История развития связи
РАЗВИТИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА – РАЗВИТИЕ СВЯЗИ
Потребность в общении, в передаче и хранении информации возникла и развивалась вместе с развитием человеческого общества.Сегодня уже можно утверждать, что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей человеческого общества, государства.Зародившись в те времена, когда стали проявляться самые ранние признаки человеческой цивилизации, средства общения между людьми (средства связи)непрерывно совершенствовались в соответствии с изменением условий жизни,с развитием культуры и техники.
Это же относиться и к средствам записи и обработки информации.Сегодня все эти средства стали неотъемлемой частью производственного процесса и нашего быта.
С древнейших времен звук и свет служили людям для передачи сообщений на дальние расстояния
На заре своего развития человек, предупреждая своих соплеменников об опасности или сзывая на охоту, подавал сигналы криком или стуком. Звук – основа нашего речевого общения. Но если расстояние между собеседниками велико и силы голоса не хватает, требуются вспомогательные средства. Поэтому человек начал использовать “технику”- свистки, рога животных, факелы, костры, барабаны, гонги, а после изобретения пороха-выстрелы и ракеты. Появились специальные люди-гонцы, герольды, - которые переносили и передавали сообщения, оглашали народу волю владык. В Южной Италии кое-где по берегу моря до последнего времени сохранялись развалины сторожевых постов, с которых посредством колокольного звона передавались известия о приближении норманнов и сарацинов.
С незапамятных времен в качестве носителя информации применяется и свет.
Первыми “системами” связи стали сторожевые посты, располагавшиеся вокруг поселений на специально построенных вышках или башнях, а иногда просто на деревьях.При приближении неприятеля зажигался костер тревоги.Увидев огонь, зажигали костер часовые на промежуточном посту, и неприятелю не удавалось застать жителей врасплох.Для гонцов создаются станции смены лошадей.Маяки и ракеты до сих пор несут свою “информационную службу” на море и в горах.
Археологи, изучавшие памятники материальной культуры Древнего Рима, обнаруживали высеченные на камнях изображения сигнальных башен, с зажженными на них факелами. Такие башни устраивались также в Великой Китайской стене. До нас дошла легенда трехтысячелетней давности о том, как огни костров, зажженных на вершинах гор, в ту же ночь донесли Клитемнестре, супруге Агамемнона, предводителя греков в Троянской войне, весть о падении Трои. За 250 лет до нашего летосчисления в походах Ганнибала сигнальные огни уже не были чем-то необычным, и даже сегодня, в наш технический век, мы не можем от них отказаться.
В Древнем Китае важные сообщения передавали с помощью разнообразных гонгов, а коренные жители Африки и Америки пользовались барабанами. Мерный гул тамтамов сопровождал экспедиции по исследованию черного континента: племена предупреждали друг друга о приближении и намерениях пришельцев. И даже сегодня, когда развивающиеся народы Африки успешно овладевают современными средствами связи, барабан все еще не утратил своего значения. На железнодорожном транспорте и по сей день, когда требуется экстренно остановить поезд, тоже используют звуковые сигналы: на рельсы на небольшом расстоянии друг от друга кладут три петарды, которые с шумом взрываются под колесами.
Необходимость передавать не только отдельные сигналы типа “тревога”, но и различные сообщения привела к применению “кодов”, когда разные сообщения различались, например, числом и расположением костров, числом и частотой свистков или ударов в барабан и т.п. Греки во втором веке до нашей эры использовали комбинации факелов для передачи сообщений “по буквам”.На море широкое применение нашли сигнальные флаги различной формы и цвета,причем сообщение определяется не только самими флагами, но и их взаимным расположением, а также “семафор”-передача сообщений изменением расположения рук с флажками (днем) или фонарями (ночью).Потребовались люди, знающие “язык” флагов или семафора, умеющие передавать и принимать переданные сообщения.
Наряду с развитием способов передачи сигналов с использованием звука и света шло развитие способов и средств записи и запоминания информации. Сначала это были просто различные зарубки на деревьях и стенах пещер. По рисункам, выбитым на стенах пещер более трех тысяч лет назад, мы сейчас можем составить представление об отдельных сторонах жизни наших предков в те далекие времена. Постепенно совершенствовались как форма записи, так и средства ее осуществления. От серии примитивных рисунков человек постепенно переходит к клинописи и иероглифам, а затем - и к фонетическому письму по буквам.
Каким бы видом транспорта ни пользовался житель современного города – наземным или подземным, - он во власти “сигнальных огней” светофора. Конечно, сегодня зажечь такой “сигнальный огонь» - дело несложное, но так ли уж далеки современные светосигнальные устройства, регулирующие движение метро и наземных транспортных потоков, от огней, которые возвестили о падении Трои?
Звук и свет были и остаются важными средствами передачи информации и несмотря на свою примитивность, огневая и звуковая сигнализация служили людям в течение многих столетий. За это время делались попытки усовершенствовать приемы сигнализации, но широкого практического применения они не получили.
Два таких способа рассмотрены в книге греческого историка Полибия. Первый из них заключался в следующем.
Изготавливались два совершенно одинаковых глиняных сосуда высотой 1.5м и шириной 0.5м. В нижней их части делались отверстия одного сечения, снабженные кранами. Сосуды наполнялись водой; по поверхности воды в каждом сосуде плавал пробковый диск с прикрепленной к нему стойкой. На стойке имелись деления или зарубки, соответствующие наиболее часто повторяющимся событиям. Сосуды устанавливались на станциях отправления и назначения. Как только поднимался факел, на обоих пунктах одновременно открывались краны, вода вытекала, и поплавки со стойками опускались до определенного уровня. Тогда на передающем пункте снова поднимали факел, краны закрывались и на приемной станции читались те сведения, которые требовалось сообщить.
Этот способ был мало удобен.
Другой способ, описанный в той же книге, оказался более полезным. Его изобретение приписывается александрийским инженерам Клеоксену и Демоклиту. В пунктах, между которыми требовалось установить связь, сооружалась каменная или деревянная стена в виде небольшой крепости, состоящей из двух отделений. В стенах устраивались отверстия или гнезда, в которые вставлялись горящие факелы. Гнезд было 10 – по пяти в отделении. Для сигнализации был составлен код. Весь греческий алфавит делился на пять групп; в порядке алфавитного расположения в первую входили буквы от до ; во вторую – от до ; в третью – от до ; в четвертую – от до и в пятую – от до . Каждая группа записывалась на отдельной дощечке. Для передачи какой-либо буквы нужно было сообщить два числа: номер группы или дощечки, и место, занимаемое ею в этой группе. Первому числу соответствовало кол-во факелов, выставленных в левом отделении, второму – факелы правого отделения. Теоретически этот способ сигнализации казался совершенным, однако, на практике он большого успеха не имел. Трудно сказать, насколько широкое распространение получила в те времена эта система, но используемый ею код сыграл значительную роль в дальнейшем развитии средств сигнализации. Таблица, получившая название по имени автора “таблица Полибия”, стала в дальнейшем неотъемлемой частью многих телеграфных устройств, а принцип ее составления сохранился в кодированных передачах и до наших дней.
ПЕРВЫЕ СРЕДСТВА СИГНАЛИЗАЦИИ НА РУСИ
Древнерусское государство, возникшее более тысячи лет назад, подвергалось частым разорительным набегам со стороны разных воинствующих племен, и это заставляло наш народ постоянно заботиться о защите своих земель и жилищ. Там, где основывались поселения, возводились всевозможные оборонительные укрепления, рылись глубокие рвы, сооружались насыпи и устраивались специальные сторожевые посты, с которых подавались сигналы о приближении какой-либо опасности.
К сожалению, история почти не сохранила вещественных и литературных памятников, дающих представление об организации средств связи у наших предков. Археологи предполагают, что в России для этих целей также применялись линии сигнальных костров, подобно тем, которые имели место в Греции, Риме и Персии. Первые поселения возникли, как правило, на землях, удобных для обработки. Вокруг таких поселений возводились оборонительные укрепления. На юге России до сих пор можно встретить такие возвышенности или холмы, называемые иногда курганами.
Огонь, иногда дым в течение долгих столетий оставались неизменными способами сигнализации. Формы же организации сторожевой службы со временем, конечно, менялись вместе с изменяющимися условиями общественной жизни людей.
Широкое распространение огневая сигнализация получила после свержения татарского ига и образования единого русского государства. С этого времени для обеспечения безопасности государства начинают сооружаться специальные оборонительные линии, тянувшиеся вдоль государственной границы. Вдоль границы через определенные интервалы располагались сторожевые посты, с которых велось постоянное наблюдение за всеми движениями врага. О малейшей опасности немедленно давали знать воеводам. В качестве средств сигнализации все также использовались огонь, дым, звон колокола. Эта сигнальная служба предназначалась только для обеспечения государственной безопасности. Внутри страны связь обычно осуществлялась с помощью пеших и конных гонцов и вестовых, которые специально содержались при императоре и при некоторых государственных учреждениях. Частные же лица при надобности сообщались между собой за счет своих личных средств.
Несколько позднее в России зародился новый способ сообщений, так называемая ямская гоньба. Слово “ям” было занесено к нам татарами. Татары, очевидно в свою очередь, позаимствовали это слово у китайцев, у которых по всем дорогам имелись особые станции с домами для пристанищ, называемые ”Jamb” – почтовые дома. По примеру китайцев, почтовые станции стали устраивать и татары в своей Орде. В начале XVI века по некоторым наиболее важным в военном отношении дорогам были учреждены станции, которыми заведовали ямщики. На их обязанности лежало своевременное предоставление проезжающим проводников, лошадей и фуража.
В царствование Ивана Грозного насчитывалось уже 300 таких станций. Почти до середины XIX века ямская гоньба была единственным и незаменимым средством сообщений. Только в 70-80 годах прошлого века, когда началось широкое строительство железных дорог, ямская гоньба как средство связи прекратила свое существование.
ТЕЛЕГРАФ ШАППА
В XVII и XVIII веках, когда получили заметное развитие наука, техника и промышленность, стали прокладываться новые торговые пути и завязываться тесные политические и экономические взаимоотношения между народами, появляется острая потребность в создании более совершенных и быстродействующих средств связи. Вполне понятно поэтому, что первые проекты сооружения новых сигнальных установок зародились, прежде всего, в таких странах, как Англия и Франция, значительно дальше продвинувшихся в своем развитии.
Особую известность среди первых изобретателей специальной сигнальной аппаратуры приобрел английский ученый Роберт Гук, которого часто называют основателем оптической телеграфии. Его аппарат состоял из деревянной рамы, один угол которой обшивался досками и служил загородкой. За загородкой скрывались предметы особой формы, обозначавшие различные буквы или фразы. При передаче сообщений каждый такой предмет выдвигался в пустой угол рамы и мог быть видимым на другой станции. Для чтения сигналов Гук предложил использовать незадолго до этого изобретенные зрительные трубы, ставшие затем неотъемлемой частью всех сигнальных устройств.
В 1684 году Гук сделал доклад о своем изобретении на заседании Английского королевского общества, а вскоре после этого подробное описание аппарата было помещено в “ТРУДАХ” общества. Сигнальная система Гука использовалась в отдельных случаях довольно продолжительное время, а в английском флоте сохранилась почти до конца XVIII века.
