Середовища передавання даних

Середовища передавання в комп'ютерних мережах. Техніко-експлуатаційні характеристики середовищ. Ефірні середовища. Порівняння радіо-, мікрохвильового, інфрачервоного та ультра-хвильових каналів. Коаксіальні кабелі та їхня характеристика. Волоконно-оптичний кабель у KM. Скручена пара в KM. Сертифікація кабелів KM. Категорії кабелів.
3.1. Середовища передавання у комп'ютерних мережах
3.2. Електромагнітне випромінювання та електромагнітна невразливість. Завади
3.1. Середовища передавання у комп'ютерних мережах
Техніко-експлуатаційні характеристики середовищ передавання такі: час і швидкість поширення сигналів, вартість, швидкість загасання сигналу на одиницю довжини кабелю з урахуванням його частоти, опір одного метра, маса одного метра, завадостійкість у різних навколишніх середовищах, випромінювання в довкілля. Серед цих характеристик та параметрів визначають загальні, наприклад, швидкість передавання, завадостійкість, випромінювання, вар-тість, а також специфічні, властиві тільки конкретному типу середовища передавання.
Параметр електромагнітного випромінювання (ЕМВ) в довкілля характеризує ступінь та параметри паразитного випромінювання, що генерується під час передавання сигналу кабелем (див. Д.3.2, Д. 3.4).
У KM можна використовувати такі середовища передавання.
Ефірні середовища
Передавання в ефірних середовищах відбувається без використання кабелів. Залежно від частоти передавання ефірні канали поділяють на радіо-, інфрачервоні, ультракороткохвильові, мікрохвильові, лазерні.
Будь-який радіоканал формується на певній частоті-носію. Інформація по ньому передається за допомогою модульованого радіосигналу. Канал має незначну швидкість передавання (20-150 Кбіт/с), середню вартість, доступний для всіх видів радіозавад, працює тільки в межах радіодосяжності. Його використовують головно в пересувних станціях.
В інфрачервоному каналі сигнали інфрачервоних частот передають малогабаритні передавачі та приймають чутливі приймачі. Канал працює тільки в межах прямої оптичної видимості. Він нечутливий до електромагнітних завад. Відстань між станціями - до 3 км, швидкість передавання - 2-4 Мбіт/с. Приймачі та передавачі інфрачервоного діапазону досить дешеві. Недоліки каналу: недовговічність апаратури, велике загасання сигналів, якщо погана прозорість повітря (наприклад, є запиленість).
Для налагодження ультракороткохвильового каналу потрібна ультракороткохвильова приймальна та передавальна апаратура. Передавання відбувається за допомогою частотно-модульованих сигналів у досить широкому діапазоні частот. Це дає змогу створити велику кількість каналів. Інформація передається на відстань 0,7-1,5 км зі швидкістю 20-40 Мбіт/с. Переваги каналу такі: мала потужність апаратури, наявність великої кількості каналів, можливість роботи в умовах поганої та непрямої видимості. Загалом ультракороткохвильовий канал має таку ж ефективність, як і радіоканал.
У мікрохвильовому каналі використано нову форму середовища передавання даних. Сигнали випромінюють спеціальні лазери, а приймають фотоприймачі. Канал добре працює в зоні прямої видимості. Інформація передається на відстань 15-20 км зі швидкістю до 20 Гбіт/с. Апаратура каналоутворення сьогодні є досить дорогою і недостатньо досконалою.
Загалом ефірними середовищами передають до кількох відсотків загального обсягу інформації KM. Сьогодні значення таких середовищ у KM зростає, що пов'язане з розвитком мереж бездротового передавання (див. Розділ 20).
Коаксіальний кабель
Коаксіальні кабелі поряд зі скрученою парою є найпоширенішим середовищем переда-вання даних у KM. Вони мають високу швидкість передавання, завадостійкість, довговічність, помірну вартість. Для них розроблені прості засоби з'єднання з ЛМ.
Коаксіальний кабель має будову, зображену на рис. 3.1. Сигнал даних передається по центральній жилі кабелю, що виготовлена з міді або алюмінію. Навколо центральної жили є діелектрична оболонка. Для ліпшого захисту від завад цю оболонку поміщають у плетений екран або у фольгу та екран. Екрани добре захищають сигнал від електричних завад, проте не від магнітних. Навколо екрана є ізоляційна оболонка. Інколи такі прості коаксіальні кабелі об'єднують спільною оболонкою.
