Przez morza i oceany biegną setki kabli światłowodowych. Mogą one służyć nie tylko do przesyłania danych, ale także mogą się przyczynić do szybkiego wykrywania podmorskich trzęsień ziemi.
Sieci kabli światłowodowych są wszędzie. Zakopana w dnie morza, w rowach lub ułożona w kanałach pod ulicami miast i budynkami, przy drogach i torach kolejowych, łączy się w super autostrady danych, przetwarzając ponad 95% globalnej łączności. Istnieje około 486 czynnych lub będących w budowie kabli podmorskich, z ponad 1300 miejscami wyjścia na ląd, rozciągających się na ponad milion kilometrów. W przypadku ich lądowych odpowiedników, możemy mówić o jeszcze większych odległościach.
Światłowody stanowią rdzeń Internetu i umożliwiają błyskawiczną komunikację między ludźmi, urządzeń i komputerów oddalonych zaledwie o kilka metrów od siebie, jak w centrach danych i kampusach, po ogromne odległości obejmujące całe kontynenty i oceany. Podmorskie kable, ale także te lądowe, mogą też mieć inne przynoszące korzyści zastosowanie.
Sektor telekomunikacyjny szybko porzuca miedziane przewody na rzecz światłowodów. Każdy kawałek danych wysyłanych lub odbieranych przez komputery i prawie każda rozmowa telefoniczna, którą wykonujemy, jest przesyłana za pomocą światłowodów. Nawet komunikacja w telefonii komórkowej opiera się właśnie na nich. Tylko ostatnie kilka kilometrów jest przenoszone "przez powietrze". Przez ostatnie 60 lat inżynierowie badali możliwość wykorzystania włókien jako czujników.
Inżynierowie i naukowcy już od wczesnych lat rozumieli niezwykłe możliwości sensoryki światłowodowej. Pierwszy patent dotyczący wyczuwania światłowodem datuje się na 1960 rok, a przez dziesiątki lat najbardziej twórcze umysły badały wiele interesujących możliwości, jakie ma on do zaoferowania.
– mówi Matteo Lonardi, inżynier ds. badań w Nokia Bell Labs
Najważniejszą technologią, która napędza rozwój czujników jest Distributed Acoustic Sensing (DAS), która pozwala na pomiary w czasie rzeczywistym na całej długości kabla. W przeciwieństwie do konwencjonalnych instrumentów, które zależą od czujników działających w określonych punktach, czujniki rozproszone wykorzystują sam kabel do wyczuwania otoczenia.
Mówiąc prościej, podłączony do jednego końca kabla czujnik DAS wysyła impulsy optyczne i patrzy na światło, które powraca z każdego mikroskopijnego fragmentu kabla (proces znany jako Rayleigh Backscatter). Zbierając te drobne fragmenty światła i obserwując, jak zmieniają się tysiące razy na sekundę w wyniku wibracji w pobliżu, urządzenie wykrywa i widzi unikalne sygnatury wydarzeń, które następnie odpowiednio identyfikuje i przypisuje.
DAS to specjalistyczny czujnik, który wykrywa zdarzenia akustyczne wokół włókna. Potrzebuje do tego dedykowanego włókna, nieużywanego do przesyłu danych.
DAS nie odgrywa aktywnej roli w transmisji danych lub komunikacji per se, ale może być umieszczony wzdłuż linii komunikacyjnej lub sieci w celu ochrony zasobu światłowodowego lub lokalizacji przecięć.
– powiedział Dan Danskin, Commercial Manager DAS w Alcatel Submarine Networks
Sieć światłowodów telekomunikacyjnych jest zarówno krytyczną infrastrukturą, która musi być stale monitorowana, jak i potencjalnie globalnie rozproszonym czujnikiem. Zbieranie o informacji o otoczeniu może pomóc nie tylko w identyfikacji możliwych zagrożeń lub zakłóceń sieci, ale też dostarczyć informacji o obszarze, w którym inne czujniki są niewystarczające.
Godną uwagi zaletą czujników światłowodowych jest monitorowanie kabla, który dość często biegnie przez trudny teren i zmieniające się dno morskie. Na przykład spójne transpondery mogą pomóc w monitorowaniu całej infrastruktury kablowej, zabezpieczając ją przed wszelkimi oznakami awarii i optymalizując przepustowość. Niekorzystne zjawiska pogodowe, takie jak sztorm, trzęsienie ziemi czy prace budowlane, które mogą zakłócić pracę włókien, mogą być wykrywane za pomocą specjalnych narzędzi lub bezpośrednio na transponderze. Efektem jest szybsze przywracanie sprawności, dłuższy czas pracy i wyższa jakość usług.
Kable muszą być również chronione przed działalnością człowieka, taką jak trałowanie, kotwiczenie czy pogłębianie. Czujniki mogą wykrywać drgania sieci rybackich ciągniętych po dnie morza. Sieci trałowe stanowią duże zagrożenie dla kabli podmorskich, powodując około 70% wszystkich uszkodzeń sieci. Wczesne ostrzeżenie da operatorowi kabla czas na nawiązanie łączności radiowej ze statkiem i poproszenie go o odsunięcie się od kabla.
Światłowody mogą być nawet wykorzystywane do środowiskowego i naukowego monitorowania trzęsień ziemi i tsunami. Istniejąca siatka kabli podmorskich może zostać skutecznie przekształcona w gigantyczną sieć czujników, które po połączeniu z sieciami opartymi na sejsmometrach mogą znacznie usprawnić globalne monitorowanie trzęsień ziemi po przystępnych kosztach. Ponadto światłowody mogą monitorować różne warunki oceanograficzne, takie jak prądy oceaniczne i osuwiska skalne, a także pomóc w śledzeniu ssaków.
Jeśli chodzi o naziemne czujniki kablowe, DAS jest szeroko stosowany do monitorowania rurociągów lądowych, w tym wykrywania wycieków, zakłóceń zewnętrznych i monitorowania ruchu gruntu. Może być stosowany do ochrony perymetrycznej krytycznych aktywów, a także przy kontroli granicznej.
Wykorzystując istniejące optyczne sieci kablowe w obszarach miejskich, DAS może zapewnić siatki detekcji dla monitorowania ruchu i stanu dróg. Monitoring kolei to inny rozwijający się obszar, w którym można zastosować DAS. Dzięki zastosowaniu kabla optycznego wzdłuż torów, DAS może dostarczać informacje o poruszających się pociągach, wykrywać aktywność osób trzecich oraz lokalizować skały i osuwiska.
Ze względu na masowe rozpowszechnienie sieci optycznych, możliwość monitorowanie i detekcji może okazać się niezwykle potrzebna. To technologia, która ma pozytywny i znaczący wpływ, pomagając w ograniczaniu i powstrzymywaniu ryzyka poprzez wczesne wykrywanie pożarów, burz i trzęsień ziemi. Może nawet odgrywać aktywną rolę w zwalczaniu skutków zmian klimatycznych, czyniąc świat bardziej bezpiecznym.
Zobacz: Corning otwiera w Polsce fabrykę światłowodów
Zobacz: Tak wygląda przyszłość Internetu. Kable odchodzą do lamusa
Źródło zdjęć: Shutterstock
Źródło tekstu: Nokia