Несколькими годами позже после изобретения Гука подобное же устройство предложил французский физик Амонтон. Однако первые его опыты прошли неудачно, и в дальнейшем, несмотря на все попытки усовершенствовать свое изобретение, Амонтон не получил поддержки со стороны влиятельных особ. Такая же участь постигла и многих других изобретателей, среди которых следует упомянуть имена Кесслера, Готей, Лехера, чьи идеи в той или иной степени нашли применение в практике сигнализации лишь много лет спустя.
Аппарат Кесслера представлял собой пустую бочку, в которой помещалась лампа, снабженная рефлектором, отражающим свет в требуемом направлении. С помощью особых дверец можно было получать комбинации кратковременных и длительных миганий света и передавать всю азбуку. Именно этот принцип сигнализации и был положен в основу военных сигнальных аппаратов, так называемых гелиографов.
Не менее интересным по замыслу был акустический телеграф, предложенный в 1782 г. французским монахом Готеем, в котором звук передавался по чугунным трубам, уложенным в землю. Опыты прошли успешно, но практического применения эта система не получила, так как правительство сочло такое сооружение слишком дорогим и разорительным для государственной казны. Много лет спустя подобная идея была реализована при организации сторожевой сигнализации на первых железных дорогах; только вместо труб прокладывались металлические проводники, по которым распространялся условный звон колокола, оповещавший сторожевые посты о движении поезда.
Несколько позднее в различных странах было предложено много всевозможных систем сигнализации на дальние расстояния, но почти ни одна из них не нашла практического применения. И только в конце XVIII века как бы в завершении всех высказанных идей появилось замечательное изобретение Клода Шаппа.
Клод Шапп родился в 1763 году в местечке Брюлоне во Франции. После окончания духовного училища он получил место священного служителя в небольшом приходе. В свободное от службы время Шапп занимался физическими исследованиями, которыми он увлекался с детства. Одна мысль особенно занимала его воображение – создание машины для передачи сообщений. Из всех способов сигнализации, которые предлагались в прошлом, наибольший интерес вызвала система с двумям одинаковыми сосудами, описанная Полибием. Шапп решил, что сама идея, заложенная в основе этой системы, может быть использована для создания более совершенного устройства.
Вместо сосудов он предложил установить на станциях с одинаковым ходом часы, на циферблате которых вместо цифр были бы нанесены 24 буквы. Начальное положение стрелок определялось заранее. По условному знаку часы одновременно пускали в ход. При этом с приемной станции должны были наблюдать за манипуляциями на передающей станции. Появлявшийся там сигнал означал, что нужно заметить на циферблате ту букву, против которой в данный момент находилась стрелка. Нужно сказать, что публичные опыты, которые Шапп провел с этими приборами в 1791 году в местечке Парсэ, прошли с успехом. Но, несмотря на это, изобретатель вскоре сам разочаровался в своих аппаратах, убедившись в невозможности их применения для передачи сообщений на расстояние более 12 – 15 верст. Продолжая усовершенствовать свое устройство, Шапп разработал еще ряд конструкций сигнальных аппаратов, из которых наиболее удачный в 1792 году он привез в Париж. Благодаря ходатайству своего старшего брата Урбана Шаппа, депутата Законодательного собрания, Клод Шапп получил правительственное разрешение на проведение испытания своего аппарата и стал тщательно к ним готовиться. Для размещения своих приборов он избрал три пункта: Менимольтон, Экуан и Сен-Мартен-де-Тертр, расстояние между которыми равнялось 3 милям. Когда закончилось оборудование станций и был подготовлен обслуживающий персонал, французское правительство назначило экспертную комиссию для оценки возможностей предлагаемого изобретения. В состав комиссии вошел известный в то время физик Г. Ромм, который, ознакомившись с описанием системы сигнализации Шаппа, заинтересовался ее идеей и дал весьма одобрительный отзыв. В своем донесении правительству от 4 апреля 1893 г. Ромм писал: “Во все времена чувствовали необходимость в быстром и верном способе сообщения на дальние расстояния. Особенно во времена войн, на сухом пути и на море чрезвычайно важно извещать немедленно о множестве событий и случаев, передавать приказания, давать знать о помощи осажденным городам или окруженным неприятелем отрядам и пр. В истории не раз упоминается об изобретенных с такой целью способах, но они большей частью были оставлены по своей неполноте и по трудностям исполнения”.
Оценивая изобретение Шаппа, Ромм признал весьма остроумным “способ писать в воздухе, выставляя немногочисленные буквы, простые, как прямая линия, по которой они составлены, ясно различимые одна от другой и передаваемые быстро на большие расстояния…”
Одобрив в целом изобретение Шаппа, комиссия рекомендовала продолжать опыты.
Свой прибор Шапп первоначально назвал “ташиграфом”, т.е. “скорописцем”, но затем по совету некоторых из членов комиссии переименовал его в “телеграф”, или дальнописец, и с тех пор это название сохранилось за всеми подобными аппаратами до настоящего времени.
12 июля 1793 года состоялся официальный смотр аппарата Шаппа. Испытания продолжались в течение трех дней и приборы работали удивительно точно и быстро. В результате французское правительство вынесло решение о немедленной постройке телеграфной линии Париж-Лилль, протяженность которой должна была составить 60 миль. Строительство поручалось Клоду Шаппу, которому по этому случаю было присвоено первое в мире звание телеграфного инженера, и продолжалось около года.
Для оборудования промежуточных пунктов выбирались возвышенные места, на которых возводились небольшие здания с двумя окнами, расположенными так, чтобы из них можно было видеть ближайшие пункты.
На особой платформе такого здания устанавливался высокий шест, к которому прикреплялась горизонтальная рама, получившая название “регулятора”, длиною от 9 до 14 футов и шириною от 9 до 13 дюймов. Эта рама могла свободно вращаться вокруг своей оси и принимать разнообразные положения: вертикальное, горизонтальное, наклонное по направлению справа налево и обратно. На ее концах имелись рейки, называемые индикаторами или крыльями, длина которых определялась в 6 футов. Рейки также могли вращаться вокруг своих осей и занимать самые различные положения относительно регулятора.
Из всех возможных положений избрали семь, которые можно было наиболее легко распознать, а именно: два вертикальных, одно горизонтальное, два под углом 45 сверху и два под тем же углом снизу. Эти семь комбинаций одного индикатора с семью такими же другого давали 49 сигналов, а так как последние могли соединяться с четырьмя положениями регулятора, то аппарат Шаппа давал 196 отчетливых фигур. Из них было отобрано 98 наиболее легкораспознаваемых и с их помощью передача известий велась на сравнительно далекое расстояние.
Все движения аппарата осуществлялись одним человеком, посредством шнурка или металлического шарнира. На каждой станции имелись две подзорных трубы, вмонтированные в стену и направленные таким образом, что в поле зрения постоянно находились два ближайших телеграфа. Для лучшей видимости аппараты были окрашены черной краской. Дальность действия зависела от условий местности; при ровной поверхности промежуточные станции устанавливались через 28-30 верст, в горах это расстояние несколько уменьшалось. Сигнализация производилась с помощью цифрового кода из специально составленного “телеграфического” словаря. Каждая комбинация знаков соответствовала определенному числу, от1 до 92. В словаре имелось 92 страницы, на каждой из которых было записано 92 слова. При передаче известий сообщались числа, причем первое число означало номер страницы, а второе- порядковый номер слова. Пользуясь таким словарем, можно было довольно быстро передать любое из 8464 слов, записанных в нем. Но так как в депешах очень часто встречались одни и те же фразы, то для ускорения передачи была еще составлена книга фраз, в которой также имелось 92 страницы, с 92 фразами на каждой. Поэтому, помимо 8464 слов можно было передать и 8464 фразы. В последнем случае передавалось уже трехзначное число, в котором первая цифра указывала на то, что нужно пользоваться книгой фраз.
15 августа 1794 года в ходе войны Французской Республики против Австрии линия впервые продемонстрировала свои возможности: известие о том, что Ле-Кесне снова в руках революционных войск, достигла столицы через час.
Простота устройства телеграфа, быстрота и точность его работы побудили Конвент принять решение о постройке во Франции нескольких телеграфных линий и соединить столицу со всеми пограничными пунктами. В 1798 г. была открыта линия Париж-Страсбург-Брест, в 1803 г. линия Париж-Лилль была продолжена до Дюнкерта и Брюсселя. В 1803 г. по распоряжению Наполеона была построена линия Париж- Милан, продолженная в 1810 г. до Венеции. В 1809-1810 гг. телеграф соединил Антверпен и Булонь, Амстердам и Брюссель. В 1823 г. вступила в действие телеграфная линия Париж-Баионнь. О быстроте сообщений на этих линиях можно судить по данным таблицы:
Несмотря на сравнительную простоту сооружения и его эксплуатации, телеграф имел свои существенные недостатки. Во-первых, его работа в сильной мере зависела от всяких изменений, происходящих в атмосфере, и, во-вторых, он был совершенно неприспособлен к работе в ночное время.
Шапп подсчитал, что его препарат может действовать только 2190 часов в год, т.е. в среднем это составляло примерно 6 часов в сутки. Чтобы повысить “работоспособность” телеграфа, Шапп и его сотрудники очень много потрудились над приспособлением его к ночной службе. Были испробованы самые различные способы и горючие материалы, но удовлетворительных результатов достичь не удалось. Смола и сало выделяли при горении много копоти, окутывавшей и скрывавшей знаки телеграфа. Жидкое горючее, например масло, также оказалось неподходящим, так как от постоянного движения крыльев аппарата пламя колыхалось и гасло. Использование же газа было связано с большими техническими трудностями. Самому Шаппу эту задачу решить так и не удалось. Но несмотря на имевшиеся недостатки, его телеграф получил широкое распространение и применялся во Франции вплоть до 1855 г.
Большую популярность система Шаппа приобрела и в других странах, но изобретателю не суждено было стать свидетелем столь полной реализации его технических идей. Он умер 23 июля 1805 года.
Сигнальные аппараты Шаппа в том виде, в каком они были предложены самим изобретателем, или несколько видоизмененные, нашли широкое применение во многих других государствах. Более чем полстолетия они служили единственным быстродействующим способом сообщений и вошли в историю телеграфии как оптические средства связи. В 1795 г. аппараты системы Шаппа были установлены в Испании и Италии. Вскоре подобный же телеграф, но немного измененной конструкции появился в Англии и Швеции. Последняя система, разработанная английским лордом Мурреем, имела следующее устройство: на платформе высокого здания сооружалась четырехугольная рама, в которой двумя рядами помещались шесть восьмигранных дощечек. Каждая такая дощечка могла занимать два положения: одно,- когда она обращалась к наблюдателю всей плоскостью, и другое,- когда она путем поворота ее на 90 обращалась к наблюдателю ребром и в отдалении становилась невидимой для глаза. Вращение дощечками производилось с помощью специального механизма, размещавшегося в нижней части помещения. Комбинируя различным образом расположения этих дощечек, можно было получить 64 знака. Первая линия, оборудованная такими устройствами, соединяла Лондон, Дувр и Портсмут.