За техніко-експлуатаційними характеристиками розрізняють широко- та вузькосмугові коаксіальні кабелі.
Широкосмугові кабелі використовують для аналогового, широкосмугового передавання. Смуга перепускання такого кабелю, як звичайно, розділена на декілька аналогових каналів з різними частотами-носіями. Вона залежить від марки кабелю і може сягати 2-3 ГГц. Кабелі мають швидкість передавання сигналу 300-3000 Мбіт/с, загасання сигналу на частоті 100 МГц не більше 7 Дб на 100 м. Термін придатності - 10-12 років. Подовжинна затримка поширення сигналів - 2-5 нс/м.
Вузькосмугові кабелі застосовують для цифрового передавання. Вони мають швидкість передавання не більше 80 Мбіт/с, загасання сигналів на частоті 10 МГц — 4 Дб на 100 км. Решта параметрів збігається з аналогічними в широкосмугових кабелях.
Найуживанішими у ЛМ коаксіальними кабелями є RG-8 (товстий Ethernet) та RG-59 (тонкий Ethernet). Для приєднання до коаксіального кабелю використовують такі роз'єднувачі
AU1 (Attachment Unit Interface) - товстий Ethernet,
BNC (Barrel Network Connector) - тонкий Ethernet.
Сфера застосування коаксіальних кабелів у KM невпинно звужується. У сфері магістральних сполучень їх витісняють волоконно-оптичні кабелі, які мають більшу смугу перепускання та менші втрати сигналу, а у локальних підсистемах - дешевша та простіша у прокладані й експлуатації скручена пара. Водночас широкосмугові коаксіальні кабелі мають ширшу смугу перепускання, ніж скручена пара, вони дешевші, надійніші та легші у прокладанні, ніж волоконно-оптичні. Вони ліпше, ніж скручена пара, придатні для передавання широкосмугового відеосигналу, їх широко застосовують оператори кабельного телебачення, а також у відеосистемах. Значна база вже встановлених коаксіальних кабелів та потреба їхнього використання в наявних мережах (захист інвестицій) потребує підтримки коаксіальних кабелів у стандартах сучасних KM. .
Волоконно-оптичний кабель
У цих кабелях як фізичне середовище використовують прозоре скловолокно. Будову кабелю показано нарис. 3.2. У центрі розташоване скловолокно, виготовлене з прозорого матеріалу. Це волокно має оболонку з меншим коефіцієнтом заломлення, завдяки чому промінь світла відбивається від нього. Оболонку волоконно-оптичного кабелю (ВОК) виготовляють з плавною або ступінчастою зміною коефіцієнта заломлення. Ступінчасті кабелі дешевші та простіші. У них більше послаблюється сигнал. У Градієнтних кабелях значно менші послаблення сигналу, що дає змогу на порядок збільшити швидкість передавання. Оболонка має зовнішнє захисне покриття, іноді з елементами жорсткості, що виготовлені зі сталі, для надання кабелю більшої механічної стійкості. Матеріали кабелю у порядку зниження якості: одномодове кварцове скло, градієнтне скло, силікатне скло з пластиковим покриттям, пластик.
Нерідко ВОК позначають як сукупність діаметрів серцевини та оболонки (у мікрометрах),
наприклад, 9/125, 50/125, 62.5/125. !·
Розрізняють два типи ВОК: одно- та багатомодові. Модою називають світлову електро-магнітну хвилю певної форми (див. Д. 3.1). У промені світла (навіть однієї довжини хвилі), як звичайно, є декілька мод. Водночас можна підібрати геометричні та оптичні параметри волокна так, що буде тільки одна мода.
В одномодових волокнах серцевина має діаметр 5-10 мкм. У такому кабелі діаметр волокна сумірний з довжиною хвилі сигналу, тому в кожний момент часу може поширюватись сигнал тільки однієї моди. Такий кабель забезпечує найменше загасання сигналу (до 2 дБ/км, 0,7 дБ/км), у ньому нема міжмодової дисперсії. Для генерування світла використовують напів
провідникові лазери. Передавання інформації відбувається на довжинах хвиль 1.300,1.550 мкнм. Смуга перепускання - 2 ГГц. Власне в одномодовому кабелі ще 1990 р. вдалося передати сигнал за швидкості 1 Гбіт/с на відстань 8000 км без проміжного підсилення. Одномодові кабелі потребують прецизійного обладнання, вони дешевші від багатомодових, високою є вартість лазерів та фотоприймачів. Параметри волоконно-оптичних кабелів детальніше наведені в Д.3.2.
