OptaSense – när fiber blir sensorer

av Jörgen Städje den 3 Jul 2015

Det som nätverksbyggare ser som en nackdel med optisk fiber, kan andra se som en ovärderlig fördel. Om en optisk fiber störs man trampar på den, kör över den med lastbil, eller om vinden skakar den, förändras fiberns egenskaper och ljuset läcker ut eller studsar tillbaka. Det är mest bara irriterande för den som vill föra över data, men en ren guldgruva av information vid exempelvis gränsbevakning eller skydd av oljepipelines.

rör

Principen är enkel. Om en optisk fiber böjs aldrig så lite kommer dess brytningsindex, alltså förmåga att hålla ljusstrålningen kvar inuti fibern, att förändras. Resultatet blir att ljus antingen smiter ut ur fibern, eller studsar tillbaka mot sändaren på det ställe fibern störs, så kallad Rayleigh-spridning. Förändringen är så liten att den inte har betydelse i datakommunikation, men den är fullt detekterbar.

staket

Därför marknadsför engelska QinetiQ ett skyddssystem man kallar OptaSense DAS (Distributed Acoustic Sensing) , som består av en fiber som grävs ned i marken längs svårtillgängliga gränser, oljepipelines, radarstationer eller andra långsträckta eller svårövervakade objekt. Det är normalt att man ändå gräver ned en fiber längs pipelines och liknande för att kunna överföra data till pumpstationer och andra liknande installationer längs ledningen, liksom för att kunna tjäna pengar på dataöverföring.

Svårövervakad övervakning

I fattiga länder händer det att tjuvar gör hål på oljepipelines för att stjäla olja, och kan råka elda upp hela byar samtidigt. Sådant grävarbete kan detekteras.

En fiber längs en kritisk väg till en militärförläggning kan ge förvarning om trupprörelser. De tunga slagen i luften när en helikopter landar kan kännas av på långt håll. Tryckvågen från eldvapen kan kännas igen. Automateld ger karaktäristiska ”staket” på spektrumbilden.

tunnel

Ett järnvägsbolag kan lägga en fiber längs en järnvägslinje för att ta reda på om sten fallit ned över järnvägen, känna hjulplattors karaktäristiska dunkande eller förstadierna till en tunnelkollaps. Sabotage mot järnväg ”låter” på sitt speciella sätt. Fibern kan sträckas ut vid en järnvägsövergång för att kunna detektera ett fordon på spåret när ett tåg närmar sig (pang) eller viras runt signalmaterial etc för att detektera stöld av utrustning.

Det mesta av detta kan göras med befintlig fiber, utan nybyggnation längs den övervakade sträckan. En OptaSense-anläggning kan övervaka minst 100 kilometer fiber och de kan kopplas ihop till långa kedjor som sträcker sig hela 5000 kilometer.

Funktionsprincip

I OptaSense-fiberns ena ände sätter man en sändare (Interrogator Unit) som skickar ut flera tusen pulser per sekund med en pulslängd på 100 nanosekunder och genom att ordna de detekterade reflektionerna i olika frekvensband och betrakta dem i tiden kan man hitta mönster som tyder på olika sorters aktivitet och dess intensitet, eller till och med fjärrfelsöka utrustning som står utmed ledningen, utan att direkt vara ansluten till utrustningen. Kompressorn i en kylanläggning ska till exempel surra med 50 Hz, vilket ger en ”50-Hz-fläck” på den fiberoptiska ledningen just där. Om kompressorn plötsligt stannar, försvinner fläcken. Även det kan ge upphov till ett larm.

grävning vid pipeline

Här har QinetiQs system upptäckt ovanliga rörelsemönster invid en pipeline. Systemet visar en satellitbild av området, med misstänkta arbetsställen markerade, och olika spektrogram som anger vad det är för typ av arbeten. Olika larm kan sättas upp för olika zoner längs fibern, eller undertryckas på ställen där de är osannolika. Med hjälp av tidigare inlärda mallhändelser kan systemet till och med försöka klassificera att det både finns personal och fordon nära rörledningen. Upplösningen i längsled är ungefär 10 meter vid 100 ns pulslängd.

Skulle det visa sig att arbete försiggår allt för nära, och med nära menar vi ett lättare fordon eller fortsteg på 10 meters håll eller tyngre fordon på 20 meters håll, eller om trenden är att störningarna kommer allt närmare, kan systemet larma enligt ett förprogrammerat schema.

slag med hammareHammarslag mot en pipeline

När man vet vad det är för mönster och kan jämföra det med en mall över olika aktiviteter kan man också se hur långt bort från fibern arbetet pågår och hålla koll på det över tiden.

Andra rörelsemönster kan vara ofarliga på dagen, såsom seismiskt brus från en närliggande motorväg, men ändå vara värda att uppmärksamma på natten, till exempel om en ensam bil stannar på sagda motorväg invid ledningen eller om en trupprörelse med tunga fordon pågår när det är mörkt.

Metoden är inte ny. Det har länge varit legio med den här typen av fiberoptiska skydd vid militära anläggningar, som kan upptäcka om någon bara går intill staketet, men förr eller senare skulle väl metoden komma ut på privatmarknaden också. Det sägs till exempel att Sverige skänkt en dylik larmlinje till Litauen, som lagts ut på gränsen mellan Litauen och Kaliningrad. Vem vet, det kan vara sant.

seismisk händelse

Det kan vara av nytta för järnvägsbolag eller pipelineägare att veta hur den seismiska aktiviteten är längs objektet, helt enkelt för att järnvägen kan gå sönder eller pipelinen kan gå av i en jordbävning och gasen eller tågen måste stoppas fort om något händer. Skärmbilden ovan visar en seismisk händelse längs en fiber. Av dess blotta utsträckning på flera hundra kilometer förstår man att den inte är orsakats av mänsklig aktivitet.

Optisk fiber i kraftledning

Flera andra saker händer när en optisk fiber störs. När en fiber är upphängd i en kraftledning och det blåser, så far den omkring i luften och vibrerar. Det förändrar polarisationen på det ljus som far fram i fibern. När det stormar kan polarisationen snurra runt med 200 kilohertz, eller 200.000 varv i sekunden.

Problemet är att modulationen, själva definitionen av datat som flyter fram i ledningen, är baserad på polarisation varför dataöverföringen störs av polarisationsvridningen. Eftersom vridningen trots allt är långsam, 200 kHz i jämförelse med datats frekvens som ligger kring ett par gigahertz, kan man kompensera för detta. Det är emellertid inte helt enkelt. Vi ska be att få återkomma till det i en senare artikel.

Läs mer

QinetiQ OptaSense: http://www.optasense.com/

Future Fibre Technologies: http://www.fftsecurity.com/

OptaSense på Youtube:
Inledning: https://www.youtube.com/watch?v=N-BDqheE90Q
Live demo: https://www.youtube.com/watch?v=-b-b4_USS7c
Se en person gå på marken och bli registrerad: https://www.youtube.com/watch?v=jpd5qJtQ0ig
Fordon på marken: https://www.youtube.com/watch?v=F3FM7g_mC6M
Jordbävning i realtid: https://www.youtube.com/watch?v=frTqCebUsps

Tyska HBM tillverkar allsköns rent optiska sensorer baserade på optisk fiberteknik: http://www.hbm.com/se/menu/produkter/givare-sensorer/optical-fiber-sensors/

Fler blogginlägg av Jörgen Städje

DNS och DNSSEC utan facksnack

30 Jan 2018
/ Bloggen fiberfeber

Från oss alla, till er alla

14 Dec 2017
/ Bloggen fiberfeber

Så arbetar NOC

13 Nov 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNET i Hongkong

20 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNETs handbok i informations- och IT-säkerhet

1 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

Den ökända hästen från Troja

31 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

Redundans är allt

3 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

SNIC-snack

2 Jun 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff: del 5 av 2

3 Maj 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: We are at the Forefront!

13 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: Vi ligger i framkant!

10 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 4 av 2

22 Feb 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 3 av 2

30 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 2 av 2

9 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 1 av 2

16 Dec 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long Read – Cleanliness is a Virtue

20 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Långläsning - tvättar bäst som tvättar först

16 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Följa fiber – från Tulegatan till Stockholms universitet.

26 Aug 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ericsson, then swänske Lars Magnus

7 Jun 2016
/ Bloggen fiberfeber

One ring to rule them all

24 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Den tunga bakgrundstrafiken

12 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long read: How to Design a Fibre Optic Network

5 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Welcome to the Fiber Fever Blog!

3 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Procuring an Optical Network – Smooth as Silk

2 Maj 2016
/ Blogg

The Breadth and Width of a Megabit

29 Apr 2016
/ Blogg

The Nobel Prized Piece of Glass

28 Apr 2016
/ Blogg

What’s the time? Really?

28 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (3) – molnsäkerhet

26 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (2) – vad är molnet egentligen?

25 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (1) – det här får du

25 Apr 2016
/ Blogg

Read about the brand new Sunet network.

11 Apr 2016
/ Bloggen fiberfeber

GÉANT och NORDUnet – bästa kompisar

14 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ljuset kommer från Tyskland

3 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Thunderbirds are GO!

19 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ett panorama av verkligheten

17 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Det allseende ögat

15 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Förstärkning på längden

15 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Dämpning och förstärkning i optisk fiber

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Grundläggande om L-bandet

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

C-bandet – grundläggande om

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Logaritmer, min käre Watson

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

CERN – krossen som slår sönder materiens minsta byggstenar

12 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Riksarkivets samarbete med SUNET

11 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

One Ring to Rule them - Vetenskapsrådet

21 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Alla jättars jätte - Cisco

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En värld av siffror - belastning

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Ur led är inte alls tiden - atomur

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En djungel av kontaktdon

4 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Elektronisk enbärsdricka - Juniper

27 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är Géant?

26 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Radar Love - Eiscat

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Color Purple - dispersion

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Full Metal Packet - switchen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Get your kicks on route 66 - routrar

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Game of Stones - kvarts

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Twilight Zone - fotonen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Peering – SUNETs ekonomiska ryggrad

9 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

I mörkret är alla katter infraröda

4 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibertyperna i nätet och deras optiska felaktigheter

29 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är klockan? Egentligen?

21 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Nätets centrum

20 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Den optiska transceivern

17 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Polarisation och informationsöverföring

1 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Laserns historia

30 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Koherent ljus, vad är det?

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

När allt är klart

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

SUNET – nu ännu bättre!

16 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibern fruktar fukten

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Att få kontakt

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Så tillverkas optisk fiber

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

EMC – EMI – EMP

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Glasbiten som gav nobelpris

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Megabit på längden och tvären

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Fibern från Frostmofjället

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Upphandling av optiskt nät

25 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med ramanförstärkare

2 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk utvikning: 130.000 fibrer som i en liten ask

1 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 2: Felrapporter

27 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 1: hög belastning

26 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med EDFA

22 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Så designar man ett fiberoptiskt nät

11 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Bredare motorväg för svenska data – äntligen en offensiv satsning!

22 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva tidslinjen

21 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva kartan

20 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fiberfeber: Vad som har varit och vad som komma skall

19 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Följ bygget av Sunets nät på bloggen Fiberfeber!

18 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: den mystiska routerkraschen

11 Jun 2006
/ Bloggen fiberfeber

2000–2013: Sunet mognar och kapaciteten ökar. Identitetsfederation skapas.

1 Jan 2000
/ Bloggen fiberfeber

1990–1999: Kapaciteten stiger, 2 – 34 – 155 Mbps

1 Jan 1990
/ Bloggen fiberfeber

1968–1989: Idéernas tidevarv. Internets vagga.

1 Jan 1968
/ Bloggen fiberfeber

Jörgen Städje

Jag heter Jörgen Städje och har skrivit om teknik och vetenskap sedan 1984. Friskt kopplat, hälften brunnet!


Warning: file_get_contents(https://www.linkedin.com/countserv/count/share?url=https://www.sunet.se/blogg/optasense-nar-fiber-blir-sensorer/&format=json): failed to open stream: HTTP request failed! HTTP/1.0 404 Not Found in /var/www/html/wp-content/themes/sunet/functions.php on line 5416