli minimal spektral resurslar ma'lumotlar hajmiga va optik yo'lga moslashtirilgan tarzda taqsimlanadi. tarmoq darajasida SEni yaxshilash uchun yo'l uzunligi.
NTT ilmiy-tadqiqot ishlarining uzoq muddatli tashabbusi sifatida optik uzatish texnologiyasi 2-bo'limda va o'rta muddatli tashabbus sifatida elastik optik yo'l tarmog'i texnologiyasi 3-bo'limda kiritilgan.
2. Optik uzatish texnologiyasi tashabbusi
Mavjud optik uzatish texnologiyasiga duch keladigan birinchi cheklovchi omil optik tolali signalning kirish quvvatidir. Optik tolali optik signalni diametri taxminan 10 mikron bo'lgan kichik yadro orqali uzatadi. Agar signalning optik quvvati ma'lum darajadan oshsa va yadro harorati birdaniga biron sababga ko'ra ko'tarilsa, yadro erib ketadi va tolali sug'urta deb ataladigan termal yo'q bo'lib ketadi va yorug'lik manbasiga qarab tarqaladi [2], [4]. Joriy optik tolalarda tolali sug'urta uzatish chegarasi quvvati 1,2-1,4 Vt ni tashkil qiladi, ammo biz kelajakda uzatish quvvati oshgani sayin signal kuchi ushbu chegaraga yaqinlashadi deb taxmin qilamiz. Oxirgi optik uzatish tajribalari asosida tolaga sig'im mahsuloti va masofa (Pbit/s・km) va optik tola uchun umumiy kirish signali kuchi o'rtasidagi bog'liqlik 2-rasmda ko'rsatilgan, bu erda qattiq qizil chiziq 10 mVt/(Pbit/s ? km) ga to‘g‘ri keladi. Umumiy kirish quvvati asta-sekin yuqorida aytib o'tilgan tolali sug'urta uzatish chegarasi qiymatiga yaqinlashadi. Masalan, 1000 km (1000 Pbit/s・km) masofada 1 Pbit/s ga erishish uchun bir necha vatt optik signal quvvati talab qilinadi. Shunga ko'ra, biz tolali sug'urtani yengish va sig'imni kengaytirish imkonini beradigan yuqori quvvatga bardosh bera oladigan optik tolani ishlab chiqishimiz kerak [5].
2-rasm. Yaqinda o'tkazilgan optik uzatish tajribalarida sig'im-masofa mahsuloti optik tolali kirish quvvatiga nisbatan.
Ikkinchi cheklovchi omil - bu optik toladagi chiziqli bo'lmagan optik effekt tufayli signalning buzilishi, bunda optik signal fazasi va chastotasi signal intensivligiga qarab modulyatsiya qilinadi. Agar aloqa imkoniyatlarini oshirish uchun signal quvvati oshirilsa, ushbu effektlar natijasida WDM signalining o'zaro bog'lanishi hosil bo'ladi va signalni uzoq masofaga uzatib bo'lmaydi. Shu sababli, biz chiziqli bo'lmagan optik effektni bostiradigan optik tolani ishlab chiqishimiz kerak.
Uchinchi cheklovchi omil - SE. Ruxsat etilgan signal-shovqin nisbati (SNR) uchun SE chegarasi (o'tkazuvchanlik birligi uchun aloqa sig'imi) nazariy jihatdan Shennon chegarasi*1 tomonidan berilgan va yuqorida aytib o'tilgan chiziqli bo'lmagan optik effektga qarab, tolaning sig'imi yanada cheklangan. Ruxsat etilgan kirish quvvati uchun SEni yaxshilash uchun bizga kosmik bo'linish multipleksatsiyasi kabi yangi multiplekslash texnologiyalari kerak.
*1 Shannon chegarasi: Ma'lumot uzatish tezligini oshirib bo'lmaydigan uzatish hajmi chegarasi. U aloqa kanalining SNR va chastota o'tkazuvchanligi bilan belgilanadi.
To'rtinchi cheklovchi omil - optik takrorlagichlar uchun optik kuchaytirish tarmoqli kengligi. Chiziqli takrorlagichlarda qo'llaniladigan 1,5 mkm diapazonli erbiy qo'shilgan tolali kuchaytirgich uchun tarmoqli kengligi hozirda har bir diapazon uchun taxminan 30-40 nm (L yoki C diapazoni) ni tashkil qiladi, shuning uchun aloqa sig'imini oshirish uchun biz kuchaytirish uchun yangi to'lqin uzunligi diapazonlarini ishlab chiqishimiz kerak. . Yuqorida aytib o'tilgan muammolarni hal qilish uchun biz yangi uzatish vositalarini, shuningdek, yangi multiplekslash texnologiyalarini tadqiq qilishimiz va ishlab chiqishimiz kerak.
2.1 Yangi uzatuvchi tolalar
Uzatish imkoniyatlarini kengaytirish uchun biz mukammal quvvatga chidamlilik xususiyatlariga ega va chiziqli bo'lmagan optik effektni bostiradigan yangi optik tola ustida tadqiqot boshladik. Yaxshi quvvat bardoshliligi uchun fotonik kristalli tola va teshikli tolalar kabi yangi tuzilmalar hozirda o'rganilmoqda [2], [6]. Bundan tashqari, biz umumiy uzatish quvvatini (sig'imiyatini) oshirish uchun yadro boshiga quvvat zichligi nazorat qilinadigan ko'p yadroli tolani va signallar katta diametrli yadroda alohida fazoviy rejimlarda uzatiladigan multimodli tolani [7] tadqiq qilishni boshladik. imkoniyatlarini kengaytirish.
2.2 Multiplekslashning yangi texnologiyalari
NTT ushbu yangi optik tolalarda kosmik bo'linish multipleksatsiyasi (SDM) va rejimga bo'linish multipleksatsiyasi (MDM) kabi yangi multiplekslash texnologiyalaridan foydalanishni tekshirishni boshladi. SDM va MDM sxematik tarzda 3-rasmda ko'rsatilgan. MDM texnologiyasining o'zi 1980-yillarda qisqa masofaga uzatishda taklif qilingan; so'nggi yillarda ko'p kirishli ko'p chiqishli (MIMO) ishlov berish (2 × 2 dan 3 × 3 gacha) yordamida tekshirish tajribalari haqida xabar berilgan. Quvvat tolerantligini oshirish va chiziqli bo'lmaganlikni bostirish uchun yangi uzatish tolalari bilan bir qatorda SDM va MDM orqali optik kuchaytirish tarmoqli kengligi kengayishi bilan biz kelajakda uzatish quvvatini uch kattalikdan ko'proq oshirish yo'llarini o'rganmoqdamiz.

3-rasm. Yangi uzatish tolalari va multiplekslash texnologiyalari.
3. Optik tarmoq texnologiyasi tashabbusi
3.1 Elastik optik yo'l tarmog'i
Elastik optik yo'l tarmog'i kontseptsiyasining mohiyati optik yo'lga adaptiv spektrni ajratishdir. Elastik optik yo'l tarmog'ining afzalliklaridan biri to'liq foydalanilmagan spektral resurslardan foydalanish orqali erishilgan spektral tejashdir. Bu tarmoq sig'imining oshishiga olib keladi. To'liq foydalanilmagan spektral resurslardan foydalanish imkoniyatlari 4-rasmda ko'rsatilgan. Keling, aralash tezlikli transportni tashish misolini ko'rib chiqaylik. Birinchidan, to'lqin uzunligining butun hajmini to'ldirmaydigan mijoz trafigida elastik optik yo'l tarmog'i 200 Gbit/s kabi mos o'lchamdagi oraliq tarmoqli kengligini ta'minlaydi. Bu foydalanilmagan mijoz tarmoqli kengligini foydalanish uchun mavjud qiladi. Ikkinchidan, SNR degradatsiyasi kamroq bo'lgan qisqaroq optik yo'llar uchun biz 16QAM (16-holatli kvadrat amplitudali modulyatsiya) kabi spektral jihatdan samaraliroq modulyatsiya formatidan foydalanamiz. Biz qisqaroq optik yo'llar uchun ortiqcha uzatish chegarasidan foydalanamiz. Nihoyat, elastik kanal oralig'i bilan birgalikda, kanallar o'rtasida kerakli minimal himoya chizig'i tayinlangan bo'lsa, biz ortiqcha kanal oralig'idan foydalanishimiz mumkin. Shunday qilib, elastik optik yo'l tarmoqlari juda ko'p spektrli samarali tarzda trafikning keng doirasini joylashtiradi.

4-rasm. Foydalanuvchi trafigining hajmi va uzatish masofasidan kelib chiqqan holda elastik optik tarmoq uchun adaptiv optik chastota resursini belgilash.
Kengaytirilgan tarmoq mavjudligi elastik optik yo'l tarmog'ining yana bir muhim afzalligi hisoblanadi. Jiddiy keng tarqalgan ofat paytida yuz berishi mumkin bo'lgan bir nechta nosozliklarni hisobga olsak, tarmoqli tarmoq topologiyasi tufayli omon qolgan aylanma yo'llar bo'lishi mumkin. Biroq, bunday aylanma marshrutlar dastlabki ma'lumotlar tezligini tashish uchun etarli spektral resurslarni qo'llab-quvvatlamasligi mumkin va/yoki aylanma marshrutning uzunligi asl optik signalning optik ulanishidan oshib ketishi mumkin. Moslashuvchan spektral taqsimotning o'ziga xos xususiyatlari va elastik optik tarmoqning tarmoqli kengligi/modulyatsiya-formatini optimallashtirish tarmoqli kengligi hisobiga yuqori ustuvor trafik uchun minimal ulanishni kafolatlaydi.
3.2 Uskuna texnologiyasini yoqish
Rivojlanayotgan ilg'or modulyatsiya texnologiyasi va tarmoqli kengligi o'zgaruvchan to'lqin uzunligi selektiv kaliti (WSS) * 2 elastik optik yo'l tarmoqlari uchun ikkita asosiy vositadir [8] [9]. Optik ortogonal chastotali bo'linish multipleksatsiyasi (OFDM) * 3 yoki Nyquist-WDM * 4 asosidagi ko'p darajali modulyatsiya va zich joylashgan ko'p tashuvchili modulyatsiyadan foydalanib, biz optik signal uchun uchta parametrning optimal kombinatsiyasini tanlashimiz mumkin, ya'ni. Belgilangan spektr resurslarini minimallashtirgan holda kerakli optik ta'sirga*5 (5(a)-rasm) va/yoki uzatish sig'imiga (5(b)-rasm) erishish uchun ramz tezligi, har bir belgi uchun bitlar soni va pastki tashuvchilar soni . Tarmoqli kengligi o'zgaruvchan WSS doimiy sozlanishi va o'zgaruvchan uzluksiz uzatish spektrini ta'minlovchi 1 × N kalit yoki filtrdir. Silikondagi suyuq kristall (LCoS) yoki raqamli nurni qayta ishlash (DLP) texnologiyalariga asoslangan tarmoqli kengligi o'zgaruvchan WSS-lardan foydalanadigan moslashuvchan tarmoqli kengligi qayta sozlanadigan optik qo'shimcha tushirish multipleksorlari (ROADM) va to'lqin uzunligi o'zaro bog'liqliklari (WXC) ixtiyoriy spektrga ega kanallarni yo'naltirishga imkon beradi. kengliklarni o'zboshimchalik bilan chiqish portlariga (5-rasm (c)).