У багатомодових волокнах діаметр серцевини близько 50, 62.5 мкм. Одночасно відбувається передавання декількох мод. Поширення кількох променів може призвести до спотворення сигналу внаслідок інтерференції.
Для генерування світла використовують світлодіоди. Передавання інформації відбувається на хвилях 1.3 та 0.85 мкм. Смуга перепускання - 800-900 МГц, вона залежить від довжини лінії. Загасання сигналу 0.5-7.0 дБ/км. Багатомодові кабелі дорожчі, однак простіші в експлуатації, ніж одномодові. Однак вони мають більше загасання та меншу відстань передавання.
Останнім часом, завдяки поширенню технології Gigabit Ethernet, а також унаслідок непридатності світлодіодів з метою передавання в таких мережах, для багатомодових кабелів використовують лазери VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), які працюють у діапазоні 850 нм (SX) і значно дешевші (за даними фірми IT-у п'ять разів), ніж лазери діапазону 1300hm(LX), що їх використовують в одномодових мережах.
У волоконно-оптичних кабелях значно менше (порівняно з коаксіальними) загасання сигналів, вища швидкість передавання, широка частотна смуга передавання, вони нечутливі до електромагнітних завад. Водночас вони мають малу механічну стійкість, їх не можна гнути, терти, пересувати, вони не витримують вібрації. Якщо ж волоконно-оптичний кабель розірвано, то його можна заварити (що потребує складного та дорогого обладнання) або з'єднати механічно. Зварне з'єднання дає менші втрати сигналу (до 0.1 дБ) порівняно з механічним (близько 0.25 дБ). Уважають, що ВОК ліпше захищені від прослуховування. Набагато ліпші у волоконно-оптичних кабелів і параметри ЕМІ; випромінювання в навколишнє середовище практично нема, такі кабелі відповідають найсуворішим екологічним вимогам.
Сигнал у ВОК поширюється завдяки збільшенню та зменшенню інтенсивності світла. Передавання напівдуплексне і більшість ВОК KM містить два волокна-для передавання інформації в обох напрямах. Для ВОК використовують такі роз'єднувачі: ST - однонапрямлений, SC - подвійний, FC, Е2000. Роз'єднувачі для ВОК допускають невелику кількість вмикань/вимикань (до 1000).
Перші волоконно-оптичні мережі великої довжини для передавання сигналів мовлення почали прокладати у 1977 р. Вони перепускали потік DS3 (45 Мбіт/с), та щокілька десятків миль потребували повторювачів. Тепер волоконно-оптичні системи працюють зі швидкостями, що перевищують 1 Тбіт/с на відстані понад 3000 км без підсилення.
Максимальна швидкість передавання з використанням світлодіодів декілька сотень Мбіт/с, тоді як лазери працюють зі швидкостями 10 Гбіт/с та більше. Старі лазери генерували чистий сигнал однієї частоти. Справжнім проривом стала поява лазерів, що переналаштовуються на різні довжини хвиль. Інше досягнення - розробка волоконно-оптичного кабелю з малими втра-тами. В 1970-х роках втрати були близько 20 дБ на 1 км. Сучасні кабелі дають втрати близько 0.3 дБ на 1 км. Такі кабелі потребують дуже чистих матеріалів. Наприклад, частка таких домішок, як залізо, мідь, нікель, хром, не може бути більшою, ніж одна на мільярд. Водночас теоретична перепускна здатність ВОК становить 25 000 ГГц, і сучасні системи використовують її на 0.1%.
Сучасні волоконно-оптичні мережі використовують ВОК тільки для передавання. По суті, вони є оптоелектронними, і в кожному проміжному вузлі відбувається перетворення оптичного сигналу в електричний та навпаки. Нові технології мультиплексування за довжиною хвилі (WDM, див. Розділ 22) слугують фундаментом для створення повністю оптичних мереж (AON, див. Розділ 22), зі значно ліпшими параметрами передавання.
Сьогодні волоконно-оптичні кабелі застосовують для побудови магістралей глобальних та локальних інформаційних мереж, міжповерхових з'єднань, в умовах сильних електромаг-нітних завад, у разі потреби забезпечити гальванічну розв'язку декількох мереж.
Скручена пара
Це найдешевше і найпоширеніше фізичне середовище. Відрізняється гіршим, ніж у коаксіального кабелю, захистом від завад. Час поширення сигналу 8-12 нс/м. Загасання сигналу 12-28 дБ на 100 м за частоти 10 МГц, що теж більше, ніж у коаксіального кабелю. Канал найдешевший для прокладання. Сьогодні скручена пара є головним середовищем передавання для локальних мереж.
