26 марта 2013 в 00:57

Полое оптоволокно позволяет снизить задержку распространения сигнала почти в полтора раза

Скорость света в разных средах может довольно сильно отличаться от скорости света в вакууме. Так, в стекле, используемом для изготовления современного оптоволокна, свет распространяется со скоростью 0.69c, то есть на 31% медленнее. А в воздухе его скорость почти не отличается от теоретического максимума. Исследователи из Саутгемптонского университета (Англия) смогли передать 73.7 терабита данных в секунду практически со скоростью света в вакууме с помощью созданного ими волокна с полой сердцевиной.

Благодаря использованию эффекта фотонных запрещённых зон, им удалось надёжно «запереть» свет внутри волокна, добившись недостижимого ранее для полых волокон сочетания уровня затухания сигнала (3.5 дБ/км), полосы пропускания (160 нм) и возможности спектрального уплотнения каналов (37 40-гигабитных каналов на одно волокно).

Изображение среза волокна в электронном микроскопе и его спектральные характеристики:


Скорость распространения сигнала составила 99.7% скорости света в вакууме, или почти в полтора раза больше, чем в обычном оптоволокне. Сигнал в таком волокне бежит на 1.54 микросекунды быстрее на каждый километр пути, то есть при передаче данных на противополжный конец земного шара разница составит уже около 30 миллисекунд, что может быть критичным для многих приложений. Впрочем, до массового использования таких волокон в трансконтинентальных кабелях пока далеко, а вот короткие его отрезки в датацентрах бирж, суперкомпьютерах и других местах, где важен низкий уровень задержек, могут появиться гораздо быстрее.

Илья Сименко @ilya42
карма
528,7
рейтинг 0,0
full stack javascript developer
Самое читаемое Администрирование

Комментарии (90)

  • +2
    интерестна цена такого решения, хотя бы даже ориентировочно
    • +5
      Это еще что, представьте цену сварочного аппарата…
      • +1
        И скалывателя…
      • 0
        Сваривать, кстати, можно и обычным сварочным аппаратом для телекомовских нужд, у нас в лаборатории так делали.
    • 0
      Если совсем ориенторовочно, стоимость фотоннокристаллических волокон на рынке — сотни долларов за метр (против 20-30 долларов за километр обычного телекомовского волокна)
      • 0
        Следовательно лет 5-20 еще пройдет, пока подешевеет.
        • 0
          Вернее сказать, не подешевеет, пока не будет масштабного производства. А масштабного производства не будет, пока не будет должного спроса.
          • 0
            которого вероятно не будет с такими ценами… хотя все возможно.
  • 0
    Гениально!)
    • –1
      Давно известный метод, например многослойные зеркала. Грубо говоря это зеркало просто научились делать в форме цилиндра.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +1
          По факту ничего сложного в этом не было. Создание многослойных зеркал произвольных конфигураций довольно несложно в теории, довольно легко воспроизводимо на практике. Востребованности нет.

          К примеру, довольно интересные комплексные фокусирующие микросистемы подобного типа разрабатывались для солнечной энергетики, но прирост КПД ячейки не оправдывал затрат на внедрение.
        • 0
          Ну PBG волокна изготавливались ещё лет 10 назад. Я так понимаю, сейчас они не находят применения телекоме, только в каких-то специальных устройствах.
  • 0
    Гигабитный интернет в каждый дом, совсем скоро!

    Ну ладно, может лет через десять…
    • +1
      Гигабитныйусловно уже есть сегодня почти в каждом доме в Мск (гуглите МГТС GPON). Надо думать о на несколько порядков больших скоростях. =)
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          даа, куда мне до вас, со своим двухсоткилобитным каналом
      • +6
        надо думать о на несколько порядков большем покрытии я бы сказал
        • 0
          Было бы здорово. Но едва ли тут дело в отсутствии подобных технологий. =/
      • 0
        Не совсем понял их предложение, 200Мбит через волокно. Зачем, если можно в витую пару затолкать гигабит? Разве что работают на перспективу, другого объяснения не вижу. Или оптику уже дешевле класть чем медь?
        • 0
          Затухание сигнала. Витая пара обладает довольно большими потерями, выше, чем оптоволокно, тем более полое.

