Лекция 10 Тема занятия Волоконно-оптические кабели и

Лекция 10 Тема занятия: : Волоконно-оптические кабели и СКС 3. 3. 2. Волоконно-оптические кабели 3. 4 Структурированные кабельные системы 3. 4. 1 Функциональные элементы и подсистемы СКС 3. 4. 2 Стандарты на СКС 1

3. 3. 2. Волоконно-оптические кабели

Общие сведения Волоконно-оптический кабель состоит из тонких, толщиной 5. . . 100 мкм гибких стеклянных волокон (световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный вид кабеля, обеспечивающий рекордную скорость передачи данных от 10 Гбит/с и выше.

Общие сведения Теоретический предел передачи по оптоволокну составляет 100 трлн бит/с, что достаточно для обеспечения одновременных телефонных переговоров сразу всех жителей Земли. Оптоволокно наиболее защищено от внешних электромагнитных помех. Для этого достаточно обеспечить светонепроницаемость оболочки кабеля.

Состав оптоволоконного кабеля Оптоволоконный кабель состоит из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна - и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за пределы, отражаясь от оболочки. Различают три основных типа кабелей в зависимости от распределения показателя преломления и от диаметра сердцевины:

Типы оптоволоконного кабеля 1) Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 3. 12);

Типы оптоволоконного кабеля 2) Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 3. 13);

Типы оптоволоконного кабеля 3) Одномодовое волокно (рис. 3. 14).

Кабели MMF В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber - MMF) используются широкие сердцевины, которые легче изготовить технологически. Наиболее употребимы многомодовые кабели с соотношением диаметра сердцевины к диаметру оболочки 62, 5/125 мкм и 50/125 мкм. В первом виде MMF существует сразу несколько световых лучей – мод, отражающихся от оболочки под разными углами. Между ними возникает интерференция, что искажает сигнал и приводит к дисперсии (расширению) и наложению световых импульсов.

Кабели MMF Многомодовые кабели дешевле, однако могут использоваться лишь на ограниченных расcтаяниях <300… 2000 м и скоростях < 0, 1… 1 Гбит/с. В MMF с плавным изменением коэффициента преломления моды не достигают оболочки (рис. 3. 13), а двигаются по плавным зигзагообразным траекториям из-за изменений условий преломления. Число мод в таких MMF существенно меньше, также как и искажения из-за интерференции мод. Это позволяет увеличить расстояние связи до ~5 км.

Кабели SMF Однако коренным образом позволяет избежать интерференции мод одномодовый кабель (Single Mode Fiber -SMF). Он имеет сердцевину очень малого диаметра 5… 10 мкм, сравнимого с длиной волны видимого света (0. 43… 0, 7 мкм). При этом все лучи распространяются вдоль оптической оси световода и не интерферируют между собой. Изготовление сверхтонкой сердцевины является сложной технической задачей. Поэтому цена SMF выше цены многомодового кабеля.

Кабели SMF Кроме того, в волокно такого малого диаметра, как у SMF, значительно сложнее направить пучок света, не потеряв существенную часть его энергии. Поэтому, в качестве излучателя для SMF используют лазерные диоды, имеющие узкую диаграмму направленности. Более дешевые светодиоды могут применяться лишь в многомодовых кабелях.

Преимущества SMF Одномодовые кабели обеспечивают скорость передачи от нескольких десятков Гбит/с до нескольких Тбит/с на расстояния до нескольких сотен км. Поэтому в последнее время, при разворачивании новых оптических КС ВС, наметилась тенденция к преимущественному применению одномодовых кабелей, связанная с их удешевлением. Производство же многомодовых кабелей неуклонно сворачивается.

Конструкция оптоволокна Внешний вид конструкции одного модуля (жилы) волоконно-оптического кабеля показан на рис. 3. 15.

Конструкция оптоволокна Первичную механическую прочность и гибкость рассматриваемой конструкции придает защитное покрытие из эпоксиакриолата, часто называемое буфером. Как правило, для удобства монтажа его окрашивают в разные цвета. Толщина покрытия составляет 250± 15 мкм. Кроме этого, для лучшей защиты волокна и более удобного монтажа разъемов часто применяются конструкции с вторичным буфером диаметром 900 мкм, который без зазора уложен на первичный буфер.

Конструкция модульного кабеля На рис. 3. 16 показана конструкция волоконнооптического кабеля модульного типа.

Конструкция модульного кабеля Модули - трубки из полибутилентерефталата или полиэтилена диаметром около 2 мм - скручены вокруг центрального элемента (стеклопластиковый пруток, металлический трос или проволока). Иногда в конструкцию вводят сплошные кордели заполнения из полиэтилена или модули без оптического волокна.

Конструкция модульного кабеля Оптические волокна уложены в трубки модуля (от 1 до 12 волокон) с легким повивом вдоль внешней стенки. Также в модули могут быть заложены капроновые волокна для амортизации и специальный гель для защиты от влаги. Эти меры позволяют надежно предохранить хрупкое волокно от нагрузок при упругом растяжении и изгибе.

Маркировка кабеля Маркировки волоконно-оптических кабелей весьма разнообразны. Для примера, приведем маркировку отечественных подвесных кабелей для внешней прокладки: ОКА-МNП-XX-YY-Z(F), где 1) ОК - оптический кабель; 2) A - силовой элемент из арамидных нитей; 3) M - модульная конструкция, 4) N - количество элементов в повиве, 5) П - тип центрального силового элемента - стеклопластиковый пруток;

Маркировка кабеля 6) XX - тип оптического волокна; 7) YY - предельное значение затухания, д. Б/км; 8) Z - количество оптических волокон; 9) F - допустимое растягивающее усилие.

Разъемы для волоконнооптических кабелей

3. 4 Структурированные кабельные системы

Суть СКС Структурированной кабельной системой (СКС) называют универсальную телекоммуникационную инфраструктуру здания или комплекса зданий, состоящую из стандартизованных коммутационных элементов - кабелей, разъемов, кроссовых панелей, распределительных шкафов и т. д. СКС предназначена для передачи сигналов всех видов, включая данные, речевые (телефонные) и видео.

Суть СКС представляет своего рода «конструктор» , из элементов которого разработчик ВС строит требуемую конфигурацию связей в сети. Если соблюдены стандарты, конфигурацию связей можно легко изменить – добавить или изъять компьютер, коммутатор, мост или целый сегмент телекоммуникационного и абонентского оборудования.

Избыточность в СКС Хорошая СКС строится избыточной. Например, все рабочие места оборудуются компьютерными розетками стандарта RJ 45 и телефонными RJ 11, даже если в данный момент этого не требуется. В будущем это сэкономит средства, так как подключение новых устройств может производиться за счет перекоммутации уже проложенных кабелей. Практически, СКС может быть создана до того, как будет развернута вычислительная или телефонная сеть.

Принципы построения СКС обеспечивают длительный срок службы (не менее 10 лет), сочетая удобство эксплуатации, качество передачи данных и высокую надежность. Внедрение СКС создает основу для повышения эффективности работы, снижения эксплуатационных расходов, улучшения взаимодействия и качества обслуживания клиентов. Рекомендуемые стандартами рамки СКС составляют: 50 – 50 000 пользователей и до 1 млн. м 2 офисной площади.

Принципы построения СКС строится таким образом, чтобы каждая точка подключения к системе обеспечивала доступ ко всем ресурсам сети. Все линии, интерфейсы особенности их применения и обслуживания указываются в технической документации на СКС. Это существенно упрощает администрирование.

3. 4. 1 Функциональные элементы и подсистемы СКС

СКС комплекса зданий (кампуса) в соответствии с международным стандартом ISO/IEC 11801, включает в себя восемь основных функциональных элементов (рис. 3. 17):

Состав СКС комплекса зданий 1) распределительный пункт комплекса 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) зданий (РПК); магистраль комплекса (МК); распределительный пункт здания (РПЗ); магистраль здания (МЗ); распределительный пункт этажа (РПЭ); горизонтальные кабели (ГК); точка перехода (ТП); телекоммуникационный разъем (ТР).

Состав СКС комплекса зданий Распределительные пункты РПК, РПЗ и РПЭ предназначены для объединения кабельных систем соответствующего уровня. Два первых РПК и РПЗ размещаются в аппаратных, где сосредотачивается телекоммуникационное оборудование здания или комплекса зданий (мультиплексоры, серверы, УАТС). Для РПЭ используются более скромные, так называемые телекоммуникационные помещения.

Состав СКС комплекса зданий Они предназначены для установки панелей и шкафов, сетевого и серверного оборудования, обслуживающих этаж. На каждом этаже устанавливаются ТР, к которым подключаются абоненты – компьютеры и телефоны. Наконец, кабели, оснащенные разъемами и проложенные по определенным правилам, образуют ГК, МЗ и МК.

Подсистемы СКС Из перечисленных функциональных элементов составлены три основные подсистемы СКС: 1) магистральная подсистема комплекса зданий; 2) магистральная подсистема здания; 3) горизонтальная подсистема.

Подсистемы СКС Магистральная подсистема комплекса зданий служит для соединения кабельных систем зданий. Включает в себя МК и РК. Основная ФСПД – оптоволокно, причем может применяться и одномодовое и многомодовое. Магистральная подсистема здания соединяет распределительные пункты этажей. Для этого используются МЗ и РЗ. Для МЗ используется, как правило, многомодовое оптоволокно, многопарные и четырехпарные витые кабели.

Горизонтальная подсистема СКС Горизонтальная подсистема включает распределительные панели и коммутационные кабели, входящие в РЭ, а также абонентские ТР. Она обеспечивает объединение абонентов подсистемы в общую сеть и доступ к магистральным ресурсам. ФСПД для горизонтальной подсистемы – витопарные кабели категории 5/5 е и выше. Допускается также применение оптоволокна.

Горизонтальная подсистема СКС Однако, по мнению специалистов, оптоволокно в горизонтальных подсистемах не дает преимуществ по сравнению с медной витой парой. Вследствие этого работа над улучшением показателей витопарных кабелей и их применением в высокоскоростных технологиях ВС продолжается.

Горизонтальная подсистема СКС Более 90% кабелей СКС приходится на горизонтальную подсистему. Кабели горизонтальной подсистемы в наибольшей степени интегрированы в инфраструктуру здания, ведь проводка подходит к каждому рабочему месту. При этом важно не нарушить интерьер помещений. Существует два метода прокладки кабелей – скрытый и открытый.

Методы прокладки кабелей в СКС К скрытой прокладке относятся варианты проводок за фальшпотолками, в конструкции стен, под фальшполом и в стяжке полов. Однако, это не всегда возможно. Наиболее распространен вариант прокладки кабелей и установки розеток в пластиковых коробах.

3. 4. 2 Стандарты на СКС

Национальные стандарты В настоящее время в области СКС действуют стандарты национального, регионального (европейского) и международного уровней. Опережающими темпами разрабатываются национальные стандарты на СКС в США. Законодателем в этой области является Американский национальный институт стандартов ANSI. Аналогичными темпами формируются национальные стандарты в Германии.

Международные стандарты Несколько отстает принятие международных стандартов. Сейчас в области проектирования СКС действует только один уже упомянутый международный стандарт ISO/IEC 11801, принятый в 1995 г и уточненный в 2002 г. Стандарты на монтаж и измерение параметров СКС (ISO/IEC 14763 -2), а также на администрирование СКС (ISO/IEC 14763 -1) пока находятся лишь в стадии разработки.

Российские стандарты В Российской Федерации с 01. 2010 г. введены в действие ГОСТ Р 53246 -2008 (Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Проектирование основных узлов системы. Общие требования) а также ГОСТ Р 53245 -2008 (Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Монтаж основных узлов системы. Методы испытания).

Российские стандарты Они определяют общие требования к основным узлам СКС и методику испытания, соответственно. К сожалению в стандартах ГОСТ Р 53246 -2008 и ГОСТ Р 53245 -2008 содержатся опечатки и ошибки, поэтому использовать их в работе необходимо осторожно.