Розрізняють декілька типів скручених пар. Найпоширеніша незахищена скручена пара (Unshielded Twisted Pair (UTP)) Вона найдешевша, проте в разі її експлуатації виникають проблеми з електромагнітною сумісністю (див. 3.2). Крім того, використовують фольговану незахищену скручену пару (Foiled Twisted Pair (FTP)), екрановану скручену пару (Shielded Twisted Pair (STP)) та їхні комбінації (рис. 3.3). Скручена пара UTP - це вісім мідних дротів, скручені попарно в спільній ізоляції. У STP дроти мають спільний екран. Скручені пари STP, FTP, SFTP мають ширший частотний діапазон передавання (і максимальну швидкість), менше електромагнітне випромінювання порівняно з UTP, однак вони набагато дорожчі та складніші в прокладанні й узгодженні параметрів.
Розрізняють захищену/незахищену (Shielded/Unshielded) та екрановану/неекрановану (Screened/Unscreened) скручену пару. Незахищеною вважають не тільки UTP, а й FTP. Захищеною прийнято вважати скручену пару зі значним захистом, наприклад, SFTP або SSTP.
Сертифікація скрученої пари
- Стандартизацією кабелів займаються IEEE, EIA/TIA, а сертифікацією - незалежні лабораторії, зокрема, в США - фірма UL (Underwriter Laboratories - Лабораторії сертифікації). Кабелі сертифікують щодо електричної безпеки (відповідно до вимог стандартів National Electric Code (NEC)) та за технічними характеристиками (відповідно до вимог ЕІАУТІА). Тільки після сертифікації фірма-виробник кабелю може поставити на ньому знак UL. З метою дотримання якості продукції UL проводить інспекції виробництва, де, крім готової продукції, контролює також окремі технологічні процеси.
У Європі діють аналогічні організації. На продукції, що відповідає європейським стандартам, ставлять позначку СЕ або відповідної лабораторії сертифікації.
За технічними параметрами кабелі UTP поділяють на рівні, або категорії. Розрізняють сім категорій кабелю (табл. 3.1).
Категорії скрученої пари визначені відповідними стандартами. Головні стандарти кабельних підсистем сьогодні такі:
1SO/IEC 11801 - міжнародний стандарт;
ANSI/TIA/EIA-568-A - американський стандарт, найстаріший серед цієї групи;
EN 50173 - європейський стандарт, прийнятий 1995 р. країнами ЄС.
Є певні відмінності у стандартизації скручених пар американськими (ЕІА, ТІА) та міжнародними (ISO, IEC) організаціями. Американські організації визначають категорію скрученої пари (і структурованої кабельної системи (СКС)) за визначеним набором параметрів, що їх повинна задовольняти кабельна система. Європейські організації, натомість, розглядають класи застосувань, які експлуатують цю кабельну систему, та їхні вимоги до параметрів передавання.
Найбільша відмінність між стандартами: ЕІА-568-АВ визначає категорії кабелю та розєднувачів. Якщо кабель та роз'єднувачі мають однакову категорію, то їхня система також буде мати цю категорію. У європейському стандарті замість категорії вводять поняття класу (D -аналог п'ятої категорії, Е - шостої, F - сьомої). На відповідність класу тестують зібране з'єднання. Це дає змогу будувати системи з компонент різних категорій та обминати деякі обмеження стандартів.
Особливість категорії 5+ порівняно з п'ятою та, що її нормують за більшим переліком характеристик (див. нижче). Зокрема, Gigabit Ethernet використовує смугу в 70 МГц зі смуги у 100 МГц, яку має п'ята категорія.
