На сегодняшний день в мире используется большое количество различных технологий и решений, которые позволяют передавать данные на разные расстояния, с разными скоростями. В качестве среды для передачи информации наиболее распространены оптоволокно и медные провода. Технологии, реализованные на оптоволокне, отличаются высокими скоростями передачи данных, надежностью и высокой стоимостью реализации. Решения, работающие на меди гораздо более медленные но, проложенные для нужд телефонизации, зачастую самый выгодный способ организации связи.

Волоконно-оптические технологии

Джеймс Джонс
Опубликовано: LAN, #03/1997

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.

Постоянный адрес статьи: http://www.osp.ru/lan/1997/03/55.htm