Поход на локальные сети

Штефан Марте
25.06.2003

Резкое снижение стоимости и успехи в области технологии монтажа привели к тому, что оптические системы во все возрастающем масштабе начинают использоваться при построении информационной инфраструктуры предприятия. 

Освоив глобальные и городские сети, волоконная оптика продолжает свое победное шествие теперь в локальных сетях. Ее применение позволяет забыть о проблемах электромагнитной совместимости, гарантирует достаточно эффективный уровень защиты от несанкционированного доступа и обеспечивает передачу информации на большие расстояния с очень высокой скоростью. Перечень этих достоинств дополняется простотой инсталляции. Ряд предприятий промышленности, торговли, банковского сектора и страхового бизнеса использует свою волоконно-оптическую проводку не только для передачи Fibre Channel и Gigabit Ethernet, но и для поддержки 10 Gigabit Ethernet и систем спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM). 

На крупных промышленных предприятиях на магистральных участках прокладываются пучки оптических кабелей с общим числом волокон от 60 до 196, на соединительных линиях к зданиям обычными являются емкости от 24 до 48 волокон. Связь между отдельными этажами внутри здания часто обеспечивают посредством кабелей с 24 волокнами, содержащими, например, 12 одномодовых и 12 многомодовых световодов. Оптические волокна изготавливаются из кварцевого стекла (окиси кремния) с очень высокой степенью очистки. Световод имеет так называемые окна прозрачности, т. е. позволяет передавать информацию с достаточно низкими потерями на волнах определенной длины. Этим окнам соответствуют различные интервалы спектрального диапазона (см. Таблицу 1).

Рисунок 1. Любой волоконный световод содержит 
стеклянные сердцевину и оболочку, а также защитное покрытие.

Волоконные световоды делятся на несколько типов, но все они имеют одинаковую структуру (см. Рисунок 1), состоявшую из стеклянной сердцевины (core), стеклянной оболочки (cladding) и защитного покрытия (coating). 

Кроме того, в состав оптического кабеля вводятся силовые элементы и элементы защиты от грызунов (см. Рисунок 2). Показатель преломления материала сердцевины превышает значение аналогичного параметра материала оболочки. В результате обеспечивается полное внутреннее отражение, и свет распространяется исключительно внутри сердцевины.

Рисунок 2. Конструкция кабеля.

1 — Оболочка (из материала с противопожарными свойствами)
2 — Силовой элемент
3 — Разрывная нить
4 — Опорный элемент
5 — Трубчатый модуль
6 — Волоконный световод 
Источник: WIR Electronic 

В зависимости от решаемой задачи на практике применяются многомодовые и одномодовые световоды. Многомодовые волокна, популярные в локальных сетях, одинаково хорошо передают оптическое излучение на всех длинах волн. Одномодовые волокна оптических кабелей, используемых в глобальных и городских сетях, пропускают волны только в определенных спектральных диапазонах, например лишь во втором и в третьем окнах прозрачности. Прокладка волоконных световодов, как, впрочем, и самого кабеля, — достаточно дорогостоящая операция, поэтому из экономических соображений вместо фактически необходимого числа целесообразно прокладывать больше волокон. Эти дополнительные световоды выполняют роль резерва на перспективу и называются темными волокнами (dark fiber). 

Многомодовые волокна могут иметь два различных диаметра сердцевины: 50 и 62,5 мкм. При формировании тракта передачи применение волокон двух различных типов недопустимо, так как в точке перехода от волокна с большим диаметром сердцевины к волокну с меньшим значением этого параметра возникают существенно большие потери, чем при передаче в противоположном направлении. Типичными рабочими длинами волн многомодовых волокон являются 850 нм (например, интерфейс 100BaseSX) и 1310 нм (интерфейс 1000BaseLX). Дальность связи по 50-микронному волокну максимальна на длине волны 1310 нм (см. Таблицу 2). 

Одномодовые волокна отличаются очень низким затуханием и эффективны для передачи информации на большие расстояния. Их характеристики оптимизированы для работы на длинах волн 1310 и 1550 нм. При длине волны 1550 нм достигается максимальная дальность связи. Кроме того, большинство современных оптических усилителей с добавлением эрбия (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA) рассчитано именно на данную длину волны. 