Категорію кабелю визначають за його параметрами. Параметри кожної категорії перелічені у відповідних стандартах. Крім загальних, скручена пара має і деякі специфічні параметри. Розглянемо їх детальніше:
загасання сигналу - співвідношення сигналу на кінці лінії і сигналу на її початку (у децибелах);
характеристичний імпеданс - опір змінному струму на певній частоті. Такий опір повинен бути постійним, у тім числі для різних ділянок лінії (враховуючи з'єднувачі, перехідники
тощо). Сигнал, що відбивається від ділянок з неправильним імпедансом, буде накладатися на основний сигнал та спотворювати його;
зворотні втрати — відношення амплітуди переданого сигналу до амплітуди відбитого;
NEXT (Near End Crosstalk) - перехресні завади на ближньому кінці – характеризує завади в сусідніх дротах у разі передавання даних парою дротів у різних напрямах. Параметр уперше було введено для тестування кабельних систем технології Fast Ethernet 100BaseTX, у
яких однією парою відбувалося передавання, а іншою - приймання. NEXT вимірюють для обох партнерів з обох боків лінії передавання (рис. 3.4);
PS-NEXT(PowerSumNEXT)-сумарна перехресна завада;
FEXT (Far End Crosstalk) - рівень перехресних завад на сусідніх дротах у разі однонапрямленого передавання. Вимірюють з обох кінців лінії. Параметр FEXT уперше з'явився для мереж Gigabit Ethernet, у яких передавання відбувалося паралельно кількома скрученими парами. Певною проблемою є те, що сумарне значення FEXT залежить від загасання сигналу (та довжини лінії) і не придатне для нормування. З метою нормування введено параметр ELFEXT (Equal Level Far End Crosstalk) як співвідношення між загасанням та FEXT;
PS-FEXT (PowerSum Crosstalk) - сумарна перехресна завада у разі однонапрямлених передавань;
ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio) - співвідношення загасання і NEXT. Фактично цей параметр узагальнює декілька параметрів (рис. 3.5).
Визначення кожного параметра, методика їхнього вимірювання описані у стандартах та
технічних бюлетенях. Наприклад, для мережі Fast Ethernet нормовано NEXT та ACR; для мережі Gigabit Ethernet, де передавання відбувається кількома дротами одночасно, - ELFEXT, PS-NEXT, PS-ELFEXT. Для мереж, у яких передавання відбувається паралельно кількома дротами, має значення параметр різниці поширення сигналу у сусідніх дротах (детальніше про вимірювання параметрів кабельних дротів див. Д.3.3).
3.2. Електромагнітне випромінювання та електромагнітна невразливість. Завади
Кабельні системи комп'ютерних мереж працюють у різних електромагнітних середовищах. Вони, маючи значну довжину, є антенами, що випромінюють електромагнітний сигнал у довкілля та приймають такі сигнали. Джерела електромагнітного випромінювання (ЕМВ)
можуть бути як природними (блискавка, космічна радіація), так і (переважно) штучними (електродвигуни, мобільні телефони, лінії електропередач, електричні магістралі, флюорес-центні лампи, радіорелейні лінії, автомобільні двигуни та ін.).
Випромінювання впливає як на здоров'я людини, так і на правильність дії технічних пристроїв (комп'ютерів, ліній передавання даних, комп'ютерних мереж, мікропроцесорів, вбудованих у різноманітне устаткування). Особливо небезпечним за потенційними наслідками є вплив спричинених ЕМВ спотворень на військові системи, медичне обладнання, транспортні системи. Не дивно, що у медичних закладах та літаках заборонено користуватися мобільним телефоном.
ЕМВ, створюючи завади та спотворюючи сигнал у середовищі передавання, призводить до зменшення швидкості передавання, знижує інші кількісні та якісні параметри передавання.
Проблема боротьби з впливом завад для середовищ передавання має два аспекти: по-перше, необхідно максимально зменшити параметри випромінювання самого кабелю (див. параметри NEXT, FEXT), по-друге, треба максимально захистити кабельну систему від зов-нішнього випромінювання. Ступінь захищеності від зовнішнього випромінювання називають електромагнітною сумісністю (Electromagnetic Compatibility (EMC)), або електромагнітною невразливістю (Electromagnetic Immunity). Детальніше проблематика ЕМВ та ЕМС висвітлена уД.3.4.
Фізично передавання даних по мідному кабелю може бути організоване за несиметрич-ною або симетричною (диференційною) схемою. Диференційне передавання більше захищене від завад (див. Д.3.5).
Розглянемо вплив завад на сигнал, який переходить по фізичному каналу, детальніше. Якщо на вході фізичного каналу маємо сигнал z(t), то на виході унаслідок впливу завад - спотворений сигнал z'(t). Якщо z'(t) та z(t) пов'язані деякою функційною залежністю, яка дає змогу повністю поновити початковий сигнал, то відповідну заваду називають регулярною. За впливом на вхідний сигнал завади x(t) поділяють на адитивні xа(t) та мультиплікативні xм(t). Для ади-тивної завади залежність між сигналом на виході каналу та сигналом на вході
z'(t)=z(t)+ xа(t).
Для мультиплікативних завад цю залежність описує рівняння
z'(t)=z(t)* xм(t).
