Волоконно-оптические линии связи (волс) - строим сеть предприятия. Оптоволоконная связь Пропускная способность оптики

Оптоволоконный или просто оптический кабель является одним из самых популярных проводников. Он используется повсеместно как для создания новых кабельных систем, так и для обновления старых. Все потому, что оптоволоконный кабель имеет множество преимуществ перед медным. Именно их мы и рассмотрим в этой статье.

• Пропускная способность

Чем выше пропускная способность, тем больше информации можно передавать. Оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность: до 10Гбит/с и выше. Это лучшие показатели, чем у медного кабеля. Стоит также учитывать, что скорость передачи будет разной у разных типов кабеля. Например, одномодовый оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность, чем многомодовый.

• Расстояния и скорость

При использовании оптоволоконного кабеля информация передается с большей скоростью и на более дальние расстояния практически без потери сигнала. Эта возможность обеспечивается благодаря тому, что сигнал передается через оптику в виде световых лучей. Оптоволокно лишено ограничения на расстояние в 100 метров, как это можно наблюдать с неэкранированным медным кабелем без усилителя. Расстояние, на которое возможно передать сигнал, также будет зависеть от типа используемого кабеля, длины волны и самой сети. Расстояния варьируются от 550 метров для многомодового типа до 40 километров для одномодового типа кабеля.

• Безопасность

С оптоволоконным кабелем вся ваша информация находится в безопасности. Сигнал, передаваемый по оптике, не излучается и его очень сложно перехватить. Если же кабель был поврежден, это легко отследить, так как он будет пропускать свет, что в итоге приведет к остановке всей передачи. Таким образом, если будет совершенна попытка физического взлома вашей оптоволоконной системы, вы обязательно узнаете об этом.

Стоить отметить, что оптоволоконные сети позволяют разместить всю электронику и оборудования в одном централизованном месте.

• Надежность и прочность

Оптоволокно обеспечивает максимально надежную передачу данных. Оптический кабель имеет иммунитет ко множеству факторов, которые легко могут повлиять на работу медного кабеля. Центр жилы сделан из стекла, изолирующего от электрического тока. Оптика полностью устойчива к радио- и электромагнитным излучениям, взаимным помехам, проблемам с сопротивлением и многим другим факторам. Оптоволоконный кабель можно прокладывать рядом с промышленным оборудованием без каких-либо опасений. К тому же, оптоволоконный кабель не так чувствителен к температуре, как медный кабель, и легко может быть размещен в воде.

• Внешний вид

Оптоволоконный кабель легче, тоньше и долговечнее в сравнении с медным. Для достижения больших скоростей передачи с использованием медного кабеля потребуется использование лучшего типа кабеля, который обычно более тяжелый, имеет больший диаметр и занимает больше места. Небольшие размеры оптического кабеля делают его более удобным. Также стоит отметить, что провести тестирование оптоволоконного кабеля намного легче, чем медного.

• Конвертация

Большое распространение и низкая стоимость медиаконвертеров существенно упрощают передачу данных от медного кабеля к оптоволоконному. Конвертеры обеспечивают бесперебойное соединение с возможностью использования уже существующего оборудования.

• Сварка кабеля

Хотя сварка оптоволоконного кабеля на сегодняшний день проходит более трудоемко, чем обжим медного кабеля, при использовании специальных инструментов для сварки этот процесс проходит намного легче.

• Стоимость

Стоимость оптоволоконного кабеля, компонентов и оборудования для него постепенно снижается. На данный момент оптоволоконный кабель стоит дороже медного только в рамках короткого промежутка времени. Но при длительном использовании оптоволоконный кабель выйдет дешевле медного. Оптоволокно легче обслуживать, оно требует меньше сетевого оборудования. В дополнении ко всему, в наши дни появляется все больше решений, работающих с оптоволоконным кабелем: начиная от активных оптических кабелей HDMI и заканчивая профессиональными решениями для Digital Signage, подобно ZyPer4K от компании ZeeVee, представленного недавно на выставке NEC’s Solutions Showcase 2015 и позволяющего легко удлинять и переключать сигналы несжатого 4K видео, аудио и управления с использованием стандартной технологии 10Gb Ethernet через оптоволоконный кабель.

На сегодняшний день широкое распространение при создании телекоммуникационных сетей получил оптический кабель. В его характерные особенности включены такие показатели, как:

• высокая скорость передачи данных;
• отсутствие восприимчивости к различным помехам;
• по сравнению с медными кабелями, малый вес и габаритные размеры;
• высокая продолжительность срока эксплуатации;
• возможность увеличения расстояния между передающими устройствами до 800 км.

Пожалуй, единственными недостатками, которые можно выделить при создании сети из оптоволокна - высокая стоимость материалов и оборудования, трудоемкий процесс монтажа кабеля, связанный с необходимостью проведения сварочных работ при прокладке основных магистралей.

Конструкция оптического кабеля

• 1 - центральный силовой элемент
• 2 - оптические волокна
• 3 - пластиковые трубочки-модули
• 4 - плёнка
• 5 - тонкая внутренняя оболочка из полиэтилена
• 6 - кевларовые нити или броня
• 7 - внешняя толстая оболочка из полиэтилена

Пропускная способность оптоволокна

За последние несколько десятков лет пропускная способность волоконно-оптического кабеля значительно увеличилась. При этом разработки по усовершенствованию одной из передовых технологий передачи данных не прекращается даже на минуту. В сущности, скорость передачи сигнала во многом зависит от расстояния между оборудованием, типа волоконного носителя и количества соединительных стыков в магистралях.

К примеру, использованный при построении внутренней сети (между серверами данных) многомодовый оптический кабель на расстоянии приблизительно в 200 метров способен обеспечить скорость до 10 Гбит/с.

Для прокладки внешних коммуникаций, где расстояние между передатчиками может достигать нескольких десятков километров применяется одномодовое оптоволокно. Структура такого кабеля позволяет развивать скорость потока более 10 Гбит/с. Правда, это далеко не предел возможности оптики. С увеличением потребительского спроса возникнет необходимость наращивать мощность оборудования и даже замена техники, позволяющая добиться скорости передачи данных на уровне 160 Гбит/с не способна использовать потенциал носителя в полной мере.

Виды оптоволоконного кабеля

По своей структуре оптоволоконный кабель делится на две категории:

• многомодовое;
• одномодовое.

Многомодовый оптический кабель хорошо зарекомендовал себя как проводник, передающий сигнал на малые расстояния. В первую очередь, это обусловлено структурой самого волокна, в названии которого слово «много» означает далеко не то, что принято считать хорошим показателем. Рекомендованное расстояние, при прокладке многомодового кабеля, от передающего устройства и до пользователя должно составлять не более одного километра. На этой дистанции проводник показывает великолепные способности по передаче светового потока практически без потерь и способен обеспечивать скорость до 10 Гбит/с. Таким образом, его можно использовать при построении сети в маленьком районе или же как оптический кабель для внутренней прокладки.

Одномодовый оптический кабель в первую очередь предназначен для передачи данных на большие расстояния, которые могут исчисляться в десятках, а то и сотнях километров. По своей структуре такой тип волокна обладает более лучшими качествами и способен поддерживать постоянную высокую скорость потока информации практически без затухания в оптическом кабеле. Таким образом, пропускная способность одномодового оптического носителя лимитируется непосредственно передающими устройствами и, при установленном мощном оборудовании, может достигать нескольких Тбит/с.