В Швеции вначале применялся точно такой же аппарат, но в течение весьма короткого времени он был усовершенствован Эндельранцем, предложившим вместо шести дощечек устроить десять. При таком количестве дощечек появлялась возможность передать уже 1024 знака. В 1796 г. в Швеции действовали три линии оптического телеграфа, из которых одна соединяла такие важные пункты, как Стокгольм, Траненберг и Дротнингольм.
Обе системы- английская и шведская- имели преимущество перед способом Шаппа, заключающееся в том, что легко могли быть приспособлены к работе в ночное время. Для этого оказывалось достаточным позади дощечек помещать лампы, свет от которых был виден довольно далеко, как только дощечки открывались. Телеграфировать при этом приходилось, конечно, в обратном порядке, т.е. днем сигналы подавались появлением в раме дощечек, а ночью их исчезновением. Как только новый телеграф доказал на практике свою жизнеспособность, английское правительство позаботилось об устройстве подобных линий сигнализации и в своих колониях. В Индии первая линия оптического телеграфа, построенная в 1823 г. соединила Калькутту с крепостью Шунар. Примерно в это же время стала действовать подобная линия в Египте между Александрией и Каиром, где требовалось 40 мин., чтобы передать знак из одного города в другой через 19 промежуточных станций.
В Пруссии оптический телеграф был введен только в 1832 г. В окрестностях Берлина, в Потсдаме, есть гора, которая называется Телеграфенберг. Свое название она получила со времен строительства оптической телеграфной линии. Первая линия, которая состояла из 61 станции соединяла Берлин с Триром, проходя через такие пункты как Потсдам, Магдебург, Кельн, Кобленц. По своему устройству прусский оптический телеграф более приближался к телеграфу Шаппа, чем к английскому. Он состоял из мачты с шестью подвижными линейками. Каждая такая линейка, или как ее иногда называли “крыло”, могла принимать четыре положения: под углом к мачте в 0 , 45 , 90 и 135 . Комбинируя различные положения шестилинеек, можно было получить 4096 знаков. Недостатком этого аппарата была неприспособленность его к ночной работе.
Изобретение Шаппа явилось величайшим событием для того времени. Об успешном применении аппарата писала вся западноевропейская печать. Вести об этом скоро дошли и до России. В конце 1794 г. столичная газета “Петербургские ведомости”, сообщая о ходе военных действий во Франции, попутно отмечала успех нового изобретения, сыгравшего большую роль при взятии французской крепости Конде.
Этот факт не мог остаться незамеченным для русских правящих кругов. Возможностями такой “дальнопишущей машины” заинтересовалась сама императрица Екатерина Вторая. Как правительница огромного государства она правильно оценила все значение изобретения. Потребовав к себе самого искусного механика академической мастерской, она приказала ему построить точно такую же машину.
Этим механиком оказался Иван Петрович Кулибин, прославившийся в народе за свои хитроумные и полезные изобретения. В том же 1794 г. Кулибин разработал механизм оптического телеграфа, систему передачи сигналов и оригинальный код. Однако царское правительство не воспользовалось его изобретением и только значительно позже под давлением военно-политических событий приступило к постройке оптического телеграфа, который связал Петербург с Шлиссельбургом(1824 г.), Кронштадтом(1834 г.), Царским Селом(1835 г) и Гатчиной(1835 г.).
Аннотация: К современным средствам связи относятся электрические и оптические средства – проводная – факсимильная, волоконно-оптическая, беспроводная – радиотелеграф, радиорелейная, спутниковая, пейджинговая, сотовая мобильная связь, Интернет-телефония, спутниковое цифровое телевидение
Линии (каналы) связи обеспечивают передачу и распространение сигналов от передатчика к приемнику. По физической природе передаваемых сигналов различают электрические (проводные и радио), акустические и оптические каналы связи.
Древнейшими каналами связи являются акустические и оптические.
Для передачи информации использовался звук - барабанов и колоколов. Человеческая речь также передается по акустическому каналу связи, ограниченному пределом слышимости. Принцип передачи информации голосом на большие расстояния использовался еще до новой эры.
У персидского царя Кира (VI век до н. э.) состояло для этой цели на службе 30000 человек, именуемых "царскими ушами". Они располагались на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости друг друга и передавали сообщения, предназначенные царю, и его приказания. За один день известия по такому акустическому "телефону" проходили расстояние тридцатидневного перехода.
Сигнальные костры - это древнейший оптический канал связи .
В наше время наибольшее распространение получили электрические каналы связи. Это совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю. Она осуществляется с помощью электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов. Различают каналы электросвязи: телефонные, телеграфные, факсимильные, телевизионные, проводного и радиовещания, телемеханические, передачи данных и т. д. Составной частью каналов связи являются линии связи - проводные и беспроводные (радиосвязь). В свою очередь проводная связь может осуществляться по электрическому кабелю и по оптоволоконной линии. А радиосвязь осуществляется по ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-диапазонам без применения ретрансляторов, по спутниковым каналам с применением космических ретрансляторов, по радиорелейным линиям с применением наземных ретрансляторов и по сотовой связи с использованием сети наземных базовых радиостанций.
Проводные линии связи
Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные.
Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Они прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности в России была построена в 1854 году между Санкт-Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия заработала воздушная телеграфная линия от Санкт-Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 году была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов.
В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Санкт-Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный резиной. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй подводная кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.
В 1882-1884 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.
Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной скруткой. В 1900-1902 гг. дальность передачи телеграфной и телефонной связи была увеличена в несколько раз.
Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912-1913 гг. - освоение производства электронных ламп.
В 1917 г. В.И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков-Москва-Петроград.
В 1930-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. Стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Они используются для передачи телевизионных сигналов высокой частоты, а также для междугородней и международной телефонной связи. Одним проводом в коаксиальном кабеле служит медная или алюминиевая трубка (или оплетка), а другим - вложенная в нее центральная медная жила. Они изолированы друг от друга и имеют одну общую ось. Такой кабель имеет малые потери, почти не излучает электромагнитных волн и поэтому не создает помех. Изобретателем коаксиального кабеля является сотрудник всемирно известной фирмы Bell Telephone Laboratories Cергей Aлександрович Щелкунов - эмигрант из Советской России. Первый в мире коаксиальный кабель был проложен в 1936 г. на экспериментальной линии Нью-Йорк-Филадельфия. По кабелю одновременно передавались 224 телефонных разговора.
Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.
Факсимильная связь
Факсимильная (или фототелеграфная) связь - это электрический способ передачи графической информации - неподвижного изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т.п. Осуществляется при помощи факсимильных аппаратов: телефаксов и каналов электросвязи (главным образом телефонных).
Первый телефакс был запатентован в 1843 году шотландским изобретателем Александром Бэйном. Его "записывающий телеграф" работал на телеграфных линиях и был способен передавать только черно-белые изображения, без полутонов.
Джованни Касселли в 1855 году изобрел аппарат пантелеграф (Pantelegraph), который обеспечивал передачу документов по линии, соединяющей Париж с Лионом. Позднее к ним присоединились и многие другие города. К 30-м гг. XX века системы на основных принципах Александра Бэйна и Джованни Касселли уже широко использовались в офисах издательств (для передачи свежих выпусков газет), государственных служб (для передачи срочных документов), служб защиты правопорядка (для передачи фотографий и других графических материалов). Для передачи документов применялись аналоговые технологии, которые не могли обеспечить высокого качества графических изображений. И только внедрение цифровых технологий в начале 80-х годов XX века позволило обеспечить высокое качество не только текстовых материалов, но и графических изображений при передаче по телефонным каналам связи.
Оптоволоконные линии связи
В качестве проводных линий связи используются в основном телефонные линии и телевизионные кабели. Наиболее развитой является телефонная проводная связь. Но ей присущи серьезные недостатки: подверженность помехам, затухание сигналов при передаче их на значительные расстояния и низкая пропускная способность. Всех этих недостатков лишены оптоволоконные линии - вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам ("оптическому волокну").
Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния. Оно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния - широко распространенного и недорогого материала, в отличие от меди. Оптическое волокно очень компактное и легкое, оно имеет диаметр всего около 100 мкм.
История развития оптоволоконных линий связи началась в 1965-1967 гг., когда появились опытные волноводные линии связи для передачи информации. С 1970 г. активно проводились работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн. Создание волоконного световода и полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии оптоволоконной связи. К началу 1980-х годов такие системы связи были разработаны и испытаны. Основными сферами применения таких систем стали телефонная сеть, кабельное телевидение, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т. д.
Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. В начале XXI века внедряется уже 4-е поколение этой аппаратуры. В настоящее время быстрыми темпами развиваются системы дальней оптической связи на расстояния в многие тысячи километров. Успешно эксплуатируются трансатлантические линии связи США-Eвропа, Тихоокеанская линия США-Гавайские острова-Япония. Ведутся работы по завершению строительства глобального оптоволоконного кольца связи Япония-Сингапур-Индия-Саудовская Аравия-Египет-Италия.
В России компания "ТрансТелеКом" создала оптоволоконную сеть связи протяженностью более 50000 км (рис. 4.1) . Она проложена вдоль железных дорог страны, имеет более 900 узлов доступа в 71 из 89 регионов России и дублирована спутниковыми каналами связи. В результате к концу 2001 года вступила в строй единая магистральная цифровая сеть связи. Она обеспечивает услуги междугородней и международной телефонной связи, Интернет, видеоконференции, видео, кабельное телевидение в 71 из 89 регионов России, где проживает 85-90% населения. Диапазон ее услуг: от простейшего речевого обмена и электронной почты до комбинированных (видео + голос + данные).
Оптоволоконные линии отличают от традиционных проводных линий:
В настоящее время обмен информацией между континентами осуществляется главным образом через подводные оптоволоконные кабели, а не через спутниковую связь. При этом главной движущей силой развития подводных оптоволоконных линий связи является Интернет.
Подводные кабели связи существуют уже более 150 лет. В 1851 году инженер Брет проложил первый подводный кабель через Ла-Манш, соединив таким образом телеграфной связью Англию с континентальной Европой. Это стало возможным благодаря применению гуттаперчи - вещества, которое способно изолировать в воде провода, несущие ток.
В 1857-1858 гг. американский бизнесмен Сайрус Филд разработал проект сообщения Европы с Северной Америкой с помощью телеграфного кабеля и осуществил его прокладку по дну Атлантического океана. Несмотря на огромные технические и финансовые трудности, после ряда неудач телеграфная линия с 1866 г. начала устойчиво работать. Скорость передачи информации составляла всего 17 слов в минуту. В 1956 году был проложен первый телефонный коаксиальный кабель, а в последующие годы - еще несколько, с большей пропускной емкостью, чтобы удовлетворить потребности в передаче информации между Европой и Америкой.
Наконец в 1988-1989 гг. были установлены первые оптоволоконные системы - трансатлантическая и транстихоокеанская, со скоростью передачи информации по паре световодов 280 Мбит/с; при этом в качестве ретрансляторов использовались электронные усилители. Постепенно скорость увеличилась до 2,5 Гбит/с, а вместо электронных ретрансляторов стали применяться более совершенные эрбиевые волоконные усилители (эрбий - редкоземельный химический элемент). В 1990-е годы проложено более 350 000 км оптического кабеля, он связывает более 70 стран мира.
