เทคโนโลยี xDSL, DOCSIS และ FTTx รวมถึงปัญหาสำหรับผู้ใช้งานทั่วไปอ่านไว้เป็นข้อมูล...ภาคที่ 3 FTTx (3.1 ข้อมูลทั่วไป)

3.1 ประวัติความเป็นมาและข้อมูลทั่วไปที่ควรทราบของสาย Fiber Optic

***ขอชี้แจงก่อนนะครับ: เรื่องของ FTTx นี้จะมีเนื้อหาเชิงเทคนิคมากกว่าสองตอนที่ผ่านมา เนื่องจากต้องอธิบายละเอียดมากกว่าโครงข่ายสายทองแดง สำหรับผู้ที่ไม่ใช่เทคนิคหรือทำงานด้านไอทีอาจงงๆ บ้างนะครับ แต่จะพยายามเขียนให้เข้าใจง่ายที่สุดเท่าที่จะทำได้นะครับ***


ได้กล่าวถึงเทคโนโลยี xDSL กับ DOCSIS ไปแล้ว คราวนี้จะมาว่ากันถึง FTTx ซึ่งเป็นเทคโนโลยีล่าสุดสำหรับการใช้งานอินเทอร์เน็ตผ่านโครงขายแบบสายที่บ้านกันนะครับ

ก่อนอื่นขออธิบายเกี่ยวกับความเป็นมา ประเภท และลักษณะทั่วไปของสาย Fiber Optic ที่ใช้กันอยู่ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันก่อนนะครับ จะได้เข้าใจโครงสร้างพื้นฐานของสาย Fiber Optic ได้มากขึ้น

สาย Fiber Optic ถูกคิดค้นมาตั้งแต่ปี 1870 และได้พัฒนามาเป็นลำดับและสามารถพัฒนาจนกระทั่งสามารถใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้เมื่อประมาณปีค.ศ. 2000 โดยก่อนหน้านี้มีการพัฒนาและปรับปรุงคุณภาพเรื่องระยะทางการรับ-ส่งข้อมูลจากหลายๆ ประเทศ ทั้งในยุโรปและสหรัฐฯ

สาย Fiber Optic ในปัจจุบันแบ่งลักษณะของการเดินสายได้ 2 ประเภทใหญ่ๆ คือแบบบนดินและใต้น้ำ (Terrestrial fiber optic cable / Submarine fiber optic cable) โดยในยุคแรกๆ มักใช้การลากสายเฉพาะแบบใต้น้ำ เพื่อเชื่อมโครงข่ายโทรคมนาคมระหว่างประเทศหรือระหว่างทวีปเท่านั้น แต่หลังจากที่เทคโนโลยีได้ถูกพัฒนาเป็นลำดับและราคาอุปกรณ์โทรคมนาคมถูกลง จึงนำมาใช้ทดแทนสายเคเบิลทองแดงนั่นเอง

Submarine Fiber Cable


Terrestrial Fiber Cable


รายละเอียดของส่วนประกอบต่างๆ ภายในสาย Fiber Optic หนึ่งเส้น
สาย Fiber Optic ที่เราเห็นด้วยสายตานั้น ข้างในประกอบไปด้วยวัสดุต่างๆ หลายชั้นเพื่อป้องกันสาย Fiber ไม่ให้หักหรือชำรุดจากการลากสาย รวมไปจนถึงการใช้งานและอุณหภูมิภายนอกได้ โดยมีรายละเอียดตามรูปนะครับ

Fiber Optic Cable


Fiber Optic 24 Core Cross Section


รูปตัวอย่างเป็นภาพตัดขวางของสาย Fiber ขนาด 24 Core
-    ชั้นนอกสุดเรียก Jacket ทำหน้าที่เป็นฉนวนป้องกันสายใยแก้ว (Core Fiber) จากปัจจัยภายนอกเช่น การเดินสาย อุณหภูมิภายนอก ฯลฯ ซึ่งจะมีความหนาบางต่างกัน แล้วแต่ประเภทของสาย
-    ต่อจาก Jacket ก็จะเป็น Ripcord ลักษณะเป็นใยสีขาวบางๆ ห่อหุ้มแกนสายใยแก้ว เพื่อช่วยให้สามารถทำการปอกตัว Jacket ได้สะดวกขึ้น เพื่อจะได้ทำการเชื่อมหรือตัดต่อสาย (Splice/Arc) ได้ง่ายขึ้น และทำการป้องกันสายแกนไว้ด้วย
***สายบางรุ่นอาจจะมีฟิล์มใสกั้นระหว่าง Jacket กับ Ripcord
-    ต่อจากนั้นเราก็จะเจอสายแกน (ตามภาพแบ่งเป็น 4 ชุด ชุดละ 6 core) ซึ่งก็จะมี Jacket หุ้มไว้อีกชั้นหนึ่ง เรียกว่า Unit Tube ซึ่งก็จะมี Jacket หุ้มไว้อีกชั้นหนึ่ง
-    ภายใน Unit Tube ก็จะมีเส้นใยสังเคราะห์ที่เรียกว่า Aramid Yarn สำหรับป้องกัน Core Fiber หรือตัวใยแก้วนำแสงอีกชั้นหนึ่ง ซึ่ง Aramid Yarn นี้มีไว้เพื่อป้องกันแรงกระแทกและอุณหภูมิภายนอก
-    ตรงกลางสุดของสายเรียก Organizer ภาษาไทยเรียกทั่วไปว่าสายแกน เป็นสายที่ทำหน้าที่ป้องกันการโค้งงอหรือแตกหักของใยแก้วนำแสง และช่วยให้เดินสายง่ายขึ้น ซึ่งจะมีทั้ง Organizer หลักและ Organizer แต่ละชุด Core Fiber (ขึ้นอยู่กับจำนวน Core Fiber)
-    ตัวสายใยแก้วนำแสงจริงๆ มีขนาดเล็กมาก ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 9 µm สำหรับสาย Single-Mode และ 50 µm สำหรับสาย Multi-Mode

ประเภทการส่งสัญญาณของ Fiber Optic:
สาย Fiber Optic แบ่งได้เป็นสองประเภทการส่งสัญญาณได้สองประเภทคือ Single Mode และ Multi-Mode โดยที่ Single Mode จะส่งสัญณาณแสงเป็นเส้นตรง ส่วน Multi-Mode จะส่งสัญญาณแบบฟันปลา

Single-Mode Beam


Multi-Mode Beam


ภาพเปรียบเทียบการส่งสัญญาณแสงระหว่าง Single-Mode กับ Multi-Mode


สายแบบ Single Mode จะมีระยะทางการส่งสัญญาณแสงที่ไกลกว่าแบบ Multi-Mode แต่ไม่สามารถงอสายได้มากนัก (Bending Angle / Bend Radius) โดยมีสถิติที่บันทึกระยะทางส่งได้ไกลที่สุดที่ 7,000 กิโลเมตรแบบ Single Core ด้วยอัตราการส่งข้อมูลที่ 15.5 Tbps โดย Bell Labs ในปี 2009  

ส่วนใหญ่บ้านเรามักใช้ Single Mode เนื่องจาก Multi-Mode มักจะใช้กับสาย Fiber ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 10 micrometer และระยะทางการเดินสายจนถึงอุปกรณ์ทวนสัญญาณสั้นกว่า Single Mode ดังนั้นจึงไม่ค่อยนิยมใช้งานในบ้านเรามากนัก ยกเว้นพื้นที่ๆ ต้องมีการเดินสายแบบหักมุมหรือมีมุมโค้งมากๆ ก็จะเลือกใช้แบบ Multi-Mode แทน

ปกติแล้วการเดินสาย Fiber Optic จะต้องมีการคำนวณมุมโค้ง หรือมุมหักงอของสาย (Bending Angle / Bend Radius) เนื่องจากการรับ-ส่งสัญญาณเป็นแบบแสง หากมีมุมโค้งเกินกว่าที่มาตรฐานกำหนดไว้ ก็จะมีอัตราการสูญเสียกำลังรับ-ส่งมากขึ้นตามองศาที่เพิ่มขึ้น

Attenuation Loss


เทคโนโลยีการรับ-ส่งสัญญาณแสงผ่านสาย Fiber Optic

การรับ-ส่งสัญญาณผ่านสาย Fiber Optic ศัพท์ทางเทคนิคเรียกว่า Wavelength-Division Multiplexing (WDM) หรือการส่งคลื่นแสงเป็นจำนวนหลายๆ คลื่นผ่านหลายช่องสัญญาณ (Channel) ซึ่งสาย Fiber Optic หนึ่งเส้นจะมีหลายช่องสัญญาณแล้วแต่ขนาดของสาย และแต่ละช่องสัญญาณก็จะใช้ Wavelength ที่ต่างกันออกไป มีการทดสอบและบันทึกสถิติในการรับ-ส่งปริมาณข้อมูลผ่านสาย Fiber Optic แบบ Single Core เมื่อปี 2011 ที่ 101Tbps (273Gbps  จำนวน 370 channels และในเดือนมกราคม 2013 ปริมาณการรับ-ส่งแบบ Multi-Core Fiber สูงสุดถึง 1.05 Pbps (Petabit per second / 1 Petabit = 1,000 Terabit, 1 Terabit = 1,000 Gigabit) แต่ในเชิงพาณิชย์มักจะใช้ DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) สูงสุดไม่เกิน 80 Wavelength

ข้อดีของสาย Fiber Optic เทียบกับสาย Copper ในเชิงโทรคมนาคม

ปริมาณแบนด์วิดธ์ที่มากกว่า
สาย Fiber Optic หนึ่งเส้นสามารถรองรับการใช้งานโทรศัพท์ได้พร้อมกันถึง 3,000,000 สาย หรือช่องโทรทัศน์ถึง 90,000 ช่อง

ไม่มีการรบกวนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เนื่องจากสาย Fiber Optic ทำการรับ-ส่งสัญญาณด้วยคลื่นแสงและไม่ได้เป็นสื่อนำไฟฟ้า จึงไม่ถูกรบกวนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนสายทองแดง

ลดอัตราการสูญเสียกำลังรับ-ส่ง (Loss) ในการเดินสายระยะทางไกล
อัตราการสูญเสียกำลังรับ-ส่งของสาย Fiber Optic อาจน้อยได้ถึง 0.2dB/km. จึงไม่จำเป็นต้องตั้งสถานีหรืออุปกรณ์ทวนสัญญาณ (Repeater) มากหรือถี่เมื่อเทียบกับสายทองแดง

เป็นฉนวนกันไฟฟ้า
เนื่องจากสาย Fiber Optic ไม่เป็นสื่อนำไฟฟ้า จึงไม่มีปัญหาในการต้องติดตั้งสาย Ground หรือสายดิน และไม่มีปัญหาหากโดนฟ้าผ่า ดังนั้นจึงเห็นสาย Fiber Optic สามารถเดินสายใกล้ๆ กับสายไฟฟ้าแรงสูงได้

ต้นทุนการผลิตรวมถึงความเสี่ยงในการโดนขโมยสาย
สาย Fiber Optic ปัจจุบันมีต้นทุนต่ำกว่าสายทองแดง อีกทั้งสายทองแดงมีโอกาสเสี่ยงในการถูกขโมยหรือตัดสายเพื่อนำไปขายต่อ เนื่องจากทองแดงมีราคาสูงในปัจจุบัน แต่สาย Fiber Optic ไม่เป็นที่สนใจของมิจฉาชีพ เนื่องจากไม่สามารถนำไปขายต่อหรือใช้ประโยชน์อื่นได้ ผู้ให้บริการจึงหันมาใช้สาย Fiber Optic กันมากขึ้นในปัจจุบัน

การรักษาความปลอดภัยของข้อมูล
สายทองแดงนั้นสามารถทำการ Tap สายเพื่อดักข้อมูลระหว่างเส้นทางเดินสายได้ ในขณะที่สาย Fiber Optic ไม่สามารถทำได้ เนื่องจากสัญญาณเป็นแสงและทำการเข้ารหัส จึงมีความปลอดภัยของข้อมูลมากกว่าสายทองแดง

***ในส่วนของวัสดุที่ใช้ผลิตหรือประเภทของ Connector ผมไม่ขอเอามาลงในนี้นะครับ เนื่องจากจะเป็นข้อมูลทางเทคนิคเกินไป แต่หากใครสนใจก็สามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมได้ทางอินเทอร์เน็ตครับ หรือถ้าอยากให้ผมเขียนก็แจ้งมาได้ครับ

ในตอนต่อไปผมจะกล่าวถึงเทคโนโลยีของ FTTx นะครับ ซึ่งอาจต้องเทียบกับ Fiber Leased Circuit ให้เข้าใจง่ายขึ้น
ใครมีข้อสงสัยหรือต้องการแนะนำติชมประการใด ยินดีรับฟังครับ

Summersoltice
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่