Необходимое оборудование для передачи информации по оптоволоконному кабелю

На сегодняшний день оптоволоконные сети получили широкое распространение среди компаний, предоставляющих своим абонентам доступ к интернету. При этом, для осуществления передачи данных, если не считать промежуточных муфт и прочего сопутствующего оборудования, используется следующая техника:

со стороны провайдера: - специальное оборудование DLC, известное также под названием мультиплексор. Оно позволяет производить передачу данных по волоконно-оптическому кабелю на значительные расстояния с постоянно поддерживаемой высокой скоростью.

со стороны абонента: - роутер ONT, который является оконечным клиентским оборудованием и позволяет обеспечить доступ к интернету через оптоволоконную сеть. Позволяет осуществлять доступ на скорости до 2.5 Гбит/с.

xn----etbqnigrhw.xn--p1ai

26 терабит/с по оптоволокну одним лазером

Группа немецких инженеров под руководством профессора Вольфганга Фройде (Wolfgang Freude) из университета Карлсруэ применила в оптоволокне технику OFDM (ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием), которая широко используется в беспроводной связи (802.11 и LTE), цифровом телевидении (DVB-T) и ADSL.

В оптоволокне использовать OFDM сложнее, ведь тут нужно разделить на поднесущие световой поток. Раньше единственным способом сделать это было использование отдельного лазера для каждой поднесущей. Сравнение разных видов мультиплексирования

Для вещания на каждой частоте используется отдельный лазер и отдельный приёмник, так что в одном оптоволоконном канале одновременно могут передавать сигнал сотни лазеров. По словам профессора Фройде, общая пропускная способность канала ограничена только количеством лазеров. «Уже был проведён эксперимент и продемонстрирована скорость 100 терабит/с», - сказал он в интервью BBC. Но для этого пришлось использовать около 500 лазеров, что само по себе очень дорого.

Фройде с коллегами разработали технологию передачи по оптоволокну более 300 поднесущих разного цвета одним-единственным лазером, который работает короткими импульсами. Здесь проявляется интересный феномен под названием оптический частотный гребень. Каждый маленький импульс «размазывается» по частотам и времени, так что приёмник сигнала с помощью хорошего тайминга теоретически может обработать каждую частоту по отдельности.

После нескольких лет работы немецким исследователям всё-таки удалось найти правильный тайминг, подобрать подходящие материалы и осуществить на практике обработку каждой поднесущей с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Преобразование Фурье - операция, сопоставляющая функции вещественной переменной другую функцию вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты при разложении исходной функции на элементарные составляющие - гармонические колебания с разными частотами.

БПФ идеально подходит для разложения света по поднесущим. Оказалось, что из обычного импульса можно извлечь в совокупности около 350 цветов (частот), и каждый из них используется в качестве отдельной поднесущей, как и в традиционной технике OFDM. В прошлом году Фройде с коллегами провели эксперимент и на практике показали скорость 10,8 терабит/с, а сейчас ещё больше усовершенствовали точность распознавания частот.

По словам Фройде, разработанная им технология тайминга и БПФ вполне может быть реализована в микросхеме и найти коммерческое применение.

Метки:

habrahabr.ru

Оптоволокно

1. Что означают термины «терминирование» кабельной системы и «сплайсирование» оптоволоконного кабеля? Терминирование - процедура соединения кабеля, провода или волокна с коммутационным оборудованием. Сплайсирование – механическое сращивание концов волокон друг с другом при помощи муфты-зажима (сплайса). 2. Поясните понятия «базовые параметры» кабельной системы и

«затухание оптоволоконного кабеля»? Затухание – процесс ослабления светового потока в оптическом волокне. Факторы, вызывающие затухание могут быть различными: - затухание, вызванное поглощением света. Определяется как превращение светового импульса в тепло, связанное с резонансом в материале волокна. Существуют внутренние поглощения (связано с материалом волокна) и внешние поглощения (наличие микропримесей). Оптические волокна, производимые в настоящее время, имеют очень малое количество микропримесей, поэтому внешними поглощениями можно пренебрегать. - затухание света в оптическом волокне, вызванное рассеиванием излучения. Рассеивание является одним из основных фактором затухания света в волокне. Этот вид затухания, прежде всего, связан с наличием примесей в оптическом волокне, а также с дефектами сердцевины оптического волокна. Наличие подобных включений, приводят к тому, что световой поток, распространяясь по оптическому волокну, откланяется от правильной траектории, вследствие чего происходит превышение угла преломления и выходу части светового потока через оболочку. Также наличие посторонних примесей приводит к частичному отражению светового потока в обратную сторону, так называемый эффект обратного рассеивания; - затухание света, связанного с изгибами оптического волокна, существует два типа изгибов: 1. Микроизгиб, этот вид изгиба вызван микроскопическими изменениями геометрических параметров сердечника волокна в результате производства. 2. Макроизгиб, вид вызван большим изгибом оптического волокна, который превышает минимальный радиус, при этом происходит частичный выход света из сердцевины волокна. Радиус изгиба, при котором световой импульс распространяется без каких-либо искажений, равен 10 сантиметрам (для одномодовых волокон). Увеличение минимального радиуса изгиба приводит к повышению эффекта рассеивания. Факторами необходимыми для определения полного коэффициента затухания являются: потери ввода и вывода оптического сигнала, потери поглощения и рассеивания, потери изгиба и потери на механических соединителях. Коэффициент затухания определяется как отношение мощности введенной в оптическое волокно к мощности принятой из волокна оптического сигнала. Измеряется в децибелах (дБ). 3. Опишите конструкцию и характеристики одномодового оптоволоконного кабеля. Оптоволоконный кабель представляет собой тонкие светопроводящие стеклянные или пластиковые сердечники в стеклянной же светоотражающей оболочке, заключенной в защитную оплетку. Одномодовое волокно - (singlemode) SM, 9-10/125 мкм, то есть 9-10 микрометров – диаметр сердечника, 125 мкм – диаметр оболочки. Передается световой пучок с длинами волн 1300 и 1550 нм и с затуханием 1 Дб/км. 4. Опишите конструкцию и характеристики многомодового оптоволоконного кабеля. многомодовое волокно - (multimode) ММ, 62,5/125 и 50/125 мкм: диаметр сердечника составляет 62.5 или 50 микрометров. Передается световой пучок с длинами волн 850 и 1300 нм и с затуханием 1,5-5Дб/км.

5. Какие стандарты на оптоволокно должны использоваться

администратором системы при организации оптоволоконной

кабельной системы? В настоящее время определены такие соответствия рекомендации IEC 60793 и рекомендации МСЭ-Т (ITU-T) с добавлением длины волны определённого типа оптоволокна:

Тип B1.1 соответствуют ITU-T G652 (a, b) с длиной волны 1,31 мкм и ITU-T G654a с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B1.2 b соответствует ITU-T G654 (b) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B1.2 c соответствует ITU-T G654 (c) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B1.3 соответствует ITU-T G652 (c, d) с длиной волны 1,31 мкм;

Тип B2 соответствует ITU-T G.653 (a, b) и ITU-T G.655 (a,b) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B4 c соответствует ITU-T G.655 (c) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B4 d соответствует ITU-T G.655 (d) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B4 e соответствует ITU-T G.655 (е) с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B5 соответствует ITU-T G.656 с длиной волны 1,55 мкм;

Тип B6 a соответствует ITU-T G.657 A1/2 длиной волны 1,31 мкм;

Тип B6 b соответствует ITU-T G.657 В2/3 длиной волны 1,31 мкм.