Якщо характеризувати завади зі статистичного погляду, то їх можна розділити на флуктуаційні та імпульсні. Флуктуаційні завади описує неперервна випадкова функція часу. Такі завади формуються як накладання великої кількості різних завад з різних джерел. Як звичайно, серед цих складових нема окремих імпульсів, які б перевищували загальний рівень сигналу у три-чотири рази і більше. Імпульсні завади - це послідовність імпульсів з випадковими амплі-тудами, шириною та часом появи. Серед таких завад найбільшу небезпеку створюють імпульси, амплітуда яких наближена до величини сигналу, що передається.
Моди в оптичних волокнах
Мода - це електромагнітна хвиля певного типу, яка має певну просторову структуру векторів Е та Н. Коли відбувається передавання оптичного сигналу (навіть однієї довжини хвилі), то його переносять усі наявні моди. Кількість мод в одному волокні обмежена його конструкцією, частотою хвилі. Кожна мода має граничну частоту сигналу, нижче якої вона не існує. Для ВОК користуються поняттям нормованої частоти V:
,
де а - радіус серцевини волокна; л - довжина хвилі світла; n1 - показник заломлення серцевини;n2 - показник заломлення оболонки.
Розглянемо графік залежностей нормованої частоти V від в (поздовжньої сталої поширення); в характеризує швидкість поширення моди за фіксованого значення V(рис. Д.3.1).
Як бачимо з формули та з графіків, є деяка нормована частота, нижче якої може поширю-ватися тільки одна мода світла. Для отримання волокна, у якому могла б поширюватися тільки одна мода, треба використовувати найменші діаметри, найбільші довжини хвиль і незначні відмінності у коефіцієнтах заломлення серцевини та оболонки.
Чому ж важливо обмежувати кількість мод? Різні моди мають різний час поширення. Надходження різних мод одного змісту в різні моменти часу призводить до збільшення ширини імпульсу. Це явище називають міжмодовою дисперсією. Крім міжмодової, є хроматична, а
також поляризаційна дисперсії. Хроматична дисперсія, наприклад, зумовлена некогерентністю джерела світла. У цьому разі різні спектральні складові поширюються з різними швидкостями.
Міжмодова дисперсія суттєво обмежує перепускну здатність кабелю - тривалість сигналу не може бути меншою, ніж міжмодова дисперсія. Наприклад, значення міжмодової дис-персії у 20 нс/км обмежує швидкість передавання до 50 Мбіт/с.
На практиці міжмодова дисперсія значно перевищує хроматичну (міжмодова має 15— 20 пс/км, хроматична - 2-5 пс/км).
Параметри оптоволокна
Усі параметри оптоволокна можна роздшиіи на такі групи
геометричні;
оптичні;
передавання даних;
механічні.
Геометричні параметри визначають ступінь наближення форми частин оптоволокна до стандарту. З огляду на недосконалість геометричних параметрів, що трапляється внаслідок різних відхилень та недоліків у технологічному процесі виготовлення оптоволокна, може відбуватися втрата частини сигналу на місцях сполучення волокон. До геометричних параметрів належать:
діаметр серцевини (5-10 мкм для одно- та 50, 62.5 мкм для багатомодових);
діаметр оболонки (125 мкм);
некруглість оболонки. Визначена відхиленням перерізу оболонки від кола. її обчислюють як різницю між максимальним та мінімальним діаметрами оболонки, поділену на номінальний діаметр:*
похибка концентричності серцевини/оболонки. Визначає ступінь незбіжності геометричних центрів серцевини та оболонки. Обчислюють як відстань між геометричними центрами серцевини та оболонки, поділену на діаметр серцевини;
-похибка концентричності модового поля. Параметр специфікує відстань між центром модового поля та геометричним центром оболонки, поділену на діаметр модового поля.
Оптичні параметри. Від оптичних параметрів волокна залежать втрати сигналу на згинах, його загасання, втрати на вході та виході кабелю.
Для одномодових волокон важливим є діаметр модового поля. Його розуміють як частину діаметра серцевини, у якій зосереджена переважна частина енергії головної моди. Якщо модове поле вийде за межі серцевини, то збільшаться втрати сигналу на згинах і стиках волокон. Зі збільшенням довжини хвилі діаметр модового поля збільшується.
Параметр довжини хвилі відсікання визначає ту мінімальну довжину хвилі передавання, за якої ще наявна тільки одна мода. Робоча довжина хвилі дещо менша від значення хвилі відсікання.
