Рассмотренные выше коннекторы по сравнению с электрическими довольно громоздки, они не позволяют обеспечить высокую плотность портов на распределительных панелях и активном оборудовании. В TIA/EIA при разработке новой редакции стандарта 568 была предпринята попытка покончить с многообразием коннекторов и определить единый малогабаритный абонентский дуплексный соединитель, вписывающийся в габариты малогабаритной розетки RJ-45. Однако принять единый из нижеследующих так и не удалось.
Коннектор MT-RJ – малогабаритный дуплексный, имеет двухволоконный наконечник с закрепленными и отполированными фрагментами волокна. Фиксируется защелкой, предназначен для проводки внутри здания. Для оконцовки необходимо лишь зачистить кабель, сколоть волокна и зафиксировать их, как в сплайсе CoreLink. Выпускается для одномодовых и многомодовых (50/125 и 62,5/ 125) волокон. Уровень обратных отражений -44 дБ.
Коннектор OptiSPEED LC – улучшенный малогабаритный дуплексный вариант SC. Фиксация аналогична RJ-45. Потери 0,1-0,2 дБ, обратные отражения -20 дБ для ММ и -40 дБ для SM.
Коннектор OPTI-JACK – дуплексный, диаметр наконечника 2,5 мм, фиксация аналогична RJ-45. Потери 0,19 дБ SM и 0,16 дБ ММ, обратные отражения -20 дБ для ММ и -(40-45) дБ для SM.
Коннектор SCDC и SCQC – дуплексный и 4-канальный, наконечники 2,5 мм, фиксация аналогично SC.
Коннектор VF-45 – дуплексный, для выравнивания волокон используется V-образный профиль. Дешевый и простой в установке, потери 0,3 дБ, обратные отражения -20 дБ.
Для каждого из вышеперечисленных типов коннекторов выпускаются розетки с различными вариантами крепления (резьба, фланец, защелки и т. п.). Для соединения разнотипных коннекторов применяют переходные розетки, среди которых распространены SC-ST SC-D-ST, SC-FC.
FM-адаптеры (Female-Male – вилка-розетка) представляют собой комбинацию коннектора и розетки со вклеенным отрезком волокна. Предназначены для защиты приемников и излучателей измерительной аппаратуры от механических повреждений при многократных подключениях-отключениях.
Адаптеры для обнаженного волокна применяют для временной оконцовки волокна (при тестировании). Они имеют коннектор с отполированным фрагментом волокна и подпружиненный фиксатор волокна. При нажатии на кнопку фиксатор открывается, и в адаптер можно ввести предварительно сколотое волокно. По отпускании кнопки волокно фиксируется. Адаптеры обеспечивают уровень вносимых потерь 1 дБ.
Аттенюаторы выполняются в виде розеток (фиксированные и регулируемые) или FM-адаптеров (только фиксированные).
СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Варианты для оптоволоконных соединений имеют все классические и современные сетевые технологии. Каждая из них имеет характерные особенности: длину волны, режим передачи (MM/SM), ограничения на затухание и время распространения сигнала, требования к полосе пропускания, тип используемых коннекторов.
Ethernet 10/100/1000 Мбит/с
Для технологии Ethernet (10 Мбит/с) стандартный оптический коннектор, типа ST. Для технологии Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с) в основном применяют коннекторы SC, в более современной аппаратуре используют компактный MT-RJ.
IEEE 802.3
Стандарт 802.3 для оптической среды при скорости 10 Мбит/с, предусматривает длину волны 850 нм (ММ). Существуют и фирменные устройства на 1310 нм, используемые как с SM, так и с ММ. Предполагается введение альтернативного коротковолнового (850 нм) стандарта lOOBaseSX для связи ММ-волокном на короткие расстояния. Gigabit Ethernet имеет оптические версии с разной длиной волны: lOOOBaseSX -850 нм (MM), lOOOBaseLX - 1300 нм (MM/SM), lOOOBaseLH (предполагаемая) - 1310 или 1550 нм (SM). Лазерные передатчики портов Gigabit Ethernet при работе с ММ-волокном вызывают эффект дифференциальной модовой задержки.
Token Ring
Фирма IBM первоначально использовала ММ-волокно 100/140 нм. Стандарт 802.5 определяет ММ-волокно, длину волны 850 нм. В “фирменных” решениях используется и SM-волокно, 1310 нм. Оптические порты имеются в ряде хабов. Для соединения обычных портов существуют устройства TRC (Token Ring converter) и TRX (Token Ring extender).
FDDI
В качестве передатчиков используют светодиоды или лазеры на 1300 нм. Коннекторы – специфические дуплексные FDDI MIC или более дешевые ST или SC. Для обеспечения непрерывности кольца при отключении станции применяют обходные коммутаторы ОВР (optical bypass switch), для двойного кольца – сдвоенные. Иногда используют и сумматоры-разветвители (coupler) – с их помощью сигналы передатчика и приемника объединяют в одном волокне.
ATM
В качестве физического интерфейса в ATM используется SONET (ОС-1, 3, 12, 24 48, 192) или SDH (STM-1, 4, 8, 16, 64). В локальных сетях чаще встречается OC-3/STM-1 (155 Мбит/с) и OC-12/STM-4 (622 Мбит/с), где могут применяться как многомодовые, так и одномодовые порты. В старших каналах, применяемых в коммутаторах глобальных сетей, используются только лазерные источники и SM-волокно.
ARCnet (TCNS)
Оптическая среда для сетей ARCnet существует только в ее реализации фирмой Thomas-Conrad — TCNS. Скорость передачи 100 Мбит/с, топология — звезда с активным хабом, коннекторы ST, многомодовое волокно с длиной до 900 м.
МОНТАЖ
По сравнению с электрическим кабелем, монтаж оптики имеет свои особенности, влияющие на конструкции абонентских розеток, соединительных коробок и коммутационных панелей. Это связано с технологией установки соединителей. В процессе оконцовки коннектор приходится брать в руки, помещать в сушильную печь, полировальную машину. Для этого многожильный кабель приходится разделывать на большой длине, оставляя 1-1,5 м обнаженного (в защитном покрытии) волокна. После оконцовки эти излишки должны быть уложены в специальные направляющие с радиусом изгиба не менее 30 мм и защищены от повреждений. Из-за этих укладочных направляющих оптические абонентские розетки по сравнению с электрическими имеют больший размер корпуса.
Сплайс-пластины предназначены для закрепления сварных стыков или сплайсов в местах соединения многожильных кабелей.
Оптические распределительные коробки предназначаются для разделки многожильных кабелей и оконцовки множества абонентских кабелей в распределительных пунктах.
Для работы с оптоволоконным кабелем требуется обширный и дорогой инструментарий. Для разделки кабеля применяют:
· нож для разрезания оболочек;
· ножницы специальные для резки упрочняющих кевларовых нитей кабеля;
· тросокусы, кусачки и ножовки для перерезания силовых тросов и снятия брони кабеля;
· стриперы для снятия наружных оболочек;
· стриперы для снятия 250-мкм покрытия и 900-мкм буфера со стандартного 125-мкм волокна;
· скалыватель для волокна в первичном (250 мкм) и буферном (900 мкм) покрытии.
Набор инструментов и материалов для оконцовки зависит от типа устанавливаемого коннектора:
· стриперы для наружной (3 мм) оболочки и буферных покрытий (250 и 900 мкм);
· кримпер для кольца, обжимающего внешний (3 мм) буфер;
· средства фиксации волокна в наконечнике – комплект для эпоксидной вклейки;
· ручка-скалыватель (scribe tool) – резец из корунда или сапфира в держателе для скалывания волокна, выходящего из наконечника коннектора;
· механический скалыватель (cleave tool) – более удобный инструмент для скалывания кончиков.
Для работы с оптическими коннекторами применяют чистящие средства:
· изопропиловый спирт для промывки коннекторов, безворсовые чистящие салфетки;
· спиртовые салфетки (пропитаны изопропиловым спиртом);
· баллончики со сжатым воздухом для продувки коннекторов от пыли.
Для эпоксидной вклейки требуется:
· компаунд – эпоксидный клей и отвердитель;
· емкость и деревянная лопаточка для смешивания;
· шприц с иглой (ероху applicator) для ввода компаунда;
· печка для ускорения сушки.
Для сварки волокон применяют сварочные аппараты с различной степенью автоматизации процесса, существенно различающиеся по возможностям, производительности и цене. Основные характеристики аппаратов:
· типы свариваемых волокон;
· типичные потери на соединении: от 0,12 до 0,02 дБ для SM, от 0,05 до 0,01 дБ для ММ-волокон;
· способ юстировки волокон: ручной (под наблюдением через встроенный микроскоп) или автоматический.
Для контроля и измерения параметров оптических линий применяют различные приборы:
· оптические;
· измерительные комплекты;
· тестеры-телефоны;
· индикаторы излучения;
· измерители длины оптических линий;
· оптические рефлектометры OTDR (Optical Time Domain Reflectometer);
· локаторы дефектов.
В качестве заключения, будет целесообразно рассмотреть достоинства и недостатки волоконно-оптических линий связи.
Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.
Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой ибыточностью кода.
Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.
Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных. Рассмотрение волоконно-оптических сенсорных систем выходит за рамки материала данной книги.
Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.
Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.
Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.
Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.
Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков вероятнее всего будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.
Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежные специализированное коммутационное пассивное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.
Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.
Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретически да. Стекло как материал выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это казалось бы означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля.
Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.
1. М. Гук, “Аппаратные средства локальных сетей”
2. Дж. Стерлинг, “Техническое руководство по волоконной оптике”
3. В. Г. Олифер, “Компьютерные сети”
4. Cisco System, WEB-издание в оригинале “Cisco Networking Academies”
5. www.tt.ru, WEB-издание “ВОЛС Технологии”
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