6. Какие стандарты администрирования кабельных систем должен

применять администратор системы? Создание кабельных систем основывается на множестве

стандартов. Приведем основные стандарты, необходимые для

высокоскоростной передачи данных и обязательные д л я со блюдения

службами администратора системы.

EIA/TIA 568 - стандарт создания телекоммуникаций служебных

и производственных зданий, планирование кабельных

систем зданий, методика построения системы телекоммуникаций

служебных и производственных зданий.

EIA/TIA 569 - стандарт, описывающий требования к помещениям,

в которых устанавливается структурированная кабельная

система и оборудование связи.

EIA/TIA 606 - стандарт администрирования телекоммуникационной

инфраструктуры в служебных и производственных

EIA/TIA 607 - стандарт, устанавливающий требования к

инфраструктуре телекоммуникационной системы заземления

и выравнивания потенциалов в служебных и производственных

Возможно использование стандартов не EIA/TIA, а стандартов

на построение структурированных кабельных систем ISO.

ISO 11801 - стандарт на структурированные кабельные системы

общего назначения в зданиях и кампусах. Он фун кц ионально

аналогичен стандарту EIA/TIA 568. 7. Какие функции выполняют системы администрирования кабельной

системы? Приведите пример реализации. Поиск неисправностей в сети - достаточно сложный процесс,

а процедура регистрации изменений состояния соединений

вручную так же сложна и ненадежна. Поэтому чаще всего

и сетях применяют системы администрирования кабельных

систем, позволяющие следить за работоспособностью системы

и ее отдельных компонентов и устранять неполадки в минимально

короткие сроки. 8. Перечислите подсистемы кабельной системы здания и их функции.

Подсистема рабочего места. Подсистема рабочего места предназначена для подключения конечных потребителей (компьютеров, терминалов, принтеров,телефонов и т. д.) к информационной розетке. Включает в себя коммутационные кабели, адаптеры, а также устройства позволяющие подключать оконечное оборудование к сети через информационную розетку. Работа СКС, в конечном итоге, обеспечивает работу именно подсистемы рабочего места.

Горизонтальная подсистема. Горизонтальная подсистема покрывает пространство между Информационной розеткой на рабочем месте и горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу. Она состоит из горизонтальных кабелей, информационных розеток и части горизонтального кросса, которая обслуживает горизонтальный кабель. Каждый этаж здания рекомендуется обслуживать своей собственной Горизонтальной подсистемой. Все горизонтальные кабели, независимо от типа передающей среды, не должны превышать 90 м на участке от информационной розетки на рабочем месте до горизонтального кросса. На каждое рабочее место должно быть проложено как минимум два горизонтальных кабеля.

Магистральная подсистема. Магистральная подсистема соединяет главный кросс в аппаратной с промежуточными кроссами и с горизонтальными кроссами. Магистральная подсистема должна включать в себя кабель, установленный вертикально между этажными кроссами в многоэтажном здании, а также кабель, установленный горизонтально между кроссами в протяженном здании.

Подсистема оборудования. Подсистема оборудования состоит из электронного оборудования связи коллективного (общего) использования, расположенного в аппаратной или в телекоммуникационном шкафу, и передающей среды, необходимой для подключения к распределительному оборудованию, обслуживающему горизонтальную или магистральную подсистемы.

Магистраль комплекса зданий. Когда кабельная система охватывает более одного здания, компоненты, обеспечивающие связь между зданиями, составляют Магистраль комплекса зданий. Эта подсистема включает в себя среду, по которой осуществляется передача магистральных сигналов, соответствующее коммутационное оборудование, предназначенное для терминирования данного типа среды, и устройства электрической защиты для подавления опасных напряжений при воздействии на среду грозового и/или высоковольтного электричества, пики которых могут проникать в кабель внутри здания.

Административная подсистема. Административная подсистема объединяет вместе, перечисленные выше подсистемы. Состоит из коммутационных кабелей, с помощью которых производится физическое соединение различных подсистем, и маркировки для идентификации кабелей, коммутационных панелей и т. д

9. Перечислите характеристики кабельной системы кампуса согласно

стандарту TIA/EIA 568. В соответствии с стандартом построения кабельных систем TIA/EIA 568, СКС имеет следующие характеристики: топология любых подсистем - звезда; типы устройств и помещений, соединяющих кабельные подсистемы: горизонтальный клозет и кросс (НС), промежуточный клозет и кросс (1C), главный клозет и кросс (МС) и аппаратная (ER) - помещение для активного сетевого оборудования; число промежуточных клозетов между главным и горизонтальным клозетом - не более 1 клозета; между любыми двумя горизонтальными клозетами - не более 3 клозетов; максимальная длина магистрального сегмента для витой пары - 90 м; не зависит от типа кабеля; максимальная длина магистрального сегмента для оптоволокна зависит от типа кабеля (см.рис)

10. Приведите примеры реализации маркировки кабельной системы согласно стандарту администрирования. ГОСТ Р53246-2008 Маркировка цветовым кодом в зависимости от класса оптического волокна

11. Что представляет собой функциональная схема сети? Когда и как ее

делает администратор системы?

12. Перечислите технические метрики оптоволоконной кабельной

системы. Как провести их коррекцию после отклонений от

номинальных значений? Задержки (Frame Delay Ratio). Задержка - критичный параметр,

имеющий большое значение для приложений, работающих

в реальном масштабе времени. Этот параметр уже рассматривался

как техническая метрика для 100 Base Ethernet.

В документах форума приведен теоретический расчет данного

параметра для Metro Ethernet. На практике достаточно проблематично

сложность современных систем).

Потери фреймов FLR (Frame Loss Ratio). Потери фреймов

Это доля фреймов, не доставленных получателю, от

общего числа переданных фреймов за отчетный период (час,

день, месяц).

Влияние потерь пакетов на пользовательский трафик, как и

задержек, различно и зависит от типа передаваемых данных.

Соответственно потери могут по-разному влиять на качество

обслуживания QoS в зависимости от приложений, услуг

или телекоммуникационных протоколов высокого уровня,

используемых для обмена информацией. Например, потери,

не превышающие 1 %, приемлемы для приложений типа Voice

over IP (VoIP) , однако их увеличение до 3 % делает невозможным

предоставление этого сервиса.

С другой стороны, современные приложения гибко реагируют

на рост потерь, компенсируя его снижением скорости

передачи или применением адаптивных механизмов компрессии

Математические описания FLR также представлены в документах

Вариации задержки FDV (Frame Delay Variations) - это один

из критичных параметров для приложений, работающих в режиме

реального времени.

FDV определяется как разница в задержке нескольких выбранных

пакетов, отправленных от одного устройства к другому. Эта метрика применима только к успешно доставленным

пакетам за некий интервал времени. Ее математические рас

четы приведены в документах форума.

Пропускная способность капала. Полоса пропускания канала

является теоретическим максимумом возможной передаваемой

информации и очень часто это понятие при измерениях

заменяют понятием пропускной способности канала,

которое отражает реальную возможность среды, т. е. объем

данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени.