          Ну и да, 200 км витой пары будут стоить больше 200 км оптики при равном развитии производства )
          • 0
            Затухание сигнала
            Я так понял они предлагают «последнюю милю», даже «последние метры» от свитча до квартиры? Какое там затухание, право же

            Ну и да, 200 км витой пары будут стоить больше 200 км оптики при равном развитии производства
            Вот это точно. Когда клиентское оборудование массово начнет переходить на оптику, оптические кабели сильно подешевеют рано или поздно. Медь все же заметно дороже стекла.
            • +1
              Ну не от свича до квартиры, а внутренние линии дата-центров и аналогичных объектов предлагаю. А там длина кабелей уже составляет не одну сотню метров. При том, что затухание в витухе будет составлять пару десятков дБ/100м. По словам авторов статьи в их кабеле затухание 3,5 дБ / км. Разница уже будет чувствоваться, особенно с учетом еще и большей скорости передачи сигнала.
              • 0
                В этой ветке обсуждается конкретное предложение МГТС для физиков.
            • +1
              Тенденция идет уже не в проблеме последней мили, а в проблеме недостаточности внешних каналов провайдера. Если каждому дать по гигабиту, то при таком количестве абонентов, как, например, в Укртелекоме (имеется в виду, что текущее количество подключенных по ADSL абонентов перевести «вдруг» на оптику) — 2 млн, — какой внешний канал нужен??? С другой стороны, никто ведь не будет на 100% круглосуточно использовать весь канал. Я, например, со своими 10 Мбитами по ADSL иногда смотрю с дочкой мультики
        • +3
          Особенность технологии GPON заключается в том, что активное оборудование надо ставить только на головной станции (АТС в случае МГТС) и у клиента. Если делать ethernet — то необходимо ставить оборудование на уровне доступа, то есть свитчи в подъездах домов, в GPON же применяются пассивные разветвители. По сути это аналог интернета по кабельным ТВ сетям, только по оптике.
          • 0
            Тут есть засада в том, что с пассивными разветвителями теоретически можно залить патченную прошивку в терминал и читать чужие кукисы, приходящие по нешифрованным каналам. И входящая скорость ограничена 10 гигабитами, которые делятся на всех, подключённых к 1 активному узлу.

            Хотя у меня вот тоже GPON. Но тут либо GPON, либо ADSL, других вариантов нет.
            • 0
              Это да, но всем пофиг, в общем то :) Далеко не все ethernet провайдеры включают шифрование ppp канала, не у всех умные свитчи и т.д. Зато PON дешевле и проще, если домов много. А уж в домах с малой плотностью подключений (пятиэтажки, частный сектор) альтернатив особо и нету, только ADSL. Около 10 лет назад делал районную локалку, так что с проблемой знаком лично.
              • 0
                У меня как раз частный сектор и есть. ADSL до начала января юзал, но оптика таки горааааздо стабильнее работает, за всё время клиент EVE Online выдал дисконнект только один раз, а китайская поделка Perfect World до дисконнектов вообще ни разу не дожила, там либо памяти утечёт столько, что невозможно будет играть из-за тормозов, либо клиент вообще крэшится раньше.
              • 0
                Сейчас уже у всех ethernet-провайдеров умные свичи.
                Использование технологии vlan per customer полностью изолирует абонентов друг от друга.
                Я подключаю пятиэтажки точно так же, витой парой, как и большие дома.

                Для частного сектора есть простейшее решение — по волокну на дом.
                Домов не так много, все волокна сходятся на центральный узел.
                Плюсы этого решения:
                — оконечное оборудование гораздо дешевле (700руб за конвертер, против ~3000руб). Особенно актуально, учитывая проблемы с электричеством в частном секторе.
                — центральное оборудование благодаря нашим братьям-китайцам тоже гораздо дешевле. Конкретный пример центрального оборудования — DES-3200-28F.
                — схема не зависит от хулиганов, посветивших в волокно на 1310nm. Для сравнения — весь сегмент PON при этом складывается, и хрен найдёшь злодея из 64 возможных.
                — куки не уворуешь.
            • 0
              А ещё можно посветить в волокно на 1310nm, и весь сегмент сложится. И хрен найдёшь злодея из 64 возможных.
        • 0
          Очень просто: они используют крайне дорогое оборудование (домашняя коробка стоит порядка 3тыр, а железка с их стороны — сотни тыр), что позволяет добавить к цене, кхм, коррупционную составляющую.
    • 0
      Как, по-вашему, эти кабели приближают гигабитный интернет в каждый дом?

      PS Гигабитный интернет дома — фигня :) Я тоже думал, что подключу при первой возможности, подключил — ни один сервер так быстро не отдаёт контент, торренты не успевают разогнаться к моменту как скачаются и т.д., в итоге постепенно сполз до 40Мбит, разницы вообще не вижу, и смысл платить за канал, который проставивает 98% времени?
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          Надо чтобы ещё машина могла писать на таких скоростях. Сервера могут, а вот домашние харды до гигабита могут просто не дотянуть.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • 0
            Могут, вот только в линейном варианте, а торренты на гигабите качаются с десятков пиров, создавая жутко рандомную нагрузку на диск, чего обычные саташки вообще не выносят.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • 0
                Практически, торрент клиенты так и делают, однако даже на SSD-дисках регулярно наблюдаю всякое «100% диск перегружен», да и трудно представить себе кеширование в памяти гигабитного потока, можно конечно отдать под это дело пару гигабайт памяти, но не все ж однако так любят торренты.
                • 0
                  Ну как вариант ставить овер 32 ГиБ рамы и юзать shm,tmpfs и [написать своё]. Иногда даже в более бытовых задачах приходится пользоваться стореджом в оперативе.
                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                  • 0
                    Возможно, я к этому спокойно отношусь (имхо, это какие-то глюки в самом utorrente), никогда не смотрю, как он там качает, просто в начале закачки это в глаза действительно бросается.
                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      • 0
                        Что значит резервирует? Она туда что, нули пишет? А если и так, что ей мешает параллельно качать на полной скорости в памяти и/или записывать скачанные куски параллельно затиранию нулями? Если это и не глюки, то корявая реализация.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          • 0
                            А на ССД что занято? Флешу пофиг — он параллельные запросы за то же время отрабатывает, какой там диск перегружен, если ресурс монитор показывает, что он активен 0,1% времени :)
      • 0
        Я замерял — при скачивании по гигабиту на SSD, скорость скачивания 300-400 Мбит/с вполне типична для популярных закачек.
        • 0
          Ну и? 300-400мбит --это разве полная скорость гигабитного канала?
    • 0
      Тогда уж в каждую квартиру, сейчас все провайдеры Москвы работают по технологии FTTB
  • –3
    Будем надеяться, что на этот раз британские учёные окажутся не такими уж и британскими.
  • +17
    Макароны!
    • +8
      image
  • +2
    3.5 дБ/км — это много, для магистралей не пойдет. А вот для интерконнектов — очень даже вполне, непонятно, правда, что там с точностью изготовления будет.
  • 0
    Интересно как будет решаться вопрос с пылью? Подозреваю, что для изготовления коннекторов надо будет чистую комнату, ну или чередовать полости с цельным волокном.
    • 0
      Представляю себе чистую комнату внутри батискафа, где происходит сварка кабелей под водой…
      • 0
        Эм какой нафиг батискаф?!
        • 0
          Это он так шутит. А теперь представьте себе пыльный чердак панельного дома, где происходит сварка кабелей в обычном жилом районе… ;)
    • 0
      Можно каждые n-метров делать вставки цельного волокна, по ним резать и варить
    • +4
      Сдаётся мне, диаметр дырочки такой маленький, что пыль туда просто не пролезет. По крайней мере глубоко. Достаточно будет заложить кабель в аппарат, обрезать крайние пару миллиметров и сварить.
      Гусары, молчать.
  • 0
    А как сигнал усиливать будут? В оптоволокне я понимаю, накачка волокна с последующим индуцированным излучением. Но вакуум же нельзя «накачать».
    • 0
      Можно накачать инертные газы.
  • 0
    А меня волнует другой вопрос, полое волокно скорее всего будет очень легко ломаться. Обычное, одномодовое волокно (не зачищенное, в лаковой оболочке), согнутое пополам, может пройти через отверстие порядка 2 мм. А это волокно вроде как просто сплющится посередине как, например, соломинка для сока.
    • 0
      Тоже задался эти вопросом. Ведь там наполнения нет никакого. Интересует ответ экспертов.
  • –3
    Согласно Энштейну, скорость света всегда константа. Скорость света в оптоволокне, я так понимаю, не противоречит этому условию? Просто свет пролетает большее расстояние по ломаной траектории, многократно отражаясь о внутренние стенки оптоволокна, чем длинна самого волокна?
    • +2
      Согласно Эйнштейну, никакое взаимодействие не распространяется быстрее скорости света в вакууме (интересный момент про вакуум Казимира). И вроде никаких ограничений ни на скорость света, ни на константность. И, да, в разных средах скорость света разная.
    • +7
      Скорость света в вакууме всегда константа, а в прозрачной среде она обычно меньше и определяется показателем преломления в среде.
    • +1
      Скорость света в вакууме константа. А в веществе скорость света ниже. В меди сигнал тоже не моментально распространяется, именно поэтому дорожки от процессора к памяти такой странной формы — все должны быть одинаковыми в длину.
  • –3
    <зануда>Ну есть предположение о том, что 300т.км/с это в нашем куске пространства, а где то подальше от нас, свойства самого пространства могут и отличаться, и скорость света в вакууме тоже будет отличаться, так что, впринципе, константа — не такая уж и константа. Кто знает, возможно придумают как преодолеть этот барьер.</зануда>
    • 0
      «зануда» — не совсем верное слово, я бы сказал. Тут скорее «пустословие» больше подходит. Ввиду неаргументированности и полной бессмысленности подобных предположений.
      • 0
        NASA видит в искривлении пространства теоретическую возможность *как бы* преодолеть скорость света: www.nasa.gov/centers/glenn/technology/warp/ideachev.html#alcub
      • 0
        ну не вижу тут никакой бессмысленности, при изменении свойств пространства, возможно изменение как констант так и самих законов
        • 0
          Предлагаю продолжить разговор сразу после того, как вы измените эти свойства или найдете пространтсво, где они другие изначально :)
  • 0
    Некоторый аналог используется, например, на физических ускорительных экспериментах.

    Представим, что есть частица, летящая в вакуумной трубе почти со скоростью света, и сначала она попадает в какой-то триггерный детектор, который должен запустить оцифровку в остальных детекторах ниже по пучку (иногда на десятки метров). Так вот передать сигнал туда быстрее, чем долетит частица, нельзя (она потратит 3нс на каждый метр, а сигнал в медном кабеле — 5нс на тот же метр), но нужно хотя бы не сильно медленнее.

    Для этого используют «быстрые» air-core кабели, которые работают как волновод: электромагнитный сигнал распространяется в воздухе между центральной жилой и экраном. Ещё точнее, для механической прочности там какие-то полиэтиленовые волокна. Фронт сигнала проходит метр примерно за 3нс. Не уверен, что такой кабель может обеспечить хорошую дальность и пропускную способность.

    Ещё я заметил, что эта штука очень плохо гуглится, в википедии не находится, скорее по публикациям: fast «air core cable» trigger cern.
  • 0
    Иногда просто удивляюсь, насколько перекошенной у меня образование: Про фотонные кристалы (полое волокно) нам читали лекции 10 лет назад, затрагивая методы расчета и перспективные наработки которые тогда могли похвастаться схожими характреристиками и при этом в ит части отставание лет на 10 было…
    • 0
      Многие об этом узнали лишь на хабре. У меня самого диплом был по многослойным зеркалам, и графики там на подобии представленных в статье.
  • 0
    В магистральных сетях бесперспективно в силу высоких затуханий и сложности обслуживания, в интерконектах бесполезно в виду малых расстояний.
  • –5
    «свет распространяется со скоростью 0.69c» это как? это что за новая единица? в метрах в секунду это сколько?
    «полосы пропускания (160 нм)»? то же самое. речь идет о ширине полосы пропускания? но и она измеряется в герцах…

    то есть на 31% медленнее… или почти в полтора раза больше, чем в обычном оптоволокне. спасибо, я верю в чудеса математики, но зачем смущать неискушенного читателя.

    мне показалось, что автор явно не специалист в области переводимого текста.
    • +1
      с — общепринятое обозначение скорости света в вакууме. 0,69c = 206856796 м/с.
      • +2
        спасибо, сходу перепутал «це» с секундой.
    • +1
      Про с уже написали, а окна прозрачности для оптических волокон традиционно измеряются в микрометрах/нанометрах длины волны.

      Что же вы имели в виду под чудесами математики — совсем непонятно.
      • 0
        сравните Окно прозрачности оптического волокна
        и
        Полоса пропускания

        и перечитайте второй абзац поста
        • 0
          Вы не видите сходства между самым верхним графиком из статьи и графиком из википедии по первой вашей ссылке? В этом посте в картинке нарисовано одно широкое окно прозрачности, без водородных пиков. Там даже пунктиром обозначен график потерь волокна HC-PBGF (HOLLOW-CORE photonic bandgap fiber), который очень похож на график из википедии. На википедии только график с полулогарифмической шкалой, а в этой статье с линейной.
          • 0
            мда…
            я вижу, что автор статьи не понимает разницы между полосой пропускания и окном прозрачности, поэтому излагает всякую ересь, делая перевод по далекой от него теме.
  • 0
    Но ведь запрещенные зоны известны уже давно. Что мешало сделать подобное ранее?
    • 0
      Отставание технического развития относительно научных моделей, предполагаю.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.