5-rasm. Elastik optik tarmoq uchun apparat texnologiyalari.
*2 WSS: Bitta kirish va N chiqishga ega optik kalit. U to'lqin uzunligini multiplekslash/demultiplekslash funktsiyalarini va kommutatsiya funktsiyalarini ta'minlaydi. Kirish to'lqin uzunligi multiplekslangan signalidagi o'zboshimchalik bilan birlashtirilgan to'lqin uzunliklarini ixtiyoriy chiqishlarga bo'lish mumkin.
*3 OFDM: chastota oralig'i uzatish tezligiga teng bo'lgan bir nechta ortogonal pastki tashuvchi signallardan iborat raqamli modulyatsiya sxemasi.
*4 Nyquist WDM: uzatish tezligiga ideal darajada teng tarmoqli kengligi bilan deyarli to'rtburchaklar spektrga ega bo'lgan optik impulslarning to'lqin uzunligiga bo'linish multipleksatsiyasi.
*5 Optik masofa: optik-elektrik-optik regeneratsiyasiz uzatiladigan masofa.
3.3 Boshqaruv va nazorat qilish texnologiyasi
Kerakli optik spektr resurslari optik yo'llarga moslashtirilgan tarzda ajratilgan elastik optik yo'l tarmog'iga erishish uchun bizga hozirgi ITU-T standartlashtirilgan chastotalar tarmog'ini kengaytiradigan yangi spektral manba belgilari sxemasi kerak (6-rasm (a)). Istiqbolli yondashuvlardan biri 6(b)-rasmda ko'rsatilganidek, chastota sloti tushunchasini joriy etishdir. Misol uchun, joriy chastotalar tarmog'ini minimal kanal oralig'i bilan o'zaro bog'lashda 12,5 gigagertsli kenglikdagi chastota uyasi nomzod sifatida ko'rib chiqiladi. Optik yo'lga ketma-ket bir nechta slotlarni ajratish orqali biz kerakli spektral resurslarni belgilashimiz mumkin [10] (6-rasm (v)).
An'anaviy shaffof optik tarmoqlarda optik yo'llar uchun marshrutlarni hisoblash muammosi marshrut bo'ylab bo'ylama yo'nalishda to'lqin uzunligining uzluksizligi cheklovi bilan marshrutlash va to'lqin uzunligini belgilash (RWA) muammosi deb ataladi. Elastik optik yo'l tarmoqlarida adaptiv spektral taqsimot bo'ylama yo'nalishda va chastota o'qida spektr uzluksizligi uchun yanada jiddiy cheklovlarni keltirib chiqaradi. Biz buni marshrutlash va spektrni tayinlash (RSA) muammosi deb ataymiz. Agar chastota uyasi kontseptsiyasi kiritilsa, u holda RSA muammosi marshrut bo'ylab kerakli miqdordagi ketma-ket slotlarni kafolatlagan holda mos marshrutni hisoblash orqali hal qilinishi mumkin bo'lgan muammoga olib keladi [8].

6-rasm. Moslashuvchan optik spektral resurslarni taqsimlash asosida optik chastota uyasining joriy etilishi.
4. Xulosa
Ushbu maqolada biz kelajakdagi optik tarmoqni qo'llab-quvvatlash uchun ikkita texnologiyani taqdim etdik: innovatsion optik uzatish texnologiyasi va elastik optik tarmoq texnologiyasi. NTT uzoq muddatli tashabbus sifatida innovatsion optik uzatish texnologiyasi, ya'ni yangi quvvatga chidamli va chiziqli bo'lmagan tolerantlikda qo'llaniladigan SDM va MDM kabi yangi multiplekslash texnologiyalari bo'yicha tadqiqotlarni jadallashtirish orqali uzatish sig'imini uch darajaga ko'proq kengaytirishni o'rganmoqda. kengaytirilgan uzatish vositasi.
Bundan tashqari, o'rta muddatli tashabbus sifatida optik qatlamga elastik va moslashuvchan boshqaruv kontseptsiyasini joriy etish SEdan samarali foydalanishga imkon beradi va biz elastik optik tarmoq texnologiyasini tadqiq qilishni rivojlantirmoqdamiz. Turli xil afzalliklarni va'da qilgan holda, elastik optik yo'l tarmog'i kontseptsiyasi operatsion va uskunalar darajasida iqtisodiy jihatdan samarali echimlarga erishishda yangi muammolarni keltirib chiqaradi. Biz bunday qiyinchiliklarni engib o'tishini va elastik optik yo'l tarmoq texnologiyasi kelajakdagi Internet va xizmatlar uchun yanada samarali va yuqori darajada mavjud optik tarmoq infratuzilmasini ta'minlashini kutamiz.
Raqamli trafikning portlashi va o'tkazish qobiliyatini talab qiladigan dasturlarning tobora o'sib borishi bilan Optik transport tarmog'i (OTN) nuqtadan nuqtaga DWDM vositalaridan keng ko'lamli mijoz signallariga javob beradigan kengaytiriladigan va mustahkam optik tarmoq ilovalariga aylanadi. teng xilma-xil xizmat talablari. Tashuvchilar, shuningdek, Metro hududida OTN-ga alohida e'tibor qaratmoqda, u erda u SONET/SDH dan to'lqin uzunligi bo'linish multipleksatsiyasiga (WDM) tezlik bilan o'tkaziladi. O'tkazish qobiliyatini oshirish va tarmoq funksionalligini oshirish maqsadida OTN SONET/SDH tarmoqlaridan foydalanishdan ko'ra har xil trafik turlarini tejamkorroq tarzda qo'llab-quvvatlash usulini taqdim etadi.
XEI Telekommunikatsiya standartlashtirish sektori (ITU-T) tomonidan belgilangan OTN raqamli oʻrash texnologiyasi boʻlib, turli xizmatlarni optik yorugʻlik yoʻllariga koʻpaytirishning samarali va global miqyosda qabul qilingan usulini taʼminlaydi. OTN texnologiyasi yoki raqamli o'rash texnologiyasi WDM uskunasiga SONET/SDH-ga o'xshash xususiyatlarni qo'shadigan tarmoq bo'ylab asosni ta'minlaydi. U WDM va TDM qurilmalarida foydalanish uchun mo'ljallangan shaffof, ierarxik tarmoqni yaratadi. (WDM va TDM tizimi haqida ko'proq ma'lumot Optik to'lqin uzunligi diapazonlari evolyutsiyasida mavjud.)
OTN transport, multiplekslash, marshrutlash, boshqarish, nazorat qilish funktsiyalarini birlashtiradi va Metro va Core tarmoqlarida OTN mijozi (masalan, SONET/SDH, IP, ATM) ulanishlarini quradi. Hozirgi kunda u metro, mintaqaviy va uzoq masofali DWDM paketli-optik transport tarmoqlarida keng qo'llanilmoqda.

OTN tarmog'ining beshta asosiy afzalliklari
OTN tarmog'i optik uzatish va elektr ishlov berishning afzalliklarini birlashtirib, oxirigacha, shaffof quvur ulanishlarini, yuqori spektral samaradorlikni va uzoq masofali uzatish uchun katta hajmli uzatish imkoniyatlarini ta'minlaydi. OTN tarmog'ining asosiy afzalliklari quyida keltirilgan.
Standart ierarxiya - OTN standartlari standart multiplekslash ierarxiyasini o'z ichiga oladi, bu past tezlikli signallarning yuqori tezlikli yuklarga qanday ko'tarilishini aniq belgilaydi. Bu WDM platformasiga tashqi toʻlqin uzunligini demultiplekslash va qoʻlda oʻzaro ulanishlarsiz 10Gbps, 40Gbps yoki 100Gbps toʻlqin uzunliklarida pastroq tezlikdagi xizmatlarni almashtirish imkonini beradi.
Transport imkoniyatlarini kengaytirish - OTN tarmoqlari asosiy ofislararo, metropolitenlararo ofislar va keng polosali biznesga kirish tarmoqlari uchun asosiy yuqori sig'imli infratuzilmani ta'minlaydi. Tashuvchilar OTNni eng kam miqdordagi infratuzilmada eng ko'p xizmatlarni qo'llab-quvvatlash uchun o'rnatadilar.
Xarajatlarni qisqartirish - bitta to'lqin uzunligida bir nechta mijozlar tashilishi va ularning o'ziga xos talablari saqlanib qolishi bilan OTN tarmog'i transportning umumiy narxini pasaytiradi va tarmoqli kengligidan samarali foydalanishni ta'minlaydi.
Transport moslashuvchanligi - tarmoq operatorlari hozirgi transport talablarini qo'llab-quvvatlash uchun zarur bo'lgan texnologiyalardan foydalanishi mumkin, shu bilan birga biznes ehtiyojlariga ko'ra kelajakda yangi texnologiyalarni o'zlashtirishga imkon beradi. U osonlikcha qo'ng'iroq tarmoqlari, uchdan oxirigacha va tarmoqlarni tarmoqqa o'tkazishi mumkin.
Vaqtning shaffofligi - Vaqtning shaffofligi uchinchi tomon provayderlari uchun ulgurji xizmatlarni taklif qilishda muhim ahamiyatga ega. OTN ning shaffofligi tarmoqlarga istalgan xizmatni, jumladan Ethernet, xotira, raqamli video, shuningdek, SONET/SDHni mijozning vaqtini belgilashga xalaqit bermasdan olib borish imkonini beradi.
Optik transport tarmog'i yechimlari
WDM MUX/DEMUX, Optical Add/Drop multiplexer (OADM), EDFA, WDM transponder/muxponder, optik chiziq himoyasi (OLP) kartasi, o'zgaruvchan optik zaiflashtiruvchi (VOA) va boshqalar OTN tarmoqlarida qo'llaniladigan mahsulotlardir. Har bir alohida tarmoq vazifasining turli tarmoq talablari uchun OTN tarmog'ida o'rnatilgan uskunalar har xil bo'lishi mumkin. Quyida OTN-ga asoslangan ba'zi keng tarqalgan mahsulotlar va ularning funktsiyalari ro'yxati keltirilgan.

Element funktsiyasi

WDM MUX/DEMUX Yuqori samarali signal bo'linishi va multipleksni ta'minlang
OADM Tanlangan to'lqin uzunliklarini bir yoki bir nechta kanalga qo'shing/tashlang
EDFA Uzoq masofalarda quvvat byudjetini kengaytiring
WDM Transponder/Muxponder elektr va optik signallarni konvertatsiya qilish va to'lqin uzunligini konvertatsiya qilish/multiplekslashning qo'shimcha funksionalligi kabi funktsiyalarni ta'minlaydi
OLP Optik quvvatni kuzatish va avtomatik almashtirish uchun Optik chiziq himoyasi
VOA Optik quvvatni boshqarish uchun o'zgaruvchan optik zaiflashtiruvchi
OTN tarmog'ini o'rnatishdan oldin bilishingiz kerak bo'lgan narsalar
Agar siz OTN tarmog'ini o'zingiz o'rnatmoqchi bo'lsangiz yoki yechim yetkazib beruvchilardan moslashtirilgan OTN yechimini olmoqchi bo'lsangiz, oldindan bilishingiz kerak bo'lgan ba'zi tafsilotlar va talablar mavjud.
Sizda nechta oraliq bor va ularning har biri orasida qancha masofa bor?
Sizning tarmog'ingiz tashish masofasi OTN tizimida zarur bo'lgan asosiy uskunani aniqlaydi. Xususan, har bir oraliq orasidagi uzatish masofasi optik tolali aloqada kompensatsiya qilish uchun Dispersiyani qoplash moduli (DCM) kerak yoki yo'qligini ko'rsatadi.
Sizning tolangiz turi va havola yo'qolishi qanday (odatda 0,25 dB/KM)?
Yechim yetkazib beruvchilar tomonidan taklif etilayotgan OTN yechimlari ham ikkita, ham bitta tolali turga moslashtirilishi mumkin. Va havolani yo'qotish eng mos optik qabul qiluvchilarni va EDFA kuchaytirgichlari kabi ba'zi faol komponentlarni joylashtirish uchun zarurdir.
Har bir oraliq oralig'ida ma'lumot uzatish tezligi qancha? Va qancha biznesni uzatishni rejalashtiryapsiz?
Tarmog‘ingizdagi har bir interval uchun ma’lumotlar tezligi va sig‘imini aniq ko‘rsatish joriy OTN infratuzilmangiz uchun eng amaliy MUX yoki OADM turlarini tanlashga yordam beradi. Va siz joylashtirishingiz kerak bo'lgan korxonalar sonini yaxshi sotib olish kelajakda tarmoqni kengaytirish uchun yo'l ochishi mumkin.
Xulosa
Umuman olganda, OTN texnologiyasi SONET/SDH orqali optik tarmoqlarda texnik sakrashni ham, tashuvchilar va xizmat ko'rsatuvchi provayderlar uchun ham biznes imkoniyatini ifodalaydi. OTN tarmoqlari tashuvchilarga misli ko'rilmagan arxitektura moslashuvchanligi, mijoz-protokol mustaqilligi va xizmatlarning farqlanishini taklif qilish orqali ma'lumotlar/transport konvergentsiyasi davrida transport infratuzilmasidan to'liq foydalanishi mumkin. OTN tarmog'i yoshi yetdi va trafik talabi ortib borishi bilan, albatta, rivojlanishda davom etadi.
Ta'rif: Ma'lumotlarni uzatish: Biz klaviatura orqali kompyuterga ma'lumotlarni kiritganimizda, har bir kalitli element klaviatura ichidagi elektronika tomonidan ma'lumot almashish uchun ishlatiladigan standart kodlash sxemalaridan biri yordamida ekvivalent ikkilik kodlangan naqshga kodlanadi. Klaviaturaning barcha belgilarini ifodalash uchun 7 yoki 8 bit o'lchamdagi noyob naqsh ishlatiladi. 7 bitdan foydalanish 128 xil elementni, 8 bit esa 256 elementni ifodalash mumkinligini anglatadi. Shunga o'xshash protsedura qabul qiluvchida amalga oshiriladi, u har bir qabul qilingan ikkilik naqshni mos keladigan belgiga dekodlaydi.
Ushbu funktsiya uchun qabul qilingan eng keng tarqalgan kodlar kengaytirilgan ikkilik kodli o'nlik (EBCDIC) va ma'lumot almashish kodlari uchun Amerika standart kodi (ASCII). Ikkala kodlash sxemasi ham barcha oddiy alifbo, son va tinish belgilariga javob beradi, ular birgalikda bosib chiqariladigan belgilar deb ataladi va bosib chiqarish mumkin bo'lmagan belgilar deb nomlanuvchi qo'shimcha boshqaruv belgilar qatori.
Ma'lumot uzatish deganda ikki yoki undan ortiq raqamli qurilmalar o'rtasida bitlar ko'rinishidagi ma'lumotlarning harakatlanishi tushuniladi.
Ma'lumotlar uzatishning ma'lum bir shakllari (masalan, koaksial kabel, optik tolali va boshqalar) orqali amalga oshiriladi.
Ma'lumotlarni uzatish turlari

Parallel uzatish
Ta'rif: Hisoblash yoki aloqa qurilmasi ichida turli bo'linmalar orasidagi masofalar juda qisqa. Shunday qilib, har bir bit ma'lumotni o'tkazish uchun alohida simdan foydalangan holda ma'lumotlarni subbirliklar o'rtasida uzatish odatiy amaliyotdir. Har bir kichik blokni birlashtiruvchi bir nechta simlar mavjud va ma'lumotlar parallel uzatish rejimi yordamida almashinadi. Ushbu ish tartibi har bir so'zni uzatishda minimal kechikishlarga olib keladi.
• Parallel uzatishda ma'lumotlarning barcha bitlari bir vaqtning o'zida alohida aloqa liniyalarida uzatiladi.
• n ta bitni uzatish uchun n ta sim yoki chiziqdan foydalaniladi. Shunday qilib, har bir bit o'z chizig'iga ega.
• Bir guruhning barcha n bitlari har bir taktli impuls bilan bir qurilmadan ikkinchisiga uzatiladi, ya'ni har bir takt impulsi bilan bir nechta bit yuboriladi.
• Parallel uzatish qisqa masofali aloqa uchun ishlatiladi.
• Anjirda ko'rsatilganidek, jo'natuvchidan qabul qiluvchiga 8 bitli ma'lumotlarni uzatish uchun sakkizta alohida sim ishlatiladi.

Parallel uzatishning afzalligi
Bu ma'lumotlarni uzatishning tezkor usuli, chunki bir vaqtning o'zida bir soat pulsi bilan bir nechta bit uzatiladi.
Parallel uzatishning kamchiliklari
Bu ma'lumotlarni uzatishning qimmat usuli hisoblanadi, chunki u bir vaqtning o'zida n ta bitni uzatish uchun n ta chiziqni talab qiladi.
Seriyali uzatish
Ta'rif: Ikki jismonan alohida qurilmalar o'rtasida ma'lumotlarni uzatishda, ayniqsa, ajratish bir necha kilometrdan ortiq bo'lsa, xarajat sabablariga ko'ra, bitta juft chiziqdan foydalanish yanada tejamkor bo'ladi. Ma'lumotlar har bir bit uchun belgilangan vaqt oralig'idan foydalangan holda bir vaqtning o'zida bitta bit sifatida uzatiladi. Ushbu uzatish usuli bit-seriyali uzatish deb nomlanadi.
• Ketma-ket uzatishda ma'lumotlarning turli bitlari ketma-ket uzatiladi.
• Ma'lumotni jo'natuvchidan qabul qiluvchiga uzatish uchun n liniya emas, faqat bitta aloqa liniyasi kerak bo'ladi.
• Shunday qilib, ma'lumotlarning barcha bitlari ketma-ket tarzda bir qatorda uzatiladi.
• Seriyali uzatishda har bir soat pulsi bilan faqat bitta bit yuboriladi.
• Shaklda ko'rsatilganidek, 11001010 8 bitli ma'lumot manbadan manzilga yuborilishi kerak. Keyin eng kam ahamiyatli bit (LSB) i,e. Avval 0, keyin boshqa bitlar uzatiladi. Eng muhim bit (MSB), ya'ni 1 oxirida bitta aloqa liniyasi orqali uzatiladi.
• Kompyuterning ichki sxemasi ma'lumotlarni parallel ravishda uzatadi. Shunday qilib, ushbu parallel ma'lumotlarni ketma-ket ma'lumotlarga o'zgartirish uchun konvertatsiya qurilmalari qo'llaniladi.
• Ushbu konvertatsiya qurilmalari parallel ma'lumotlarni jo'natuvchi tomonida ketma-ket ma'lumotlarga aylantiradi, shunda ular bitta chiziq orqali uzatilishi mumkin.
• Qabul qiluvchi tomonda olingan ketma-ket ma'lumotlar kompyuterning intervalli sxemasi uni qabul qilishi uchun yana parallel shaklga aylantiriladi.

• Shaharlararo aloqa uchun ketma-ket uzatishdan foydalaniladi.
Seriyali uzatishning afzalligi
Yagona aloqa liniyasidan foydalanish parallel uzatishga nisbatan elektr uzatish liniyasining narxini n marta kamaytiradi.
Seriyali uzatishning kamchiliklari
1. Manba va maqsad oxirida konversiya qurilmalaridan foydalanish umumiy uzatish narxining oshishiga olib kelishi mumkin.
2. Bu usul parallel uzatishga nisbatan sekinroq, chunki bitlar ketma-ket uzatiladi.
Seriyali uzatish turlari
Ketma-ket uzatishning ikki turi mavjud - sinxron va asinxron, ikkala uzatma ham "Bit sinxronizatsiya" dan foydalanadi.
Bit sinxronizatsiyasi ma'lumotlarni uzatishning boshlanishi va tugashini aniqlash uchun zarur bo'lgan funktsiyadir.
Bit sinxronizatsiyasi qabul qiluvchi kompyuterga ma'lumotlar uzatish paytida qachon boshlanishi va tugashini bilishga yordam beradi. Shuning uchun bit sinxronizatsiyasi vaqtni boshqarishni ta'minlaydi.
Asinxron uzatish
• Asinxron uzatish bir vaqtning o'zida faqat bitta belgi yuboradi, bunda belgi alifbo harfi yoki raqam yoki boshqaruv belgisi bo'ladi, ya'ni u bir vaqtning o'zida bir bayt ma'lumot yuboradi.
• Ikki qurilma o'rtasida bit sinxronlash start bit va stop bit yordamida amalga oshiriladi.
• Start bit ma'lumotlarning boshlanishini bildiradi, ya'ni qabul qiluvchini yangi bitlar guruhi kelishi haqida ogohlantiradi. Boshlash biti odatda har bir baytning boshiga 0 qo'shiladi.
• To‘xtash biti ma’lumotlarning tugashini bildiradi, ya’ni qabul qiluvchiga bayt tugaganligi haqida xabar berish uchun bayt oxiriga bir yoki bir nechta qo‘shimcha bitlar qo‘shiladi. Bu bitlar, odatda 1 lar to'xtash bitlari deb ataladi.

• Start va stop qo'shilishi ma'lumotlar bitlari sonini oshiradi. Shunday qilib, asinxron uzatishda ko'proq tarmoqli kengligi sarflanadi.
• Turli ma'lumotlar baytlarini uzatish o'rtasida bo'sh vaqt mavjud. Bu bo'sh vaqt Gap deb ham ataladi
• Bo'shliq yoki bo'sh vaqt oralig'i turlicha bo'lishi mumkin. Ushbu mexanizm asinxron deb ataladi, chunki bayt darajasida jo'natuvchi va qabul qiluvchi sinxronlashtirilishi shart emas. Lekin har bir bayt ichida qabul qiluvchi kiruvchi bit oqimi bilan sinxronlashtirilishi kerak.
Asinxron uzatishni qo'llash
1. Asinxron uzatish klaviatura tipidagi terminallar va qog'ozli lenta qurilmalari uchun juda mos keladi. Ushbu usulning afzalligi shundaki, u terminalda yoki kompyuterda mahalliy xotirani talab qilmaydi, chunki uzatish har bir xarakterga ega.
2. Asinxron uzatish ma'lumotlar qisqa vaqt ichida uzatiladigan Internet-trafik uchun eng mos keladi. Ushbu turdagi uzatish modemlar tomonidan qo'llaniladi.
Asinxron uzatishning afzalliklari
1. Ma'lumotlarni uzatishning bu usuli sinxronlash bilan solishtirganda arzonroq, masalan. Agar chiziqlar qisqa bo'lsa, asenkron uzatish yaxshiroqdir, chunki liniya narxi past bo'ladi va bo'sh vaqt qimmat bo'lmaydi.
2. Ushbu yondashuvda har bir individual xarakter o'z-o'zidan to'liqdir, shuning uchun uzatish paytida xarakter buzilgan bo'lsa, uning davomchisi va oldingi xarakteriga ta'sir qilmaydi.
3. Turli xil bit tezligiga ega bo'lgan manbalardan signallarni uzatish mumkin.
4. Uzatiladigan ma'lumotlar bayti mavjud bo'lishi bilanoq uzatish boshlanishi mumkin.
5. Bundan tashqari, ma'lumotlarni uzatishning ushbu usulini amalga oshirish oson.
Asinxron uzatishning kamchiliklari
1. Bu usul qo'shimcha bitlarning ortiqcha yuklanishi va bit oqimiga bo'shliqlar kiritilishi tufayli sinxron uzatishga qaraganda kamroq samarali va sekinroq.
2. Muvaffaqiyatli uzatish muqarrar ravishda boshlang'ich bitlarning tan olinishiga bog'liq. Ushbu bitlar o'tkazib yuborilishi yoki buzilishi mumkin.
Sinxron uzatish
• Sinxron uzatishda start va stop bitlardan foydalanilmaydi.
• Bu usulda bit oqimi bir nechta baytni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan uzunroq kadrlarga birlashtiriladi.
• Ma'lumotlar oqimidagi turli baytlar orasida bo'shliq yo'q.

• Boshlash va to'xtatish bitlari bo'lmaganda, jo'natuvchi va qabul qiluvchi o'rtasida har bir bitning uzatilishini "vaqt belgilash" orqali bit sinxronizatsiyasi o'rnatiladi.
• Har xil baytlar havolada hech qanday bo'shliqsiz joylashtirilganligi sababli, asl ma'lumotni qayta tiklash uchun bit oqimini baytlarga ajratish qabul qiluvchining javobgarligidir.
• Ma'lumotni xatosiz qabul qilish uchun qabul qiluvchi va jo'natuvchi bir xil soat chastotasida ishlaydi.
Sinxron uzatishni qo'llash
• Kompyuterlar o'rtasida yuqori tezlikdagi aloqa uchun sinxron uzatish qo'llaniladi.
Sinxron uzatishning afzalligi
1. Bu usul asinxron bilan solishtirganda tezroq, chunki qo'shimcha bitlar (boshlash va to'xtash bitlari) yo'q, shuningdek, alohida ma'lumotlar baytlari orasida bo'shliq yo'q.
Sinxron uzatishning kamchiliklari
1. Asinxron usul bilan solishtirganda qimmat. Bloklarni yig'ish uchun chiziqning ikki uchida mahalliy bufer saqlashni talab qiladi, shuningdek, ikkala uchida ham aniq sinxronlangan soatlarni talab qiladi. Bu xarajatlarning oshishiga olib keladi.
2. Yuboruvchi va qabul qiluvchi bir xil takt chastotasida ishlashi kerak. Bu tizimni murakkablashtiradigan to'g'ri sinxronizatsiyani talab qiladi.
Seriya va Parallel uzatish o'rtasidagi taqqoslash

Asinxron va sinxron o'rtasidagi taqqoslash.

