Использование оптоволоконного кабеля в современных компьютерных вычислительных сетях

     МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

     НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

     “ХАРЬКОВСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ”

     Кафедра "Системы информации " 
 
 
 

     Курсовой проект

     По  дисциплине «Архитектура компьютерных сетей»

     На  тему: Использование оптоволоконного кабеля в современных компьютерных вычислительных сетях  

                            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Харьков 2010

Оглавление

Введение2

1.Что из себя  представляет оптическое волокно  3

2. Срок службы  источников света………………………………………………..4

3. Какой источник  света предпочтительнее?........................................................5

4. Классификация волоконно-оптических кабелей (ВОК)……………………..7

5. Основные характеристики оптических кабелей……………………….……12

6. Помехи…………………………………………………………………………14

6.1. Длина оптической  линии 15

    6.2 Сращивание  отдельных участков кабелей 17

    6.3 Новейшие  электронные компоненты систем  оптической связи……….18

Выводы…………………………………………………………………………...19

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Человек издавна использовал свет в качестве источника сигналов, например маяки, костры и т.п. Еще в те далекие  времена он фактически построил то, что сегодня мы называем оптической линией связи или оптической системой связи, включающей передатчик (источник), модулятор, оптическую кабельную линию  и приемник (глаз). Определив в  качестве модуляции преобразование механического сигнала в оптический, например открытие и закрытие источника  света, мы можем наблюдать в приемнике  обратный процесс - демодуляцию: преобразование оптического сигнала в сигнал другого рода для дальнейшей обработки в приемнике.

     Такая обработка может представлять собой, например, превращение светового  образа в глазу в последовательность электрических импульсов нервной  системы человека. Головной мозг включается в процесс обработки как последнее  звено цепи.

     Другим, очень важным параметром, используемым при передаче сообщений, является скорость модуляции. Глаз в этом отношении имеет ограничения. Он хорошо приспособлен к восприятию и анализу сложных картин окружающего мира, но не может следить за простыми колебаниями яркости, когда они следуют быстрее 16 раз в секунду. В отличие от глаза, современные оптические системы используют в качестве световых приемников технические устройства - фотоэлементы или фотодиоды, позволяющие отслеживать значительные частоты колебаний. 
 
 
 
 
 
 
 

     1.Что  из себя представляет  оптическое волокно

     Оптическое  волокно — нить из оптически прозрачного  материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством  полного внутреннего отражения.

     Волоконная  оптика — раздел прикладной науки  и машиностроения, описывающий такие  волокна. Кабели на базе оптических волокон  используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на большие расстояния с более  высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах  связи. В ряде случаев они также  используются при создании датчиков.

     Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован  во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение  лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам  традиционные проводные средства связи.

     Стеклянные  оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного  диапазона могут использоваться другие материалы, такие как флуоро-цирконат, флуоро-алюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют  показатель преломления около 1,5.

     В настоящее время развивается  применение пластиковых оптических волокон (Plastic optical fibers).

     Оптическое  волокно имеет круглое сечение  и состоит из двух частей — сердцевины и оболочки. Для обеспечения полного  внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления  оболочки. Например, если показатель преломления  оболочки равен 1,474, то показатель преломления  сердцевины — 1,479.

     Луч света, направленный в сердцевину, будет  распространяться по ней, испытывая  многократные переотражения от границы  раздела «сердцевина — оболочка».

     Все оптические волокна, используемые в  телекоммуникациях, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может  отличаться в зависимости от типа волокна и национальных стандартов. 

2. Срок службы источников света

     Одним из основных параметров оптических элементов  передатчика является срок службы. Он ограничивается тем, что после  определенного времени работы выходная световая мощность падает и в дальнейшем не выдерживается ее гарантированное  для указанного времени значение даже за счет повышения тока в диоде.

     Если  оптический передатчик, например на узле связи, должен проработать без замены элементов 10 лет, то для него должен быть гарантирован срок службы около 100000 ч (считая продолжительность года равной приблизительно 10000 ч). Для светоизлучающих  диодов на GaAs такой срок службы близок к действительному. Хотя для них  редко называют гарантийные сроки  службы, но обычны значения в несколько  лет. К сожалению, для, лазерных диодов подобные сроки службы не достигнуты. Только в 1970г. в лаборатории появился первый работоспособный лазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной  температуре, и только в течение 70-х годов были разработаны различные  структуры и геометрии, приемлемые для конструирования и изготовления лазеров непрерывного излучения, работающих при комнатной температуре.

     Понятно, что достоверных данных о сроке  службы можно ожидать только после  длительных испытаний большого числа  готовых элементов. Чтобы уже  сегодня получить какие-то суждения, применяют меры к сокращению времени  измерений. При этом лазерные диоды  заставляют работать в жестких условиях (как правило, при очень высоких  температурах, 50-70 градусов Цельсия). На основании этого судят об ожидаемом  сроке службы в нормальных условиях. При этих предположениях в конце 70-х годов многими изготовителями предсказывались ожидаемые сроки службы для лазеров 100000 ч, а в отдельных случаях - свыше 1 млн. ч. И хотя эти цифры сегодня еще не проверены, все же существует гарантия наименьшего срока службы 10000 ч, и этим данным можно доверять.

     Проблема  срока службы лазеров сегодня  еще не решена, но существуют оптимистические  прогнозы.

     Вероятно, через несколько лет можно  будет отказаться от привычной в  настоящее время оптической отрицательной обратной связи. Она применяется для того, чтобы скомпенсировать возникающее старение, влияние напряжения и температуры на отдаваемую лазером и светоизлучающим диодом световую мощность. 