(Документ)
n1.doc
Содержание
Введение
Основная часть
История развития линий связи
Конструкция и характеристика оптических кабелей связи
Оптические волокна и особенности их изготовления
Конструкции оптических кабелей
Основные требования к линиям связи
Достоинства и недостатки оптических кабелей
Вывод
Список литературы
Введение
Сегодня, как никогда ранее, регионы стран СНГ нуждаются в связи, как в количественном, так и в качественном плане. Руководители регионов в первую очередь озабочены социальным аспектом этой проблемы, ведь телефон-это предмет первой необходимости. Связь влияет и на экономическое развитие региона, его инвестиционную привлекательность. Вместе с тем операторы электросвязи, тратящие массу сил и средств на поддержку дряхлеющей телефонной сети, все же изыскивают средства на развитие своих сетей, на оцифрование, внедрение оптоволоконных и беспроводных технологий.
В данный момент времени сложилась ситуация, когда практически все крупнейшие российские ведомства проводят масштабную модернизацию своих телекоммуникационных сетей.
За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические системы и кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородней связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.
Применяя волоконно-оптическую связь, резко увеличивается объем передаваемой информации по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, это объясняется тем, что волоконно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.
Для любой системы связи важное значение имеют три фактора:
Информационная емкость системы, выраженная в числе каналов связи, или скорость передачи информации, выраженная в бит в секунду;
Затухание, определяющее максимальную длину участка регенерации;
Стойкость к воздействию окружающей среды;
Важнейшим фактором в развитии оптических систем и кабелей связи явилось появление оптического квантового генератора - лазера. Слово лазер составлено из первых букв фразы Light Amplification by Emission of Radiation - усиление света с помощью индуцированного излучения. Лазерные системы работают в оптическом диапазоне волн. Если при передачи по кабелям используются частоты - мегагерцы, а по волноводам - гигагерцы, то для лазерных систем используется видимый и инфракрасный спектр оптического диапазона волн (сотни гигагерц).
Направляющей системой для оптоволоконных систем связи являются диэлектрические волноводы, или волокна, как их называют из-за малых поперечных размеров и метода получения. В то время когда был получен первый световод, затухание составляло порядка 1000 дб/км это объяснялось потерями из-за различных примесей присутствующих в волокне. В 1970 г. были созданы волоконные световоды с затуханием 20 дб/км. Сердечник этого световода был изготовлен из кварца с добавкой титана для увеличения коэффициента преломления, а оболочкой служил чистый кварц. В 1974г. затухание было снижено до 4 дб/км, а в 1979г. Получены световоды с затуханием 0,2дб/км на длине волны 1,55мкм.
Успехи в технологии получения световодов с малыми потерями стимулировали работы по созданию оптоволоконных линий связи.
Оптоволоконные линии связи по сравнению с обычными кабельными линиями имеют следующие преимущества:
Высокая помехоустойчивость, нечувствительность к внешним электромагнитным полям и практически отсутствие перекрестных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель.
Значительно большая широкополосность.
Малая масса и габаритные размеры. Что уменьшает стоимость и время прокладки оптического кабеля.
Полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи, поэтому не требуется общее заземление передатчика и приемника. Можно производить ремонт оптического кабеля, не выключая оборудования.
Отсутствие коротких замыканий, вследствие чего волоконные световоды могут быть использованы для пересечения опасных зон без боязни коротких замыканий, являющихся причиной пожара в зонах с горючими и легковоспламеняющимися средами.
Потенциально низкая стоимость. Хотя волоконные световоды изготавливаются из ультра чистого стекла, имеющего примеси меньше чем несколько частей на миллион, при массовом производстве их стоимость не велика. Кроме того, в производстве световодов не используются такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец, запасы которых на Земле ограничены. Стоимость же электрических линий коаксиальных кабелей и волноводов постоянно увеличивается как с дефицитом меди, так и с удорожанием энергетических затрат на производство меди и алюминия.
В мире вырос огромный прогресс в развитии оптоволоконных линий связи (ОВЛС). В настоящее время оптоволоконные кабели и системы передачи для них, выпускаются многими странами мира.
Особое внимание у нас и за рубежом уделяется созданию и внедрению одномодовых систем передачи по оптическим кабелям, которые рассматриваются как наиболее перспективное направление развития техники связи. Достоинством одномодовых систем является возможность передачи большого потока информации на требуемые расстояния при больших длинах регенерационных участков. Уже сейчас имеются оптоволоконные линии на большое число каналов с длиной регенерационного участка 100... 150 км. Последнее время в США ежегодно изготовляется по 1,6 млн. Км. оптических волокон, причем 80% из них - в одноподовом варианте.
Получили широкое применение современные отечественные оптоволоконные кабели второго поколения, выпуск которых освоен отечественной кабельной промышленностью к ним, относятся кабели типа:
ОКК - для городских телефонных сетей;
ОКЗ - для внутризональных;
ОКЛ - для магистральных сетей связи;
Оптоволоконные системы передачи применяются на всех участках первичной сети ВСС для магистральной, зональной и местной связи. Требования, которые предъявляются к таким системам передачи, отличаются числом каналов, параметрами и технико-экономическими показателями.
На магистральной и зональных сетях применяются цифровые оптоволоконные системы передачи, на местных сетях для организации соединительных линий между АТС также применяются цифровые оптоволоконные системы передачи, а на абонентском участке сети могут использоваться как аналоговые (например, для организации канала телевидения), так и цифровые системы передачи.
Максимальная протяженность линейных трактов магистральных систем передачи составляет 12500 км. При средней длине порядка 500 км. Максимальная протяженность линейных трактов систем передачи внутризоновой первичной сети может быть не более 600 км. При средней длине 200 км. Предельная протяженность городских соединительных линий для различных систем передачи составляет 80...100 км.
У человека имеется пять органов чувств, но один из них особенно важен - это зрение. Глазами человек воспринимает большую часть информации об окружающем его мире в 100 раз больше, чем посредством слуха, не говоря уже об осязании, обонянии и вкусе.
использовал огонь, а затем различные виды искусственных световых источников для подачи сигналов. Теперь в руках человека был как световой источник, так и процесс модуляции света. Он фактически построил то, что сегодня мы называем оптической линией связи или оптической системой связи, включающей передатчик (источник), модулятор, оптическую кабельную линию и приемник (глаз). Определив в качестве модуляции преобразование механического сигнала в оптический, например открытие и закрытие источника света, мы можем наблюдать в приемнике обратный процесс - демодуляцию: преобразование оптического сигнала в сигнал другого рода для дальнейшей обработки в приемнике.
Такая обработка может представлять собой, например, превращение
светового образа в глазу в последовательность электрических импульсов
нервной системы человека. Головной мозг включается в процесс обработки как последнее звено цепи.
Другим, очень важным параметром, используемым при передаче сообщений, является скорость модуляции. Глаз в этом отношении имеет ограничения. Он хорошо приспособлен к восприятию и анализу сложных картин окружающего мира, но не может следить за простыми колебаниями яркости, когда они следуют быстрее 16 раз в секунду.
История развития линий связи
Линии связи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Однако вследствие несовершенства конструкции кабелей подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности была построена в 1854 г. между Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия была построена воздушная телеграфная линия от Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 г. была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км.
Создание первых кабельных линий связано с именем русского ученого П. Л. Шиллинга. Еще в 1812 г. Шиллинг в Петербурге демонстрировал взрывы морских мин, использовав для этой цели созданный им изолированный проводник.
В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный гуттаперчей. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США,
В 1882-1884 гг. в Москве, Петрограде, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.
Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной их скруткой. В 1900-1902 гг. была сделана успешная попытка повысить дальность передачи методами искусственного увеличения индуктивности кабелей путем включения в цепь катушек индуктивности (предложение Пупина), а также применения токопроводящих жил с ферромагнитной обмоткой (предложение Крарупа). Такие способы на том этапе позволили увеличить дальность телеграфной и телефонной связи в несколько раз.
Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912-1913 гг. освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В. И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков-Москва-Петроград.
В 30-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. В последующем стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Но массовое изготовление их относится лишь к 1935 г., к моменту появления новых высококачественных диэлектриков типа эскапона, высокочастотной керамики, полистирола, стирофлекса и т. д. Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. Первая коаксиальная линия на 240 каналов ВЧ телефонирования была проложена в 1936 г. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.
В 1965-1967 гг. появились опытные волноводные линии связи для передачи широкополосной информации, а также криогенные сверхпроводящие кабельные линии с весьма малым затуханием. С 1970 г. активно развернулись работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн.
Создание волоконного световода и получение непрерывной генерации полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии волоконно-оптической связи. К началу 80-х годов были разработаны и испытаны в реальных условиях волоконно-оптические системы связи. Основные сферы применения таких систем - телефонная сеть, кабельное телевидение, внутри объектовая связь, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т. д.
В России и других странах проложены городские и междугородные волоконно-оптические линии связи. Им отводится ведущее место в научно-техническом прогрессе отрасли связи.
Конструкция и характеристика оптических кабелей связи
Разновидности оптических кабелей связи
Оптический кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла (световодов), заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы.
Существующие ОК по своему назначению могут быть классифицированы на три группы: магистральные, зональные и городские. В отдельные группы выделяется подводные, объектовые и монтажные ОК.
Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. Используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны 1,3...1,55 мкм.
Зональные ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.
Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до |10 км) и большое число каналов. Волокна - градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.
Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи также важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.
Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).
Монтажные ОК используются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.
Оптические волокна и особенности их изготовления
Основным элементом ОК является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются световые сигналы с длинами волны 0,85...1,6 мкм, что соответствует диапазону частот (2,3...1,2) 10 14 Гц.
Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки - создание лучших условий отражения на границе “сердцевина - оболочка” и защита от помех из окружающего пространства.
Сердцевина волокна, как правило, состоит из кварца, а оболочка может быть кварцевая или полимерная. Первое волокно называется кварц-кварц, а второе кварц-полимер (кремнеор-ганический компаунд). Исходя из физико-оптических характеристик предпочтение отдается первому. Кварцевое стекло обладает следующими свойствами: показатель преломления 1,46, коэффициент теплопроводности 1,4 Вт/мк, плотность 2203 кг/м 3 .
Снаружи световода располагается защитное покрытие для предохранения его от механических воздействий и нанесения расцветки. Защитное покрытие обычно изготавливается двухслойным: вначале кремнеорганический компаунд (СИЭЛ), а затем-эпоксидакрылат, фторопласт, нейлон, полиэтилен или лак. Общий диаметр волокна 500...800 мкм
В существующих конструкциях ОК применяются световоды трех типов: ступенчатые с диаметром сердцевины 50 мкм, градиентные со сложным (параболическим) профилем показателя преломления сердцевины и одномодовые с тонкой сердцевиной (6...8 мкм)
По частотно-пропускной способности и дальности передачи лучшими являются одномодовые световоды, а худшими - ступенчатые.
Важнейшая проблема оптической связи - создание оптических волокон (ОВ) с малыми потерями. В качестве исходного материала для изготовления ОВ используется кварцевое стекло, которое является хорошей средой для распространения световой энергии. Однако, как правило, стекло содержит большое количество посторонних примесей, таких как металлы (железо, кобальт, никель, медь) и гидроксильные группы (ОН). Эти примеси приводят к существенному увеличению потерь за счет поглощения и рассеяния света. Для получения ОВ с малыми потерями и затуханием необходимо избавиться от примесей, чтобы было химически чистое стекло.
В настоящее время наиболее распространен метод создания ОВ с малыми потерями путем химического осаждения из газовой фазы.
Получение ОВ путем химического осаждения из газовой фазы выполняется в два этапа: изготовляется двухслойная кварцевая заготовка и из нее вытягивается волокно. Заготовка изготавливается следующим образом
Во внутрь полой кварцевой трубки с показателем преломления длиной 0,5...2 м и диаметром 16...18 мм подается струя хлорированного кварца и кислорода. В результате химической реакции при высокой температуре (1500...1700° С) на внутренней поверхности трубки слоями осаждается чистый кварц. Таким образом, заполняется вся внутренняя полость трубки, кроме самого центра. Чтобы ликвидировать этот воздушный канал, подается еще более высокая температура (1900° С), за счет которой происходит схлопывание и трубчатая заготовка превращается в сплошную цилиндрическую заготовку. Чистый осажденный кварц затем становится сердечником ОВ с показателем преломления ,
а сама трубка выполняет роль оболочки с показателем преломления .
Вытяжка волокна из заготовки и намотка его на приемный барабан производятся при температуре размягчения стекла (1800...2200° С). Из заготовки длиной в 1 м получается свыше 1 км оптического волокна.
Достоинством данного способа является не только получение ОВ с сердечником из химически чистого кварца, но и возможность создания градиентных волокон с заданным профилем показателя преломления. Это осуществляется: за счет применения легированного кварца с присадкой титана, германия, бора, фосфора или других реагентов. В зависимости от применяемой присадки показатель преломления волокна может изменяться. Так, германий увеличивает, а бор уменьшает показатель преломления. Подбирая рецептуру легированного кварца и соблюдая определенный объем присадки в осаждаемых на внутренней поверхности трубки слоях, можно обеспечить требуемый характер изменения по сечению сердечника волокна.
Конструкции оптических кабелей
Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. В связи с этим имеется много конструктивных вариантов. В настоящее время в различных странах разрабатывается и изготавливается большое число типов кабелей.
Однако все многообразие существующих типов кабелей можно подразделять на три группы
кабели повивной концентрической скрутки
кабели с фигурным сердечником
плоские кабели ленточного типа.
Кабели первой группы имеют традиционную повивную концентрическую скрутку сердечника по аналогии с электрическими кабелями. Каждый последующий повив сердечника по сравнению с предыдущим имеет на шесть волокон больше. Известны такие кабели преимущественно с числом волокон 7, 12, 19. Чаще всего волокна располагаются в отдельных пластмассовых трубках, образуя модули.
Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник с пазами, в которых размещаются ОВ. Пазы и соответственно волокна располагаются по геликоиде, и поэтому они не испытывают продольного воздействия на разрыв. Такие кабели могут содержать 4, 6, 8 и 10 волокон. Если необходимо иметь кабель большой емкости, то применяется несколько первичных модулей.
Кабель ленточного типа состоит из стопки плоских пластмассовых лент, в которые вмонтировано определенное число ОВ. Чаще всего в ленте располагается 12 волокон, а число лент составляет 6, 8 и 12. При 12 лентах такой кабель может содержать 144 волокна.
В оптических кабелях кромеОВ, как правило, имеются следующие элементы:
силовые (упрочняющие) стержни, воспринимающие на себя продольную нагрузку, на разрыв;
заполнители в виде сплошных пластмассовых нитей;
армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических воздействиях;
наружные защитные оболочки, предохраняющие кабель от проникновения влаги, паров вредных веществ и внешних механических воздействий.
Представляют интерес ОК французского производства. Они, как правило, комплектуются из унифицированных модулей, состоящих из пластмассового стержня диаметром 4 мм с ребрами по периметру и десяти ОВ, расположенных по периферии этого стержня. Кабели содержат 1, 4, 7 таких модулей. Снаружи кабели имеют алюминиевую и затем полиэтиленовую оболочку.
Американский кабель, широко используемый на ГТС, представляет собой стопку плоских пластмассовых лент, содержащих по 12 ОВ. Кабель может иметь от 4 до 12 лент, содержащих 48- 144 волокна.
В Англии построена опытная линия электропередачи с фазными проводами, содержащими ОВ для, технологической связи вдоль ЛЭП. В центре провода ЛЭП располагаются четыре ОВ.
Применяются также подвесные ОК. Они имеют металлический трос, встроенный в кабельную оболочку. Кабели предназначаются для подвески по опорам воздушных линий и стенам зданий.
Для подводной связи проектируются ОК, как правило, с наружным броневым покровом из стальных проволок (рис.11). В центре располагается модуль с шестью ОВ. Кабель имеет медную или алюминиевую трубку. По цепи “трубка-вода” подается ток дистанционного питания на подводные необслуживаемые усилительные пункты.
Основные требования к линиям связи
В общем виде требования, предъявляемые высокоразвитой современной техникой электросвязи к междугородным линиям связи, могут быть сформулированы следующим образом:
осуществление связи на расстояния до 12500 км в пределах страны и до 25 000 для международной связи;
широкополосность и пригодность для передачи различных видов современной информации (телевидение, телефонирование, передача данных, вещание, передача полос газет и т. д.);
защищенность цепей от взаимных и внешних помех, а также от грозы и коррозии;
стабильность электрических параметров линии, устойчивость и надежность связи;
экономичность системы связи в целом.
В соответствии с этим кабельная техника развивается в следующих направлениях:
Преимущественное развитие коаксиальных систем, позволяющих организовать мощные пучки связи и передачу программ телевидения на большие расстояния по однокабельной системе связи.
Создание и внедрение перспективных ОК связи, обеспечивающих получение большого числа каналов и не требующих для своего производства дефицитных металлов (медь, свинец).
Широкое внедрение в кабельную технику пластмасс (полиэтилена, полистирола, полипропилена и др.), обладающих хорошими электрическими и механическими характеристиками и позволяющих автоматизировать производство.
Внедрение алюминиевых, стальных и пластмассовых оболочек вместо свинцовых. Оболочки должны обладать герметичностью и обеспечивать стабильность электрических параметров кабеля в течение всего срока службы.
Разработка и внедрение в производство экономичных конструкций кабелей внутризоновой связи (однокоаксиальных, одночетверочных, безбронных).
Создание экранированных кабелей, надежно защищающих передаваемую по ним информацию от внешних электромагнитных влияний и грозы, в частности кабелей в двухслойных оболочках типа алюминий - сталь и алюминий - свинец.
Повышение электрической прочности изоляции кабелей связи. Современный кабель должен обладать одновременно свойствами как высокочастотного кабеля, так и силового электрического кабеля, и обеспечивать передачу токов высокого напряжения для дистанционного электропитания необслуживаемых усилительных пунктов на большие расстояния.
Наряду с экономией цветных металлов, и в первую очередь меди, оптические кабели обладают следующими достоинствами:
широкополосность, возможность передачи большого потока информации (несколько тысяч каналов);
малые потери и соответственно большие длины трансляционных участков (30...70 и 100 км);
малые габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше, чем электрических кабелей);
высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;
надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).
К недостаткам оптических кабелей можно отнести:
подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание;
водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.
Достоинства и недостатки оптоволоконной связи
Достоинства открытых систем связи:
Более высокое отношение мощности принимаемого сигнала к излучаемой мощности при меньших апертурах антенн передатчика и приемника.
Лучшее пространственное разрешение при меньших апертурах антенн передатчика и приемника
Очень малые габариты передающего и приемного модулей, используемых для связи на расстояния до 1 км
Хорошая скрытность связи
Освоение неиспользуемого участка спектра электромагнитных излучений
Отсутствие необходимости получения разрешение на эксплуатацию системы связи
Недостатки открытых систем связи:
Малая пригодность для радио вещания из-за высокой направленности лазерного пучка.
Высокая требуемая точность наведения антенн передатчика и приемника
Низкий КПД оптических излучателей
Сравнительно высокий уровень шума в приемнике, частично обусловленный квантовой природой процесса детектирования оптического сигнала
Влияние характеристик атмосферы на надежность связи
Возможность отказов аппаратуры.
Достоинства направляющих систем связи:
Возможность получений световодов с малыми затуханием и дисперсией, что позволяет сделать большим расстояния между ретрансляторами (10 … 50 км)
Малый диаметр одноволоконного кабеля
Допустимость изгиба световода под малыми радиусами
Малая масса оптического кабеля при высокой информационной пропускной способности
Низкая стоимость материала световода
Возможность получения оптический кабелей, не обладающих электропроводностью и индуктивностью
Пренебрежимо малые перекрестные помехи
Высоко скрытость связи: ответвление сигнала возможно только при непосредственном подсоединении к отдельному волокну
Гибкость в реализации требуемой полосы пропускания: световоды различных типов позволяет заменить электрические кабели в цифровых системах связи всех уровней иерархии
Возможность постоянного усовершенствования системы связи
Недостатки направляющих систем связи:
Трудность соединения (сращивания) оптических волокон
Необходимость прокладки дополнительных электропроводящих жил в оптическом кабеле для обеспечения электропитания дистанционно управляемой аппаратуры
Чувствительность оптического волокна к воздействию воды при ее попадании в кабель
Чувствительность оптического волокна к воздействию ионизирующего излучения
Низкий КПД источников оптического излучения при ограниченной мощности излучения
Трудности реализации режима многостанционного (параллельного) доступа с помощью шины с временным разделением каналов
Высокий уровень шума в приемнике
Направления развития и применения волоконной оптики
Открылись широкие горизонты практического применения ОК и оптоволоконных систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как радиоэлектроника, информатика, связь, вычислительная техника, космос, медицина, голография, машиностроение, атомная энергетика и др. Волоконная оптика развивается по шести направлениям:
многоканальные системы передачи информации;
кабельное телевидение;
локальные вычислительные сети;
датчики и системы сбора обработки и передачи информации;
связь и телемеханика на высоковольтных линиях;
оборудование и монтаж мобильных объектов.
Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов. В этом случае реализуется заказная система приема и предоставляется возможность абонентам получать на экране своих телевизоров изображения газетных полос, журнальных страниц и справочных данных из библиотеки и учебных центров.
На основе ОК создаются локальные вычислительные сети различной топологии (кольцевые, звездные и др.). Такие сети позволяют объединять вычислительные центры в единую информационную систему с большой пропускной способностью, повышенным качеством и защищенностью от несанкционированного допуска.
В последнее время появилось новое направление в развитии волоконно-оптической техники - использование среднего инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм. Ожидается, что потери в этом диапазоне не будут превышать 0,02 дБ/км. Это позволит осуществить связь на большие расстояния с участками регенерации до 1000 км. Исследование фтористых и халькогенидных стекол с добавками циркония, бария и других соединений, обладающих сверхпрозрачностью в инфракрасном диапазоне волн, дает возможность еще больше увеличить длину регенерационного участка.
Ожидаются новые интересные результаты в использовании нелинейных оптических явлений, в частности соли тонного режима распространения оптических импульсов, когда импульс может распространяться без изменения формы или периодически менять свою форму в процессе распространения по световоду. Использование этого явления в волоконных световодах позволит существенно увеличить объем передаваемой информации и дальность связи без применения ретрансляторов.
Весьма перспективна реализация в ВОЛС метода частотного разделения каналов, который заключается в том, что в световод одновременно вводится излучение от нескольких источников, работающих на разных частотах, а на приемном конце с помощью оптических фильтров происходит разделение сигналов. Такой метод разделения каналов в ВОЛС получил название спектрального уплотнения или мультиплексирования.
При построении абонентских сетей ВОЛС кроме традиционной структуры телефонной сети радиально-узлового типа предусматривается организация кольцевых сетей, обеспечивающих экономию кабеля.
Можно полагать, что в ВОСП второго поколения усиление и преобразование сигналов в регенераторах будут происходить на оптических частотах с применением элементов и схем интегральной оптики. Это упростит схемы регенерационных усилителей, улучшит их экономичность и надежность, снизит стоимость.
В третьем поколении ВОСП предполагается использовать преобразование речевых сигналов в оптические непосредственно с помощью акустических преобразователей. Уже разработан оптический телефон и проводятся работы по созданию принципиально новых АТС, коммутирующих световые, а не электрические сигналы. Имеются примеры создания многопозиционных быстродействующих оптических переключателей, которые могут использоваться для оптической коммутации.
На базе ОК и цифровых систем передачи создается интегральная сеть многоцелевого назначения, включающая различные виды передачи информации (телефонирование, телевидение, передача данных ЭВМ и АСУ, видеотелефон, фототелеграф, передача полос газет, сообщений из банков и т. д.). В качестве унифицированного принят цифровой канал ИКМ со скоростью передачи 64 Мбит/с (или 32 Мбит/с).
Для широкого применения ОК и ВОСП необходимо решить целый ряд задач. К ним прежде всего относятся следующие:
проработка системных вопросов и определение технико-экономических показателей применения ОК на сетях связи;
массовое промышленное изготовление одномодовых волокон, световодов и кабелей, а также оптоэлектронных устройств для них;
повышение влагостойкости и надежности ОК за счет применения металлических оболочек и гидрофобного заполнения;
освоение инфракрасного диапазона волн 2...10 мкм и новых материалов (фторидных и халькогенидных) для изготовления световодов, позволяющих осуществлять связь на большие расстояния;
создание локальных сетей для вычислительной техники и информатики;
разработка испытательной и измерительной аппаратуры, рефлектометров, тестеров, необходимых для производства ОК, настройки и эксплуатации ВОЛС;
механизация технологии прокладки и автоматизация монтажа ОК;
совершенствование технологии промышленного производства волоконных световодов и ОК, снижение их стоимости;
исследование и внедрение солитонового режима передачи, при котором происходит сжатие импульса и снижается дисперсия;
разработка и внедрение системы и аппаратуры спектрального уплотнения ОК;
создание интегральной абонентской сети многоцелевого назначения;
создание передатчиков и приемников, непосредственно преобразующих звук в свет и свет в звук;
повышение степени интеграции элементов и создание быстродействующих узлов каналообразующей аппаратуры ИКМ с применением элементов интегральной оптики;
создание оптических регенераторов без преобразования оптических сигналов в электрические;
совершенствование передающих и приемных оптоэлектронных устройств для систем связи, освоение когерентного приема;
разработка эффективных методов и устройств электропитания промежуточных регенераторов для зональных и магистральных сетей связи;
оптимизация структуры различных участков сети с учетом особенностей применения систем на ОК;
совершенствование аппаратуры и методов для частотного и временного разделения сигналов, передаваемых по световодам;
разработка системы и устройств оптической коммутации.
Вывод
В настоящее время открылись широкие горизонты практического применения ОК и оптоволоконных систем передачи в таких отраслях народного хозяйства, как радиоэлектроника, информатика, связь, вычислительная техника, космос, медицина, голография, машиностроение, атомная энергетика и др.
Волоконная оптика развивается по многим направлениям и без нее современное производство и жизнь не представляются возможными.
Применение оптических систем в кабельном телевидении обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания индивидуальных абонентов.
Волоконно-оптические датчики способны работать в агрессивных средах, надежны, малогабаритны и не подвержены электромагнитным воздействиям. Они позволяют оценивать на расстоянии различные физические величины (температуру, давление, ток и др.). Датчики используются в нефтегазовой промышленности, системах охранной и пожарной сигнализации, автомобильной технике и др.
Весьма перспективно применение ОК на высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП) для организации технологической связи и телемеханики. Оптические волокна встраиваются в фазу или трос. Здесь реализуется высокая защищенность каналов от электромагнитных воздействий ЛЭП и грозы.
Легкость, малогабаритность, невоспламеняемость ОК сделали их весьма полезными для монтажа и оборудования летательных аппаратов, судов и других мобильных устройств.
Список литературы
Оптические системы связи / Дж. Гауэр – М.: Радио и связь, 1989;
Линии связи / И. И. Гроднев, С. М. Верник, Л. Н. Кочановский. - М.: Радио и связь, 1995;
Оптические кабели / И. И. Гроднев, Ю. Т. Ларин, И. И. Теумен. - М.: Энергоиздат, 1991;
Оптические кабели многоканальных линий связи / А. Г. Мурадян, И. С. Гольдфарб, В. Н. Иноземцев. - М.: Радио и связь, 1987;
Волоконные световоды для передачи информации / Дж. Э. Мидвинтер. - М.: Радио и связь, 1983;
Волоконно-оптические линии связи / И. И. Гроднев. - М.: Радио и связь, 1990
21 век – век информационных технологий. Во главе мира государство, у которого наилучшие разработки в области информационных технологий. Самое дорогое и главное – это информация. И главной задачей становиться – скрыть тайну. В то же время у другой стороны главная задача – несанкционированный съем информации. И тут существует множество способов завладения информацией. В данной работе будут рассмотрены способы борьбы с несанкционированным съемом информации по техническим каналам. А именно по побочным электромагнитным излучениям и наводкам. Главный способ борьбы – экранирование проводных линий связи.
Цель данной магистерской работы
Отличительной особенностью радиолиний является распространение электромагнитных волн в свободном (естественном) пространстве (космос, воздух, земля, вода и т. д.). Дальность РЛ может простираться от нескольких сотен метров, как, например, при первой радиопередаче, осуществленной великим русским ученым А. С. Поповым в 1895 г., до сотен миллионов километров-расстояния между автоматическими космическими аппаратами и земными станциями.
Отличительной особенностью направляющих линий связи является то, что распространение сигналов в них от одного абонента (станции, устройства, элемента схемы и т. д.) к другому осуществляется только по специально созданным цепям и трактам ЛС, образующим направляющие системы, предназначенные для передачи электромагнитных сигналов в заданном направлении с должными качеством и надежностью.Вышеуказанные особенности РЛ и ЛС определяют их основные свойства и области применения. Так, РЛ используются для осуществления связи на различные расстояния, часто между абонентами, находящимися в движущемся относительно друг друга состоянии.
Характер распространения электромагнитных сигналов в различных средах в первую очередь зависит от частоты радиосигнала (несущей частоты). В соответствии с этим различают следующие типовые диапазоны длин волн и радиочастот:
Кроме указанных выше достоинств радиолиний, определяемых возможностью установления связи на огромные расстояния с подвижными объектами, отметим еще высокую скорость установления связи, а также возможность обеспечения передачи массовым средствам информации (радиовещание и телевидение) с неограниченным числом слушателей и зрителей.
Основными недостатками РЛ (радиосвязи) являются:
- зависимость качества связи от состояния;
- среды передачи и сторонних электромагнитных полей;
- низкая скорость; недостаточно высокая электромагнитная совместимость в диапазоне метровых волн и выше;
- сложность аппаратуры передатчика и приемника;
- узкополосность систем передачи, особенно на длинных волнах и выше.
Цель магистерской работы максимально эффективно использовать проводные линии связи в защищенных каналах передачи информации, постараться минимизировать недостатки. Основной задачей является разработать новую систему защиты проводных линий, с целью минимизации возможности хищения информации.
Актуальность
В наше время проводные линии связи (а именно можно рассмотреть волокнооптические линии связи) получили широкое развитие и применяется в различных областях науки и производства (связь, радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.). Темпы роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40% в год. С их помощью решаются такие задачи, как:
- объединение локальных сетей подразделений. Это позволяет значительно ускорить обмен информацией, а значит сделать бизнес более эффектиным; сократить количество управляющих серверных станций, и, соответственно, необходимое для их обслуживания количество персонала; уменьшить число копий однотипных программ за счет установки одной сетевой версии (программы управления предприятием (ERP-системы), материального учета (MRP-системы), бухгалтерия (1C), Консультант плюс и т.п.), то есть сэкономить деньги на их покупку для каждого компьютера.
- перевод телефонии на оптические каналы связи. При таком подходе во всех офисах телефонные аппараты могут получить внутренний номер, в результате будет достигнута экономия за счет снижения внешнего телефонного трафика.
- скоростной доступ к Интернету по отдельной линии связи. Существенно повышает безопасность работы сети, обеспечивает высокую скорость и уменьшает трудозатраты по разделению внутренних и внешних информационных потоков.
Защищенные каналы связи используют проводные линии связи. Данная работа рассматривает возможные причины утечки информации из проводных линий связи по техническим каналам. Главный упор делается на побочные электромагнитные излучения и наводки. Будут рассмотрены способы борьбы с утечками. Считаю, что в век информационных технологий, когда самое ценной в мире это информация, способы борьбы на одном из этапов передачи являются очень актуальными. Данная тема интересна и государству (Государственной службе специальной связи Украины) и частным лицам. К частным лицам можно отнести любые организации, в документообороте которых может содержаться информация, которая содержит тайну.
Съем информации о техническим каналам
(анимация: объем - 70,2 КБ; размер - 585х506; задержка между последним и первым кадрами - 4550 мс; количество циклов повторения - 5; количество кадров - 13)
Планируемые результаты
История развития проводных линий связи
Линии (каналы) связи обеспечивают передачу и распространение сигналов от передатчика к приемнику. По физической природе передаваемых сигналов различают электрические (проводные и радио), акустические и оптические каналы связи. Древнейшими каналами связи являются акустические и оптические.
Для передачи информации использовался звук - барабанов и колоколов. Человеческая речь также передается по акустическому каналу связи, ограниченному пределом слышимости. Принцип передачи информации голосом на большие расстояния использовался еще до новой эры. У персидского царя Кира (VI век до н. э.) состояло для этой цели на службе 30000 человек, именуемых царскими ушами. Они располагались на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости друг друга и передавали сообщения, предназначенные царю, и его приказания. За один день известия по такому акустическому телефону проходили расстояние тридцатидневного перехода.
Сигнальные костры - это древнейший оптический канал связи.
В наше время наибольшее распространение получили электрические каналы связи. Это совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю. Она осуществляется с помощью электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов. Различают каналы электросвязи: телефонные, телеграфные, факсимильные, телевизионные, проводного и радиовещания, телемеханические, передачи данных и т. д. Составной частью каналов связи являются линии связи - проводные и беспроводные (радиосвязь). В свою очередь проводная связь может осуществляться по электрическому кабелю и по оптоволоконной линии. А радиосвязь осуществляется по ДВ-, СВ-, КВ- и УКВ-диапазонам без применения ретрансляторов, по спутниковым каналам с применением космических ретрансляторов, по радиорелейным линиям с применением наземных ретрансляторов и по сотовой связи с использованием сети наземных базовых радиостанций.
Проводные линии связи
Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные.
Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Они прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности в России была построена в 1854 году между Санкт-Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия заработала воздушная телеграфная линия от Санкт-Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 году была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов.
В 1851 г. одновременно с постройкой железной дороги между Москвой и Санкт-Петербургом был проложен телеграфный кабель, изолированный резиной. Первые подводные кабели были проложены в 1852 г. через Северную Двину и в 1879 г. через Каспийское море между Баку и Красноводском. В 1866 г. вступила в строй подводная кабельная трансатлантическая магистраль телеграфной связи между Францией и США.
В 1882-1884 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Риге, Одессе были построены первые в России городские телефонные сети. В 90-х годах прошлого столетия на городских телефонных сетях Москвы и Петрограда были подвешены первые кабели, насчитывающие до 54 жил. В 1901 г. началась постройка подземной городской телефонной сети.
Первые конструкции кабелей связи, относящиеся к началу XX века, позволили осуществлять телефонную передачу на небольшие расстояния. Это были так называемые городские телефонные кабели с воздушно-бумажной изоляцией жил и парной скруткой. В 1900-1902 гг. дальность передачи телеграфной и телефонной связи была увеличена в несколько раз.
Важным этапом в развитии техники связи явилось изобретение, а начиная с 1912-1913 гг. - освоение производства электронных ламп. В 1917 г. В.И. Коваленковым был разработан и испытан на линии телефонный усилитель на электронных лампах. В 1923 г. была осуществлена телефонная связь с усилителями на линии Харьков-Москва-Петроград.
В 1930-х годах началось развитие многоканальных систем передачи. Стремление расширить спектр передаваемых частот и увеличить пропускную способность линий привело к созданию новых типов кабелей, так называемых коаксиальных. Они используются для передачи телевизионных сигналов высокой частоты, а также для междугородней и международной телефонной связи. Одним проводом в коаксиальном кабеле служит медная или алюминиевая трубка (или оплетка), а другим - вложенная в нее центральная медная жила. Они изолированы друг от друга и имеют одну общую ось. Такой кабель имеет малые потери, почти не излучает электромагнитных волн и поэтому не создает помех. Изобретателем коаксиального кабеля является сотрудник всемирно известной фирмы Bell Telephone Laboratories Cергей Aлександрович Щелкунов - эмигрант из Советской России. Первый в мире коаксиальный кабель был проложен в 1936 г. на экспериментальной линии Нью-Йорк-Филадельфия. По кабелю одновременно передавались 224 телефонных разговора.
Эти кабели допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких миллионов герц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния. По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и Америкой для многоканальной телефонной связи.
Факсимильная связь
Факсимильная (или фототелеграфная) связь - это электрический способ передачи графической информации - неподвижного изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т.п. Осуществляется при помощи факсимильных аппаратов: телефаксов и каналов электросвязи (главным образом телефонных).
Первый телефакс был запатентован в 1843 году шотландским изобретателем Александром Бэйном. Его записывающий телеграф работал на телеграфных линиях и был способен передавать только черно-белые изображения, без полутонов.
Джованни Касселли в 1855 году изобрел аппарат пантелеграф (Pantelegraph), который обеспечивал передачу документов по линии, соединяющей Париж с Лионом. Позднее к ним присоединились и многие другие города. К 30-м гг. XX века системы на основных принципах Александра Бэйна и Джованни Касселли уже широко использовались в офисах издательств (для передачи свежих выпусков газет), государственных служб (для передачи срочных документов), служб защиты правопорядка (для передачи фотографий и других графических материалов). Для передачи документов применялись аналоговые технологии, которые не могли обеспечить высокого качества графических изображений. И только внедрение цифровых технологий в начале 80-х годов XX века позволило обеспечить высокое качество не только текстовых материалов, но и графических изображений при передаче по телефонным каналам связи.
Оптоволоконные линии связи
В качестве проводных линий связи используются в основном телефонные линии и телевизионные кабели. Наиболее развитой является телефонная проводная связь. Но ей присущи серьезные недостатки: подверженность помехам, затухание сигналов при передаче их на значительные расстояния и низкая пропускная способность. Всех этих недостатков лишены оптоволоконные линии - вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам (оптическому волокну).
Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния. Оно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния - широко распространенного и недорогого материала, в отличие от меди. Оптическое волокно очень компактное и легкое, оно имеет диаметр всего около 100 мкм.
История развития оптоволоконных линий связи началась в 1965-1967 гг., когда появились опытные волноводные линии связи для передачи информации. С 1970 г. активно проводились работы по созданию световодов и оптических кабелей, использующих видимое и инфракрасное излучения оптического диапазона волн. Создание волоконного световода и полупроводникового лазера сыграли решающую роль в быстром развитии оптоволоконной связи. К началу 1980-х годов такие системы связи были разработаны и испытаны. Основными сферами применения таких систем стали телефонная сеть, кабельное телевидение, вычислительная техника, система контроля и управления технологическими процессами и т. д.
Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. В начале XXI века внедряется уже 4-е поколение этой аппаратуры. В настоящее время быстрыми темпами развиваются системы дальней оптической связи на расстояния в многие тысячи километров. Успешно эксплуатируются трансатлантические линии связи США-Eвропа, Тихоокеанская линия США-Гавайские острова-Япония. Ведутся работы по завершению строительства глобального оптоволоконного кольца связи Япония-Сингапур-Индия-Саудовская Аравия-Египет-Италия.
В России компания «ТрансТелеКом» создала оптоволоконную сеть связи протяженностью более 50000 км (рис. 4.1). Она проложена вдоль железных дорог страны, имеет более 900 узлов доступа в 71 из 89 регионов России и дублирована спутниковыми каналами связи. В результате к концу 2001 года вступила в строй единая магистральная цифровая сеть связи. Она обеспечивает услуги междугородней и международной телефонной связи, Интернет, видеоконференции, видео, кабельное телевидение в 71 из 89 регионов России, где проживает 85-90% населения. Диапазон ее услуг: от простейшего речевого обмена и электронной почты до комбинированных (видео + голос + данные). Оптоволоконные линии отличают от традиционных проводных линий:
Рис. 4.1. Оптоволоконная сеть Транстелеком
- очень высокая скорость передачи информации (на расстояние более 100 км без ретрансляторов);
- защищенность передаваемой информации от несанкционированного доступа;
- высокая устойчивость к электромагнитным помехам;
- стойкость к агрессивным средам;
- возможность передавать по одному волокну одновременно до 10 миллионов телефонных разговоров и одного миллиона видеосигналов;
- гибкость волокон;
- малые размеры и масса;
- искро-, взрыво- и пожаробезопасность;
- простота монтажа и укладки;
- низкая себестоимость;
- высокая долговечность оптических волокон - до 25 лет.
В настоящее время обмен информацией между континентами осуществляется главным образом через подводные оптоволоконные кабели, а не через спутниковую связь. При этом главной движущей силой развития подводных оптоволоконных линий связи является Интернет. Подводные кабели связи существуют уже более 150 лет. В 1851 году инженер Брет проложил первый подводный кабель через Ла-Манш, соединив таким образом телеграфной связью Англию с континентальной Европой. Это стало возможным благодаря применению гуттаперчи - вещества, которое способно изолировать в воде провода, несущие ток.
В 1857-1858 гг. американский бизнесмен Сайрус Филд разработал проект сообщения Европы с Северной Америкой с помощью телеграфного кабеля и осуществил его прокладку по дну Атлантического океана. Несмотря на огромные технические и финансовые трудности, после ряда неудач телеграфная линия с 1866 г. начала устойчиво работать. Скорость передачи информации составляла всего 17 слов в минуту. В 1956 году был проложен первый телефонный коаксиальный кабель, а в последующие годы - еще несколько, с большей пропускной емкостью, чтобы удовлетворить потребности в передаче информации между Европой и Америкой.
Наконец в 1988-1989 гг. были установлены первые оптоволоконные системы - трансатлантическая и транстихоокеанская, со скоростью передачи информации по паре световодов 280 Мбит/с; при этом в качестве ретрансляторов использовались электронные усилители. Постепенно скорость увеличилась до 2,5 Гбит/с, а вместо электронных ретрансляторов стали применяться более совершенные эрбиевые волоконные усилители (эрбий - редкоземельный химический элемент). В 1990-е годы проложено более 350 000 км оптического кабеля, он связывает более 70 стран мира.
Средства и методы передачи в сетях ЭВМ
Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель витая пара, коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.
Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).
В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.
Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.
В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:
- проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;
- кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели «витая пара», коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;
- беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.
Проводные линии связи
Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.
По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям «простой старой телефонной линии» (POST - Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.
Кабельные каналы связи
Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.
Витая пара (twisted pair) - кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.
Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа звезда. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.
Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля «витая пара» можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.
Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.
Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.
Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа «общая шина». Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.
Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой. Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.
Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.
В данной магистерской работе планируется провести исследования по существующим на данный момент способам борьбы с утечками информации по техническим каналам. Также планируется разработка новых методов с целью повышения защищенности передаваемой информации. Подробно планируется рассмотреть способы экранирования проводных линий связи и разработка улучшенного метода экранирования.
Выводы
Защита информации – одна из самых актуальных проблем в наше время. Не зря родилась поговорка « Кто владеет информацией – тот владеет миром » . В магистерской работе будет проведено исследование по излучениям кабелей и проводов в защищенных каналах передачи информации. Съем информации по побочным электромагнитным излучениям и наводкам является основным способом кражи информации. И один из самых незащищенных участков – это линии передачи информации. Основной задачей работы является разработка более совершенного способа экранирования проводных линий связи.
Литература
- Калашников А.М., Степук А.В. Колебательные системы. // Курс учебного пособия «Основы радиотехники и радиолокации»: К, 1986. – 386 стр.
- Сайт «Википедия» - Электронный ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Оптоволокно
- Сайт «Sapr RU» - [электронный ресурс]: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=6645&iid=272
- Official FCC Bulletin 70, "Millimeter Wave Propagation" http://www.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/Documents/bulletins/oet70/oet70a.pdf, PDF, 1.7M).
- Молдовян А.А. Криптография: скоростные шифры. СПб.: БХВ-Петербург, 2002, 496 с.
- 6. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 2 – Радиосвязь / Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н.,. Шувалов В.П; под ред. профессора В.П. Шувалова. – М.: Горячаяя линия-Телеком, 2004. – 672 с.
- Хорев А.А. Защита информации от утечки по техническим каналам. – К.: Лебедь, 2003. – 289 с.
- Хорев А.А Способы и средства защиты информации. – К.: Лебедь, 2004. – 324 с.
- А.А. Торокин Инженерно-техническая защита информации. – М.: Гелиос АРБ, 2005. 560 с. 10. Электронная библиотека ВИНИТИ [Электронный ресурс] :
Вся история развития кабельных систем связи связана с проблемой увеличения объема информации передаваемой по проводному каналу связи.
В свою очередь объем передаваемой информации определяется полосой пропускания. Установлено, что достижимая скорость передачи информации тем выше, чем выше частота колебаний электрического тока или радиоволны. Для того, чтобы передать в закодированном виде любую букву алфавита, необходимо использовать 7–8 битов. Таким образом, если для передачи текста применять проводную связь с частотой 20 кГц, то стандартную книгу в 400–500 страниц можно будет передать примерно за 1,5–2 часа. При передаче по линии с частотой 32 МГц та же процедура потребует лишь 2–3 секунды.
Рассмотрим как с развитием проводной связи, т.е. с освоением новых частот изменялась пропускная способность канала связи.
Как отмечалось выше, развитие электрических систем передачи информации началось с изобретения П. Л. Шиллингом в 1832 году телеграфной линии с использованием иголок. В качестве линии связи использовался медный провод. Эта линия обеспечивала скорость передачи информации – 3 бит/с (1/3 буквы). Первая телеграфная линия Морзе (1844 г) обеспечивала скорость 5 бит/с (0,5 буквы). Изобретение в 1860 г. печатающей телеграфной системы обеспечивало скорость – 10 бит/с (1 буква). В 1874 г. система шестикратного телеграфного аппарата Бодо уже обеспечивала скорость передачи – 100 бит/с (10 букв). Первые телефонные линии, построенные на основе изобретенного в 1876 году Беллом телефона, обеспечивали скорость передачи информации 1000 бит/с (1кбит/с –100 букв).
Первая практическая телефонная цепь была однопроводной с телефонными аппаратами, включенными на ее концах. Данный принцип требовал большого количества не только соединительных линий, но и самих телефонных аппаратов. Это простое устройство в 1878 году было заменено первым коммутатором, который позволил осуществить соединение нескольких телефонных аппаратов через единое коммутационное поле.
До 1900 года первоначально используемые однопроводные цепи с заземленным проводом были заменены двухпроводными линиями передачи. Несмотря на то, что к этому времени уже был изобретен коммутатор, каждый абонент имел свою линию связи. Необходим был способ, позволяющий увеличить количество каналов без прокладки дополнительных тысяч километров проводов. Однако появление этого способа (системы уплотнения) задержалось до возникновения электроники в начале 1900 года. Первая коммерческая система уплотнения была создана в США, где в 1918 году между Балтиморой и Питсбуром начала работать четырехканальная система с частотным разделением каналов. До второй мировой войны большинство разработок было направлено на увеличение эффективности систем уплотнения воздушных линий и многопарных кабелей, поскольку по этим двум средам передачи были организованы почти все телефонные цепи.
Изобретение в 1920 году шести-двенадцати канальных систем передачи позволили увеличить скорость передачи информации в заданной полосе частот до 10 000бит/с, (10кбит/с – 1000 букв). Верхние граничные частоты воздушных и многопарных кабельных линий составляли соответственно 150 и 600 кГц. Потребности передачи больших объемов информации требовали создания широкополосных систем передачи.
В 30-40 годах ХХ века были внедрены коаксиальные кабели. В 1948 году между городами, находящимися на атлантическом и тихоокеанском побережьях США, фирмой «Bell System» была введена в эксплуатацию коаксиально-кабельная система L1. Эта коаксиально-кабельная система позволила увеличить полосу пропускания частот линейного тракта до 1,3 МГц, что обеспечивало передачу информации по 600 каналам .
После второй мировой войны велись активные разработки по совершенствованию коаксиально-кабельных систем. Если первоначально коаксиальные цепи прокладывались отдельно, то затем начали объединять несколько коаксиальных кабелей в общей защитной оболочке. Например, американская фирма Белл разработала в 60-е годы ХХ века межконтинентальную систему с шириной полосы 17,5 МГц (3600 каналов по коаксиальной цепи или «трубке»). Для этой системы был разработан кабель, в котором 20 «трубок» объединялись в одной оболочке. Общая емкость кабеля составила 32 400 каналов в каждом направлении, а две «трубки» оставались в резерве .
В СССР, примерно в это же время была разработана система К–3600 на отечественном кабеле КМБ 8/6, имеющем 14 коаксиальных цепей в одной оболочке. Затем появляется коаксиальная система с большей шириной полосы пропускания 60 МГц. Она обеспечивала емкость 9000 каналов в каждой паре. В общей оболочке объединены 22 пары.
Коаксиальные кабельные системы большой емкости в конце ХХ века обычно применялись для связи между близко расположенными центрами с высокой плотностью населения. Однако стоимость монтажа таких систем была высока из-за незначительного расстояния между промежуточными усилителями и вследствие большой стоимости кабеля и его прокладки.
6.4.2. История волоконно-оптических систем связи
По современным воззрениям, все электромагнитные излучения, в том числе радиоволны и видимый свет, имеют двойственную структуру и ведут себя то как волнообразный процесс в непрерывной среде то как поток частиц, получивших название фотонов, или квантов. Каждый квант обладает определенной энергией.
Представление о свете как о потоке частиц впервые ввел Ньютон. В 1905 году А. Эйнштейн на основе теории Планка возродил в новой форме корпускулярную теорию света, которая сейчас называется квантовой теорией света. В 1917 году он теоретически предсказал явление вынужденного или индуцированного излучения, на базе использования которого впоследствии и были созданы квантовые усилители. В 1951 году советские ученые В. А. Фабрикант, М. М. Вудынский и Ф. А. Бутаева получили авторское свидетельство на открытие принципа действия оптического усилителя. Несколько позднее, в 1953 году предложение о квантовом усилителе было сделано Вебером. В 1954 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров предложили конкретный проект молекулярного газового генератора и усилителя с теоретическим обоснованием. Независимо к идее аналогичного генератора пришли Гордон, Цейгер и Таунс, опубликовавшие в 1954 году сообщение о создании действующего квантового генератора на пучке молекул аммиака. Несколько позднее в 1956 г. Бломберген установил возможность построения квантового усилителя на твердом парамагнитном веществе, а в 1957 году такой усилитель был построен Сковелем, Фехером и Зайделем. Все квантовые генераторы и усилители, построенные до 1960 г., работали в СВЧ диапазоне и получили название мазеров. Это название происходит от первых букв английских слов «Microwave amplification by stimulated emission of radiation», что означает «усиление микроволн с помощью вынужденного излучения».
Следующий этап развития связан с перенесением известных методов в оптический диапазон. В 1958 году Таунс и Шавлов теоретически обосновали возможность создания оптического квантового генератора (ОКГ) на твердом теле. В 1960 году Мейман построил первый импульсный ОКГ на твердом теле – рубине. В этом же году вопрос об ОКГ и квантовых усилителях независимо был проанализирован Н. Г. Басовым, О. Н. Крохиным и Ю. М. Поповым.
В 1961 году Джанаваном, Беннетом и Эрриотом был создан первый газовый (гелий-неоновый) генератор. В 1962 г. был создан первый полупроводниковый ОКГ. Оптические квантовые генераторы (ОКГ) получили название лазеров. Термин «Лазер» образовался в результате замены буквы «м» в слове мазер на букву «л» (от английского слова «light – свет»).
После создания первых мазеров и лазеров начались работы, направленные на их использование в системах связи.
Волоконная оптика, как оригинальное направление техники, возникла в начале 50-х годов. В это время научились делать тонкие двухслойные волокна из различных прозрачных материалов (стекло, кварц и др.). Еще раньше было предсказано, что если соответствующим образом выбрать оптические свойства внутренней («сердечника») и наружной («оболочки») частей такого волокна, то луч света, введенный через торец в сердечник, будет только по нему и распространяться, отражаясь от оболочки. Даже если волокно изогнуть (но не слишком резко), луч будет послушно удерживаться внутри сердечника. Таким образом, световой луч – этот синоним прямой линии, – попадая в оптическое волокно, оказывается способным распространяться по любой криволинейной траектории. Налицо полная аналогия с электрическим током, текущим по металлическому проводу, поэтому двухслойное оптическое волокно часто называют светопроводом или световодом. Стеклянные или кварцевые волокна, толщиной в 2–3 раза больше человеческого волоса, очень гибки (их можно наматывать на катушку) и прочны (прочнее стальных нитей того же диаметра). Однако световоды 50-х годов были недостаточно прозрачны, и при длине 5–10 м свет в них полностью поглощался.
В 1966 г. была высказана идея о принципиальной возможности использования волоконных световодов для целей связи. Технологический поиск завершился успехом в 1970 г. – сверхчистое кварцевое волокно смогло пропустить световой луч на расстояние до 2 км. По сути дела, в том же году идеи лазерной связи и возможности волоконной оптики «нашли друг друга», началось стремительное развитие волоконно-оптической связи: появление новых методов изготовления волокон; создание других необходимых элементов, таких как миниатюрные лазеры, фотоприемники, оптические разъемные соединители и т. п.
Уже в 1973–1974 гг. расстояние, которое луч мог пройти по волокну, достигло 20 км, а к началу 80-х годов превысило 200 км. К этому же времени скорость передачи информации по ВОЛС возросла до невиданных ранее значений – в несколько миллиардов бит/с. Дополнительно выяснилось, что ВОЛС имеют не только сверхвысокую скорость передачи информации, но и обладают целым рядом других достоинств.
Световой сигнал не подвержен действию внешних электромагнитных помех. Более того, его невозможно подслушать т. е. перехватить. Волоконные световоды имеют отличные массогабаритные показатели: применяемые материалы имеют малую удельную массу, нет нужды в тяжелых металлических оболочках; простота прокладки, монтажа, эксплуатации. Волоконные световоды можно закладывать в обычную подземную кабельную канализацию, можно монтировать на высоковольтных ЛЭП или силовых сетях электропоездов и вообще совмещать их с любыми другими коммуникациями. Характеристики ВОЛС не зависят от их длины, от включения или отключения дополнительных линий – в электрических же цепях все это не так, и каждое подобное изменение требует кропотливых настроечных работ. В волоконных световодах в принципе невозможно искрение, и это открывает перспективу использования их во взрывоопасных и подобных им производствах.
Очень важен и стоимостной фактор. В конце прошлого века волоконные линии связи, как правило, по стоимости были соизмеримы с проводными линиями, но с течением времени, учитывая дефицит меди, положение непременно изменится. Эта убежденность основана на том, что материал световода – кварц – имеет неограниченный сырьевой ресурс, тогда как основу проводных линий составляют такие теперь уже редкие металлы, как медь и свинец. И дело даже не только в стоимости. Если связь будет развиваться на традиционной основе, то к концу века вся добываемая медь и весь свинец буду расходоваться на изготовление телефонных кабелей – а как развиваться дальше?
В настоящее время оптические линии связи занимают доминирующее положение во всех телекоммуникационных системах, начиная от магистральных сетей до домовой распределительной сети. Благодаря развитию оптико-волоконных линий связи активно внедряются мультисервисные системы, позволяющие довести до конечного потребителя в одном кабеле телефонию, телевидение и Интернет.
