Основы волокно-оптических линий связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ ВОЛОКНО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Кожакова Лейла Коспановна

Алматинский университет энергетики и связи

В данной работе выполнен обзор волоконно-оптических линий связи, разновидность и область применения оптических волокон.

Волоконно-оптические сети совершили прорыв в информационно-деловой сфере жизни человека - это самое перспективное направление в области связи. Это связано с громадной пропускной способностью оптических каналов: она на несколько порядков выше, чем у информационных линий использующих медный кабель.

На сегодняшний день наиболее перспективным способом организации передачи информации по средству проводов является ВОЛС. ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) - это инновационные системы передачи информации по оптическим диэлектрическим волноводам (оптическому волокну). В отличие от медных кабельных систем, несущей средой ВОЛС, является оптоволокно, опередившее время на десятки лет в том, что касается преимуществ данного вида кабеля. Это, прежде всего, связано с тем, что ВОЛС обеспечивает:

- наибольшую пропускную способность, т.е. широкая полоса пропускания. Это обусловлена тем, что имеет чрезвычайно высокую частоту несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации. оптический кабель сетевой высокоскоростной

- наименьшие потери оптических каналов, т.е. малое затухание светового сигнала в волокне - 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в пересчете на один километр. Это, а также малая дисперсия, позволяет возводить участки ВОЛС длиной до 100 км без ретрансляторов.

- невосприимчивость к электромагнитным полям, т.е. высокая помехозащищенность - поскольку ВОК - диэлектрик, то линии ВОЛС невосприимчивы к электромагнитным помехам, вплоть до перекрестного влияния электромагнитного излучения.

- наибольшие расстояния передачи данных.

- наибольшая безопасность связи. Пожаробезопасность ВОК вызвана отсутствием искрообразования в оптоволокне. Это повышает безопасность сетевой инфраструктуры на химических и других предприятиях, связанных с повышенным риском.

- наивысшее качество, компактность и долговечность оптоволокна приводит к длительному сроку эксплуатации - у оптических волокон процесс деградации, а значит, и затухания сигнала, значительно замедлен, поэтому срок службы ВОЛС составляет до 25 лет, поэтому ремонт оптоволоконного кабеля требуется в очень редких случаях.

- экономичность - оптоволокно изготовлено из кварца, основу которого составляет широко распространенная двуокись кремния, вот почему, в отличие от меди, волоконно-оптический кабель более дешевый. Притом, что строительство ВОЛС обходится дороже, чем прокладка традиционной СКС, оптическое волокно по своей стоимости относится к медной паре как 2:5. К тому же, благодаря высокой дальности сигнала ВОЛС, можно сэкономить на ретрансляторах - для оптики они ставятся на расстоянии до 100 км, тогда как для медного кабеля потребуется всего несколько километров.

- информационная безопасность. Оптоволокно имеет свойство не излучать в радиодиапазоне, что позволяет уберечь передаваемые по нему данные от перехвата. Вот почему волоконно-оптические линии связи ВОЛС незаменимы в учреждениях, предъявляющих к защищенности информации повышенные требования (банки, правоохранительные органы и т. д.).

- малый вес и объем - в расчете на одинаковую пропускную способность, по сравнению с медной парой, волоконно-оптический кабель имеют меньший вес и объем. Небольшой вес и габариты. Диаметр оптоволоконного кабеля, как минимум, в 4 раза меньше медного при той же пропускной способности.

Оптические волокна производятся разными способами, обеспечивают передачу оптического излучения на разных длинах волн, имеют различные характеристики и выполняют разные задачи. Все оптические волокна делятся на две основные группы:

· многомодовые MMF (multi modefiber)

· одномодовые SMF (single mode fiber).

Многомодовые волокна подразделяются на:

· ступенчатые (step index multi-mode fiber)

· градиентные (graded index multi-mode fiber)

Одномодовые волокна подразделяются на:

· ступенчатые одномодовые волокна (step indexsingle mode fiber) или стандартные волокна SF (standard fiber)

· со смещенной дисперсией DSF (dispersion-shifted single mode fiber)

· с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (non-zero dispersion-shifted single mode fiber)

Многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный. Одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь (рис.1), в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.

Рисунок 1 - прохождение светового луча в одномодовом кабеле

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс (рис.2), в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 - 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 - 5 км. Многомодовый кабель - это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 - 20 дБ/км.

Рисунок 2 - прохождение светового луча в многомодовом кабеле

Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4--5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении пленум (plenum) и не пленума (nonplenum). Для прокладки кабеля через пленум (пространство между стенами и между полами и потолками для вентиляции) служит специальный пленумный кабель, не выделяющий при горении токсичных газов, которые при попадании в воздух будут через пленум распространены по всему зданию. Пленумный кабель заключен в оболочку из огнеупорного материала (тефлона), которая, в отличие от кабеля с обычной пластиковой оболочкой, при горении не выделяет токсичных газов. Оптоволоконный кабель известен уже долгое время, его поддерживали даже ранние стандарты Ethernet для пропускной способности 10 Мбит/с. Первый из них получил название FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link), а последующий - 10BaseF. Несмотря на это, оптоволокно позиционируется как высокоскоростная сетевая технология, и сегодня фактически все применяемые протоколы Канального уровня используют его в той или иной форме. Вот некоторые из них:

Ш Fast Ethernet (100BaseFX);

Ш Gigabit Ethernet (1000BaseFX);

Ш Token Ring;

Ш Fiber Distributed Data Interface (FDDI);

Ш 100VG-AnyLAN;

Ш Asynchronous Transfer Mode;

Ш Fibre Channel.

Как и медный, оптоволоконный кабель обычно применяется в сетях топологии "шина" или "звезда", хотя протокол FDDI популяризирует "двойное кольцо" (double ring), которое в целях обеспечения отказоустойчивости состоит из двух резервных "колец", по которым трафик передается в противоположных направлениях.

Каждый оптоволоконный кабель, будто он одномодовым или многомодовым оптическим кабелем предназначен для своих целей. У одномодового волокна ниже затухание на километр, больше широкополостность, немного выше цена за линию. А у многомодовой затухание выше, меньше широкополостность, немного дешевле линия за счет более дешевых приемо-передатчиков.

Общее правило прокладки ВОК (волоконно-оптический кабель) - внутри здания (до 500 метров) предпочтительней многомодовое волокно, за пределами здания (больше 500 метров) - одномодовый волокно. Хотя бывают и исключения, например, когда объединяется группа зданий, то можно сделать все на одномодовом волокне (для унификации). Хотя, это и дорого и проблем немало. Например, низкое затухание на малых расстояниях, что приводит к перенасыщению приемника и неработоспособности линии. Многомодовое волокно постепенно «сходит со сцены», хотя произойдет это не завтра и не через год. А это значит, что нужно считать и думать какой именно ВОК предпочтительней в каждом конкретном случае.

Список литературы

1. Сети следующего поколения NGN./ под ред. А.В. Рослякова.- М.: Эко-Трендз, 2009.

2. Убайдуллаев Р.Р. «Волоконно-оптические сети». ЭКО-ТРЕНДЗ, М., 1998.

3. Петренко И.И., Убайдуллаев Р.Р. Пассивные оптические сети PON. Часть 1. Архитектура и стандарты, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2004, № 1

Размещено на Allbest.ru