Пропускная способность не является пользовательской характеристикой,

так как она характеризует скорость выполнения

внутренних операций сети - передачи пакетов данных между

узлами сети через различные коммуникационные устройства.

Процент использования полосы пропускания канала в единицу

времени называют утилизацией канала. Утилизацию ка нала

также часто используют как метрику. Пропускная способность

измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах

в секунду. Пропускная способность может быть мгновенной,

средней и максимальной.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления

общего объема переданных данных на время их передачи,

причем выбирается достаточно длительный промежуток времени

Час, день или неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней

пропускной способности тем, что для усреднения выбирается

очень маленький промежуток времени, например 10 мс или 1 с.

Максимальная пропускная способность - это наибольшая

мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение

периода наблюдения.__

13. Какие бизнес-метрики использует администратор системы при

эксплуатации кабельной системы? Существуют три основные бизнес-метрики работы ИС.

Ожидаемое время восстановления системы MTTR (Mean

Time to Restore). Эта метрика задается бизнес-подразделениями

компании службам администратора системы. Есть виды бизнеса,

которые могут просуществовать без ИС только несколько

минут, а затем цена простоя за минуту станет критически

Другие виды бизнеса могут ждать восстановления системы

несколько дней без финансовых потерь. Это критическая

метрика д ля планирования процедуры восстановления. Стоимость

по применению превентивных мер д ля восстановления

системы растет в геометрической прогрессии в зависимости от

значения MTTR. Время бесперебойной работы системы - метрика, характеризующая

время работы системы. Эта метрика похожа на метрику

MTBF, обсуждавшуюся в главе 8, но учитывает не только

технические проблемы, а и проблемы сопровождения сети. Она

используется для измерения надежности и стабильности сети и

отображает время, которое сеть работает без сбоев или необходимости

перезагрузки в целях администрирования или обслуживания.

Надежность системы иногда измеряют в процентах (обычно

не менее 99%). Слишком высокое ее значение может означать недостаточную

квалификацию администратора системы, так как

часть процессов требует регламентной остановки и перезагрузки.

Ожидаемое время между отказами MTBF (Mean Time Between

Failures), или наработка на отказ, - это метрика работы

оборудования, задаваемая производителем. Так как современное

компьютерное оборудование работает достаточно надежно

(очень часто производителем дается пожизненная гарантия),

то часть производителей не приводит эту метрику в своей технической

документации. Администратору системы следует

в этом случае брать ее из публикуемых аналитических данных

по данному виду оборудования.

Время подъема системы Uptime - это результирующая

метрика, которая говорит о том, сколько времени пользователь

не пользуется ИС из-за проблем диагностики ошибки и

восстановления системы, т. е. это совокупность времени для

поиска ошибок, их диагностики, времени восстановления и

запуска ИС в промышленном режиме. Эта метрика задается

бизнес-подразделениями службам администратора системы в

SLA. Определяется она исходя из финансовых возможностей

предприятия и, соответственно, его оснащенностью средствами

диагностики и восстановления. Для служб администратора

системы эта метрика является отчетной и определяет их возможность

поддерживать ИС в работоспособном состоянии. Доступность услуги (Service Availability) оказывает прямое

влияние на фактическое качество услуги, потребляемой

пользователем. Существуют три наиболее важных критерия,

определяющих доступность услуги: время внедрения услуги

(Service Activation Time), доступность соединения (Connection

Availability), время восстановления услуги после сбоя (Mean

Time to Restore Service - MTTR).

Время внедрения услуги - это время, которое проходит с

момента заказа пользователем нового сервиса (или модификации параметров существующего сервиса) до момента, когда

услуга будет активизирована и доступна пользователю. Время

инсталляции может занимать от нескольких минут до нескольких

месяцев. Например, для модификации существующего

сервиса (по запросу пользователя) в целях повышения

его производительности может потребоваться прокладка

волоконно-оптического кабеля до места расположения пользователя,

что потребует продолжительного времени.

Доступность соединения определяет, насколько долго пользовательское

соединение соответствует параметрам контракта.

Обычно значение этого параметра в описании сервиса указывается

в процентах (иногда в минутах). Доступность соединения

вычисляется как процент времени, в течение которого

пользовательское соединение находилось в полностью работоспособном

состоянии (пользователь принимал и передавал

данные), от общей продолжительности отчетного периода.

Поставщик услуги (например, оператор связи) обычно исключает

из времени простоя период проведения регламентных

работ, поскольку о предстоящей профилактике пользователь

оповещается заранее.

Время восстановления услуги после сбоя определяется как

ожидаемое время, необходимое для восстановления нормального

функционирования услуги после сбоя. Эта метрика уже

обсуждалась в главе 8. Дополнительно отметим некоторые ее

особенности. Большинство сетей обеспечивают некоторый

уровень избыточности с автоматическим восстановлением

услуги при возникновении сбоев или неисправностей. Для

подобных ситуаций оператор связи выставляет MTTR, равным

нескольким секундам или даже миллисекундам. Если

требуется вмешательство технического персонала, это время

принимается обычно равным нескольким минутам, реже -

14. Какие службы администратора системы должны быть

задействованы в процессе восстановления оптоволоконной

кабельной системы?

15. Какие работы по восстановлению оптоволоконной кабельной

системы и в каком случае администратор системы отдаст

аутсорсинговой компании?

16. Приведите пример применения базовой модели поиска ошибок

администратором системы при «медленной» работе оптоволоконной

кабельной системы.

studfiles.net

Оптоволоконный кабель - от выбора до использования

Оптоволоконний кабель - не только товар, который можно купить на сайте компании «Финфорт-Интертрейдинг», это прежде всего составляющий компонент для построения надёжной, безотказной сети Интернет.

Оптоволокно передаёт данные с очень высокой скоростью. С каждой новой модернизацией повышается не только качество, но и объём передаваемой информации. Пропускная способность оптоволоконного кабеля уже измеряется в Тбит/с. Но и это ещё не предел - есть возможность для многократного увеличения пропускной способности.

Как выбрать оптоволоконний кабель?

На оптоволокно есть много спецификаций, которые охватывают разные аспекты, такие как размеры, пропускная способность, прочность, радиус изгиба, выбор коннекторов и даже цвет защитной оболочки, которая предохраняет кабель от повреждения.

Из основных параметров, которые нужно знать, стоит выделить длину оптоволокна, диаметр, пропускную способность оптоволоконного кабеля, окно прозрачности, затухание сигнала.

Будете заказывать кабель на сайте «Финфорт-Интертрейдинг», всегда берите с запасом - вдруг потребуется перестановка оборудования в пределах помещения, дополнительные метры или целая катушка никогда не помешают!

Для подсоединения оптоволоконного кабеля к оборудованию нужны оптические коннекторы. Самыми популярными являются SC и ST коннекторы. Все виды соединителей для кабелей есть на странице с товарами сайта «Финфорт-Интертрейдинг» - выбирайте подходящие!

Выбрать и купить оптоволоконный кабель на сайте компании «Финфорт-Интертрейдинг» не составит труда. Вот чего вы можете не знать, так это некоторые нюансы, на которые редко кто обращает внимание.

Никогда не смотрите непосредственно в разрез оптоволокна. Оптическая энергия, которая передаётся через кабель, не видима для глаз, но она способна необратимо повредить сетчатку.

