باورهای اشتباه درباره فیبر نوری

در دنیای سریعاً در حال تغییر شبکه‌های صنعتی، درک پیچیدگی‌های کابل‌های فیبر نوری برای تکنسین‌های IT و مدیریت کارخانه‌ها ضروری است. در این مقاله، نگاه جامعی به کابل‌های فیبر نوری خواهیم داشت، انواع مختلف آنها را بررسی کرده و افسانه‌های رایج پیرامون فیبر را روشن می‌کنیم.

باورهای اشتباه درباره فیبر نوری

با وجود اینکه بیش از چهار دهه فیبر نوری به کار گرفته شده است، همچنان چندین باور نادرست وجود دارد.

• اولین باور این است که نصب فیبر نوری نسبت به مس به دلیل دستگاه‌های شبکه، پایانه‌ها و کابل‌های آن گران‌تر است.
• باور دیگر این است که نصب و پایانه‌گذاری فیبر نوری دشوارتر از مس است.
• و آخرین باور اشتباه این است که کابل‌های فیبر نوری شکننده هستند چون “از شیشه ساخته شده‌اند”.

در ادامه این باورهای نادرست را بررسی خواهیم کرد.

فیبر نوری در صنایع

در حال حاضر کابل‌های فیبر نوری سریع‌ترین رسانه انتقال برای ساخت شبکه‌های جدید و همچنین گسترش شبکه‌ها هستند. به ویژه در پروژه‌هایی که به پهنای باند بالا، مسافت‌های طولانی و امنیت در برابر تداخل الکتریکی نیاز دارند. شبکه‌هایی که مقادیر زیادی داده‌های بزرگ و پرمصرف را منتقل می‌کنند، تقریباً به طور انحصاری به فیبر نوری متکی هستند. ممکن است این سوال برایتان به وجود آمده باشد که آیا فیبر نوری برای شبکه شما مناسب است؟ در ادامه بررسی می‌کنیم.

ساختار کابل فیبر نوری

همانطور که از نامش پیداست، کابل‌های فیبر نوری سیگنال‌های نوری را با استفاده از پالس‌های نور سریع‌السیر، به جای برق در مسافت‌های طولانی منتقل می‌کنند. در هسته کابل، فیبرهای شیشه‌ای فوق‌العاده خالص به ظرافت موی انسان وجود دارد که فوتون‌های نور را در طول کابل منتقل می‌کنند. لایه شیشه‌ای با قطر 125 میکرون اطراف هسته قرار دارد تا اطمینان حاصل شود که نور منعکس می‌شود و از لبه‌ها نشت نمی‌کند، به این ترتیب سیگنال قادر است در مسافت‌های طولانی‌تر بدون تضعیف منتقل شود. بالای لایه کلادینگ، یک بافر وجود دارد. بافر از ساختار شیشه‌ای داخلی کابل محافظت کرده و  مانع از خمیدگی بیش از حد آن می‌شود. بعد از بافر لایه‌ای اضافی از فیبرهای هسته محافظت کرده و سپس یک پوشش پلاستیکی مقاوم قرار دارد.

پایداری کابل‌های فیبر نوری

فیبر نوری به هیچ وجه شکننده نیست. لایه‌های مختلف کابل‌های فیبر نوری حفاظت در برابر ضربات خردکننده، انعطاف و البته کشیدگی‌های حین نصب را فراهم می‌کنند. لایه اطراف هسته، استحکام کابل را تا شعاع خمیدگی مجاز کابل حفظ می‌کند. همچنین از ایجاد پیچ‌خوردگی هنگام کشش در نقاط دارای انحنا یا زوایای تند جلوگیری می‌کند. پس از نصب، کابل‌های فیبر نوری نسبت به کابل‌های مسی مقاوم‌تر هستند و قطعات کمتری دارند. در واقع، یک کابل فیبر نوری می‌تواند تا 50 سال دوام بیاورد و در برابر نوسانات دما ، شوک‌های شدید، رطوبت و لرزش، بدون افت کیفیت مقاومت کند.