     3. Какой источник  света предпочтительнее?

     В качестве источников света лазер  и светоизлучающий диод стоят  рядом. Ни для одного из них нельзя назвать решающего преимущества: какой из них лучше, в каждом отдельном  случае зависит от области применения.

     Существенным  фактором, конечно, является цена. Для  обоих типов источников с годами она будет, естественно падать, но все же светоизлучающий диод в этом отношении имеет преимущество: он дешевле лазера со сравнимыми параметрами при высококачественной работе, столь необходимой для техники связи. Поэтому для систем местной связи, которые требуют относительно малых скоростей передачи (до 2 Мбит/с и ниже), будут всегда применяться светоизлучающие диоды и в основном совместно со световодами с относительно большой апертурой (например, с кварцевыми волокнами в пластмассовой оболочке). Таким образом можно ввести в волокно существенно большую часть излучаемого света.

     Типичные  параметры полупроводниковых источников света.

     Второй  важный параметр светопередатчика: ширина полосы модуляции. Светоизлучающие диоды прежде всего "медлительнее" лазеров. В зависимости от конструкции, имеющиеся сегодня в распоряжении типы, как правило, могут быть модулированы частотами 30 - 50 Мгц. Если же необходимо передать быстрые двоичные сигналы со скоростью свыше 30 Мбит/с, то почти всегда применяется лазер ввиду его большой световой мощности. Для него граница модуляции лежит в пределах нескольких сотен мегагерц, а иногда выше 1 ГГц. Хотя светоизлучающий диод еще не достиг границ своих возможностей (в настоящее время уже имеются отдельные типы диодов, модулируемых со скоростью 150 Мбит/с; по прогнозам до 1 Гбит/с), все же лазер имеет преимущество в виде более высокой выходной мощности (см. табл.).Наконец, необходимо принять во внимание, что ширина передаваемой полосы частот ограничивается не только быстродействием самого излучающего диода. Здесь важным фактором являются также дисперсионные свойства световода. Помимо этого необходимо обратить внимание еще на одно свойство излучающего диода: большая ширина спектра излучения светоизлучающего диода в сочетании со световодом может привести к ограничению ширины передаваемой полосы частот.  Это свойство может играть существенную роль, когда речь идет о том, чтобы максимально использовать высокую пропускную способность световодов, а уширение импульса из-за дисперсии материала допускать в минимальных пределах.

     В настоящее время появилось четвертое  поколение оптических передатчиков, давшее начало когерентным системам связи - то есть системам, в которых  информация передается модуляцией частоты  или фазы излучения. Такие системы  связи обеспечивают гораздо большую  дальность распространения сигналов по оптическому волокну. Специалисты  фирмы NTT построили безрегенераторную  когерентную ВОЛС STM-16 на скорость передачи 2.48832 Гбит/с протяженностью в 300 км, а  в лабораториях NTT в начале 1990 года ученые впервые создали систему  связи с применением оптических усилителей на скорость 2.5 Гбит/с на расстояние 2223 км.

     Появление оптических усилителей на основе световодов, легированных эрбием, способных усиливать  проходящие по световоду сигналы  на 30 dB, дало начало пятому поколению  систем оптической связи. В настоящее  время быстрыми темпами развиваются  системы дальней оптической связи  на расстояния в тысячи километров. Успешно эксплуатируются трансатлантические линии связи США-Европа ТАТ-8 и  ТАТ-9, Тихоокеанская линия США-Гавайские  острова-Япония ТРС-3. Ведутся работы по завершению строительства глобального  оптического кольца связи Япония-Сингапур-Индия-Саудовская Аравия-Египет-Италия.  

     4. Классификация волоконно-оптических кабелей (ВОК)

     В настоящее время у разных производителей, поставщиков и инсталляторов  ВОК существует некоторая путаница в классификации типов волоконно-оптических кабелей. Среди многообразия попыток  классифицировать ВОК заслуживает  внимания классификация, основанная на опыте работы и здравом смысле, не содержащая англоязычных терминов и экзотических кабелей для локальных  сетей типа трансатлантических.

     Сам принцип деления волоконно-оптических кабелей по способам прокладки и  назначению в случае применения в  локальных сетях представляется неудачным.

     Вот пример такой распространенной (Выбор  и поставку волоконно-оптических кабелей  для конкретного применения, как  правило, мы осуществляем в индивидуальном порядке при заказе на монтажные  работы. и при этом неудачной) классификации  волоконно-оптических кабелей:

• кабели внешней прокладки (outdoor cables);
• кабели внутренней прокладки (indoor cables);
• кабели для шнуров.

     По  назначению оптические кабели делятся  на линейные и внутриобъектные. Линейные, в свою очередь, подразделяются на:

• распределительные (оптическая сеть доступа);
• соединительные (соединительные линии МТС);
• междугородные (магистральные и зоновые ВОЛС).

     Внутриобъектовые  кабели делятся на абонентские и  станционные. По условиям использования  оптические кабели подразделяются на подвесные, подземные и подводные.

     Подвесные кабели делятся на:

     самонесущие:

• волоконно оптические кабели со встроенным несущим тросом;
• волоконно оптические кабели, армированные кевларовыми нитями;
• волоконно оптические кабели, встроенные в грозозащитный трос;
• волоконно оптические кабели, встроенные в фазный провод;
• волоконно оптические кабели, которые наматываются на грозозащитный трос или фазный провод;