Осторожно проводите сращивание волокон. Обрезки оптоволокна - крохотные, почти невидимые острые стёклышки, которые могут повредить кожу рук или попасть в глаза. Чтобы собрать осколки, воспользуйтесь скотчем.

Проследите за тем, чтобы количество волокон в кабеле одной сети (снаружи и внутри здания) максимально совпадало.

Во время прокладки оптоволокна тестируйте и документируйте такие данные, как затухание каждого волокна. Составьте описание мощности оптического излучения при передаче и при приеме, укажите оптические потери, местоположение патч-панели, тип коннектора для каждого соединения.

Конечно, это далеко не вся информация о оптоволоконных кабелях. Подробные технические характеристики описаны на сайте компании «Финфорт-Интертрейдинг» в разделе с товарами. Заходите, выбирайте, заказывайте!

ЭТИ СОВЕТЫ ПОМОГУТ СЭКОНОМИТЬ ВАМ ВРЕМЯ И НЕРВЫ

Спросите администратора сети, что он думает о волоконно-оптических технологиях, и вы, скорее всего, услышите, что они очень дороги, сложны и требуют постоянного внимания. Реальность же выглядит совершенно по-другому: оптоволокно недорого, чрезвычайно надежно и обеспечивает любые мыслимые скорости передачи данных. Если вам приходилось работать с UTP Категории 5 или даже с коаксиалом, то вы без труда освоитесь с волоконно-оптическими технологиями.

Такая область, как волоконно-оптические технологии, слишком обширна для одной статьи. Поэтому сосредоточим свое внимание исключительно на доводах в пользу применения оптоволокна в вашей сети. Затем мы коснемся топологии сети, спецификаций, числа волокон, соединителей, панели переключений и квантования и, наконец, вкратце расскажем об устройствах для тестирования оптоволокна.

ПОЧЕМУ ОПТОВОЛОКНО?

Зачем вместо медного кабеля надо прокладывать оптоволокно? Оптический кабель может передавать данные с очень высокой пропускной способностью. Оптоволокно обладает отличными трансмиссионными характеристиками, высокой емкостью передаваемых данных, потенциалом для дальнейшего увеличения пропускной способности и устойчивостью к электромагнитным и радиочастотным помехам.

Световод состоит из сердцевины и защитного стеклянного внешнего слоя (оболочки). Оболочка служит в качестве отражающего слоя, с помощью которого световой сигнал удерживается внутри сердцевины. Оптический кабель может состоять только из одного световода, но на практике он содержит множество световодов. Световоды уложены в мягкий защитный материал (буфер), а он, в свою очередь, защищен жестким покрытием.

В широкораспространенных световодах диаметр оболочки составляет 125 микрон. Размер сердцевины в распространенных типах световодов составляет 50 микрон и 62,5 микрон для многомодового оптоволокна и 8 микрон для одномодового оптоволокна. Вобщем-то, световоды характеризуются соотношением размеров сердцевины и оболочки, например 50/125, 62,5/125 или 8/125.

Световые сигналы передаются через оптоволокно и принимаются электронным оборудованием на другом конце кабеля. Это электронное оборудование, называемое оконечным оборудованием волоконно-оптической линии связи, преобразует электрические сигналы в оптические, и наоборот. Одно из преимуществ оптоволокна, кстати, состоит в том, что пропускную способность сети на базе оптоволокна можно увеличить простой заменой электронного оборудования на обоих концах кабеля.

Многомодовое и одномодовое оптоволокно отличаются емкостью и способом прохождения света. Наиболее очевидное отличие заключается в размере оптической сердцевины световода. Более конкретно, многомодовое волокно может передавать несколько мод (независимых световых путей) с различными длинами волн или фазами, однако больший диаметр сердцевины приводит к тому, что вероятность отражения света от внешней поверхности сердцевины повышается, а это чревато дисперсией и, как следствие, уменьшением пропускной способности и расстояния между повторителями. Грубо говоря, пропускная способность многомодового оптоволокна составляет около 2,5 Гбит/с. Одномодовое оптоволокно передает свет только с одной модой, однако меньший диаметр означает меньшую дисперсию, и в результате сигнал может передаваться на большие расстояния без повторителей. Проблема в том, что как само одномодовое оптоволокно, так и электронные компоненты для передачи и приема света стоят дороже.

Одномодовое волокно имеет очень тонкую сердцевину (диаметром 10 микрон или менее). Из-за малого диаметра световой пучок отражается от поверхности сердцевины реже, а это ведет к меньшей дисперсии. Термин "одномодовый" означает, что такая тонкая сердцевина может передавать только один световой несущий сигнал. Пропускная способность одномодового оптоволокна превышает 10 Гбит/с.

ФИЗИЧЕСКАЯ ТОПОЛОГИЯ СЕТИ

Волоконно-оптическая проводка, как и проводка UTP, имеет физическую и логическую топологии. Физическая топология - это схема проводки оптического кабеля между зданиями и внутри каждого здания для создания основы гибкой логической топологии.

Одним из наилучших, если не самым лучшим, источником практической информации по физической проводке кабелей является руководство BISCI Telecommunications Distribution Method (TDM) за 1995 год. TDM представляет основу для формирования топологии сети с проводкой из оптического кабеля в соответствии с принятыми стандартами.

TDM и стандарт на связную проводку для коммерческих зданий (ANSI/TIA/EIA-568A) рекомендуют физическую топологию типа звезда для соединения между собой волоконно-оптических магистралей как внутри, так и вне зданий. Конечно, физическая топология во многом определяется взаимным расположением и внутренней планировкой зданий, а также наличием готовых кабелепроводов. Несмотря на то что иерархическая звездообразная топология обеспечивает наибольшую гибкость, она может оказаться невыгодной по чисто финансовым соображениям. Но даже физическое кольцо лучше, чем вообще отсутствие оптической кабельной магистрали.

ЧИСЛО ВОЛОКОН И ГИБРИДНЫЕ КАБЕЛИ

Число световодов в кабеле называется числом волокон. К сожалению, ни один опубликованный стандарт не определяет, сколько световодов должно быть в кабеле.

Поэтому проектировщик должен сам решить, сколько световодов будет в каждом кабеле и сколько из них будет одномодовыми.

Оптический кабель, в котором одна часть световодов одномодовые, а другая - многомодовые, называется гибридным. При выборе числа волокон и комбинации одномодовых и многомодовых волокон помните, что производители оптического кабеля, как правило, изготовляют кабели с числом волокон кратным 6 или 12. Кабели, производимые на продажу, обычно гораздо дешевле кабелей, сделанных на заказ, с уникальным числом и комбинацией волокон.

Общее правило же таково: волокон в кабеле между зданиями должно быть столько, сколько ваш бюджет позволяет. Но, все же, каков практический минимум для числа волокон? Посчитайте, сколько волокон вам нужно для поддержки приложений с первого же дня, а затем умножьте это число на два, и вы получите необходимый минимум. Например, если вы собираетесь задействовать в кабеле между двумя зданиями 31 волокно, то надо округлить это число до ближайшего кратного шести (в большую сторону), что равняется 36. В нашей гипотетической ситуации потребуется кабель по крайней мере с 72 волокнами.

Следующий параметр, который вы должны принять во внимание, - это соотношение между одномодовыми и многомодовыми световодами в кабеле. Обычно мы рекомендуем, чтобы 25% световодов в кабеле были одномодовыми. Продолжая пример с 72 волокнами, мы имеем 18 одномодовых и 54 многомодовых световодов.

Если вы привыкли к UTP, то 72 волокна могут показаться вам слишком большим числом. Однако помните, что цена кабеля с 72 волокнами отнюдь не вдвое больше цены кабеля с 36 волокнами. В действительности, он стоит всего лишь на 20% дороже кабеля с 32 волокнами. Кроме того, помните, что затраты и сложность прокладки кабеля с 72 волокнами практически такие же, как и у кабеля с 36 волокнами, а дополнительные волокна могут вполне пригодиться вам в будущем.

СПЕЦИФИКАЦИИ НА ОПТОВОЛОКНО

Спецификаций на оптоволокно существует сотни, они охватывают все возможные аспекты - от физических размеров до пропускной способности, от плотности на разрыв до цвета защитного материала. Защитный материал (буфер) предохраняет световод от повреждения, и он обычно маркируется разным цветом для простоты идентификации. Практические параметры, которые необходимо знать, - это длина, диаметр, оптическое окно (длина волны), затухание, пропускная способность и качество волокна.

В спецификациях на оптоволокно длина указывается в метрах и километрах. Однако мы настоятельно рекомендуем, чтобы в спецификациях для продавца или производителя вы указывали длину не только в метрах/километрах, но и футах/милях (2 км равняется 1,3 мили).

При получении заказанного оптического кабеля проверьте, что поставляемый кабель имеет нужную длину. Например, если вам нужен один 600-футовый и два 700-футовых кабеля, что в сумме дает 2000 футов, а вы получаете две катушки с 1000-футовым кабелем, то после прокладки одного 600-футового и 700-футового кабеля останетесь с одним 300-футовым и одним 400-футовым кабелями, но они не смогут заменить вам еще один необходимый 700-футовый кабель. Во избежание этой проблемы следует заказать специально три куска кабеля: один 650-футовый и два 750-футовых. Допуск в 50 футов может пригодиться, если вы, например, неправильно оценили протяженность кабельных каналов. Кроме того, на случай, скажем, перестановки стойки с оборудованием в пределах комнаты приобретение дополнительной катушки кабеля для комнаты с оконечным оборудованием вполне оправдано.

Многомодовое оптоволокно может быть нескольких диаметров, но наиболее распространено из них оптоволокно с соотношением сердцевины к оболочке 62,5 на 125 микрон. Именно это многомодовое оптоволокно мы будем использовать во всех примерах данной статьи. Размер 65,2/125 называется в спецификации ANSI/TIA/

EIA-568A стандартным для проводки в зданиях. Одномодовое оптоволокно имеет один стандартный размер - 9 микрон (плюс-минус один микрон). Помните, если ваше оконечное оборудование волоконно-оптических линий связи предусматривает применение оптоволокна специального диаметра и вы собираетесь и дальше его использовать, то, скорее всего, оно не будет работать с оптоволокном обычного диаметра.

Оптическое окно - это длина световой волны, которую волокно передает с наименьшим затуханием. Длина волны измеряется обычно в нанометрах (нм). Самые распространенные значения длины волны - 850, 1300, 1310 и 1550 нм. Большинство волокон имеет два окна - т. е. свет может передаваться на двух длинах волн. Для многомодовых световодов это 850 и 1310 нм, а для одномодовых - 1310 и 1550 нм.

Затухание характеризует величину потери сигнала и аналогично сопротивлению в медном кабеле. Затухание измеряется в децибелах на километр (дБ/км). Типичное затухание для одномодового волокна составляет 0,5 дБ/км при длине волны в 1310 нм и 0,4 дБ/км при 1550 нм. Для многомодового волокна эти величины равны 3,0 дБ/км при 850 нм и 1,5 дБ/км при 1300 нм. Благодаря тому, что оно тоньше, одномодовое волокно позволяет передавать сигнал с тем же затуханием на более дальние расстояния, чем эквивалентное многомодовое волокно.

Заметим, однако, что спецификацию на кабели надо составлять исходя из максимально допустимого затухания (т. е. наихудшего сценария), а не типичной величины потерь. Так, максимальная величина затухания при указанных длинах волн для одномодового 1,0/0,75 дБ/км и 3,75/1,5 дБ/км для многомодового. Чем шире оптическое окно, т. е. чем длиннее волна, тем меньше затухание для кабелей обоих типов. Спецификация затухания может выглядеть, например, так: максимальное затухание одномодового волокна должно быть 0,5 дБ/км при окне 1310 нм или максимальное затухание многомодового волокна должно быть 3,75/1,5 дБ/км для оптического окна 850/1300 нм.

Пропускная способность или емкость данных, передаваемых по световоду, обратно пропорциональна затуханию. Иными словами, чем меньше затухание (дБ/км), тем шире полоса пропускания в МГц. Минимально допустимая пропускная способность для многомодового волокна должна быть 160/500 МГц при 850/1300 нм при максимальном затухании 3,75/1,5 дБ/км. Эта спецификация отвечает требованиям FDDI и TIA/EIA-568 для Ethernet и Token Ring.

Волокно может быть трех различных типов в зависимости от необходимых характеристик оптической передачи: стандартное, высококачественное и премиумное. Волокно более высокого качества используется обычно для удовлетворения более жестких требований к протяженности кабеля и затуханию сигнала.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ

Типов соединителей столько, сколько производителей оборудования. Рекомендуемым типом соединителей согласно спецификации ANSI/TIA/EIA-568A на связную проводку для коммерческих зданий является двойной защелкивающийся SC-соединитель, однако наиболее часто используемым типом соединителя в панелях переключений стал ST-совместимый штыковидный соединителей по технологии AT&T. Ввиду широкой распространенности ST-совместимых волоконно-оптических соединителей стандарт 568A, несмотря на их нестандартность, предусматривает их применение.

Если вы только собираетесь прокладывать волоконно-оптические кабели, то мы рекомендуем использовать двусторонние SC-соединители, поскольку их применение позволяет гарантировать правильную полярность волокон при их прохождении через панель переключений.

Несмотря на стандартность соединителей для панели переключений вы наверняка столкнетесь со множеством волоконно-оптических соединителей в оконечном оборудовании. Производители такого оборудования могут предлагать различные варианты соединителей для обеспечения их стандартизации, но, когда доходит до дела, следует ожидать самого худшего. Если соединитель на оконечном оборудовании не соответствует соединителю на панели переключений, то вам придется покупать двустороннюю перемычку с требуемыми соединителями.

ПАНЕЛЬ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ

Мы настоятельно рекомендуем применять панели переключений для завершения оптических кабелей внутри и между зданиями. Производители предлагают самые разные панели, но вне зависимости от того, какие панели вы используете, все они должны применять в них только один тип соединителей. Если у вас есть возможность, то те же соединители следует использовать и в оконечном оборудовании.

При выборе панели переключений помните о человеческом факторе. Иметь на площади 7 на 18 дюймов 72 соединителя для волоконного кабеля хорошо, пока инженеру не придется искать в этом частоколе нужный, чтобы его вынуть. Понятно, что хорошо бы снять один, не трогая остальных. Но сможете ли вы протиснуть пальцы между оставшимися 71?

Муфты, перемычки или рукава обеспечивают соединение между двумя волоконно-оптическими соединителями, и они используются в панелях переключений для подключения кабельной проводки.

СРАЩИВАНИЕ ВОЛОКОН

Сращивание кабелей - процедура неизбежная. Наиболее распространены два метода сращивания: механическое сращивание и сплавка, каждый из которых имеет своих верных сторонников. При механическом сращивании концы волокон соединяются друг с другом с помощью зажима, при сплавке концы волокон запаиваются вместе.

Начальные затраты на оборудование для сплавки волокон могут быть весьма значительными, но в результате вы получите практически не распознаваемое рефлектометром сращивание. Механическое сращивание близкого качества может быть получено с использованием геля, но все же оно хуже.

Неудачное сращивание многомодового волокна имеет меньшие последствия, нежели одномодового, потому что пропускная способность сигнала, передаваемого по многомодовому волокну, ниже и не так чувствительна к отражениям в результате механического сращивания. Если приложение чувствительно к отражениям, в качестве метода сращивания необходимо применять сплавку.

ТЕСТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Если уж вы собрались делать проводку из оптического кабеля, то тогда не поскупитесь приобрести и измеритель мощности светового сигнала. Такие измерители нуждаются в калибровке для обеспечения точности замера уровня мощности сигнала на волне данной длины. Измерители старшего класса позволяют при замерах мощности выбирать длину волны.

Чтобы генерировать световой сигнал для замера, вам нужен источник световой волны соответствующей длины. Этот источник, как можно было бы ожидать, генерирует свет с известной длиной волны и уровнем мощности. Проверьте, что источник света излучает свет с той же длиной волны, что и оконечное оборудование, ведь если это не так, то измеренные оптические потери не будут соответствовать действительным оптическим потерям конечной волоконно-оптической системы.

При прокладке кабеля вам не обойтись без рефлектометра OTDR. Если вы не можете приобрести OTDR, то арендуйте или займите его на время прокладки. OTDR поможет вам определить характеристики волокна с их графическим представлением. OTDR можно воспринимать как оптический радар: он посылает оптические импульсы, а затем измеряет время и амплитуду отраженного сигнала. Помните, однако, что хотя такие рефлектометры и позволяют измерить величину затухания в дБ, эта величина, как показывает опыт, не очень точна. Для измерения затухания вы должны использовать измеритель мощности светового сигнала и источник с известной длиной волны.

Наконец, адаптеры для оголенного волокна служат для временного соединения с тестовым оборудованием. Они обеспечивают быстрое соединение и рассоединение оголенного конца волокна с тестовым оборудованием. Эти адаптеры присутствуют в разных оптических соединителях; не обеспечивая точного сопряжения волокна, они тем не менее позволяют перед заделкой в оптические соединители проложенных сегментов кабеля проверять их с помощью OTDR.

НАПОСЛЕДОК

Нашей целью было познакомить профессионалов из мира компьютерных сетей с волоконно-оптической технологией. Этим, однако, проблемы с волоконной оптикой не исчерпываются, - остаются, например, радиус изгиба, материалы для изготовления кабеля, выбор оконечного оборудования. Но если мы убедили вас в том, что мир оптического кабеля не так уж сильно отличается от более привычного мира коаксиала и витой пары, то наша задача выполнена.

С Джеймсом Джонсом можно связаться по адресу: jojones@westeccomm.com .

Внимание! Никогда не смотрите непосредственно в волокно! Уважайте оптические приемопередатчики! Передаваемые по оптоволокну световые волны не видимы для человеческого глаза, но они могут необратимо повредить сетчатку глаз.

Внимание! Обрезки волокна, образующиеся при сращивании волокон, представляют собой осколки стекла. Эти мелкие, практически невидимые обрезки могут повредить кожу или попасть в глаз. Собрать их поможет клейкая двусторонняя лента.

Внимание! Следите за огнем во время сращивания волокон. При зачистке волокон обычно используется спирт, а он легко воспламеняется, и, кроме того, горение бесцветно!

Документируйте тестирование оптоволокна. Тесты, проводимые во время прокладки кабеля, дают очень ценные данные. На случай возникновения проблем в будущем сохраните копии измерений потерь и волновых форм.

Затухание сигнала. Установите и запишите затухание каждого волокна на используемой длине волны. Если оконечное оборудование работает с волной 780 нм, то затухание надо проверить на 780 нм - затухание на 850 нм будет отличаться от искомого.

Число волокон. Число волокон в кабеле между зданиями и внутри зданий должно быть максимально возможным.

Четырехкратный допуск на мощность. Делайте допуск по крайней мере в 2 дБ на оптическое затухание по оптоволокну и даже, если это позволяет бюджет, больше.

Не курите. Не курите во время сращивания волокон.

Описание оптической линии. Составьте описание оптического канала из конца в конец, включая мощность оптического излучения при передаче, оптические потери, местоположение панели переключений, тип соединителя для каждого соединения и мощность оптического излучения при приеме.

Соединители для одномодового волокна. Если вы используете как одномодовое, так и многомодовое волокно в кабельной проводке, то одномодовые соединители и муфты следует держать отдельно от многомодовых. Во-первых, одномодовые компоненты обходятся дороже. А во-вторых, многомодовый компонент, установленный вместо одномодового, не так-то просто обнаружить даже с помощью специальных приборов.

Топология "звезда". По возможности, физическая проводка должна иметь топологию "звезда".

Местоположение переходов Tx/Rx. Местоположение переходов Tx/Rx необходимо отметить в описании линии. Соединение Tx/Tx на оконечном оборудовании эквивалентно обрезке волокна: оно не работает.

Использование волокна 62,5/125. Для внутренних приложений наиболее предпочтительно применение многомодового волокна 62,5/125 микрон, к тому же оно рекомендовано стандартом ANSI/TIA/EIA/-568A.

Без сомнения, оптоволоконная технология станет в будущем главным средством передачи информации. Она является одной из причин массового роста международных телекоммуникаций и эффекта "сжатия планеты". На основе этой технологии Интернет смог стать тем неоценимым информационным средством, каким он сегодня является. Однако вопреки распространенному мнению, это не панацея. У оптоволоконных систем все еще есть множество ограничений и препятствий, которые надо преодолеть. Перед тем как начать обсуждать теорию оптоволоконной передачи, сравним традиционные и оптоволоконные кабели и оценим их достоинства и недостатки.

1.2.1. Полоса пропускания

Оптоволокно

Сегодня у оптоволоконных кабелей огромная полоса пропускания со скоростями передачи до 40 Гбит/с, действующими уже сегодня, и свыше 100 Гбит/с, ожидающимися в ближайшем будущем. Факторами, ограничивающими рост скоростей передачи, в настоящее время являются: во-первых, большое по сравнению с периодами импульсов время ответа источников и детекторов для высоких скоростей передачи данных; во-вторых, близость длины волны света к периоду импульса, вызывающая проблемы дифференцирования в детекторах. Методы мультиплексирования нескольких длин волн в одном волокне (называемые спектральным уплотнением (WDM, wave division multiplexing) увеличивают общую скорость передачи по одному волокну до нескольких Тбит/с.

Следующее сравнение позволит почувствовать, что это означает в терминах передачи информации: при оптоволоконной связи на скорости примерно 1 Гбит/с можно одновременно передавать свыше 30 ООО сжатых телефонных разговоров. При связи на скорости 30 Гбит/с можно одновременно передавать до 1 миллиона телефонных разговоров по единственному стеклянному волокну!

Кабели

Коаксиальные кабели диаметром до 8 см могут обеспечить скорости передачи до 1 Гбит/с на расстояниях до 10 км. Ограничивающим фактором является очень высокая стоимость меди.

В настоящее время продолжается важное исследование по увеличению скорости передачи через кабели с витыми парами. Сегодня во многих локальных сетях скорости 100 Мбит/с являются вполне обычными. Доступны также коммерческие системы, действующие на скоростях до 1 Гбит/с. После успешных лабораторных испытаний на скоростях 10 Гбит/с соответствующая продукция готовится к коммерческому выпуску. Причина такой активной деятельности в этой области кроется в избытке инфраструктуры с уже, установленными кабелями с витой парой, что позволяет значительно сэкономить на рытье траншей, прокладке каналов и укладке новых оптоволоконных кабелей. По этой причине технология кабелей с витой парой в настоящее время успешно конкурирует с оптоволоконной технологией, поскольку обе они имеют множество общих приложений.

1.2.2. Помехи

Оптоволокно

На оптоволоконные кабели совершенно не воздействуют электромагнитные помехи (EMI), радиочастотные помехи (RFI), молнии и скачки высокого напряжения. Они не страдают от проблем емкостных или индуктивных сопряжений. При правильном проектировании на оптоволоконные кабели не должны воздействовать электромагнитные импульсы от ядерных взрывов и фоновой радиации. (Это известие утешит большую часть населения после ядерной войны!)

В дополнение к этому факту оптоволоконные кабели не создают никаких электромагнитных или радиочастотных помех. Это свойство очень ценно для производства вычислений, обработки видео- и аудиоинформации, где все более важным для возросшего качества воспроизведения и записи становится окружение с низким шумом.

Кабели

На обычные кабели влияют внешние помехи. В зависимости от типов кабелей и степеней их экранирования, они в разной степени подвержены электромагнитным и радиопомехам через индуктивные, емкостные и резистивные связи. Системы связи на основе традиционных кабелей полностью выходят из строя под действием электромагнитных импульсов ядерных взрывов.

Обычные кабели также излучают электромагнитные волны, что может вызвать помехи в других кабельных системах связи. Объем излучения зависит от величины передаваемого сигнала и качества экрана.

1.2.5. Электроизоляция

Оптоволокно

Оптоволоконные кабели обеспечивают полную гальваническую развязку между обоими концами кабеля. Непроводимость волокон делает кабели нечувствительными к скачкам напряжения. Это устраняет электромагнитные и эфирные помехи, которые могут быть вызваны контурами заземления, синфазными напряжениями, а также смещениями и короткими замыканиями потенциала земли. Оптоволоконный кабель действует как длинный изолятор. Поскольку оптические волокна не излучают волны и не подвержены помехам, еще одним их преимуществом является отсутствие взаимного влияния кабелей (то есть воздействия излучения одного кабеля связи на другой, проложенный рядом с ним).

Кабели

Традиционные кабели, просто работая по своему предназначению, предоставляют электрическое соединение между своими концами. Следовательно, они восприимчивы к электромагнитным и эфирным помехам от контуров заземления, синфазных напряжений и смещений потенциала земли. Они также подвержены проблемам взаимного влияния.

1.2.4. Расстояния передачи

Оптоволокно

Для простых дешевых оптоволоконных систем возможны расстояния между повторителями до 5 км. Для высококачественных коммерческих систем теперь без труда доступны расстояния между "повторителями до 300 км. Были разработаны системы (без использования повторителей) на расстояния до 400 км. В лабораторных условиях достигнуты расстояния, близкие к 1000 км, но на рынке они пока недоступны. Одна европейская компания заявила, что в настоящее время разрабатывает оптоволоконный кабель, который можно проложить вдоль земного экватора и без всяких повторителей по нему можно будет передавать4сигнал с одного его конца на другой! Как такое возможно? При использовании слегка радиоактивной оболочки входящие фотоны с низкой энергией возбуждают в этой оболочке электроны, которые, в свою очередь, излучают фотоны с большей энергией. Таким образом возникает некоторая форма автоусиления. В следующих главах читателю будут разъяснены использованные термины.

Кабели

На рынке кабелей с витой парой на скорости передачи 4 Мбит/с доступны расстояния между повторителями до 2,4 км. В случае коаксиальных кабелей на скоростях менее 1 Мбит/с между повторителями возможны расстояния до 25 км.

1.2.5. Размер и вес

Оптоволокно

По сравнению со всеми другими кабелями для передачи жданных, оптоволоконные кабели очень малы в диаметре и чрезвычайно легки. Четырехжильный оптоволоконный кабель весит примерно 240 кг/км, а 36-основный оптоволоконный кабель весит примерно лишь на 3 кг больше. Из-за своих небольших по сравнению с традиционными кабелями с такой же пропускной способностью размеров их обычно проще устанавливать в существующих условиях, а время установки и стоимость в общем ниже, поскольку они легки и с ними проще работать.

Кабели

Традиционный кабель может весить от 800 кг/км для кабеля с 36 витыми парами до 5 т/км для высококачественного коаксиального кабеля большого диаметра.

За последние 30 лет, пропускная способность оптического волокна была значительно увеличена. Рост пропускной способности передачи на волокно даже значительно быстрее, чем, например, увеличение емкости электронных чипов памяти, или в увеличение вычислительной мощности микропроцессоров.

Пропускная способность волокна зависит от длины волокна. Чем длиннее волокно, тем больше пагубных эффектов, таких как межмодовая или хроматическая дисперсия, и, следовательно, тем ниже достижимая скорость передачи.

Для коротких дистанций, в несколько сотен метров или меньше (например, в сети хранения данных), часто более удобно использовать многомодовые волокна, так как они дешевле для установки (например, из-за их большой площади сердцевины волокна, они легче сращиваются). В зависимости от технологии передачи и длины волокна, они достигают скорости передачи данных от нескольких сотен Мбит / с и ~ 10 Гбит / с.

Одномодовое волокно обычно используется для больших расстояний, в несколько километров и более. В текущих коммерческих системах телекоммуникации обычно скорость передачи 2,5 или 10 Гбит / с на канал передачи данных на расстояние десяти километров и более. В будущем системы могут использовать более высокие скорости передачи данных в канале, 40 или даже 160 Гбит / с, но в настоящее время требуемая общая мощность обычно получается путем передачи многими каналами с немного разными длинами волн через волокна; это называется спектральным уплотнением (WDM). Общая скорость передачи данных может быть несколько терабит в секунду, достаточной для передачи многих миллионов телефонных каналов одновременно. Даже этот потенциал не достигает на сегодняшний день физический предел оптического волокна. Кроме того, отметим, что волоконно-оптический кабель может содержать несколько слоев.

В заключение не стоит беспокоится, что технические ограничения к оптическим волокнам в передаче данных могут стать серьезными в обозримом будущем. Напротив, тот факт, что возможности передачи данных может развиваться быстрее, чем, например, хранения данных и вычислительные мощности, вдохновило некоторых людей, чтобы предсказать, что любые ограничения передачи скоро устареют, и большие вычисления и хранения объектов в высокой емкости сети передачи данных будет широко использоваться, аналогично тому, как она стала общей для использования электрических мощности от многих электростанциях в больших энергосистемах. Такое развитие событий может быть более строго ограничено программным обеспечением и безопасности, чем ограничение передачи данных.