نصب کابل‌های فیبر نوری

موارد بیان شده در مورد مقاومت کابل‌های فیبر نوری به این معنا نیست که نصب بی‌احتیاط به آنها آسیب نخواهد زد. تجاوز از محدودیت‌های شعاع خمیدگی یا پیچ‌خوردگی کابل منجر به ایجاد ترک‌های ریز می‌شود که احتمال افت کیفیت را افزایش می‌دهد. اتصال نامناسب در کابل‌ها می‌تواند به جابجایی یا لغزش فیبر منجر شود. به‌ویژه اگر مواد اتصال ویژگی‌های متفاوتی، مانند ضرایب انبساط حرارتی متفاوت، نسبت به کابل داشته باشند. مشکلات در شبکه‌های فیبر نوری تقریباً همیشه به دلیل نصب ضعیف، اتصال‌های نادرست یا برش‌های ناخواسته است.

حفاظت و نگهداری از کابل‌های فیبر نوری

با وجود محافظت مکانیکی داخلی در کابل‌های فیبر نوری مدرن، برخی از نصب‌های صنعتی یا خارجی نیاز به حفاظت بیشتر دارند. در این موارد توصیه می‌شود از کابل‌های فیبر نوری زره‌پوش استفاده شود. کابل‌های فیبر نوری زره‌پوش به گونه‌ای ساخته شده‌اند که بتوانند در برابر سایش، ضربه و آسیب UV مقاومت کنند و برای دفن مستقیم زیر زمین طراحی شده‌اند. کابل‌های زره‌پوش می‌توانند جایگزین مقرون به صرفه‌ای برای عبور کابل‌های فیبر نوری استاندارد از طریق لوله‌های محافظ باشند. چرا که هزینه‌های نصب لوله دوبار محاسبه می‌شود. اول، هنگام نصب لوله و دوم، هنگام نصب کابل‌ها، که به این ترتیب هزینه‌های نیروی کار و تجهیزات دو برابر می‌شود. کابل‌های زره‌پوش نسبت به کابل‌های فیبر نوری استاندارد گران‌تر هستند، اما هزینه تجهیزات و نیروی کار برای نصب آنها به مراتب کمتر است.

انواع کابل فیبر نوری

کابل‌های فیبر نوری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: تک حالته (Single Mode) و چند حالته (Multi Mode).

فیبر نوری تک حالته

کابل‌های تک حالته دارای هسته‌ای با قطر کوچک 9 میکرون هستند که تنها یک حالت نور را منتقل می‌کند. فیبر نوری تک حالته هنگام عبور نور از هسته کابل تعداد انعکاس‌هایی که ایجاد می‌شود را کاهش می‌دهد، که در نتیجه سیگنال دیرتر تضعیف شده و می‌تواند چندین مایل بدون نیاز به تقویت، منتقل شود. شبکه‌های فیبر نوری انتخاب مناسبی برای شبکه‌های طولانی، شرکت‌های مخابراتی، ستون فقرات دانشگاه‌ها و شرکت‌های بزرگ که در مناطق وسیع پراکنده هستند، می‌باشند.

کابل‌های فیبر نوری تک حالته در دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند:

1. فیبر نوری تک حالته OS1 : مناسب برای استفاده در شبکه‌های داخلی در مسافت‌های کوتاه‌تر و مکان‌هایی که احتمال وجود تداخل الکتریکی بیشتر است.
2. فیبر نوری تک حالته OS2 : مناسب برای نصب‌های خارجی با حداکثر برد 125 مایل  (200 کیلومتر)
   کابل‌های OS2 از پهنای باند تا 400 گیگابیت در ثانیه (Gbit/s) در مسافت‌های تا 80 کیلومتر یا بیشتر با استفاده از ماژول‌های نوری آماده (SFP) پشتیبانی می‌کنند. کابل‌های OS2 معمولاً نسبت به خمیدگی و کشش تحمل بیشتری نسبت به OS1 دارد. به همین دلیل کابل‌های OS2 نیز معمولاً گران‌تر از کابل‌های OS1 هستند.
   
   

فیبر نوری چند حالته

کابل‌های فیبر نوری چند حالته دارای رشته‌های متعدد هستند که تعداد آنها از 2 تا چند تا متغیر است. هسته با قطر بزرگتری (از 50 میکرون تا 62.5 میکرون) دارند که امکان انتقال چندین جریان داده را از طریق یک کابل فراهم می‌کند. . با این حال، هسته بزرگ‌تر محدودیت‌هایی دارد. به دلیل میزان بیشتر تضعیف سیگنال، کابل‌های MM قادر به پوشش مسافت‌های طولانی مشابه کابل‌های SM نیستند. معمولاً از کابل‌های فیبر نوری MM برای اتصالات در مسافت‌های کوتاه استفاده می‌شود. فیبر نوری چندحالته معمولاً از شیشه ساخته می‌شود، اما در برخی موارد، از هسته پلاستیکی به جای شیشه استفاده می‌شود. این نوع فیبرهای پلاستیکی به دلیل مقاومت و انعطاف‌پذیری بیشتر، در صنایع خاصی مانند معدن یا به عنوان حسگرها کاربرد دارند. صنایعی که شرایط محیطی سخت است و استفاده از فیبرهای شیشه‌ای ممکن است مناسب نباشد.
علاوه بر این، در برخی کاربردها نیاز به فیبرهای نوری با قطر هسته بزرگ‌تر وجود دارد که به آن‌ها MM200 می‌گویند. این نوع فیبرها قادرند حجم بیشتری از داده‌ها را در فاصله‌های کوتاه‌تر منتقل کنند، و برای کاربردهایی که به پهنای باند بالا و ارتباطات نزدیک نیاز دارند، مناسب‌تر هستند. به‌طور خلاصه، انتخاب نوع فیبر نوری به شرایط محیطی و نیازهای خاص کاربردی بستگی دارد.

کابل‌های فیبر نوری چند حالته به 5 د سته طبقه‌بندی می‌شوند:

1. فیبر نوری چندحالته OM1 : پهنای باند حداکثر 10Gbit/s، مسافت 100 فوت (منسوخ در استانداردهای ISO/IEC 11801 و TIA 568)
2. فیبر نوری چند حالته OM2 : پهنای باند حداکثر 10Gbit/s، مسافت 260 فوت (منسوخ در استانداردهای ISO/IEC 11801 و TIA 568)
3. فیبر نوری چند حالته OM3 : پهنای باند حداکثر 10Gbit/s، مسافت 1000 فوت
4. فیبر نوری چند حالته OM4 : پهنای باند 10Gbit/s در مسافت 1300 فوت و 40Gbit/s در مسافت 500 فوتر
5. فیبر نوری چند حالته OM5 : مانند OM4 اما از رنگ‌های مختلف نور لیزر برای افزایش پشتیبانی از پهنای باند بیشتر تا 200 Gbit/s یا حتی 400 Gbit/s استفاده می‌کند

کابل‌های فیبر نوری BreakOut:

MM نباید با کابل‌های فیبر نوری “breakout” اشتباه گرفته شود. کابل‌های breakout اساساً گروهی از فیبرهای SM یا MM با پوشش‌های مختلف هستند که درون یک پوشش خارجی به هم بسته شده‌اند. یک کانکتور در یک انتهای کابل breakout مشترک است و کانکتورهای جداگانه در انتهای دیگر قرار دارند. کابل‌های رنگی “breakout” به راحتی چندین اتصال بین دستگاه‌های شبکه با پورت‌های سرعت متفاوت را فراهم کرده و در عین حال از پهنای باند پورت به طور کامل استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، یک سوئیچ با یک پورت 100G متصل به ده پورت 10G. کابل‌های breakout نصب را ساده کرده، ازدحام کابل‌ها را کاهش داده و مدیریت کلی کابل‌ها را بهبود می‌بخشند.

تک حالته در مقابل چند حالته

در گذشته، قاعده کلی این بود که:

• MM برای کاربردهای کوتاه داخلی/در همان ساختمان مناسب است
• SM برای لینک‌های مسافت طولانی مناسب است

اخیرا هزینه فیبرهای SM به طور چشمگیری کاهش یافته است. همچنین، قیمت گیرنده‌های SM به طور قابل توجهی کاهش یافته و طراحی‌های آنها مقاوم‌تر شده است. در گذشته، اگر کابل برای لیزر مورد استفاده خیلی کوتاه بود، باید از یک تضعیف‌کننده استفاده می‌شد یا ممکن بود گیرنده بسوزد.

این دو عامل باعث شده که SM برای کاربردهای داخلی/در همان ساختمان از نظر هزینه کارآمدتر باشد. با اتصال‌های 40 و 100 گیگابیت در ثانیه که به طور معمول مورد استفاده قرار می‌گیرد، SM به طور فزاینده‌ای از نظر تجاری معقول است. به ویژه برای نصب‌های جدید و گسترش‌های شبکه. الکترونیک‌های تک حالته هنوز حدود 30 درصد گران‌تر از الکترونیک‌های معمولی هستند زیرا نیاز به پردازشگرهای نوری پیچیده‌تری برای ایجاد منابع نوری قوی‌تر دارند. با این حال، وقتی هزینه‌های پایین‌تر کابل‌های SM را در نظر می‌گیریم، هزینه کل مشابه است، اما عملکرد SM به طور چشمگیری بهتر است. SM از منابع نوری روشن‌تر و قوی‌تر با تضعیف کمتر پشتیبانی می‌کند. پهنای باند آن در تئوری نامحدود است. اگرچه MM در پنج درجه مختلف کابل وجود دارد، هیچکدام نمی‌توانند با پهنای باند نامحدود SM در مسافت‌های کوتاه یا طولانی رقابت کنند.

هزینه: فیبر در مقابل مس

به طور کلی، فیبر در کوتاه‌مدت بیشتر از مس هزینه دارد. اگر با دید آینده‌نگر و در نظر گرفتن هزینه‌های پنهان، نگهداری، تداخل، خطر دستکاری و هزینه‌های جایگزینی به فیبر نگاه کنیم، در نهایت هزینه کمتری خواهد داشت.

هزینه نصب فیبر به دلیل نیاز به مهارت بالا بیشتر از مس است، اما هزینه کابل و سخت‌افزارهای فیبر به‌طور مداوم کاهش می‌یابد. فیبر نیاز به سخت‌افزار کمتری دارد، مقیاس‌پذیرتر و مقاوم‌تر در برابر نویز الکتریکی است و هزینه نگهداری کمتری دارد. همچنین داده‌ها در فیبر ایمن‌تر هستند و امکان شنود را کاهش می‌دهند. فیبر نوری به راحتی با سرعت‌ها و نیازهای آینده شبکه سازگار می‌شود و نیاز به ارتقاء مداوم ندارد.

دلایل عدم انتخاب فیبر نوری

هزینه‌های نصب “اولیه” مدت‌هاست که نیروی محرکه عدم انتخاب فیبر نوری بوده است. اغلب این هزینه‌ها دلیل انتخاب کاربران برای استفاده از مس به جای فیبر می‌باشد. با کاهش قیمت‌های شبکه‌های صنعتی فیبر به دلیل عوامل ذکرشده، اکنون فیبر دارای مزایای کوتاه‌مدت و بلندمدت زیادی است که آن را به انتخابی جذاب‌تر تبدیل می‌کند.