Профіль показника заломлення характеризує зміну цього показника вздовж діаметра оптоволокна. Він відображає розподіл електромагнітного поля у хвилеводі. В багатомодових
волокнах (рекомендація G.651) використовують градієнтні профілі, що зменшують міжмодову дисперсію; в одномодових (G.652) - ступінчастий профіль показника заломлення. Такі кабелі дешеві та забезпечують максимальну смугу перепускання на хвилі 1310 нм. Для одномодових волокон, що працюють на інших довжинах хвиль (1550 нм), застосовують складніші профілі (G.653-G.655). Однак такі волокна складніші у виготовленні та дорожчі (рис. Д.3.2).
Максимальний кут уведення оптичних променів у волокно для багатомодового волокна (особливо коли джерелом світла є світлодіод) визначений параметром числової апертури (Numerical Aperture (НБ)).
Параметри передавання. Ступінь загасання сигналу відображає коефіцієнт загасання. Цей коефіцієнт залежить від довжини хвилі світла. Мінімуми загасання утворюють вікна прозорості скловолокна, які розташовані на 1.55, 1.3, 0.85 мкм (рис. Д.3.3).
Іншим параметром передавання є смуга перепускання кабелю. Цю смугу перепускання обмежують різні типи дисперсії сигналу. Дисперсія сигналу призводить до збільшення довжини імпульсу та можливого накладання імпульсів. Дисперсії можуть бути зумовлені різними причинами. Розрізняють міжмодову, хроматичну та поляризаційну дисперсії. Міжмодова дисперсія буває в багатомодових кабелях і виникає внаслідок взаємного впливу різних мод. Хроматична дисперсія виникає через недостатню монохроматичність світла та наявність різних спектральних складових. Причиною поляризаційної дисперсії є неідеальна кругова форма перерізу серцевини кабелю. У цьому разі виникають розбіжності в групових швидкостях передавання двох головних складових головної моди.
Механічні параметри оптоволокна визначають стійкість кабелю до механічних напружень. Під час виготовлення волокна внаслідок недоліків технологічного процесу в ньому можуть виникнути мікротріщини, які в ході експлуатації можуть збільшуватися і призведуть спочатку до збільшення втрат сигналу, а потім і до розриву оптоволокна. Тому після виготовлення волокна натягують з нормованим зусиллям 0.69 ГПа. Якісне волокно збільшує довжину на 1 %, а неякісне розривається. Таке випробування гарантує механічну стійкість кабелю протягом 35 років екс-плуатації. Цей параметр називають рівнем механічної міцності.
Іншим параметром є коефіцієнт опору динамічної втомленості матеріалу. Він описує ступінь стійкості матеріалу до невеликих, проте тривалих у часі напружень.
Д.3.3. Тестування кабельної системи на базі скрученої пари
Тестування кабельної системи виконують з використанням спеціальних польових тесте-рів. У цьому разі тестують параметри каналу або постійної лінії (рис. Д.3.4, див. також Розділ 7). До роз'єднувачів постійної лінії приєднують тестери, якими й вимірюють частину параметрів. Решту параметрів обчислюють.
Провідні фірми, що випускають польові тестери: Fluke, HP, Datacom Textron, Microtest.
Базові параметри кабельного сполучення нормовані у стандартах (наприклад, ЕІА/ТІА-568-АВ, або ISO/EIC 11801). Методики вимірювання та рекомендовані значення параметрів запропоновані в інших документах, таких як технічні бюлетені.
Наприклад, бюлетень "Специфікації передавальних характеристик кабельних систем на базі неекранованої скрученої пари в польових випробуваннях", розроблений ТІА/ЕІА, - це головний нормативний документ з тестування кабельних систем п'ятої категорії.
Стандарти щодо кабелів шостої категорії (класу Е) ухвалено у липні 2002 р. Такі системи будуть використовувати UTP або STP, матимуть робочий діапазон частот 1-250 МГц та забезпечуватимуть додатне ACR до частоти 200 МГц. Пропонують також повну сумісність зі старими застосуваннями п'ятої категорії.
Кабельні системи сьомої категорії (класу F) передбачають створювати на базі кабелю SSTP. Вони будуть використовувати нові роз'єднувачі та матимуть робочий діапазон частот І— 600 МГц.
Захист скрученої пари від електромагнітного випромінювання
Під час передавання даних у сучасних мережах на високих частотах суттєвим стає вплив ЕМВ на довкілля. Значне випромінювання може призвести до спотворення даних, нестабільної роботи приладів, аварій, негативно впливати на здоров'я людей.
