Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Список сокращений и условных обозначений
2.1 Что представляет собой волоконно-оптическая связь
2.2 Принцип передачи оптических сигналов по волокну
2.3 Принципы построения волоконно-оптической линии связи
2.3 Структура оптического волокна
Глава 3Причины использования оптического волокна в промышленности
3.1 Описание, анализ и результаты тестирования.
3.2. Системы сбора данных и измерительные системы.
3.5. Установки альтернативной энергетики
3.6. Оптические системы дуговой защиты
3.7. Другие автоматизированные системы
Глава 4Недостатки и преимущества оптоволоконных сетей
4.1 Преимущества оптоволоконных сетей
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В. И. ВЕРНАДСКОГО»
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра компьютерной инженерии и моделирования
ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Курсовая работа
по дисциплине «Компьютерные сети»
студента 3 курса группы ИВТ-б-з-191
Королев Александр Александрович
Направления подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»
(код и наименование)
| Научный руководитель Старший преподаватель, к. ф.-м. н. | _ (оценка) _____________ _ (подпись, дата) _____________ | А.И. Шевченко |
Симферополь, 2021
Реферат
Королев А. А. «Высокоскоростные оптические линии передачи данных» // Курсовая работа по специальности 09.03.01 Информатика и вычислительная техника / Кафедра компьютерной инженерии и моделирования Физико-технического института Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского. – Симферополь, 2021. – 36 с., 20 рис.
Объектами исследования данной работы являются - волоконно-оптическая система, состоящая из пассивных и активных элементов, предназначенная для передачи информации в оптическом (как правило — ближнем инфракрасном) диапазоне.
Предметом исследования выступает использование волоконно-оптической системы и ее применение.
Цель данной рассмотреть применение, проблемы, способы монтажа, преимущества и недостатки оптоволоконных сетей.
Данная работа состоит из введения четырех глав, заключения и списка использованной литературы.
Во введении обоснована актуальность темы, описаны методологические предпосылки исследования, определены объект, предмет, цель, задачи исследования.
В первой главе изучена история появления оптоволоконной связи.
Во второй главе проанализировано устройство, внутренние процессы, механизмы и принцип работы оптоволоконных сетей.
В третьей главе изучены и описаны причины и способы использования оптоволоконных сетей на предприятиях.
В четвертой главе проанализированы преимущества и недостатки использования оптоволоконных сетей.
В заключении сделаны выводы обобщающего характера.
ОПТОВОЛОКОННЫЕ СЕТИ, ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО, ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИЙ СВЯЗИ, СКОРОСТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
Оглавление
Реферат 2
Оглавление 3
Список сокращений и условных обозначений 4
Введение 5
2.1 Что представляет собой волоконно-оптическая связь 10
2.2 Принцип передачи оптических сигналов по волокну 12
2.3 Принципы построения волоконно-оптической линии связи 13
2.3 Структура оптического волокна 16
3.1 Описание, анализ и результаты тестирования. 20
3.2. Системы сбора данных и измерительные системы. 22
3.3. Защита от ударов молнии 24
3.4. Силовое оборудование 24
3.5. Установки альтернативной энергетики 26
3.6. Оптические системы дуговой защиты 28
3.7. Другие автоматизированные системы 29
3.8. Медицинское оборудование 31
4.1 Преимущества оптоволоконных сетей 33
4.2 Недостатки оптоволоконных сетей 34
4.3 Вывод 34
Список сокращений и условных обозначений
| ОВ ВОК ВОЛС СКС FTTH ЭМИ POF ПЛК GPIB SVC TSC TCR ВЭУ КРУ | Оптическое волокно Волоконно-оптический кабель Волоконно-оптические линий связи Структурированной кабельной системы Fiber to the home Электромагнитный излучатель Пластиковое (полимерное) оптическое волокно Программируемый логический контроллер General Purpose Interface Bus Static VAR Compensator Thyristor-Switched Capacitors Thyristor-Controlled Reactor Ветроэлектрическая установка Комплектные распределительные устройства |
Введение
Данная работа посвящена изучению высокоскоростные оптические линии передачи данных.
Объект исследования: Оптические линии передачи данных их использование в домашнем варианте, предприятия, офиса, принципы монтажа, основные недостатки и проблемы.
Предмет исследования: оптоволоконное соединение.
Целью работы является ВОЛС, рассмотреть их принцип работы, преимущества и недостатки.
Для реализации данного проекта необходимо выполнить следующие задачи:
– Изучить историю появления оптоволоконных систем передачи данных;
– Изучить принципы работы ВОЛС, основные механизмы и технологии;
– Исследовать причины и особенности использования оптического волокна;
– Выявить преимущества и недостатки использования ВОЛС;
Результатом выполнения данной работы будет подведение итогов о проведенном исследовании, содержащиеся в заключительной части работы.
Глава 1
История Оптоволокна
Вплоть до 1980-х гг. оптоволоконная технология не могла развиться до такой степени, чтобы стать коммерчески ценным продуктом для нужд связи. Однако развивающиеся международные стандарты связи предсказывали очень высокие требования к скорости передачи данных. Хотя нужная для них пропускная способность могла быть получена через традиционные кабельные, микроволновые и спутниковые технологии, у последних имелось явное ограничение максимальных скоростей передачи данных. Оптоволоконные системы передачи предоставили требуемую огромную производительность, преодолев чреватые неприятностями ограничения.
Предыстория. Ранние сообщества использовали для передачи цифровых сообщений на далекие расстояния сигнальные огни. Полибиус (Polybious), греческий математик, разработал метод кодирования букв с использованием огня, составив таблицу, где ряды таблицы обозначались одним набором огней, а столбцы таблицы - другим набором огней.
1700г. Исаак Ньютон открыл дифракцию и возможность разложения света на спектр различных цветов.
1790г. Французский инженер Клод Шап (Claude Chappe) разработал первую систему оптического телеграфа, используя семафоры. Сообщения передавались от одной возвышенности до другой посредством движения рычагов семафора. '
1800г. Уильям Гершель (William Hershel) открыл, что определенная часть спектра света содержит инфракрасные лучи. Французский математик Августин Фреснель (Augustine Fresnel) разработал первую математическую модель для объяснения свойств света. Его предложение базировалось на предпосылке, что свет состоит из синусоидальных волн. Физик Джеймс Максвелл (James Maxwell) заложил основы для разработки учения о распространении света в форме электромагнитных волн. Уравнения Максвелла до сих пор используются для объяснения поведения в передающих системах радио- и световых волн.
1854г. Британский физик Джон Тиндалл (John Tyndall) провел эксперимент, в котором он передавал свет вдоль струи падающей воды, демонстрируя передачу сигнала путем полного внутреннего отражения.
1880г. Знаменитый изобретатель Александр Белл (Alexander Bell) изобрел устройство, названное фотофоном, которое содержало сделанную из отражающего материала мембрану. Когда звук заставлял мембрану вибрировать, она модулировала падающий на нее световой пучок и отражала его вдаль. Отраженный свет мог быть затем демодулирован с использованием другого фотофона. Используя этот метод, Белл смог установить связь на расстоянии вплоть до 213 м. Американский инженер Уильям Уилер (William Wheeler) разработал систему освещения здания на основе ряда каналов и протоков. Свет вводился с одного конца, и световые лучи за счет внутреннего отражения проходили сквозь каналы к их концам, излучались в комнаты и рассеивались. Хотя система, возможно, никогда не работала эффективно, идея была здравая и в конечном счете способствовала появлению оптоволоконной связи.
1907г. Химик Раунд (Round) открыл, что при определенных углах падения (forward biasing) на различные типы кристаллов карбида кремния они излучали желтый, зеленый, оранжевый или голубой свет.
1910г. Два физика, Хондорс (Hondors) и Дейб (Deybe), опубликовали важную. работу по передаче электромагнитных волн в твердых диэлектриках.
1923г. Физик Лосев разработал светодиод (LED).