Abstrakt
Ma'lumotlarni uzatish uchun optik aloqa (OC) 30 yildan ko'proq vaqt oldin joriy qilingan. U ikkita asosiy texnologiyani qo'llaydi, fizik simdan foydalangan holda optik tolali va Free Space Optical (FSO) simsiz uzatish. Optik tolalar yillar davomida masofa, tarmoqli kengligi, tezlik, ishonchlilik va undan foydalanishga hissa qo'shadigan boshqa yaxshilanishlar bo'yicha yaxshi rivojlangan. FSO uzatishdagi so'nggi o'zgarishlar uni barcha parametrlar bo'yicha RF simsiz uzatishga nisbatan asosiy oqim va yaxshiroq alternativa qildi. Ushbu bobda biz OC sohasidagi yutuqlarga e'tibor qaratamiz, ular nafaqat joriy usullar va texnologiyalarning kengaytmasi sifatida emas, balki himoyalangan optik ma'lumotlarni uzatishning yangi usullarini turli yo'llar bilan yoqish bo'yicha innovatsion g'oyalarni ifodalaydi.
Simli va simsiz aloqalardan foydalanish keng turdagi qurilmalarda juda keng tarqalgan. Asosiy uzatish tizimlarining ortib borayotgan murakkabligi ma'lumotlar kommunikatsiyalari va xususan, Optik aloqadagi yutuqlar to'plamida aks ettirilgan [1]. Elastik optik tarmoq (EON) kontseptsiyasi optik tarmoq resurslarini taqsimlashda elastiklikka bo'lgan ehtiyojni qo'llab-quvvatlashga qodir optik tarmoq arxitekturasidir. Moslashuvchan tarmoqli kengligi taqsimlash ortogonal chastotali bo'linish ko'paytmasi (OFDM), Nyquist WDM (NWDM), transponder turlari (BVT1, S-BVT), modulyatsiya formatlari (QPSK, QAM) va kodlash tezligi kabi turli xil uzatish usullariga moslashish uchun amalga oshiriladi. Ushbu moslashuvchanlik resurslarni taqsimlashni ancha qiyinlashtiradi. Dinamik boshqaruv, talab bo'yicha qayta konfiguratsiya, virtualizatsiya va optik sozlashni qayta sozlash imkonini beradi tarmoqni qayta optimallashtirish, spektrni parchalash, kuchaytirgich quvvat sozlamalari nuqtai nazaridan qiyinchiliklar tug'diradi, bu boshqaruv elementlari (kontrollerlar va orkestrlar) va ishlaydigan optik monitorlar o'rtasida qat'iy integratsiyani talab qiladi. apparat darajasida. EON optik aloqa sohasining yaqinda kengayganiga misoldir. Shunday qilib, ushbu bobning qolgan qismida ko'proq ma'lumot berilgan.
Bo'lim quyidagicha tashkil etilgan: 2-bo'lim sig'im, tezlik va xatolarni hal qilish bo'yicha so'nggi OC yutuqlari haqida umumiy ma'lumot beradi. 3-bo'limda OC ning jismoniy qatlamidagi xavfsizlik muammolari va tegishli yechimlarning qisqacha ko'rinishi keltirilgan. 4-bo'limda biz ilg'or OC imkoniyatlarini amalga oshirishda yangi tushunchalar va texnologiyalarni tasvirlaymiz. 5-bo'limda OC sig'im, o'tkazuvchanlik va xavfsizlik kuchi bo'yicha eng yaxshi yechimni ta'minlaydigan cheklovlar holatlarining ikkita misoli keltirilgan. 6-bo'limda biz o'ta masofali va o'ta xavfsiz bo'sh joy kalit almashish mexanizmlari uchun OC dan foydalanishni tasvirlaymiz va 7-bo'limda himoyalangan kalit almashinuvi uchun OC dan noyob foydalanishni batafsil tasvirlab beramiz. 8-bo'limda ushbu bobning qisqacha mazmuni va xulosalari keltirilgan.
2. Yuqori tezlik va yuqori quvvatga ega OC super-kanal
Ushbu bo'limda biz sig'im, tezlik va xavfsizlik bilan bog'liq optik aloqadagi so'nggi yutuqlarni bayon qilamiz. Yuqori tezlikdagi optik uzatish texnologiyasiga bo'lgan so'nggi talablar qo'sh polarizatsiya-1024-darajali kvadratura amplitudali modulyatsiya, transmitter terminalidagi ultra tez raqamli-analog konvertorlar va chiziqli bo'lmagan intolerans kabi ilg'or modulyatsiya formatlarini ishlab chiqishga turtki bo'ldi. Super-kanal [2] deb nomlangan yangi texnologiya juda yuqori tezlikdagi, uzoq masofali, spektral samarali va ishonchli ishlashga ega bo'lgan katta ma'lumot sig'imli havolalarni taklif qiluvchi mumkin bo'lgan yechimni taqdim etadi. U ikkita qutblanish-kvadrat fazali siljish kaliti (DP-QPSK) yordamida bitta kanal orqali ma'lumotlarni uzatish uchun bir nechta sub-tashuvchilardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Ushbu noyob modulyatsiya formatlari bitta kanalda 100 Gbit / s dan ortiq sig'imga ega. Biroq, ular ko'p yo'nalishli pasayish, chiziqli bo'lmagan yo'qotish va faza buzilishlarini yo'qotish va maksimal qo'llab-quvvatlanadigan havolalarni cheklashdan aziyat chekmoqda. Ushbu cheklashlar yaxshilangan ishlash uchun qabul qiluvchi terminalda kogerent aniqlash va raqamli signalni qayta ishlash (DSP) yordamida yumshatiladi. Nyquist-WDM super-kanalli uzatishda ulanishning spektral samaradorligi tizimning uzatish tezligiga teng kanallar oralig'i bilan quyi tartibli ilg'or modulyatsiya formatlari yordamida mustaqil to'lqin uzunligi kanallarini uzatish orqali yaxshilanadi. Tajribalar raqamli Nyquist-WDM super-kanalidan foydalangan holda 2,86 bit/s/Gts spektral samaradorlik bilan 7200 km transokeanik havola orqali 1 Tbps ma'lumotlarning uzatilishini ko'rsatdi.
DP-QPSK signallari yordamida 1,232 Tbit/s tezlikda uzatish, shovqinni bostiruvchi Nyquist-WDM super-kanalli uzatish orqali 2100 km dan ortiq bir rejimli tolali aloqa orqali qabul qiluvchi terminalda DSP bilan ishlashni yaxshilaydi. Ikki polarizatsiyalangan ikkilik fazali siljish kaliti, DP-QPSK, ikki polarizatsiyalangan 8-darajali kvadrat amplitudali modulyatsiya va DP-16-QAM asosidagi Nyquist-WDM super-kanalli sof kremniy yadroli tolalar orqali Raman kuchaytirilishi bilan uzatishning ishlashi. Yuqori tezlikdagi optik tolali aloqalarda signalning yomonlashishining asosiy sabablari Kerr nochiziqlari, qutblanish rejimi dispersiyasi, xromatik dispersiya va optik tolali kabelning zaiflashuvi bo'lib, ular maksimal ulanish imkoniyatlarini cheklaydi. Bundan farqli o'laroq, FSO havolalarida tashqi muhit sharoiti tomonidan taklif qilinadigan signalning susayishi havolaning ishlashini belgilovchi asosiy omil hisoblanadi.
Optik aloqa turli xil atrof-muhit shovqinlari va shovqinlarga sezgir bo'lib, uzatish xatolariga olib keladi [3]. Asosiy sabablar - shamolning noto'g'ri joylashishi, tarqalish natijasida nurning divergensiyasi, tuman, tutun va qor tufayli ob-havoning pasayishi, atmosfera turbulentligi va sun'iy yorug'lik tufayli fon shovqini va FSOda optik nurning pozitsiyasi o'rtasidagi noto'g'ri moslashuv tufayli o'tkazib yuborilishi mumkin. uzatuvchi va qabul qiluvchi tuzilmalar.
Ushbu ta'sirlarni yumshatish uchun yangi modulyatsiya sxemalari ishlab chiqildi, masalan, yoqish-o'chirish (OOK), xatoni to'g'rilash (FEC), impuls kengligi modulyatsiyasi (PWM), puls holatini modulyatsiya qilish (PPM), bir nechta PPM, raqamli impuls oralig'i modulyatsiyasi (DPIM) , ikkilik fazali siljish kaliti (BPSK), birlashtirilgan RS kodlari, ishlashni yaxshilashga olib keladigan qisqa hops tizimlari, turbo kodlar, past zichlikdagi paritetni tekshirish kodlari va fazoviy xilma-xillik.
PPM ning amaliy sinovlari va simulyatsiyalari [4] shuni ko'rsatadiki, statsionar nurlanish holatining maksimal ehtimolini baholash uchun xatolik ehtimoli minimal bo'ladi va dinamik ravishda o'zgaruvchan nurning pozitsiyasi uchun ko'p sonli zarrachalarga ega bo'lgan filtr bir-biriga yaqin masofani ta'minlaydi. xato ishlashining optimal ehtimoli.
3. OC xavfsizligi tahdidlari va yechimlari
Optik tarmoqlarning heterojenlik, moslashuvchanlik, ilovalar, ma'lumotlar oqimi hajmi, tarmoqli kengligi va ishonchli ishlashi nuqtai nazaridan uzluksiz evolyutsiyasi OC uchun xos bo'lgan xavfsizlik muammolarini keltirib chiqaradi. Optik tarmoqlar xizmatni buzish yoki tizimga ruxsatsiz kirishni maqsad qilgan bir necha turdagi xavfsizlik buzilishlariga nisbatan zaifdir. Dasturlashtiriladigan va moslashuvchan tugun arxitekturasi dasturiy ta'minotining evolyutsiyasi tarmoqni loyihalash va ishlatish jarayonida hisobga olinishi kerak bo'lgan yangi xavfsizlik zaifliklariga olib keldi. Ushbu bo'lim joriy va kelajakdagi optik tarmoqlardagi potentsial xavfsizlik muammolari haqida umumiy ma'lumot beradi va tegishli zaifliklardan foydalanadigan mumkin bo'lgan hujumlarni aniqlaydi. U maxfiylik, autentifikatsiya, yaxlitlik, xizmat ko'rsatishni rad etish va maxfiylikni o'z ichiga oladi. Buzg'unchi optik tolaga tegib yoki qo'shni maxfiy signallar spektridan tarqaladigan interferentsiya orqali yashirinishi mumkin va ancha vaqt davomida aniqlanmaydi. Umumiy xavfsizlik muammolari va optik tarmoqlarga qaratilgan hujum usullari haqida umumiy ma'lumot quyida keltirilgan.
Tinglash optik tarmoqlarda katta xavfsizlik hujumidir. Tinglash tolali qoplamani olib tashlash va tolani egish orqali shifrlash kalitini buzishni o'z ichiga oladi, bu esa signalning yadrodan ma'lumotni ushlab turuvchi fotodetektorga oqib chiqishiga olib keladi. Bunday tajovuzlarni aniqlash uchun tarmoq tolali ulanishlardagi kiritishni yo'qotish o'zgarishlari tufayli ishga tushirilgan hujumni aniqlash signalidan foydalanadi. Bunday aniqlashlar tarmoq bo'ylab ishlaydigan faol monitoring tizimini talab qiladi.
Monitoring portlari turli tarmoq komponentlarida, masalan, kuchaytirgichlar, to'lqin uzunligi selektiv kalitlari (WSS) yoki multipleksorlarda mavjud bo'lgan kanalga kirish imkonini beradi. Optik signal optik ajratgich tomonidan aks ettirilgan bo'lib, monitoring qurilmalarini trafikni to'xtatmasdan ulash imkonini beradi. Saytga kirish huquqini qo'lga kiritgan holda, tajovuzkor ushbu portlardan tashilgan trafikni ushlab turish uchun foydalanishi mumkin. Olingan ma'lumotlarni tinglashdan himoya qilish uchun optik transponderlarda shifrlash amalga oshiriladi. Tarmoq orqali uzatiladigan shifrlash kalitlari ma'lumotlar yuklanishidan ajratilgan.
Zararli signallarni kiritish: tarmoqqa zararli signallar kiritilganda xizmat ko'rsatishni rad etish va sifatning pasayishi, masalan, tarmoqda ishlatiladigan signal darajasidan oshib ketadigan ortiqcha quvvat optik signallari kabi.
Siqilish signallari: O'zgaruvchan optik susturucular, yuqori quvvatli signallarga ega Optik qo'shish-to'chirish multipleksorlarini (OADM) o'z ichiga olgan tarmoqlar optik tolalar, kuchaytirgichlar va kalitlar ichidagi birgalikda tarqaladigan foydalanuvchi signallariga zarar etkazishi mumkin. Siqilish signallari, shuningdek, tarmoq ichidagi o'zaro aloqani oshirish orqali oddiy signallarga ta'sir qilishi mumkin. Siqilish signali bilan umumiy jismoniy aloqalarni kesib o'tuvchi signallar tarmoqdan tashqari effektlardan aziyat chekishi mumkin. Qo'shni kanallarga oqish va chiziqli bo'lmagan effektlarni kuchaytirish orqali tarmoqdan tashqari o'zaro aloqaga olib keling va raqobatga erishing va qonuniy signallar o'rniga kuchliroq tiqilib qolish signallari kuchayadi, bu esa vaziyatni yanada yomonlashtiradi.
Chet ellik to'lqin uzunligi hujumlari: begona to'lqin uzunligi [5] bir nechta telekom-provayderlar tomonidan bir xil optik tolali liniyani almashish qobiliyatini anglatadi. Aloqa liniyasini alohida "ranglarga" yoki to'lqin uzunliklariga "bo'lish" orqali mumkin, shunda har bir "rang" alohida aloqa kanali sifatida qaraladi. Har bir provayder bitta "rang" dan foydalanadi va o'z ma'lumotlarini bir xil jismoniy tolali chiziq yordamida boshqalar bilan bir vaqtda uzatishi mumkin. Ushbu texnologiya tolali chiziqdan foydalanishni kengaytiradi. Mavjud xizmatlarga hech qanday ta'sir qilmasdan Alien Wave-ni kiritish imkoniyati telekommunikatsiya sanoati uchun katta afzalliklarga ega.
Tarmoqni yangilash va mavjud infratuzilma orqali yuqori sig'imli ulanishlarni samarali uzatish imkonini beradigan begona to'lqin uzunliklari tarmoqda amalga oshiriladi. Begona to'lqin uzunligini qo'llab-quvvatlash bo'lmaganda, har bir ulanish domenning chetidagi tugun tomonidan tugatiladi va qayta tiklanadi, begona to'lqin uzunliklari esa optik konversiyasiz bir nechta domenlardan o'tishi mumkin, bu esa tarmoq xavfsizligida zaiflikni yaratadi, ayniqsa nazoratning yo'qligi tufayli. begona kanallarning ishlashi haqida. Bunday tizimlarda begona to'lqin uzunliklari tarmoqqa xavf tug'diradigan tiqilib qolishga bo'ysunishi mumkin. Ushbu xavfsizlik xavfini bartaraf etish uchun har qanday ruxsatsiz xabarlarni blokirovka qilish uchun boshqaruv tizimi talab qilinadi.
Aralash liniya tezligi (MLR) tarmoqlari bir xil infratuzilmada turli modulyatsiya formatlarining birgalikda mavjudligini ta'minlaydi. MLR tarmoqlarining jiddiy xavfsizlik zaifligi qo'shni kanallarning yuqori tezlikdagi va past tezlikdagi signallari o'rtasidagi chiziqli bo'lmagan ta'sirlardan kelib chiqadi. Amplitudali modulyatsiyalangan yoqish-o‘chirish (OOK) 10G kanallari o‘zaro fazali modulyatsiya (XPM) tufayli yuqori bit tezligi sifatini yomonlashtiradi. Bu modulyatsiya formati va kanalni ishga tushirish kuchiga qarab yuqori tezlikdagi kanallar uchun qo'shimcha jarimaga olib keladi. MLR tarmoqlarida xizmat ko'rsatishning buzilishi hujumi yuqori tezlikdagi kanal yaqiniga etarli himoya chizig'iga ruxsat bermasdan OOK kanalini kiritish natijasida yuzaga keladi. Shunday qilib, hujum signali qonuniy signallarni sezilarli darajada yomonlashtirishi mumkin.
Dasturiy ta'minot bilan aniqlangan tarmoq (SDN) apparat va SDN ilovalari, shu jumladan trafik muhandisligi va ma'lumotlarni yig'ish ilovalari o'rtasidagi interfeysni boshqaradi. Ma'lumotlarga kirish huquqiga ega bo'lgan zararli tajovuzkorlar tarmoqni o'g'irlashlari mumkin.
Talab bo'yicha arxitektura (AoD) optik modullar orasidagi o'zaro bog'lanishlarni qo'llab-quvvatlash uchun optik orqa paneldan foydalanadi, bu esa kommutatsiya va qayta ishlash uchun zarur bo'lgan ushbu modullardan foydalanishga imkon beradi. Yangi modullar ularni optik orqa panelga ulash orqali tugunga qo'shiladi. Ushbu modullik tarmoqni xavfsizlik zaifliklariga duchor qiladi.
Tarmoq kodlash (NC) jismoniy OC xavfsizligi muammolarini hal qilish uchun taklif qilingan:
Tarmoq kodlash (NC) optik tarmoqlarda havolalarning buzilishidan himoya qilish, multicastingda spektral samaradorlikni oshirish va maxfiy ulanishlarni tinglash hujumlaridan himoya qilish uchun ishlatiladi. Maxfiy signallar tarmoq orqali o'z yo'lidagi turli tugunlar orqali uzatiladigan boshqa signallar bilan XOR-ed. Signallar manba tugunida yoki oraliq tugunlarda birlashtiriladi. Maxfiy ulanishlar uchun NCni amalga oshirish uchun tegishli algoritmlarga NC va RSA uchun cheklovlar to'plami kiritilgan. NC orqali signallarning kombinatsiyasi maxfiy ulanishlar xavfsizligini oshiradi, chunki tinglovchi turli ulanishlardan signallar kombinatsiyasini oladi va bu maxfiy signalning shifrini ochishni qiyinlashtiradi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, NC minimal spektrdan foydalanish bilan maxfiy ulanishlar uchun keng qamrovli xavfsizlik konvertini ta'minlaydi.
NC yordamida ulanish ma'lumotlari boshqa ulanish ma'lumotlari bilan birlashtirilib, ulanishning uzatilgan ma'lumotlari asosida o'zgarib turadigan tarmoq kodini yaratadi. Shifrlangan uzatish (ET) boshqa o'rnatilgan ulanishlar bilan kamida bitta XOR operatsiyasi bilan ma'lumotlarning shifrlangan versiyasini uzatuvchi tanlangan yo'lning barcha havolalariga tegishli. ET cheklovini qondirish uchun o'rnatilgan ulanishda maxfiy ulanishga ega kamida ikkita umumiy tugun mavjud. Maxfiy ulanish tomonidan foydalaniladigan chastota uyalarining kichik to'plami bo'lgan Chastota uyasi moslashuvi (FSM) XOR operatsiyalarida foydalaniladigan qolgan o'rnatilgan ulanishlar slotlari bilan bir xil identifikator va chastotaga ega bo'lishi kerak. XOR ishi uchun ishlatiladigan signallar bir xil chastotada bo'ladi deb taxmin qilinadi. Shunday qilib, maxfiy ulanishga ega kamida ikkita umumiy tugun bilan o'rnatilgan aloqa maxfiy talabning butun yo'lini (umumiy tugunlar sifatida manba va maqsad) yoki ulanishning bir qismini (manba/oraliq) xavfsizligini ta'minlashi mumkin. tugunni oraliq/maqsad tuguniga). Maxfiy ulanish xavfsiz deb hisoblanishi uchun tanlangan o'rnatilgan ulanishlar ushbu ulanishning barcha havolalarini birgalikda himoya qilishi kerak. Maxfiy ulanish, agar signalning faqat bir qismi XOR-ed bo'lsa ham xavfsiz hisoblanadi, chunki tinglovchi uzatilgan ma'lumotlarning shifrini ochish uchun shifrlash jarayonida ishlatiladigan barcha ulanishlarga kirishi kerak bo'ladi.
4. OC imkoniyatlarini amalga oshirishda tanlangan texnologiyalar
Og'ir ma'lumotlarni uzatish uchun juda katta sig'imli va yuqori tezlikdagi kanallarga bo'lgan talab tezkor echimlarga bo'lgan talabni oshirmoqda. Natijada, biz optik tolali va bo'sh joy simsiz kanallaridan foydalangan holda taklif qilingan echimlarning keng doirasiga guvoh bo'lamiz. Etkazish talabi va xavfsizlik muammolarini muvaffaqiyatli yengib chiqqan bir qancha yechimlar quyida keltirilgan.
4.1 Yuqori sig'imli himoyalangan optik aloqa uchun OAM multipleksatsiyasi
Ushbu bo'limda biz uzatish quvvati va tezligini oshirish uchun Orbital Angular Momentum (OAM) dan foydalanish bo'yicha so'nggi yutuqlarni bayon qilamiz [6]. U samarali demultipleksni ta'minlash uchun OAM nurlari orasidagi ortogonallikni qo'llaydi. Erkin kosmosdagi aloqa havolalari optik aloqa yoki radiochastota (RF) to'lqinlaridan foydalangan holda ma'lumotlarni uzatish ilovalari uchun keng qo'llaniladi. Aloqa tizimining quvvati bir nechta mustaqil ma'lumotlar oqimini multiplekslash va bir vaqtning o'zida uzatish orqali oshiriladi. Bu elektromagnit (EM) to'lqinning vaqt, to'lqin uzunligi va qutblanish kabi xususiyatlaridan foydalanish orqali amalga oshiriladi. Bir nechta ma'lumotlar oqimini samarali tarzda multiplekslash va demultiplekslash mumkin. Juda yuqori tarmoqli kengligiga ortib borayotgan talabni qondirish uchun ma'lumotlar kanallarini multiplekslashning yangi shakllari qo'llaniladi. Yondashuvlardan biri ortogonal fazoviy bir-biriga mos keladigan va birgalikda tarqaladigan fazoviy rejimlardan foydalanadi, bunda har biri boshqa fazoviy rejim bilan aniqlangan bir nechta kanallar uzatuvchida multiplekslanadi va qabul qiluvchida ajratiladi. O'tkazish qobiliyati va spektral samaradorlik uzatiladigan fazoviy rejimlar soniga teng bo'lgan koeffitsientga oshiriladi. Har bir ma'lumot belgisi har bir vaqt oralig'ida turli xil OAM nurlari tomonidan ketma-ket uzatiladi. Ortogonal OAM nurlari guruhi bir nechta ma'lumotlar oqimini fazoviy multiplekslash uchun ishlatiladi. OAM multipleksiyasini qutblanish bilan birlashtirib, biz juda yuqori xTpbs tezlikdagi aloqalarni olishimiz mumkin, masalan, ikkita ortogonal polarizatsiyaning har birida to'rtta OAM nurlari birlashtirilib, sakkizta OAM rejimi multiplekslanadi. Qabul qilingan OAM nurlari keyin qabul qiluvchida ko'paytiriladi va ma'lumotlar oqimini tiklash uchun ketma-ket aniqlanadi. Barcha sakkizta OAM ma'lumot kanallari bir xil to'lqin uzunligida joylashgan bo'lib, spektral foyda keltiradi. Keyin eksperiment to'lqin uzunligi o'lchamini qo'shib, bir vaqtning o'zida OAM, polarizatsiya va multiplekslash uchun to'lqin uzunligini qo'llash orqali kengaytirildi. Hammasi bo'lib 1008 ma'lumot kanali 12 ta OAM qiymati, ikkita polarizatsiya va 42 to'lqin uzunligi bilan amalga oshirildi. Har bir kanal 100,8 Tbit/s umumiy quvvatni ta'minlab, 50 Gb kvadratchali fazali o'tish tugmasi bilan kodlangan. Qo'shimcha eksperiment multiplekslash jarayonini tasvirlab berdi, bunda har biri boshqa OAM nurida joylashgan bir nechta mustaqil ma'lumotlar kanallari fazoda birlashtiriladi va natijada olingan multiplekslangan OAM nurlari bitta diafragma orqali qabul qiluvchi tomon uzatiladi. Xuddi shu bo'sh joy kanali bo'ylab koaksial ravishda tarqalib ketgandan so'ng, kelgan nurlar qabul qiluvchiga boshqa uyaga yig'iladi va keyinchalik demultiplekslanadi va ma'lumotlarni qayta tiklash uchun aniqlanadi.
4.2 Xaosga asoslangan yuqori tezlik va yuqori tarmoqli kengligi xavfsiz OC
Xaotik tizimlar xavfsiz OCda jismoniy qatlam xavfsizligini ta'minlaydi [7]. Bu 120 km masofa uchun 2,4 Gbit / s ma'lumot uzatish tezligi bilan boshlandi va keyinchalik 100 km optik tolali aloqa uchun 10 Gbit / s gacha yaxshilandi va hatto xaotik tashuvchidan foydalangan holda 100 km dan 30 Gbit / s gacha xavfsiz uzatish . 10 gigagertsli tarmoqli kengligi. Xaosga asoslangan xavfsiz aloqaning uzatish qobiliyati xaotik tashuvchining tarmoqli kengligi bilan cheklangan. Xaotik tashuvchining tarmoqli kengligi qanchalik keng bo'lsa, u qo'llab-quvvatlaydigan uzatish tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Xaosning o'tkazuvchanligini oshirish uchun optik in'ektsiya, o'zaro in'ektsiya, tolalarni ko'paytirish, parallel ulanish halqali rezonatorlar bilan qayta aloqa, heterodinlash muftalari va mikrosfera rezonatori bilan o'z-o'zini fazali modulyatsiyalangan qayta aloqa kabi bir qancha usullar taklif qilingan.
Quyida kengaytirilgan keng polosali xaos yaratish sxemasining tavsifi keltirilgan. O'tkazish qobiliyatini oshirish uchun u optik-elektron gibrid teskari aloqaga bog'liq bo'lgan tashqi bo'shliqli yarimo'tkazgichli lazerdan (ECSL) foydalanadi. Chiqish elektro-optik fazali modulyator yordamida uzluksiz to'lqinli lazerning chiqishini modulyatsiya qilish uchun ishlatiladi. Doimiy amplitudali o'z-o'zidan fazali modulyatsiyalangan yorug'lik keyin yana ECSL ga kiritiladi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, hosil bo'lgan betartiblikning samarali o'tkazish qobiliyati 20 gigagertsligacha oshiriladi, spektr tekisligi va hosil bo'lgan tartibsizlikning murakkabligi. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, 20 gigagertsdan yuqori samarali tarmoqli kengligi bo'lgan ikkita keng polosali xaos signallari o'rtasida yuqori sifatli sinxronizatsiyaga erishiladi, bu betartiblikka asoslangan xavfsiz aloqada, masalan, uzatish imkoniyatlarini oshirish va xavfsizlikni yaxshilash kabi qimmatli salohiyatni ko'rsatadi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, betartiblikning muhim o'tkazuvchanligi va murakkabligini oshirish taklif qilingan tartibsizlikni yaratish sxemasida erishiladi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, tavsiya etilgan sxema 20 GGts dan katta samarali tarmoqli kengligi bilan keng polosali xaotik signalni osongina olishi mumkin.
4.3 Optik aloqalarning jismoniy qatlami xavfsizligi uchun intensivlik modulyatsiyasi signallari
Optik tarmoqlar orqali uzatiladigan ma'lumotlarning katta hajmi optik tolali aloqaning o'ziga xos atributlariga moslashtirilgan ma'lumotlarni himoya qilish mexanizmini birlashtirishni talab qiladi. Y-00 [8] kvant-shovqin tasodifiy oqim shifrlash tajovuzkorlarning uzatilgan shifrlangan matnni qo'lga kiritishiga yo'l qo'ymaslik uchun qurilgan. U ko'p darajali signalizatsiya va jismoniy tasodifiylikning matematik shifrlanishini birlashtiradi va shu bilan yuqori ishlash va mustahkam xavfsizlikni ta'minlaydi. U kvant va qo'shimcha shovqinlar bilan birga juda yuqori tartibli modulyatsiyadan foydalanadi. Erishilgan maxfiylik darajasi yuqori, chunki tajovuzkorlarning shifrlangan ma'lumotlarni taxmin qilish ehtimoli juda past. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, 1,5 Gbit / s ma'lumot uzatish tezligi va analitik yuqori maxfiylikdan foydalangan holda 1000 km uzatish diapazonidagi Y-00 shifrli qabul qiluvchi qurilma muvaffaqiyatli ishladi.
Y-00 shifrlash simmetrik kalit shifrlash usuli bo'lib, uzatilgan shifrlangan matnni yashirish uchun jismoniy tasodifiylikning ko'p darajali signalizatsiyasi bilan birlashtirilgan. Qabul qilgich umumiy kalit va matematik signalni qayta ishlash yordamida shovqin bilan niqoblangan shifrlangan signaldan ochiq matnning asl signalini tiklaydi. Lazerli dioddan keladigan yorug'lik shifrlangan signalni qabul qilgichga o'tkazish imkonini beradi. Y-00 shifrli aloqa tizimi optik kuchaytirgichlar yordamida uzoq masofali aloqada foydalanilganda Quantum/ASE tasodifiy shovqin shifrlash ustunlik qiladi. Shunday qilib, signalni qo'shimcha kvant shovqini bilan niqoblash tajovuzkorlarga nisbatan ancha ishonchli va shunchaki matematik shifrlashdan foydalanadigan klassik kriptografiyaga nisbatan amaliy afzallik hisoblanadi. Bunday taxminlar ostida tajovuzkorning to'g'ri shifrlangan matnni taxmin qilish ehtimoli ancha past.
4.4 Optik simsiz aloqa (OWC), 5G va IoT uchun asosiy texnologiya
5G aloqasi va narsalar interneti (IoT) mavjudligi internetga ulangan qurilmalar sonini eksponent ravishda oshirib, katta hajmdagi uzatiladigan ma’lumotlarni ishlab chiqaradi [9]. 5G aloqa xizmatlarining asosiy xususiyatlari orasida yuqori sig'im, past kechikish, yuqori xavfsizlik, keng qurilma ulanishi, kam energiya iste'moli va yuqori tajriba (QoE) mavjud. OWC o'zining noyob atributlari bilan olingan talablarni qondiradi: keng spektr, yuqori ma'lumotlar tezligi, past kechikish, yuqori xavfsizlik, arzon narx va kam energiya iste'moli. OWC ko'rinadigan yorug'lik aloqasi (VLC), yorug'lik aniqligi (LiFi), optik kamera aloqasi (OCC) va bo'sh joy optikasini (FSO) o'z ichiga oladi. Uning texnologiyalari IoT ning keng qamrovli qurilma ulanishida sezish, monitoring va resurslarni almashish rolini o'ynashi va 5G va IoT yuqori xavfsizlik talablariga javob berishi mumkin. Shunday qilib, OWC 5 GB va IoT uchun to'g'ri keladi.
VLC uzatuvchi sifatida yorug'lik chiqaradigan diodlar (LED) yoki lazer diodlaridan (LD) va qabul qiluvchi sifatida fotodetektorlardan (PD) foydalanadi. VLCda aloqa vositasi sifatida faqat ko'rinadigan yorug'lik (VL) ishlatiladi. LiFi yorug'lik bilan birga yuqori tezlikdagi simsiz ulanishni ta'minlaydi va transmitter sifatida LEDlarni yoki LDlarni va qabul qiluvchi sifatida PDlarni zararsizlantiradi. Oldinga yo'l uchun VL va qaytish yo'li uchun aloqa vositasi sifatida infraqizil (IR) dan foydalanadi. OCC transmitter sifatida LED qatoridan va qabul qiluvchi sifatida kameradan foydalanadi. FSO mos ravishda uzatuvchi va qabul qiluvchi sifatida LD va PD dan foydalanadi. Odatda Appl yordamida ishlaydi. Sci. IQ aloqa vositasi sifatida, lekin VL va UV dan ham foydalanishi mumkin. Bir nechta OWC texnologiyalari mavjud. Ushbu texnologiyalar orasidagi farqlar juda aniq. VLC-ning o'ziga xos xususiyati - aloqa vositasi sifatida ko'rinadigan yorug'likdan foydalanish. LiFi tizimi uzluksiz harakatlanish, ikki tomonlama aloqa va nuqtadan ko'p nuqtaga, shuningdek, ko'p nuqtadan nuqtaga aloqani qo'llab-quvvatlaydi. OCC tizimi barcha OWC texnologiyalari orasida qabul qiluvchi sifatida kamera yoki tasvir sensoridan foydalanadi. OCC transmitter sifatida LED qator yoki yorug'likdan va qabul qiluvchi sifatida kamera yoki tasvir sensoridan foydalanadi. OCC odatda aloqa vositasi sifatida VL yoki IR dan foydalanadi.
5G mobil aloqa tizimlarining uzatish tezligi 10 Gbit / s eng yuqori tezlikda o'rtacha 1 Gbit / s ga yetishi kutilmoqda. Tashqi tarmoq xaker qurilmasi ichki optik signalni qabul qila olmaydi. Ma'lumotlar yuqori darajada xavfsiz tarzda almashinishi mumkin. Xulosa qilib aytganda, OWC tizimlari 5G/6G va IoT tarmoqlari uchun yuqori darajadagi xavfsizlikni taklif qiladi.
5. Cheklovlar ostida OC ning noyob amalga oshirilishi
OC texnologiyalarining kiritilishi va tarqalishi uning erishilishi kutilayotgan foyda va ta'sirga bog'liq. Shunday qilib, harakatlarning aksariyati uzoq masofaga, yuqori sig'imga, yuqori o'tkazish qobiliyatiga va yuqori ma'lumotlar tezligiga qaratilgan. Biroq, mahalliy echimlar va kichik miqyosdagi amalga oshirish uchun ba'zi harakatlar qilinmoqda. Quyida bunday ilovalarning ikkita misoli keltirilgan.
Qisqa masofaga yuqori tezlikda ma'lumotlarni uzatish uchun 5.1 OC
Ma'lumotlar markazlari tarmoqlari umumiy tarmoq topologiyalariga qaraganda ancha qisqaroq uzatish masofalariga ega, lekin uzatiladigan ma'lumotlar ancha yuqori [10]. Shuning uchun an'anaviy telekommunikatsiya komponentlari ortiqcha va qimmatga tushadi. Shunday qilib, VCSELlar, faol optik kabellar va parallel tolali uzatish ma'lumotlar markazlari tomonidan qo'llaniladi. Ma'lumotlar markazi ichidagi trafikning sezilarli o'sishi bilan talab qilinadigan tarmoqli kengligi keskin ortib bormoqda. Elektro-absorbsion modulyatorlar (EAMs) va Mach-Zehndermodulators (MZM) kabi keng polosali optik modulyatorlar rangli taqsimlangan qayta aloqa lazer massivlari bilan birgalikda WDM texnologiyasiga asoslangan ultra yuqori tarmoqli kengligi va past energiyali aloqalarni qurish uchun birlashtirilgan. Tbps tarmoqli kengligini yanada oshirish uchun ko'p sonli lazerlardan foydalaniladi.
Yana bir yaxshilanish optik kalitlardan foydalanish orqali erishiladi, ular elektron paketli kalitlardan butunlay farq qiladi, lekin ular birlashganda bir-birini to'ldiradi. Shunday qilib, optik kalitlar va an'anaviy elektron kalitlar bir xil arxitekturada birlashtirilib, yaxshilangan ishlashga olib keladi. Optik kalitlar tarmoqni muayyan trafik naqshlariga moslashtirish uchun ishlatiladi, masalan, optik tarmoqlardan foydalanganda ko'proq o'tkazish qobiliyatiga ega bo'lishi mumkin bo'lgan yuqori trafik darajasini almashinadigan tugunlar juftligi. Shu bilan birga, optik kalitni qayta konfiguratsiya qilish marshrutlash jadvallarini fazaviy blokirovka qilishni va o'zgartirishni talab qiladi. Ushbu muammoni bartaraf etish va ishlashni yaxshilash uchun optik qayta konfiguratsiyalar to'liq avtomatlashtirilgan. Ajratilgan elementlarni qayta konfiguratsiya qilish orqali resurslardan foydalanishni yaxshilash kam foydalanilgan komponentlarni uyqu rejimiga o'tkazish orqali komponentlar va energiya sarfini kamaytirish imkonini beradi. Tarmoqni haddan tashqari ta'minlash orqali serverlar yoki raf juftliklari o'rtasidagi intensiv aloqalar natijasida yuzaga keladigan tarmoq tiqilib qolishini yumshatish mumkin.
5.2 Avtomobilsozlik va dron sanoatida qo'llaniladigan OC va mobil qurilmalarni birlashtirish
Avtomobilsozlik: Bir necha yil oldin transport vositalarida ishlatiladigan ma'lumotlar tarmoqlarida faqat kichik yaxshilanishlar amalga oshirilgan. Avtonom transport vositalari va aqlli shaharlarning joriy etilishi transport vositalarini avtomatlashtirish va avtomobillararo aloqaga bo'lgan talabni oshirdi [11]. Bu real vaqt rejimida yuqori tezlikda ma'lumotlarni ishonchli uzatishni va shovqin signallari va xavfsizlik hujumlaridan himoya qilishni o'z ichiga oladi. Mavjud va avtotransport-avtobus-kommunikatsiyalari yetarli emas, transport vositalarining aloqa infratuzilmasini almashtirish muqarrar. Ma'lumotlarning optik aloqasi amalga oshirildi, chunki u katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatadi, bir nechta signallarni bitta tolaga ko'paytira oladi va tashqi ta'sirlarga chidamli, ozgina zaiflashadi. Bu optik avtobuslarning avtomobil ilovalari uchun juda foydali ekanligini tasdiqlaydi. Yechim bir nechta tolalarni o'z ichiga olgan optik gibrid ma'lumotlar shinasiga ulangan markaziy protsessorga asoslangan. Ishonchlilik, xavfsizlik va xavfsizlikni yaxshilash uchun multimedia va sensorlar kabi turli ilovalar va funksiyalar uchun alohida tolalar qo'llaniladi. CPU xabarlarni turli tolalarga uzatadi. Avtomobil ilovalarida aniq funksionallik uchun xabarlarga ustuvorliklarni belgilash talab qilinadi. Shuning uchun, SCTP xabarlarni buyurtma qilishni qo'llab-quvvatlaydi va ishonchlilikni oshirish uchun ortiqcha yo'llarni taqdim etadi. SCTP ulanishning haqiqiyligini tekshirish uchun yurak urish tezligidan foydalanadi. Agar tugun muvaffaqiyatsiz bo'lsa, ulanish mavjud bo'lsa, boshqa yo'lni topadi. SCTP protokoli, shuningdek, kelajakda avtomobil aloqasining yangi talablarini qo'llab-quvvatlaydigan qo'shimcha xavfsizlik funktsiyalari va moslashuvchanlikka ega.
UAV: [12] So'nggi yillarda dronlarning mavjudligi va umumiy foydalanish darajasi oshdi, ayniqsa umumiy vazifani bajarish uchun dronlarni guruhlarga bo'lish, bu esa jalb qilingan dronlarni real vaqt rejimida doimiy ravishda aniq sinxronlashni talab qiladi. Bunga ushbu dronlarni virtual ravishda bog'laydigan yuqori tezlik va yuqori sig'imli aloqa kanallari platformasi orqali erishiladi. Optik ma'lumotlar tezligi va dronlarning harakatchanligi ikkalasidan ham foyda keltiradigan texnologiya talab qilinadi. Bo'sh kosmik optik (FSO) aloqasi tashqi muhitda infraqizil diapazon spektridan optik simsiz signal uzatishni qo'llab-quvvatlaydi. Bu harakatchanlikka asoslangan tashqi aloqa tizimi bilan birgalikda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan to'g'ri yo'nalishdir. Uchuvchisiz havo vositalariga (UAV) o'rnatilgan Optik simsiz aloqa (OWC) qo'llaniladigan murakkab texnologiyadir.
6. OC yordamida kvant kalit taqsimoti (QDK).
QKD shifrlash kalitlarini ikki uzoq tomon o'rtasida almashish uchun optik tolalar orqali yorug'lik yo'llaridan foydalanadi [13]. Kalitlarni yangilash jarayoni va kalit moslashtirilgan marshrutlashda bog'lanishning buzilishidan himoyalangan maxsus yo'llar mavjud. Sun'iy yo'ldoshlar o'rtasida kvant kalitlarini almashish uchun ishonchli sun'iy yo'ldoshlar turkumlari ichida kalitlarni uzatishga qodir mikrosatellitlar o'rtasida aloqa kanallari kerak. 10 yard aniqlikdagi optik aloqalardan foydalanish sun'iy yo'ldoshlararo 400 km masofani QKD qilish imkonini beradi. O'zaro bog'liqlik asosidagi QKDda o'ralgan fotonlar juftlari hosil bo'ladi va ikkita alohida partiyaga yuboriladi, bu erda har bir juftlikdan bittadan foton yuboriladi. Ikki tomon mustaqil ravishda polarizatsiya holatining oldindan tanlangan xususiyati bo'yicha o'lchovlarni amalga oshiradilar. Ko'plab bunday juftliklar taqsimlangan va o'lchangandan so'ng, ikki tomon statistik testlarni o'tkazadilar va olingan fotonlarning chigallashganligini so'rashadi. Agar o'lchangan chalkashlik oldindan belgilangan chegaradan oshib ketgan bo'lsa va ularning apparatida zaifliklar bo'lmasa, ular protokol xavfsizligiga ishonch hosil qilishlari mumkin. Keyin ular kvant holatlari haqidagi shaxsiy bilimlaridan shifrlash sxemalari uchun simmetrik kalitlarni olish uchun umumiy entropiya manbai sifatida foydalanadilar.
Kvant moduli (QM) qubit uzatuvchi yoki qabul qiluvchi sifatida ishlashi mumkin bo'lgan qutblanish bilan bog'langan foton-juft manba va bitta foton detektoridir. Uzatuvchi QM mahalliy ravishda har bir juftlikdagi fotonlardan birini o'lchaydi va vaqt tamg'asini o'lchaydi va har bir juftlikning boshqa fotonlarini qabul qiluvchiga yuboradi, u erda qabul qiluvchi QM tomonidan aniqlanadi va vaqt tamg'asi belgilanadi. Ushbu vaqt belgilari va o'lchov natijalari aniqlashlarni sinxronlashtirish va keyinchalik simmetrik shifrlash kalitini yaratish uchun ishlatiladi. QM o'ziga xos to'lqin uzunliklariga ega bo'lgan juft fotonlarni hosil qiluvchi beta-bariy-borat kristallarida spontan-parametrik-pastga aylantirishni boshlaydigan lazer diodini o'z ichiga oladi. Har bir juftlikdagi fotonlar shunday o'ralganki, ularning qutblanish holatlari o'lchov o'tkazilgunga qadar noaniq bo'lib qoladi va shu nuqtada ular o'zaro bog'liq qutblanishlarga ega bo'ladi. QM transmitterida "signal" fotonlari uzatiladi va "bo'sh" fotonlar QM ichida silikon ko'chki fotodiodlari tomonidan aniqlanadi. Ikkala sun'iy yo'ldoshda ham QM mavjud va ikkalasi ham o'ralgan signal fotonlarini yuborishi va qabul qilishi mumkin. Ikkala sun'iy yo'ldosh boshqa sun'iy yo'ldoshning mayoqini kuzatish va ular orasidagi nisbiy ishorani nazorat qilish uchun mayoq lazeri va mayoq detektoridan foydalanadi. Ikki o'qli tez boshqaruvchi oynaga nurni ko'rsatuvchi tuzatish signali beriladi, bu ikki kosmik kema o'rtasidagi yuqori chastotali nurning noto'g'ri joylashishini qoplaydi va chigal fotonlarni uzatish uchun optik aloqani optimallashtiradi. Optik dastgoh termal va mexanik izolyatsiyani ta'minlaydi va u kosmik kemaning tuzilishiga biriktirilgan. Reaksiya g'ildiraklari teleskopning ishora barqarorligi jitterini minimallashtirish uchun ularning aylanish o'qlari og'irlik markaziga imkon qadar yaqin bo'lishi uchun joylashtirilgan.
7. Optik aloqa yordamida himoyalangan kalitlarni taqsimlash
Kalitlarni taqsimlash nosimmetrik kriptografiya uchun tobora ortib borayotgan tashvishdir. Mavjud kalitlarni tarqatish mexanizmlarining aksariyati xavfsizlik xavflariga duchor bo'lgan Internet va WAN umumiy tarmoqlaridan foydalanishni o'z ichiga oladi. Diffie-Helman (DH) va RSA algoritmlari kabi mustahkam kriptografik mexanizmlar sertifikatlarni ishlab chiqaradigan va ularni bir vaqtning o'zida muqobil kanallar orqali jo'natuvchi va qabul qiluvchiga tarqatadigan Sertifikat organi (CA) bilan birgalikda qo'llaniladi. Ushbu mavjud echimlar cheklangan. DH va RSA tahdid ostida, chunki kvant hisoblash va PKI/CA ning joriy etilishi nisbatan mahalliy holatlarda samarali. Shuning uchun yangi g'oyalar talab qilinadi. Ushbu bo'lim yuqori tezlikdagi optik kamera aloqasi (OCC) yordamida xavfsiz kalit uzatish uchun yangi yondashuvni taqdim etadi, Ko'rinadigan yorug'lik aloqasi (VLC) simsiz aloqa turidir. Ma'lumotlar ko'rinadigan yorug'lik spektrini modulyatsiya qilish orqali uzatiladi. Kalitlarni uzatish kodlash tizimiga rioya qilgan holda, ma'lum bir ketma-ketlik va chastotada miltillovchi LED chiroqlari bilan VLC yordamida amalga oshiriladi. Qabul qilgich mos keladigan tasvirni qayta ishlash dasturidan foydalanib, qabul qilingan miltillashlarni bit qatoriga dekodlaydi. Optik aloqa uni kotirovka qilish imkoniyatisiz xavfsiz uzatishni ta'minlaydi. Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, bu usul amalga oshirilishi mumkin, mustahkam, samarali va amalga oshirilishi mumkin.
7.1 Kirish
Simmetrik kriptografiyada xuddi shu kalit almashilgan ma'lumotlarni shifrlash va shifrini ochish uchun ishlatiladi. Xuddi shu kalitni almashish jo'natuvchi va qabul qiluvchi o'rtasida kalit uzatishni talab qiladi. Uzatish paytida kalitlarni topishning oldini olish uchun Diffie-Hellman protokoli va RSA kabi assimetrik kriptografiya kabi bir nechta protokollar taklif qilingan. Kvant hisoblashning rivojlanishi har qanday ma'lum kriptografiyani ortiqcha qiladi. Sertifikatlar va shifrlash kalitlarini ishlab chiqarishga qodir va bir vaqtning o'zida ma'lumotlarni almashish niyatida bo'lgan ikki tomonga tarqatadigan ishonchli uchinchi tomondan foydalanish. U ma'lumotlarni uzatishda ikki tomon foydalanadigan kanaldan farqli bo'lgan muqobil tarqatish kanallaridan foydalanmoqda. Biroq, o'sib borayotgan globallashuv va foydalanuvchilar va tizimlar o'rtasidagi masofaning o'sib borishi va bulutli hisoblashning joriy etilishi sababli, bu yondashuvni boshqarish murakkab va vaqt o'tishi bilan ahamiyatsiz bo'lib qoldi. Xavfsiz kalit o'tish optik aloqa platformasidan foydalanadi.
7.2 Tegishli ishlar
Optik aloqa oddiy, arzon va xavfsiz signal uzatishdir. Texnikalardan biri ikkilik ma'lumotlarni kodlashi mumkin bo'lgan kam namunali differensial fazani almashtirishni yoqish-o'chirishga asoslangan. Arai va boshqalar. [14] yo'l-avtomobil aloqasi uchun yuqori tezlikdagi optik signallarni uzatish uchun yangi ramka yondashuvini belgilaydi. Luo va boshqalar. [15] maʼlumot uzatish tezligini uch barobar oshirish uchun ikkilamchi LEDdan foydalaning. Roberts [16] kamera kadrlar tezligi bilan sinxronlangan kameraning quyi namunalaridan foydalangan holda kodlash/dekodlashni taklif qiladi. Leu va boshqalar. [17] ikkita ketma-ket namunalar orasidagi fazalar farqi bir bitli ma'lumotlarni ifodalovchi yangi modulyatsiya sxemasini joriy qiladi.
7.3 Optik kamera aloqasi (OCC)
Optical Camera Communications (OCC) deb nomlangan optik aloqa texnikasi [18] da tasvirlangan. OCC 1-rasmda ko'rsatilganidek, mikroto'lqinli va rentgen to'lqin uzunliklari o'rtasida spektral joylashgan optik sohada katta tartibga solinmagan tarmoqli kengligidan foydalanishga imkon beradi. Bunday tizimda modulyatsiya qilingan uzatilgan signalni demodulyatsiya qilish uchun tasvir sensori va kamera ishlatiladi. yoqish-o'chirish tugmalariga ko'ra (OOK). Hozirgi vaqtda mavjud qurilmalar LED chirog'i va kameralar bilan jihozlangan aqlli qurilmalardir. Bu optik simsiz aloqaning (OWC) pragmatik shaklini ta'minlaydi, bu erda LED proyektorlari Visible Light spektri (VLC) komponentini va qabul qiluvchi modul sifatida kamerani ta'minlaydi va qabul qiluvchi juftlikni yaratadi.

1-rasm.
Elektromagnit spektr diapazoni.
OCC tizimi LEDga asoslangan infratuzilma yoritgichlari, LED chirog'i, LED teglari, displeylar, lazerli diodlar, tasvir naqshlari, hozirgi avlod proyektorlarini o'z ichiga olgan tijorat LED yorug'lik manbalaridan foydalanadi. OCCni joylashtirishning asosiy harakatlantiruvchi kuchlari ko'rinadigan yorug'lik (VL) LEDlarining keng tarqalganligi va LED modulyatsiyalangan ma'lumotlarni dekodlash uchun aqlli qurilmalarda kameradan foydalanish imkoniyatidir. Shu sababli, ushbu LED infratuzilmalari yoqish-o'chirish (OOK) yordamida ma'lumotlarni uzatish uchun ishlatilishi mumkin.
Oddiy OCC tizimi 2-rasmda ko'rsatilgan, bu erda kamera qabul qiluvchi sifatida ishlatiladi, u tasvirlash linzalari, tasvir sensori va o'qish sxemasidan iborat.

2-rasm.
OCC tizimining sxematik ko'rinishi.
7.4 Optik kamera aloqa arxitekturasi
Optik aloqa LED, Infra-qizil yoki Lazier proyektorini va mobil telefonga o'rnatilgan yuqori tezlikdagi kamerani o'z ichiga oladi. Proyektor yorug'lik nurini kamera tomon yo'naltiradi. Kamera o'rnatilgan CMOS tasvir sensoriga ega bo'lib, proyeksiyalangan nurni oladi. Nurni yoqish/o‘chirish proyeksiyasining davomiyligi va chastotasi qabul qiluvchi kamera bilan kelishilgan kodlash sxemasiga muvofiq. Qabul qiluvchi kamera proyeksiya seansini videoga yozib oladi va uni ichki xotiraga saqlaydi. Yozilgan proyeksiya bitlarga dekodlanadi, bu erda "yoqilgan" nur uchun mos dekodlash biti "1" ga o'rnatiladi, aks holda u "0" sifatida dekodlanadi. Kameradagi video yana umumiy tarmoq ulanishi orqali maqsadli qabul qiluvchiga uzatilishi mumkin. Nur ko'rinadigan (oddiy yorug'lik) yoki ko'rinmas (Infra-qizil va Lazier) bo'lishi mumkin. Yoritishning davomiyligi va chastotasi shunchalik tezki, inson ko'zi uni kuzatib, iqtibos keltira olmaydi. CMOS tasvir sensori ishlaganda tasvirlar olinadi. Ushbu tasvirlar ma'lumotlarni dekodlash orqali olish uchun manba hisoblanadi. 3-rasmda qabul qilingan signalni qayta ishlashning uch bosqichi tasvirlangan. Chapdagi tasvir - dastlab qayd etilgan nur ta'siri, o'ngdagi rasm - kristallangandan keyingi asl tasvir, o'ngdagi uchinchi rasm esa jarayonning yakuniy bosqichini tasvirlaydi. Uchinchi rasm - bu nur oqimini bit qatoriga dekodlash uchun kirish.

3-rasm.
Fringe signallarini qayta ishlashning uch bosqichi.
4-rasmda tasvirni qayta ishlashdan boshlab, uni signal diagrammasi (yuqori diagramma) ketma-ketligiga o'tkazishdan boshlab kodlash jarayoni tasvirlangan. Pastki diagramma yakuniy bit ketma-ketligini ko'rsatadi.

4-rasm.
Optik kamera aloqa arxitekturasi.
7.5 Tizim arxitekturasi
Ushbu ishning maqsadi optik aloqa yordamida kalitlarni xavfsiz almashishdir, bu erda LED uzatadi va kamera uni yig'adi. Maqsad ma'lumotni faqat qabul qilingan signallarni qayta ishlash orqali dekodlash mumkin bo'lmagan tarzda modulyatsiya qilishdir. 5-rasmda optik aloqaga asoslangan yondashuvning asosiy g'oyasi ko'rsatilgan. Manba kompyuter shifrlangan kalitni yaratadi. Kalit optik signallarga tarjima qilinadi, ular LED proyektori tomonidan mobil qurilmaga o'rnatilgan maqsadli kameraga proyeksiya qilinadi. Kamera optik signallarni ushlaydi va uni videofilm sifatida yozib oladi. Autentifikatsiya va aniqlik uchun videofilm standart elektron imzo bilan imzolanadi va imzolangan video shifrlanadi va VPN orqali maqsadli mobil qurilmaga uzatiladi, so'ngra asl imzolangan videoni maqsadli kompyuterga loyihalashtiradi. Maqsadli kompyuter qabul qilingan video signallarni bitlar ketma-ketligiga aylantiradi va shu bilan shifrlangan kalit maqsadli kompyuterga etib boradi. Biz kalitni uzatishdan qochib, mobil qurilmani maqsadli kompyuterga o'tkazishni ko'rib chiqishimiz mumkin.
5-rasm.
Yuqori darajadagi himoyalangan kalit uzatish tizimi.
6-rasmda 6 bosqichli jarayon ko'rsatilgan. 1-bosqichda kalit yaratiladi va 2-bosqichda LED kodiga aylanadi, so'ngra 3-bosqichda u qabul qiluvchi kameraga proyeksiyalanadi. 4-bosqichda olingan video maqsadli kompyuterga uzatiladi va 5-bosqichda tasvirlar shifrlash kalitiga dekodlanadi. 6-bosqichda asl kalit topiladi va keyingi foydalanish uchun yuboriladi.

6-rasm.
Optika asoslangan asosiy uzatish bosqichlari.
7-rasmda mobil va kompyuter o'rtasidagi xabar almashish protokoli tasvirlangan.

7-rasm.
Xabarlar oqimi protokolini tayyorlash.
Bit-string o'rniga optik signallarni uzatishning bu usuli boshqa echimlarga nisbatan kalit almashinuvi xavfsizligi darajasini oshiradi. Biroq, uzatilgan tarkib bir bit satrdan ancha ko'p. Amaliy ta'sir asosiy o'zgarishlarning o'rtacha chastotasi va yuqori quvvat va yuqori tezlikdagi aloqa mavjudligiga asoslanadi.
7.6 Tajriba va natijalar
Tajriba uchun biz Arduino kodi va o'rnatilgan Linkit ONE apparati tomonidan boshqariladigan USB ulangan miltillovchi LED qurilmadan foydalandik. Kodlash/dekodlash oddiy, LED yonib-o'chganda "1" bit, aks holda "0" o'rnatiladi. Kalit USB qurilmasiga uzatiladi, Serial.exe dasturi uni qabul qiladi va uni ASCII kodiga aylantiradi. Kalit uzatishni boshlashdan oldin noyob bit qatori yuboriladi. Ishlab chiqilgan dastur miltillovchi LEDning ketma-ketligini qabul qiladi, uni bit ketma-ketligini ishlab chiqarish uchun qayta ishlaydi va ASCII kodiga aylantiradi. Yonayotgan LED yorug'lik OpenCV tasvirni qayta ishlash orqali qayta ishlanadi, har bir oq bo'lmagan piksel 0 ga aylanadi, oq esa 255 bo'lib qoladi. Keyin barcha piksellar yig'iladi. Agar yig'indi 0 bo'lsa, LED "o'chirilgan" bo'lib qoladi va chiqish "0" bit bo'ladi. Aks holda, chiqish "1" bit bo'ladi.
Biz butun tsiklni yugurdik. Kalit xavfsiz muhitda yaratilgan, so'ngra USB miltillovchi qurilmaga bir bit simi uzatilgan. Mobil telefon kamerasi miltillovchi ketma-ketlikni videoga yozib oldi. Mobil telefon miltillovchi LED videoni, qabul qiluvchi mobil qurilmani maqsadli joyda imzoladi, shifrladi va uzatdi, miltillovchi videoni qabul qildi va uni bir oz satrga aylantirdi. Biz optik USB qurilmasi bo'lgan xost va kamerali smartfon o'rtasida uzatiladigan "a b c d" tugmachasi bilan tajriba o'tkazdik. 8-rasmda “abcd” uzatish chiqishi tasvirlangan, bunda 3, 6, 9, 12 va 15-qatorlar mos ravishda “abcd” chiqishini bildiradi.

8-rasm.
Kalit uzatish misoli.
9-rasmda eksperimentda foydalanilgan "abcd" kalit uzatish misoli tasvirlangan. To'rtta tasvir jonli asosiy uzatish bosqichlarida olingan.

9-rasm.
Jonli asosiy uzatish bosqichlarining olingan tasvirlari.
a tasvirida, jo'natuvchi kompyuterga ulangan mobil qurilma tomonidan boshlang'ich maxsus bit qatori qabul qilingan. Rasm b, kalitni u bilan bog'liq mobil qurilmaga uzatish paytida jo'natuvchining kompyuter ekran tasvirini ko'rsatadi. Rasm c - bu "abcd" tugmachasini qabul qiluvchi mobil ekran, d rasm esa uzatilgan kalitni qabul qilishni tasvirlaydi.
Ushbu bo'limda biz optik aloqa shaklidan foydalangan holda himoyalangan kalit almashinuvining to'liq tsiklini taqdim etdik. Biz o'tkazilgan tajribaning apparat komponentlari va dasturiy ta'minotini tasvirlab berdik. Bu himoyalangan kalitlarni taqsimlash uchun Optik Aloqa (OC) yordami usulining qo'llanilishini ko'rsatadi [18].
8. Xulosa va xulosalar
Ushbu bobda biz Optik aloqa mavzusidagi yutuqlarni bayon qildik. Biz asosiy e'tiborni OCni yaxshilash, uzatish kanali va usuli, tarmoqli kengligi, tezligi va xavfsizligiga qaratdik. Biz bobni simmetrik kriptografiya uchun zarur bo'lgan kalitlarni uzatish uchun OC dan batafsil noyob foydalanish bilan yakunladik. OC texnologiyasi hali rivojlanish va rivojlanish bosqichida. Biz uning tez o'sishini davom ettirishini va boshqa ko'plab sohalarda amalga oshirilishini kutamiz, bu bizning hayotimizni ancha qulay, xavfsiz va avtomatlashtirilgan holga keltiradi.
Sharh: Keng qamrovli va keng qamrovliligi sababli, ushbu bobda suv ostidagi OC [19] va OC uchun mashinani o'rganish [1] kabi muammolarni qo'yib, OC sohasidagi yutuqlarning faqat bir qismi tasvirlangan.