Передусім це стосується найпоширенішого сьогодні середовища передавання даних у локальних мережах - неекранованої скрученої пари UTP. Значення ЕМВ повинне зменшуватися внаслідок того, що сигнали в кожному дроті пари мають протилежну полярність і компенсують випромінювання один одного (рис. Д.3.5). Ступінь компенсації називають збалансованістю. Однак під час експлуатації мереж виявилось, що будь-які зміни мережі чи близькість металевого об'єкта можуть порушити баланс. Крім того, збалансованість залежить ще й від довжини кабелю. Отже, ступінь ЕМВ для UTP передбачити неможливо.
Комісія європейської спільноти (Commission of European Communities (CEC)) розробила єдиний європейський стандарт для електричного обладнання, якому повинні відповідати на-ціональні стандарти з ЕМВ. Стандарт поширюється на всі мережі, встановлені після 1 січня 1996 року. Згідно з цим стандартом мережеве обладнання в промислових умовах повинно мати випромінювання до 40 дБ на відстані 10 м, для комерційних та непромислових умов експлуатації - до 30 дБ. Продукція, яка пройшла тестування на відповідність вимогам СЕС, має позначку СЕ і допущена до використання та продажу в Європі. Діяльність мереж, які не відповідають стандарту з ЕМВ, може бути припинена.
Параметри ЕМВ регламентовані такими стандартами:
89.336.EC. Вимоги до країн-членів ЄС щодо електромагнітної сумісності (1/96);
EN55022. Обмеження та методи вимірювань радіовипромінювання обладнання для передавання інформації;
EN50081-1 ЕМС. Стандарт, що регламентує допустимі значення випромінювання;
EN50082-] ЕМС. Стандарт, що регламентує допустимі значення електромагнітної невразливості;
prEN55024-4. Обмеження напруги у кабелях передавання даних.
Сьогодні затверджено стандарти ЕМВ для активного обладнання комп'ютерних мереж. Стандарти для пасивного обладнання ще чекають на затвердження.
Для захисту середовища від ЕМВ у випадку скрученої пари використовують таке:
збалансоване передавання (диференційний режим) та скручування дротів у пари;
завадостійкі коди;
екранування;
заземлення.
Як зазначено вище, під час передавання у скрученій парі відбувається взаємна компенсація електромагнітних полів, що їх генерує сигнал у різних провідниках. Скрученість провідників забезпечує додаткову компенсацію полів та захист від наведень. Чим менший крок звивання, тим більше точок перегину і тим ліпша компенсація та захист (рис. Д.3.6).
Виявилося також, що неекрановані скручені пари добре працюють тільки з сигналом, що має частоту до 30 МГц. Якщо збільшити частоту, то балансування порушується, посилюється випромінювання внаслідок відбивання від точок звивання, антенного ефекту, який залежить від індуктивного опору, і ЕМВ виходить за межі, визначені стандартом. Тому для забезпечення вищих робочих частот потрібно екранувати скручену пару алюмінієвою фольгою (з боку комутаційної панелі приєднати до інформаційної землі, а також заземлити з боку активного обладнання), використовувати екрановану або фольговану скручені пари (FTP, STP та їхні комбінації S/FTP, S/STP, F/STP). Однак вони дорожчі, складніші у прокладанні та потребують ретельного вирішення проблем заземлення й екранування.
Симетричні та несиметричні цифрові інтерфейси
У несиметричних цифрових інтерфейсах усі "прямі" сигнальні дроти мають один зворотний провідник (землю) (рис. Д.3.7). У разі спотворення сигналу завадою рівень сигналу-землі незмінний. Значення читається як різниця між сигналом на прямому провіднику та землі. Отже, вплив завад у випадку передавання через симетричний інтерфейс значний.
У симетричному цифровому інтерфейсі (рис. Д.3.8) для передавання кожного сигналу потрібно два провідники - прямий та зворотний. Передавання та читання інформації відбуваєсться в диференційному режимі, коли корисний сигнал читається як різниця сигналів у двох провідниках. Пару провідників скручують разом, так що завади впливають на них однаково. Симетричні та несиметричні ланки розміщують в одному кабелі. У цьому разі сигнали, які часто змінюються, такі як Дані, які передають, Дані, які приймають, дані синхронізації, доцільно передавати по симетричних ланках. Сигнали, що змінюються зрідка (Запит передавання, Готовність до передавання), передають по несиметричних ланках.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать