Лекції 14+15. Волоконно-оптичні лінії зв’язку
та їх безпека
• Особливості передачі оптосигналу
• Параметри оптокабелю
• Параметри ВОЛЗ
• Витоки з ВОЛЗ
• Методи захисту ВОЛЗ
1
Передача інформації за допомогою світла
Застосування світла в якості носія інформації
використовувалося ще в стародавні часи.
В загальному випадку передача інформації за
допомогою світла потребує наявності наступних
компонентів: джерело інформації, оптичний передавач,
середовище розповсюдження сигналу, оптичний тракт і
приймач інформації.
Сучасні засоби передачі оптичного сигналу – це
волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ)
2
Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ). Визначення
Сучасні засоби передачі оптичного сигналу – це волоконнооптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ). Інколи використовують термін
волоконно-оптичні системи передачі (ВОСП).
ВОЛЗ - це сукупність оптичних пристроїв і оптичних ліній
передачі, що забезпечують формування, обробку і передачу
оптичних сигналів.
Передача сигналу у волоконно-оптичній лінії передачі
здійснюється по волоконно-оптичному кабелю (ВОК)
Основою ВОК є оптичне волокно (ОВ) - тонка прозора
багатошарова нитка з надчистого кварцового скла.
3
Явище заломлення світла
Коли промінь світла входить під кутом падіння α з оптично менш
щільного середовища (наприклад, повітря) в оптично більш щільне
середовище (наприклад, скло або воду), його напрямок поширення щодо
нормалі до поверхні падіння змінюється, тобто він переломлюється під
кутом заломлення β.
Закон заломлення: відношення
синуса кута падіння α до синусу кута
заломлення β дорівнює відношенню
швидкостей світла С1 в першому
середовищі і С2 в другому
середовищі:
4
Передавання сигналу по оптичному кабелю
Оптичний світловод є фізичним середовищем транспортування
оптичного сигналу і складається із серцевини та оболонки, що мають різні
величини показників заломлення. Завдяки явищу повного внутрішнього
відбиття він дозволяє транспортувати оптичні сигнали (світло), які
генеруються обладнанням, до якого підключене оптичне волокно.
Коли промінь, що передається в оптично густому матеріалі,
натикається на перешкоду під кутом падіння, більшим ніж критичний
для даного матеріалу, то світло буде повністю віддзеркалене.
Оскільки, для відбиття і подальшої передачі промінь повинен
впасти на межу розділу під кутом більшим за критичний, то тільки
світло, яке увійшло у систему у межах певного діапазону напрямків,
може пройти через все волокно без витоку за його межі.
5
Різновиди оптичного волокна
В залежності від властивостей заломлення світла в ОВ розрізняють:
– багатомодове волокно;
– градієнтне волокно;
– одномодове волокно;
– поляризаційно-стабільне волокно;
– фотонно-кристалічне волокно.
6
Вікна прозорості оптоволокна
До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот,
що сприймаються людським оком (7.5×1014 — 4×1014 Гц), тобто з довжиною
хвилі від 390 до 750 нанометрів.
Для передавання даних у оптоволоконних лінях використовуються
наступні вікна прозорості, зумовлені особливостями волокна:
7
Класифікація волоконно-оптичних окабелів
ВОК розрізняють за наступними характеристиками:
- за розміром волокна та оболонки;
- за типом ОВ: одномодові, багатомодові тощо;
- за довжиною хвилі;
- за джерелом випромінювання.
8
Структура ВОК
9
Активні елементи ВОЛЗ
10
Пасивні елементи ВОЛЗ
11
Структурна схема ВОЛЗ
Складові компоненти ВОЛЗ:
– передавач оптичної потужності (ПОМ) з вихідною потужністю Рs;
– приймач оптичної потужності (ПрОМ), що забезпечує при вхідній
оптичній потужності Pr прийом і перетворення оптичного сигналу із
заданим коефіцієнтом помилок ER;
– волокно-оптичний лінійний тракт (ВОЛТ), який характеризується
довжиною лінії L та коефіцієнтом затухання α.
12
Переваги та недоліки ВОЛЗ
Переваги ВОЛЗ:
– майже повна відсутність впливу зовнішніх електромагнітних випромінювань;
– відсутність електромагнітних випромінювань;
– шуми оптичного каналу викликані лише власним випромінюванням та
властивості волокна;
– висока інформаційна ємність каналу (до 100 ГБ для однієї довжини хвилі) з
малими помилками (10-10);
– малі втрати (до 0,16 дБ/км) – велика дальність передачі (до 1000 км);
– вогне- вибухо- та електробезпечність;
– міжволоконні наведення не значні.
Недоліки ВОЛЗ:
– мала механічна міцність;
– чутливість до згинання;
– чутливість до іонізуючих випромінювань;
– наявність витікаючи мод.
13
Втрати при згинанні ВОК
14
Безпека ВОЛЗ
1. Знімання інформації з ОВ принципово можливе.
2. Здатності порушника до НСД визначаються доступом до волоконнооптичних комунікацій та технічним рівнем підготовки.
Різновиди порушника:
– зовнішній – використовує технічні засоби розвідки для підключення до
оптичної кабельної системи, яка розташовується за межами контрольованої
території;
– внутрішній – використовує можливості внутрішнього доступу та
особливості оптичної кабельної системи всередині об'єкта інформатизації та
контрольованої зони.
Для порушника в цілому безпека ВОК-системи визначається найбільш
вузьким місцем – мережевим обладнанням.
15
Використання неоднорідностей ВОЛЗ
16
Небезпечні місця для дистанційного знімання
17
Підключення до ВОК для знімання інформації
За способом реєстрації і посилення розрізняють наступні типи
підключення до ВОК:
1. Пасивні – реєстрація випромінювання з бічної поверхні ОВ.
2. Активні – реєстрація випромінювання, що виводиться через бічну
поверхню ОВ за допомогою спеціальних засобів, що міняють
параметри сигналу у ВОЛЗ.
3. Компенсаційні – реєстрація випромінювання, що виводиться через
бічну поверхню ОВ за допомогою спеціальних засобів з подальшим
формуванням і введенням в ОВ випромінювання, компенсуючого
втрати потужності при виведенні випромінювання.
18
Методи захисту ВОЛЗ від НСД
1. Розробка технічних засобів захисту ВОЛЗ.
2. Розробка технічних засобів контролю ВОЛЗ.
3. Розробка технічних засобів перетворення інформації,
що передається по ОВ, які реалізовують принципи
маскування, додавання перешкод, оптичної і квантової
криптографії.
19
Конструкційні, механічні та електричні засоби захисту
– використання пари подовжніх силових елементів ОВК, розміщених
симетрично в поліетиленовій оболонці, які призначені для дистанційного
живлення і контролю датчиків, встановлених в муфтах, і контролю НСД;
– застосування комплекту для захисту місця зварки, який заповнює місце
зварки непрозорим гелем;
– використання багатошарового оптичного волокна із спеціальною
структурою оболонок: підібране співвідношення коефіцієнтів заломлення
шарів дозволяє передавати по кільцевому направляючому шару
багатомодовий контрольний шумовий оптичний сигнал, а також понизити
рівень випромінювання інформаційного оптичного сигналу через бічну
поверхню ВОК;
– використання фотонно-кристалічного волокна;
– використання комутаторів, що змінюють порядок волокон.
20
Контроль (діагностування) сигналів у ВОЛЗ
21
Захист ВОЛЗ методами перетворювання інформації
– захист лінійного тракту за допомогою скремблювання;
– захист ВОЛЗ за допомогою надлишкового кодування;
– маскування інформації способом багаторазового
спектрального розподілу;
– спектральне розділення 2-х каналів;
– методи квантової криптографії.
22
Дякую за увагу!
Сергій Якович Гільгурт
hilgurt@ukr.net
serhii.hilgurt@donntu.edu.ua
(066)756-43-48 (Viber, Telegram)
Інститут проблем моделювання
в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН
України
http://ipme.kiev.ua
23