เทคโนโลยีการสื่อสาร(Fiber Optic)

 FIBER OPTIC 

     สาย Fiber Optic เป็นสายสัญญาณที่ใช้ระบบแสงในการส่งสัญญาณ ซึ่งเราจะแบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลัก คือ ชนิด Single Mode (SM) และ Multi Mode (MM)

    Fiber Optic ชนิด multimode จะเป็นแสง LED (คล้ายแสงไฟฉาย) ส่งสัญญาณแสงหลายๆ เส้น โดยแสงจะสะท้อนอยู่ในเส้นใยแก้วนำแสง  ซึ่งสายชนิด multimode นี้จะมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับคุณภาพของใยแก้วที่ใช้  ปัจจุบันมี 4 ประเภท คือ OM1, OM2, OM3 และ OM4  ซึ่งสามารถส่งสัญญาณที่มีความเร็วตั้งแต่ 1 Gbpsถึง 100 Gbps เลยทีเดียว ส่วนใหญ่สายชนิด multimode นิยมใช้ในระบบ LAN ขององค์กร ภายในอาคารสำนักงาน หรือภายในห้องดาต้าเซ็นเตอร์ เนื่องจากการติดตั้งไม่ไกลมาก ประมาณ 100-500 เมตร อีกทั้งราคาอุปกรณ์ เช่น Media Converter, SFP หรือ Switch ราคาถูกกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่รองรับสายชนิด singlemode 

   Fiber Optic ชนิด singlemode จะใช้แหล่งจ่ายแสงที่ส่งสัญญาณเป็นแสงเลเซอร์ ทำให้ส่งสัญญาณไปได้ไกลกว่า สายชนิด multimode มากและปัจจุบันนี้ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ สามารถส่งสัญญาณได้ไกลมากกว่า 100 km. โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์ทวนสัญญาณ และจากประสิทธิภาพของการส่งสัญญาณระยะไกลนี้ จึงใช้สายชนิด singlemode ในระบบโทรคมนาคม เช่น อินเทอร์เน็ตความเร็วสูง, เคเบิ้ลทีวี, ระบบดิจิตอลทีวีและที่ใกล้ตัวเรามากที่สุดนั้นก็คือ ระบบโทรศัพท์มือถือ

     ในชีวิตประจำวันของเรา ได้สัมผัสหรือได้ใช้งานสาย Fiber Optic ในช่องทางใดบ้าง ซึ่งแน่นอนว่า พวกเราส่วนใหญ่เข้าใจว่าระบบโทรศัพท์มือถือเป็นระบบไร้สาย  เนื่องจากสามารถใช้ในการติดต่อกันที่ใดในโลกก็ได้ แต่ความจริงแล้วการสื่อสารด้วยโทรศัพท์มือถือจะผ่านสาย Fiber Optic เป็นหลัก ยกตัวอย่างเช่น หากเราอยู่ในกรุงเทพฯ ต้องการจะโทรไปหาเพื่อนที่เชียงใหม่ โทรศัพท์ของเราจะส่งคลื่นไปยังสถานีรับที่ใกล้เครื่องเรามากที่สุดและจากสถานีรับนี้ สัญญาณจะถูกส่งผ่านโครงข่ายสาย Fiber Optic ไปยังสถานีปลายทาง และส่งต่อสัญญาณไปยังเครื่องรับปลายทาง ส่วนสัญญาณอินเทอร์เน็ตในมือถือระบบ 3G ที่เราใช้กันอยู่ ก็ส่งสัญญาณในทำนองเดียวกัน แต่สัญญาณที่ส่งนั้นคือข้อมูล แต่การโทรศัพท์สัญญาณที่ส่งคือเสียง

โครงสร้างของสาย Fiber Optic

        ส่วนประกอบของFiberOpticประกอบด้วยส่วนสำคัญหลัก2ประการได้แก่ส่วนที่เป็นแกนอยู่ตรงกลางหรือชั้นในแล้วหุ้มด้วยส่วนที่เรียกว่าCladdingจากนั้นก็จะถูกหุ้มด้วยส่วนที่ป้องกัน(Coating)โดยที่แต่ละส่วนนั้นทำด้วยวัสดุที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงที่มีค่าแตกต่างกันแกน เป็นส่วนตรงกลางของFiberOpticและเป็นส่วนที่ใช้นำแสงอีกด้วย โดยมีค่าดัชนีของการหักเหของแสงส่วนนี้จะต้องมากกว่าส่วนของ Claddingแล้วลำแสงที่ผ่านไปในแกนจะถูกขังหรือเคลื่อนที่ไปตามFiberOpticด้วยกระบวนการสะท้อนกลับหมดภายใน ส่วนของการป้องกัน  เป็นชั้นที่ต่อจากCladdingเป็นที่ใช้ป้องกันแสงจากภายนอก ไม่ให้เข้ามาที่เส้น Fiber Optic อีกทั้งยังใช้ป้องกันมิให้แสงจากท่อนำแสง Fiber Optic ภายในให้ออกไปสู่ภายนอกได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังใช้ประโยชน์ เมื่อมีการเชื่อมต่อเส้น Fiber Optic โครงสร้างภายในอาจประกอบด้วย ชั้นของ Plastic หลายๆชั้น นอกจากนี้ ส่วนป้องกัน ยังทำหน้าที่ เป็นตัวป้องกันการกระทำ จากแรงภายนอกได้อีกด้วย ตัวอย่างของค่า ดัชนีหักเห เช่น แกนมีค่าดัชนีหักเหประมาณ 1.48ส่วนของCladdingและส่วนป้องกันซึ่งทำหน้าที่ป้องกัน แสงจากแกนออกไปที่ภายนอก และป้องกันแสงจากภายนอกรบกวนจะมีค่าดัชนีหักเหเป็น 1.46 และ 1.52 ตามลำดับ

การใช้เทคโนโลยี

10BASEF
การใช้ Ethernet แบบ 10BASE F เป็นมาตรฐานที่ออกแบบมาให้ใช้กับเทคโนโลยี Ethernet โดยตรง ความเร็วสัญญาณยังคงอยู่ที่ 10 เมกะบิต และหากเป็น 10BASE F ก็เป็นความเร็ว 10 เมกะบิต ขณะนี้มีการพัฒนาระบบ Ethernet ให้เป็นแบบ Gigabit Ethernet หรือความเร็วสัญญาณอยู่ที่1,000เมกะบิตการเดินสายด้วยเส้นใยแก้วนำแสงมีลักษณะเหมือนกับสายยูทีพี โดยใช้ชิปเป็นตัวกระจายพอร์ตต่างๆ

FDDI                                                
เทคโนโลยีมีใช้มานานแล้วเป็นเทคโนโลยีที่มีความเร็วของสัญญาณที่ 100 เมกะบิต และใช้สายสัญญาณเป็นเส้นใยแก้วนำแสงมีโครงสร้างเป็นวงแหวนสองชั้นและแตกกระจายออก การเดินสายสัญญาณตามมาตรฐาน EIA 568 ก็จัดให้เข้ากับ FDDI ได้ง่าย FDDI มีข้อดี คือ สามารถเชื่อมโยงเครื่อข่าย ระยะไกลได้ มีจำนวนโหนดบน FDDI ได้ถึง 1,000 โหนด การจัดโครงสร้างต่างๆของ FDDI สามารถทำผ่านทางแพตซ์ที่เชื่อมต่อให้ได้ตามรูปที่ FDDI ต้องการ ในลูปวงแหวนหลักของ FDDIต้องการวงแหวนสองชั้นซึ่งก็ต้องใช้เส้นใยแก้วนำแสงทั้งหมด 4 ลำแสง FDDI ยังเป็นเครือข่ายหลัก (Backbone)เพื่อเชื่อมต่อไปยังเครือข่ายอื่นได้ เช่น เชื่อมต่อกับ Ethernet กับ Token Ring ไดอะแกรมของ FDDI

ATM                                          
เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนามาเพื่อรองรับการใช้งานที่ความเร็วสูง มาก ATM สามารถใช้ได้กับความเร็ว 155 เมกะบิต 622 เมกะบิตและสูงเกินกว่ากิกะบิตในอนาคตโครงสร้างการเดินสาย ATM มีลักษณะแบบดาวเป็นโครงสร้างการกระจายสายสัญญาณซึ่งตรงกับสภาพการใช้เส้นใยแก้วนำแสงอยู่แล้วลักษณะของแพตซ์และการกระจายสายสัญญาณเพื่อใช้กับเส้นใยแก้วนำแสง ในลักษณะที่ปรับเปลี่ยนเข้ากับเทคโนโลยีต่างๆ

ตัวส่งแสงและรับแสง

       การใช้เส้นใยแก้วนำแสงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณแสงอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณแสงคือLEDหรือเลเซอร์ไดโอดอุปกรณ์ส่งแสงนี้ทำหน้าที่เปลี่ยนคลื่นไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแสง ส่วนอุปกรณ์รับแสงและเปลี่ยนกลับมาเป็นสัญญาณไฟฟ้า คือโฟโต้ไดโอดอุปกรณ์ส่งแสงหรือ LED ใช้พลังงานเพียง 45ไมโครวัตต์สำหรับใช้กับเส้นใยแก้วนำแสงแบบ 62.5/125 การพิจารณาอุปกรณ์นี้ต้องดูที่แถบคลื่นแสงโดยปกติใช้คลื่นแสงย่านความยาวคลื่นประมาณ 830 ถึง 850 นาโนเมตร หรือมีแถบกว้างประมาณ 25-40 นาโนเมตรดังนั้นข้อกำหนดเชิงพิกัดของเส้นใยแก้วนำแสงจึงกล่าวถึงความยาวคลื่นแสงที่ใช้ในย่าน 850 นาโนเมตรตัวรับแสงไฟ หรือโฟโต้ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้รับแสงและมีความไวต่อความเข้มแสงคลื่นแสงที่ส่งมามีการมอดูเลตสัญญาณข้อมูลเข้าไปร่วมด้วย อุปกรณ์ตัวรับและตัวส่งนี้มักทำมาเป็นโมดูลโดยเฉพาะเชื่อมต่อเข้ากับสัญญาณข้อมูลที่เป็นไฟฟ้าได้โดยตรงและทำให้สะดวกต่อการใช้งาน

การเชื่อมต่อและหัวต่อ

     ที่ปลายสายแต่ละเส้นจะมีหัวต่อที่ใช้เชื่อมต่อกับเส้นใยแก้วนำแสงแสงจะผ่านหัวต่อไปยังอีกหัวต่อโดยเสมือนเชื่อมต่อกันเป็นเส้นเดียวเมื่อเอาเส้นใยแก้วมาเข้าหัวที่ปลายแก้วจะมีลักษณะที่ส่งสัญญาณแสงออกมาได้และต้องทำให้กำลังสูญเสียต่ำที่สุดดังนั้นจึงมีวิธีที่จะทำให้ปลายท่อแก้วราบเรียบ ที่จะเชื่อมสัญญาณแสงต่อไปได้ดังนั้น ก่อนที่จะเข้าหัวต่อจึงต้องมีการฝนปลายท่อแก้ววิธีการฝนปลาย ท่อแก้วนี้มีหลายวิธีเช่น การฝนแบบแบนราบ (Flat) การฝนแบบ PC และแบบ APCการกระทำแต่ละแบบจะให้การลดทอนสัญญาณต่างกัน และยังต้องให้มีแสงสะท้อนกลับน้อยที่สุดเท่าที่จะน้อยได้ ลักษณะของหัวต่อ เมื่อเชื่อมถึงกันแล้วจะต้องให้ผิวสัมผัสการส่งแสงส่องทะลุถึงกันเพื่อให้กำลังสูญเสียความเข้มแสงน้อยที่สุด โดยปกติหัวต่อที่ทำการฝน แบบแบนราบมีกำลังสูญเสียสูงกว่าแบบอื่น คือ ประมาณ -30 dB แบบ PC มีการสูญเสียประมาณ -40 dB และแบบ APC มีการสูญเสียความ

เข้มน้อยที่สุด คือ -50 dB ลักษณะของหัวต่อเมื่อเชื่อมต่อถึงกัน

การฝนปลายท่อแก้ว

    ข้อดี 

1. มีการลดทอนสัญญาณต่ำ (Low Attenuation) ค่าลดทอนของเส้นใยแก้ว จะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นที่ใช้ส่วนหนึ่ง และเนื้อแก้วเองส่วนหนึ่ง แต่ถ้าเปรียบเทียบกับสายทองแดง(Coper Wire)แล้วสายไฟเบอร์ออฟติก ถือว่ามีการลดทอนของสัญญาณต่ำกว่ามาก

2. สามารถบรรจุข้อมูลได้เป็นจำนวนมาก(High Bandwidth) ไฟเบอร์ออฟติกมีค่าแบนวิดท์ในการส่งข้อมูลมากกว่าสายทองแดง Coper Wire มาก

3. โครงสร้างของสายมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบามาก เมื่อเทียบกับเส้นทองแดง ยกตัวอย่างเช่น เส้นทองแดงเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 cm. จะเทียบเท่ากับเส้นใยแก้วขนาด 1cm. เท่านั้นเทียบในปริมาณข้อมูลที่เท่ากัน

4. มีความเป็นอิสระทางไฟฟ้า เนื่องเส้นใยแก้วมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไม่นำไฟฟ้าแม้จะไปสัมผัสกับสายไฟเบอร์โดยตรงก็จะไม่ถูกไฟดูด

5. ปราศจากการรบกวนทางไฟฟ้าเนื่องจากเป็นฉนวน จึงไม่สามารถเกิดการเหนี่ยวนำสัญญาณรบกวนจากภายนอกเข้ามาได้ ถึงแม้อยู่ใกล้สายไฟฟ้าแรงสูง ก็ไม่มีผลกระทบกับสัญญาณในการรับ-ส่งข้อมูลแต่อย่างใด

6. ข้อมูลมีความปลอดภัยสูงเนื่องจากในการขโมยสัญญาณนั้น ต้องทำการตัด-ต่อกับเส้นใยแก้วโดยตรง หรือต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ (Optical Coupler)

7. มีความทนทานสูง เส้นใยแก้วนำแสงมีอายุการใช้งานนานมาก หากไม่มีอะไรมากระทำกับสาย เส้นใยแก้วนำแสงในระบบสื่อสารมีอายุนับร้อยปีเลยทีเดียว ค่าบำรุงรักษาน้อย มีความน่าเชื่อถือสูง

    ข้อเสีย

1. เส้นใยแก้วเปราะบางและแตกหักง่าย เมื่อมีแรงมากระทำ ดังนั้นจึงต้องระวัง

2. การโค้งงอ ไม่สามารถโค้งงอได้มากเหมือนสายทองแดง เนื่องจากการโค้งงอมากๆ จะทำให้สายเกิดค่าลดทอน (Attenuation) สูง และอาจเกิดการแตกหักได้

3.ในการติดตั้งสายไฟเบอร์ออฟติก ต้องใช้เครื่องมือพิเศษราคาแพงในการเข้าหัวรวมทั้งต้องใช้ช่าง ทีมีทักษะและมีความชำนาญ มีการฝึกฝนและมีประสบการณ์