Гарантированный срок службы волоконных световодов составляет по меньшей мере 25 лет. Поэтому в процессе прокладки оптических кабелей наряду с соблюдением радиусов изгибов и ограничений по растягивающим усилиям важно тщательно документировать сеть. Территориальная магистраль в большинстве случаев создается в соответствии с кольцевой топологией, отводы к зданиям выполняются по схеме соединения «точка-точка». 

Злейшие враги оптических кабелей грызуны. Эффективную защиту от повреждения кабелей внешней прокладки обеспечивают броневые покровы, в кабелях внутренней прокладки для этого служат различные стекловолоконные оплетки. 

Техника соеднинения
Волоконные световоды приходится соединять друг с другом как на коммутационной панели, так и при подключении сетевого оборудования. В зависимости от поставленной задачи различают постоянное (выполняемое с помощью сварки) или разъемное соединение. Наилучшим решением с точки зрения вносимых потерь является сварное соединение. Благодаря эффекту самоцентрирования расплавленного стекла, поверхностное натяжение оказывается минимальным, а переход однородным. Не менее важно обеспечить качественное разъемное соединение. Для этого существует множество решений. 

В процессе монтажа штекерного разъема волоконный световод вклеивают с помощью эпоксидной смолы в цилиндрический наконечник. Такая конструкция обеспечивает эффективную защиту волокна от воздействия влаги и колебаний температуры. Наконечники изготавливают из различных материалов: пластмассы, металлических сплавов (например, мельхиора) или керамики (окиси циркония). Волокно в торцевой плоскости наконечника шлифуют и полируют для получения плоской, гладкой и чистой поверхности в области соединения. Корпус вилки и кримпирующее кольцо защищают от механических нагрузок. 

Все конструкции оптических разъемов нацелены прежде всего на достижение идеального контакта торцевых поверхностей соединяемых волокон. Для минимизации потерь необходимо обеспечить минимальное значение радиального и углового смещения, а также зазора между сращиваемыми световодами (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Для минимизации потерь соединение волокон должно выполняться встык.

Качество выполнения разъемного штекерного соединения измеряется вносимым им затуханием. Кроме того, в одномодовых разъемах следует дополнительно контролировать величину обратных отражений: отношение мощностей падающего и отраженного светового потока. В любом разъеме необходимо добиваться минимального вносимого затухания (не более 0,2 дБ) и высокого значения затухания обратного рассеяния. В частности, в одномодовых оптических разъемах последний параметр должен составлять 45 дБ, а в системах кабельного телевидения и того больше — 65 дБ, так как полупроводниковые лазеры очень чувствительны к отражениям. Некоторые из разновидностей штекерных разъемов изображены на Рисунках 4 и 5. Корпуса элементов одномодовых разъемов имеют синий цвет, а многомодовых — бежевый. Установка этих соединителей вполне возможна в полевых условиях.

Рисунок 4. Байонетный оптический разъем типа ST
получил широкое распространение, разъем типа Е2000
отличается очень компактной конструкцией и наличием защитной крышки.

Многие предприятия в своих локальных сетях применяют волокна с диаметром сердцевины 50 мкм. Нельзя не отметить очевидную тенденцию к возрастанию объемов использования одномодовых кабелей в составе подсистемы как внешних, так и внутренних магистралей.

Рисунок 5. Другие популярные типы оптических разъемов.

Все чаще пользователи выражают недовольство наличием значительного числа собственных нестандартных решений производителей оптических разъемов. Они высказываются за единообразие предложений. В роли наиболее вероятного претендента на такой разъем выступает в настоящее время Е-2000 (данное утверждение справедливо исключительно для центральноевропейских стран — прим. пер.). Он представляет собой удачное сочетание удобства в работе и высокой плотности портов. Широкое распространение получили разъемы SC и ST. Тем не менее можно констатировать, что отсутствие единого стандартного оптического разъема не препятствует внедрению волоконно-оптических сетей в информационную инфраструктуру предприятий самых разнообразных отраслей. 

Статья опубликована с разрешения журнала сетевых решений "LAN", №06 2003