ГПОУ ТО "ДКИТ"

Кабельные системы

Существует большое разнообразие кабелей для вычислительных сетей, отличающихся по внешнему виду, назначению, характеристикам и цене.

Наиболее популярные системы организации кабельных соединений в вычислительных сетях (локальных вычислительных сетях) предложены фирмами IBM, AT&T, DEC.

Первоначально в качестве среды передачи данных использовались телефонные линии связи, это касается сетей передачи данных. С появлением средств ВТ телефонные линии связи стали использоваться для обмена данными между ЭВМ в вычислительных сетях. Следует отметить, что и в настоящее время телефонные линии связи широко используются в вычислительных сетях различного ранга в зависимости от территориальной распределенности.

Стандарты кабельных систем

В компьютерных сетях применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных устройств разных производителей. Сегодня наиболее употребительными стандартами в мировой практике являются следующие.

Американский стандарт EIA/TIA-568A, который был разработан совместными усилиями нескольких организаций: ANSI, EIA/TIA и лабораторией Underwriters Labs (UL).

Международный стандарт ISO/IEC 11801.

Европейский стандарт EN-50173.

Эти стандарты близки между собой и по многим позициям предъявляют к кабелям идентичные требования. Однако есть и различия между этими стандартами, например, в международный стандарт 11801 и европейский EN-50173 вошли некоторые типы кабелей, которые отсутствуют в стандарте EIA/TAI-568A.

До появления стандарта EIA/TIA большую роль играл американский стандарт системы категорий кабелей Underwriters Labs, разработанный совместно с компанией Anixter. Позже этот стандарт вошел в стандарт EIA/TIA-568.

Кроме этих открытых стандартов, многие компании в свое время разработали свои фирменные стандарты, из которых до сих пор имеет практическое значение только один - стандарт компании IBM.

При стандартизации кабелей принят протокольно-независимый подход. Это означает, что в стандарте оговариваются электрические, оптические и механические характеристики, которым должен удовлетворять тот или иной тип кабеля или соединительного изделия - разъема, кроссовой коробки и т.п. Однако для какого протокола предназначен данный кабель, стандарт не оговаривает. Поэтому нельзя приобрести кабель для протокола Ethernet или FDDI, нужно просто знать, какие типы стандартных кабелей поддерживают протоколы Ethernet и FDDI [9, 10, 22].

3.2.1.1. Кабельные системы компьютерных сетей на основе коаксиального кабеля

Коаксиальный кабель - тип электрического кабеля, в котором центральный провод, окруженный изоляцией, окружен металлическим плетенным экраном. Оси центрального провода и экрана совпадают, что объясняет термин коаксиальный. Коаксиальные кабели обладают широкой полосой пропускания и могут передавать большие объемы данных, речевых и видеосигналов одновременно.

Коаксиальный кабель представляет собой кабель, имеющий центральный провод, или жилу, и оболочку, которые разделены изолирующим слоем.

Коаксиальные кабели находят широчайшее применение в бытовой радио- и телевизионной технике. Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошую помехозащищенность и может применяться для связи на больших расстояниях (несколько км). Скорость передачи данных от 1 до 10 Мбит/с.

В настоящее время имеется сетевое оборудование, позволяющее обеспечить передачу данных по коаксиальному кабелю со скоростями до 50-100 Мбит/с. При использовании широкополосного коаксиального кабеля можно обеспечить скорость передачи данных в сети 500 Мбит/с (500 Мбод). Коаксиальный кабель - это тип электрокабеля, в котором центральный провод (жила), защищенный изоляцией, окружен металлическим (плетеным) экраном.

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа - телефонных, телевизионных и компьютерных. Ниже приводятся основные типы и характеристики этих кабелей.

  1. RG-8 и RG-11 - "толстый" коаксиальный кабель, разработанный для сетей Ethernet 10 Base-5. Имеет волновое сопротивление 50 Ом и внешний диаметр 0,5 дюйма (около 12 мм). Этот кабель имеет достаточно толстый внутренний проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц). Этот кабель сложно монтировать - он плохо гнется.
  2. RG-58/U, RG-58 A/U и RG-58 C/U - разновидности "тонкого" коаксиального кабеля для сетей Ethernet 10 Base-2. Кабель RG-58/U имеет сплошной внутренний проводник, а кабель RG-58 A/U - многожильный. Кабель RG-58 C/U проходит "военную приемку". Все эти разновидности кабеля имеют волновое сопротивление 50 Ом, но обладают худшими механическими и электрическими характеристиками по сравнению с "толстым" коаксиальным кабелем. Тонкий внутренний проводник 0,89 мм не так прочен, зато обладает гораздо большей гибкостью, удобной при монтаже. Затухание в этом типе кабеля выше, чем в "толстом" коаксиальном кабеле, что приводит к необходимости уменьшать длину кабеля для получения одинакового затухания в сегменте. Дня соединения кабелей с оборудованием используется разъем типа BNC.
  3. RG-59 - телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Широко применяется в кабельном телевидении.
  4. RG-62 - кабель с волновым сопротивлением 93 Ома, использовался в сетях Arcnet, оборудование которых сегодня практически не выпускается.

Коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом (то есть "тонкий" и "толстый") описаны в стандарте EIA/TIA-568. Новый стандарт EIA/TIA-568A коаксиальные кабели не описывает, как морально устаревшие.

Основные характеристики коаксиальных кабелей

Достоинства коаксиального кабеля:

Система DEC Connect фирмы DEC

Концепция данной системы базируется на применении тонкого 50-омного кабеля и вобрала в себя многие лучшие достижения, используемые в системах типа VAX [9, 10, 22].

З.2.1.2. Кабельные системы компьютерных сетей на основе витой пары

Витая пара - кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины.

Витая пара проводников выполняется с целью уменьшения электрических помех извне при распространении сигналов по кабелю. Витая пара может быть как экранированной (shielded), так и неэкранированной (unshielded), вид кабелей приведен на рис. 3.4. Терминология конструкций экрана неоднозначна, здесь используются слова braid (оплетка), shield и screen (экран, защита), foil (фольга), tinned drain wire (луженый «дренажный» провод, идущий вдоль фольги и слегка ее обвивающий).

Кабельные системы компьютерных сетей на основе неэкранированной витой пары (UTP)

Неэкранированная витая пара (НВП) больше известна по аббревиатуре UTP (Unshielded Twisted Pair). Если кабель заключен в общий экран, но пары не имеют индивидуальных экранов, то, согласно стандарту (ISO 11801), он тоже относится к неэкранированным витым парам и обозначается UTP или SUTP. К ним же относится ScTP (Screened Twisted Pair) или FTP (Foiled Twisted Pair) - кабель, в котором витые пары заключены в общий экран из фольги, а также SFTP - кабель, у которого общий экран состоит из фольги и оплетки.

Медный не экранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий. Кабели категорий 1 и 2 были определены в стандарте EIA/TIA-568, но в стандарт 568А уже не вошли, как устаревшие.

Кабели категории 1 (Categoryl) применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 г. это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории - способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 г. когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт EIA-568A. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 витка на 1 фут. Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и голоса, и данных.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Они обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях

Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с - FDDI (с физическим стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы - АТМ на скорости 155 Мбит/с и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с (вариант Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 стал стандартом в июне 1999 г.). Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля совместно с оптоволоконными системами.

Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5 имеют следующие значения:

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в четырехпарном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса [9, 10, 22].

Кабельные системы компьютерных сетей на основе экранированной витой пары (STP).

Система стандартов кабельных систем была впервые опубликована в 1984 г. и была использована в качестве основы для ЛВС "Token Ring". Это стандарт сети, выпускаемый IBM. Экранированная витая пара (ЭВП), она же STP (Shielded Twisted Pair), имеет множество разновидностей, но каждая пара обязательно имеет собственный экран:

STP с обозначением вида «Туре хх» - «классическая» витая пара, введенная IBM для сетей Token Ring. Каждая пара этого кабеля заключена в отдельный экран из фольги (кроме типа 6А), обе пары заключены в общий плетеный проволочный экран, снаружи всё покрыто изоляционным чулком, импеданс - 150 Ом. Провод может быть одножильным или многожильным калибра 22-26 AWG. Одножильный кабель 22 AWG может иметь полосу пропускания до 300 МГц.

STP категории 5 - общее название для кабеля с импедансом 100 Ом, имеющего отдельный экран для каждой пары и различное исполнение (фольга, оплетка, их комбинация). Иногда под этим же названием идет кабель, имеющий только общий экран (фирма АМР).

PiMF (Pair in Metal Foil) - кабель, в котором каждая пара завернута в полоску металлической фольги, а все пары находятся в общем экранирующем чулке. От STP Туре 1 этот кабель отличается числом пар (здесь их четыре) и более широкой полосой частот (выпускается и на 600 МГц).

SSTP (Shielded-Screened Twisted Pair) категории 7 - кабель, аналогичный PiMF.

Наибольшее распространение получили кабели с числом пар 2 и 4. Существуют и двойные конструкции — два кабеля по две или четыре пары заключены в смежные изоляционные чулки. В общий чулок могут быть заключены и кабели STP+UTP. Из многопарных популярны 25-парные, а также сборки по 6 штук 4-парных. Кабели с большим числом пар (50, 100) применяются только в телефонии, поскольку изготовление многопарных кабелей высоких категорий - задача очень сложная.

Каждая пара кабеля имеет свой шаг скрутки, отличающийся от соседних. Этим обеспечивается снижение взаимной индуктивности и емкости проводов пар, а следовательно, и снижение перекрестных наводок. Поскольку от шага скрутки зависят волновые характеристики пары, пары в кабеле не идентичны. Каждая пара в отрезке кабеля имеет свою «электрическую длину», определяемую через время распространения сигнала и номинальную (для данного кабеля) скорость распространения волны. Иногда применяют переменный шаг скрутки для каждой пары — это выравнивает усредненные параметры пар при сохранении допустимого уровня перекрестных помех.

Кабели чаще всего бывают круглыми - в них элементы собираются в пучок. Существуют и плоские кабели, используемые в телефонии для подключения оконечного оборудования, но в них пары проводов обычно не скручены, так что высокие рабочие частоты для них не реализуемы. Существуют и плоские специальные кабели для прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями, среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.

Проводники могут быть жесткими одножильными (solid) или гибкими многожильными (stranded или flex), состоящими обычно из 7 проволочек (7-strand). Кабель с одножильными проводами обладает лучшими и более стабильными характеристиками. Его применяют в основном для стационарной проводки, которая составляет наибольшую часть в кабельных линиях. Гибкий многожильный кабель применяют для соединения оборудования со стационарной проводкой и коммутационных шнуров [9, 10, 22].

Стандарт IBM

Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся на типы: Туре 1, Туре 2,..., Туре 9.

Основным типом экранированного кабеля является кабель Туре 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Туре 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5. Однако волновое сопротивление кабеля Туре 1 равно 150 Ом (UTP категории 5 имеет волновое сопротивление 100 Ом), поэтому простое «улучшение» кабельной проводки сети путем замены не экранированной пары UTP на STP Туре 1 невозможно. Трансиверы, рассчитанные на работу с кабелем, имеющим волновое сопротивление 100 Ом, будут плохо работать на волновое сопротивление 150 Ом. Поэтому при использовании STP Туре 1 необходимы соответствующие трансиверы. Такие трансиверы имеются в сетевых адаптерах Token Ring, так как эти сети разрабатывались для работы на экранированной витой паре. Некоторые другие стандарты также поддерживают кабель STP Туре 1 (например, lOOVG-AnyLAN), а также Fast Ethernet. В случае, если технология может использовать UTP и STP, нужно убедиться, на какой тип кабеля рассчитаны приобретаемые трансиверы. Сегодня кабель STP Туре 1 включен в стандарты EIA/TIA-568A, ISO 11801 и EN50173, т. е. приобрел международный статус.

Экранированные витые пары используются также в кабеле IBM Туре 2, который представляет кабель Туре 1 с добавленными двумя парами не- экранированного провода для передачи голоса.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM.

Здесь предусмотрено использование следующих кабельных систем.

Кабель типа 1. Используется для передачи данных. Это кабель с медной основой. Состоит из двух витых пар, изготовлен из жестких проводников и размещенных во втором экране из фольги. Сверху покрыт изоляционным слоем. Кабели данного типа используются для соединений терминалов, расположенных в производственных помещениях.

Кабель типа 2. Предназначен для передачи данных и телефонной связи. Он аналогичен предыдущему, но имеет еще четыре витых пары. Конструктивно выпускается в обычном и особо защищенном исполнении.

Кабель типа 3. Этот телефонный кабель состоит из четырех витых пар с внешней изоляцией. Так как данный тип кабеля не защищен, то он более подвержен помехам.

Кабель типа 5. Оптоволокно. Данный тип состоит из 2-х волокон 100 и 140 микрон. 100-микронное волокно - сердцевина, которая окружена 140-микронной оболочкой. Сердцевина и оболочка - многомодовые (не относится к витой паре).

Кабель типа 6. Монтажный кабель. Данный тип кабеля предназначен для соединения с розетками. Состоит из 2-х витых пар на основе стандартного проводника и является более гибким и удобным.

Кабель типа 8. Нужен для прокладки коммуникаций под коврами. Удобен для применения в офисах или рабочих помещениях, где нет капитальных стен. Состоит из 2-х витых пар с жесткими проводниками в плоской оболочке.

Кабель типа 9. Более дешевая версия кабеля типа 1 с уменьшенными на 1/3 предельными расстояниями обмена данными. Состоит из двух витых пар и гибких проводников.

Система PDS AT&T

Система базируется на неэкранированных витых парах, применяемых в телефонии. Передает речь/данные. Компоненты данной системы являются более дешевыми по сравнению со стандартом IBM.

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 - до 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Специалисты в области построения и проектирования сетей сомневаются в необходимости применения кабелей категории 7. По стоимости выходит на уровень волоконно-оптических кабелей, а по технологическим показателям ниже.

Витая пара имеет следующие технические характеристики:

Наибольшее распространение получили кабели с числом пар 2 и 4. Существуют и двойные конструкции - два кабеля по две или четыре пары заключены в смежные изоляционные чулки. В общий чулок могут быть заключены и кабели STP+UTP. Из многопарных популярны 25-парные, а также сборки по 6 штук 4-парных. Кабели с большим числом пар (50, 100) применяются только в телефонии, поскольку изготовление многопарных кабелей высоких категорий - задача очень сложная.

Каждая пара кабеля имеет свой шаг скрутки, отличающийся от соседних. Этим обеспечивается снижение взаимной индуктивности и емкости проводов пар, а следовательно, и снижение перекрестных наводок. Поскольку от шага скрутки зависят волновые характеристики пары, пары в кабеле не идентичны. Каждая пара в отрезке кабеля имеет свою «электрическую длину», определяемую через время распространения сигнала и номинальную (для данного кабеля) скорость распространения волны. Иногда применяют переменный шаг скрутки для каждой пары - это выравнивает усредненные параметры пар при сохранении допустимого уровня перекрестных помех.

Кабели чаще всего бывают круглыми - в них элементы собираются в пучок. Существуют и плоские кабели, используемые в телефонии для подключения оконечного оборудования, но в них пары проводов обычно не скручены, так что высокие рабочие частоты для них не реализуемы. Существуют и плоские специальные кабели для прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями, среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.

Проводники могут быть жесткими одножильными (solid) или гибкими многожильными (stranded или flex), состоящими обычно из 7 проволочек (7-strand). Кабель с одножильными проводами обладает лучшими и более стабильными характеристиками. Его применяют в основном для стационарной проводки, которая составляет наибольшую часть в кабельных линиях. Гибкий многожильный кабель применяют для соединения оборудования со стационарной проводкой и коммутационных шнуров.

Соединительная аппаратура

Соединительная аппаратура обеспечивает возможность подключения к кабелям, то есть предоставляет кабельные интерфейсы. Для витой пары имеется широкий ассортимент коннекторов, предназначенных как для неразъемного, так и разъемного соединения проводов, кабелей и шнуров. Из неразъемных коннекторов распространены соединители типов S110, S66 и Krone, являющиеся промышленными стандартами. Среди разъемных наиболее популярны стандартизованные модульные соединители (RJ-11, RJ-45 и др.). Встречаются и коннекторы фирмы IBM, введенные с сетями Token Ring, а также некоторые специфические нестандартизованные коннекторы. Многопарные кабели часто соединяют 2 5-парными разъемами Telco (RJ-21). Для соединения кабелей и проводов в муфтах применяют различные сплайсы. Большинство коннекторов устанавливаются без применения пайки и по принципу обеспечения контакта относятся к классу ГОС.

Сплайсы предназначены для быстрого сращивания или разветвления кабелей в тех местах, где впоследствии не потребуется пере коммутация. В основном они применяются в телефонной части проводки. Вместо пайки, традиционной для телефонии, в них используется контакт со смешением изоляции (ГОС). Эти соединители выпускаются как в сухом исполнении, так и с заполнением водоотталкивающим гелем.

Разветвители и адаптеры — это пассивные устройства, устанавливаемые между розетками стационарной кабельной системы и интерфейсами оборудования. В их функции входит «преобразование» типа разъема, а иногда и типа соединяемых кабелей. Конструктивное исполнение может быть жестким или мягким, мягкое исполнение удобнее [5,6, 13, 22].

3.2.1.3. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Кабельные системы на базе ВОЛС

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) - световода в виде стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием называется оптическим волокном. Оптоволокно в первую очередь характеризуется диаметрами сердцевины и оболочки, эти размеры в микрометрах записываются через дробь: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Наружный диаметр волокна (с покрытием) тоже стандартизован, в телекоммуникациях в основном используются волокна с диаметром 250 мкм. Применяются также и волокна с буферным покрытием, или просто буфером (buffer), диаметром 900 мкм, нанесенным на первичное 250-мкм покрытие.

В зависимости от траекторий распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно.

Многомодовое волокно (multi mode fiber, MMF) имеет довольно большой диаметр сердцевины - 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 или 100 мкм при оболочке 140 мкм.

Одномодовое волокно (single mode fiber, SMF) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5 мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет защитное покрытие (coating) толщиной 60 мкм, называемое также защитной оболочкой.

Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели. Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1 550 (1,55), 1300 (1,3) и 850 нм (0,85 мкм). Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 и 1300 нм. Излучатели с длиной волны 850 нм существенно дешевле, чем излучатели с длиной волны 1300 нм, но полоса пропускания кабеля для волн 850 нм уже, например 200 МГц/км вместо 500 МГц/км.

Лазерные излучатели работают на длинах волн 1 300 и 1 550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.

Использование только нескольких длин волн для передачи информации в оптических волокнах связано с особенностью их амплитудно-частотной характеристики. Именно для этих дискретных длин волн наблюдаются ярко выраженные максимумы передачи мощности сигнала, а для других волн затухание в волокнах существенно выше.

Световой импульс, проходя по волокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму - «размажется». Дисперсия бывает трех видов: модовая, молекулярная и волноводная.

Модовая дисперсия (modal dispersion) в многомодовом волокне возникает из-за разности длин путей, проходимых лучами различных мод. Эта дисперсия определяется как разность времени прохождения единицы длины волокна различными модами. Ее можно уменьшать, сокращая количество мод, т.е. уменьшая диаметр сердцевины.

Спектральная дисперсия, называемая также молекулярной или материальной, вызвана тем, что волны с разной длиной распространяются в одной и той же среде с различной скоростью, что обусловлено особенностями молекулярной структуры. Поскольку источник излучает не одну волну, а спектр (пусть и узкий), лучи различной длины волны будут достигать приемника не одновременно. Молекулярная дисперсия определяется как разность времени прохождения по волокну излучения различных длин волн, отнесенная к разности длин этих волн и длине волокна. Снизить ее влияние можно уменьшением ширины полосы излучения источника и выбором оптимальной длины волны.

Волноводная дисперсия, актуальная для одномодового волокна, обусловлена разностью скоростей распространения волн по сердцевине и оболочке.

Режим передачи - одномодовый или многомодовый - определяется способом ввода света в волокно, конструкцией волокна и длиной волны источника. Ввод света для одномодового режима должен осуществляться узким лучом точно вдоль оси волокна, здесь в качестве источника можно использовать только лазер. Для многомодовой передачи может использоваться и более дешевый светодиодный излучатель, имеющий более широкую диаграмму направленности. Передача в одномодовом режиме возможна лишь при длине волны, превышающей некоторое пороговое значение. Эта пороговая длина волны определяется конструкцией волокна (диаметром сердцевины). При одномодовой передаче луч передается и по внутренней части оболочки, поэтому ее прозрачность, как и прозрачность сердцевины, влияет на затухание сигнала. Здесь световой луч характеризуется диаметром мо- дового пятна - области сечения волокна, через которую он распространяется. В многомодовом волокне через оболочку свет не идет, так что ее прозрачность несущественна.

Для многомодового волокна существует понятие равновесного распределения мод - PPM, ему соответствует английский термин EMD (equilibrium mode distribution). Эффективность переноса энергии в разных модах различна - потери в высоких модах больше потерь в низких. В реальных волокнах из-за изгибов и неоднородностей по мере движения свет может переходить из одной моды в другую. В переполненном волокне в переносе энергии участвуют и неэффективные моды. В ненаполненном волокне используются только моды низких порядков. Изначально модовое распределение определяется источником света: светодиод обычно переполняет волокно, лазер не наполняет волокно.

Многомодовое волокно делится на волокно со ступенчатым изменением показателя преломления и волокно с плавным изменением показателя преломления.

Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления.

Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления.

Кабели, применяемые в сетях, используют одномодовые и многомодовые волокна с номинальным диаметром оболочки 125 мкм в покрытии с наружным диаметром 250 мкм, которые могут быть заключены и в 900-мкм буфер. Оптический кабель состоит из одного или нескольких волокон, буферной оболочки, силовых элементов и внешней оболочки. В зависимости от внешних воздействий, которым должен противостоять кабель, эти элементы выполняются по разному.

По количеству волокон кабели подразделяют на симплексные (одножильные), дуплексные (2 волокна) и многожильные (от 4 до нескольких сотен волокон). В многожильных кабелях обычно применяются однотипные волокна, хотя производители кабеля под заказ могут комплектовать его и разнотипными (ММ и SM) волокнами [11,23].

Буфер отделяет волокно от остальных элементов кабеля и является первой ступенью защиты волокна. Буфер может быть плотным или пустотелым. Плотный буфер (tight buffer) заполняет все пространство между покрытием и внешней оболочкой кабеля. Простейшим плотным буфером является 900-мкм защитное покрытие волокна. Плотный буфер обеспечивает хорошую защиту волокна от давления и ударов, кабель в плотном буфере имеет небольшой диаметр и допускает изгиб с относительно небольшим радиусом. Недостатком плотного буфера является чувствительность кабеля к изменению температуры.

В кабеле с пустотелым буфером (loose tube) волокна свободно располагаются в полости буфера - жесткой пластиковой трубке, а оставшееся пространство может быть заполнено гидрофобным гелем. Такая конструкция более громоздка, но обеспечивает большую устойчивость к растяжению и изменениям температуры. Здесь волокна имеют длину большую, чем длина кабеля, поэтому деформации оболочки не затрагивают само волокно.

Силовые элементы обеспечивают требуемую механическую прочность кабеля, принимая на себя растягивающие нагрузки. В качестве силовых элементов используют кевларовые нити, стальные стержни, стренги из скрученной стальной проволоки, стеклопластиковые стержни. Самую высокую прочность имеет стальная проволока, но для полностью непроводящих кабелей она неприменима.

Внешняя оболочка защищает всю конструкцию кабеля от влаги, химических и механических воздействий. Кабели для тяжелых условий эксплуатации могут иметь многослойную оболочку, включающую и бронирующую рубашку из стальной ленты или проволоки. Материал внешней оболочки определяет защищенность кабеля от тех или иных воздействий, а также горючесть кабеля и токсичность выделяемого дыма.

В локальных сетях применяют кабели наружной, внутренней и универсальной прокладки. Наружные (outdoor) кабели отличаются лучшей защищенностью от внешних воздействий и более широким диапазоном допустимых температур. Внутренний (indoor) кабель, как правило, менее защищен, но и менее опасен при возгорании. Универсальный (indoor/outdoor) кабель сочетает в себе защищенность и безвредность, но, как правило, он дороже специализированного.

Распределительный (distribution) кабель состоит из множества волокон, его разделывают в распределительных коробках и панелях, корпуса которых защищают волокна от механических воздействий. Пример конструктивного выполнения кабеля.

Основные достоинства и недостатки:

  1. высокая скорость передачи данных, что значительно повышает производительность сети;
  2. высокая помехоустойчивость;
  3. трудоемкость в обслуживании волоконно-оптического кабеля;
  4. большие трудозатраты при установке и монтаже;
  5. трудности при наращивании сети и создании ответвлений;
  6. трудности при поиске неисправностей;
  7. высокая стоимость.

Первоначально в качестве материала для изготовления ВОЛС использовалось стекло. В последнее время стали применять специальный прозрачный пластик.

Применительно к различным кабельным системам объединенный график, характеризующий производительность различных кабельных систем через скоростные характеристики.

3.2.1.4. Радиоканалы. Спутниковые каналы

Радиоканалы очень бурно развиваются в настоящее время. Для передачи данных используется радиосигнал или спутниковые каналы. Многие фирмы используют радиосигнал для дублирования оптоволокна. Особенностью спутниковых каналов является то, что стоимость не зависит от расстояния, на которое осуществляется передача. Компании, представляющие услуги связи через спутниковые каналы, определяют цену в зависимости от времени и сеанса связи и от объема информации.

Спутниковая связь эффективна при условии, что данные передаются на расстояние более 800 км. В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона для приема сигнала с Земли и ретрансляции его на другую точку. На спутнике есть транспондер, который занимается передачей сигнала. Ретрансляция ведётся на другой частоте (чтобы не забивали друг друга). Сигналы со спутника могут быть приняты любой наземной станцией. Сигналы могут нести: речевые данные, данные, ТВ-сигналы.

Спутник служит электронной ретранслирующей станцией. Наземная станция А передает сигналы определенной частоты fl (канал Земля- спутник). В свою очередь, спутник получает эти сигналы и ретранслирует их для приема наземной станцией В на частоте f2 канала спутник-Земля. Сигналы по этому каналу могут быть приняты любой станцией, которая находится в зоне приема. Сигналы могут нести речевую информацию, данные, телевизионные видеосигналы.

Спутник работает на частоте 1 ГГц. Большинство спутниковых каналов используют частоты 6/4 и 14/12 ГГц.

Частоты передачи и приема отличаются с целью предотвращения наложений и помех сигналов [1, 22].