1927г. Инженер Берд (Baird) предложил использовать непокрытые волокна при передаче изображений в телевидении.
1934г. Инженер фирмы AT&T Норман Френч (Norman French) впервые запатентовал идею передачи сигналов связи по тонкому стеклянному волокну. В то время не было доступных прозрачных материалов с достаточно низким ослаблением, чтобы технология оказалась осуществимой.
1955г. Инженер фирмы RCA Бронштейн (Braunstein) разработал на основе арсената галлия устройство, которое излучало инфракрасный сигнал.
Активные разговоры о волоконных светодиодах начались еще в пятидесятых годах прошлого столетия. Тогда же и начали их делать из разного рода прозрачных материалов. Но прозрачности тех материалов не хватало для хорошей проводимости света.
В те годы Советский Союз даже опережал Запад в сфере волоконной оптики. Первая оптическая линия связи была запущена в СССР в 1977 году в Зеленограде. Канал был создан для соединения Северной промзоны и администрации города. Изготовлена она была на оптическом кабеле разработки особого конструкторского бюро кабельной промышленности (ОКБ КП), входящего в Концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Государственной корпорации Ростех, специализирующегося на производстве кабелей и кабельных сборок.
В мае 1981 года в СССР вышло Постановление ЦК КПСС и СМ СССР «О разработке и внедрении световодных систем связи и передачи информации». Это событие стало толчком для развития волоконно-оптической связи и увеличению количества разработок в этой сфере.
В начале 60-х сначала в СССР, а затем и на Западе ученые приходят к выводу, что светопоглощение стекла сильно зависит от красящих материалов и продуктов разъедания огнеупоров. Экспериментально было доказано, что светопоглощение идеально чистого стекла настолько мало, что лежит за пределами чувствительности измерительных приборов.
В 1966 году группа ученых во главе Чарльзом Куэн Као приходит к выводу, что наиболее подходящим материалом для волоконно-оптической связи будет кварцевое стекло. Уже тогда Као считал, что с помощью оптики можно будет передавать информацию и вскоре этот вид связи заменит передачи сигнала по медным проводам.
Спустя три года Као получил волокно с коэффициентом затухания на уровне 4 дБ/км. Это результат стал первым экземпляром сверхпрозрачного стекла. Еще год спустя компания Corning Incorporated произвела волокна со ступенчатым профилем показателя преломления и достигла коэффициента затухания 20 дБ/км на длине волны 633 нм. Впервые кварцевое волокно пропустило световой луч на расстояние до 2 километров.
Согласитесь в схожем темпе сейчас развивается квантовая передача данных. В качестве экспериментов и коммерческого использования на небольших расстояниях.
1956г. Американская компания NS Карапу впервые использовала термин "волоконная оптика" ("fiber optics"). Ей принадлежит честь первого изобретения стеклянного стержня.
1960г. Теодор Мейман (Theodore Maiman), инженер из фирмы Hughes Aircraft, разработал первый действующий газовый лазер. Фирмы IBM, General Electric и Массачусетский технологический институт (MIT) примерно в одно время разработали инжектирующие лазерные диоды (injection laser diodes).
1966г. Два исследователя в Харлоу (Harlow) разработали стеклянное волокно с ослаблением (attenuation) приблизительно 1000 дБ/км.
1970г. Компания Corning Glass Works разработала методику производства стеклянных волокон, подавляющую ослабление до 20 дБ/км. Фирмы Bell laboratories, RCA и ученые Советского Союза разработали инжекторные полупроводниковые лазеры постоянного действия.
1972г. Ослабление сигнала в оптических волокнах было снижено до 4 дБ/км.
1976г. Компания Rediffusion развернула первую коммерческую оптоволоконную систему для передачи аналоговых телевизионных сигналов.
1980г. Коммерческое распространение оптоволоконных систем связи.
Глава 2
Оптоволоконная связь
2.1 Что представляет собой волоконно-оптическая связь
Волоко́нно-опти́ческая связь – способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем – волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду.