Использование оптоволоконного кабеля в современных компьютерных вычислительных сетях

     Подземные кабели подразделяются на:

• волоконно оптические кабели для прокладки непосредственно в грунт и в кабельную канализацию;
• волоконно оптические кабели, облегчённой конструкции для прокладки в защитных пластиковых трубках;
• волоконно оптические кабели, для прокладки в туннелях, шахтах

     Помогает  ли такая классификация оптических кабелей в выборе кабеля для непосредственного  применения? Практически нет.

     Вот пример реальной кабельной трассы на промышленном предприятии, где нужна  прокладка оптоволокна: из центра коммутации здания А по внешней стене, затем проброс по воздушной линии до здания Б, по крыше, спуск в телефонную канализацию, затем по подвалу к центру коммутации здания В.

     Если  придерживаться стандартной классификации, то необходимо только на одной, достаточно непротяженной (в нашем случае около 600 метров) кабельной трассе использовать 4-5 видов волоконно-оптического кабеля, соединяя их проходными муфтами. Дороговато будет, да и ненадежно (сколько лишних точек сращивания!). Можно ли в  таком случае использовать один, максимум два типа оптического кабеля? Можно  и нужно, если, например, не смотреть на кабель с кевларовыми нитями исключительно  как на «подвесной». Если применить  при этом негорючую оболочку, то такой кабель вполне сгодится и как  «внутриобъектовый». Конечно, нужно  учитывать еще несколько факторов. Например, если в подвале могут  быть грызуны то, нужна броня из стальной ленты или проволок.

     Взамен  распространенной, но не эффективной  классификации волоконно-оптических кабелей применительно к локально-вычислительным сетям некоторые авторы предлагают более удачную классифицируются по конструктивным особенностям и характеристикам  по отношению к окружающей среде. Выбор кабеля производится индивидуально  для каждой трассы, исходя из условий  прокладки и эксплуатации ВОЛС.

     Пример  более удачной классификации  волоконно-оптических кабелей следующий:

     По  типу оптических волокон 

• с одномодовыми волокнами (SM)
• с многомодовыми волокнами (MM)
• комбинированный ( SM+MM)

     Существует  три основных типа одномодовых волокон:

     Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой  дисперсией (стандартное) (англ. SMF — Step Index Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи.

     Одномодовое волокно со смещённой дисперсией (англ. DSF — Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в третье окно прозрачности, в котором наблюдается минимальное затухание.

     Одномодовое волокно с ненулевой смещённой  дисперсией (англ. NZDSF — Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.655.

     Многомодовые  волокна отличаются от одномодовых  диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте  и 62,5 микрон в североамериканском и  японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну  распространяется несколько мод  излучения — каждая под своим  углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный.

     Многомодовые  волокна подразделяются на ступенчатые  и градиентные. В ступенчатых  волокнах показатель преломления от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение  происходит иначе — показатель преломления  сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению  рефракции в сердцевине, благодаря  чему снижается влияние дисперсии  на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления  градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным  и т. д.

     Также ВОК различают:

     По  типу центрального силового элемента

• со стальным тросом
• с пластиковым тросом
• с центральной трубкой

     По  типу буфера в модулях 

• с плотным буфером
• со свободным буфером

     По  типу силового элемента в оболочке

• небронированный
• с кевларовыми нитями
• бронированный стальной лентой
• бронированный проволокой

     По  наличию встроенного троса 

• со встроенным несущим тросом
• без встроенного несущего троса

     По  величине допустимого растягивающего усилия

• 2,7 кН
• 4,0 кН
• 6,0 кН
• 8,0 кН
• 9,0 кН
• 12,0 кН
• 15,0 кН
• 20,0 кН

     По  диапазону температуры эксплуатации, град.

• от -12 до +75
• от -20 до +60
• от -40 до +60
• от -60 до +60
• от -60 до +70

     По  огнестойкости оболочки

• с горючей оболочкой
• с негорючей оболочкой

     Примечание. Значения температуры эксплуатации и величины растягивающего усилия у  разных производителей могут немного  различаться.

     Если  учесть все указанные типы кабелей, а также число оптических волокон  в кабеле, которое обычно при применении в локальных сетях составляет от 4 до 24, легко подсчитать, что число  вариантов спецификаций волоконно-оптического  кабеля превышает 100000.  

     5. Основные характеристики оптических кабелей

     Основные  характеристики типовых кабелей  обычно сходны у различных компаний.

           Волоконно-оптические кабели в броне из круглых стальных оцинкованных проволок и защитном шланге из полиэтилена - для прокладки через  водные преграды, непосредственно в  грунте, в кабельной канализации  и других линейных сооружениях.  

           Волоконно-оптические кабели с оптическими волокнами  в центральной трубке, в броне  из круглых стальных оцинкованных проволок и защитном шланге из полиэтилена - для прокладки через водные преграды, непосредственно в грунте, в кабельной  канализации и других линейных сооружениях.  

           Волоконно-оптические кабели в стальной ленточной гофрированной  броне, защитном шланге из полиэтилена - для прокладки в кабельной  канализации, трубах, блоках, коллекторах, тоннелях, на мостах и эстакадах, в  станционных шахтах.  

           Небронированные волоконно-оптические кабели в полиэтиленовой оболочке для  прокладки в пластмассовых трубах и внутри зданий.  

           Волоконно-оптические кабели полностью диэлектрические  подвесные самонесущие для подвески на опорах воздушных линий связи  и контактной сети электрифицированных железных дорог и городского транспорта  

           Волоконно-оптические кабели подвесные с выносным силовым  элементом для подвески на столбах  освещения  

                                                                 

Рис.1.- Кабель для прокладки в грунт                Рис.2.-Кабель для прокладки в                                                                                                                                                           кабельную канализацию

                                                                    

       Рис.3.- Кабель для прокладки в пластмассовый                  Рис.4.-Самонесущий кабель

                                        трубопровод

     

     Рис.5.- Кабель для прокладки в грунт

     На  рис. 1 кабели с броней из стальной оцинкованной проволоки являются самыми защищенными от внешних воздействий и могут прокладываться без дополнительной защиты как в грунт, так и на дно рек.

     Более легкие и гибкие, чем кабели для  прокладки в грунт, городские  кабели защищены от грызунов стальной ламинированной лентой и могут прокладываться без дополнительной защиты в кабельную  канализацию (рис.2).

     Самый легкий и гибкий оптический кабель для внешней прокладки. Идеален  для прокладки в пластмассовых  трубопроводах (рис.3).

     На  рис. 4  Кабели с силовыми элементами из специальных высокопрочных нитей могут подвешиваться за внешнюю оболочку.

     Рис.5 - легкие кабели с вынесенным силовым  элементом для воздушной подвески.

     По  типу оптических волокон кабели подразделяются на одномодовые и многомодовые.

     Число оптических волокон в кабелях  обычно составляет от 4 до 216.

     Срок  службы волоконно-оптических кабелей: как правило, не менее 25 лет.

     По  требованию заказчика кабели могут  изготавливаться в защитной оболочке из материала, не распространяющего  горения.

     В производстве волоконно-оптического  кабеля на российских заводах-изготовителях  используется оптическое волокно ведущих  зарубежных фирм.

     У каждого завода-производителя свой тип обозначения и маркировки волоконно-оптических кабелей, а также  имеются отличия в параметрах технических характеристик.

     6. Помехи

     Понятие, которое имеет решающее значение для функционирования каждой системы  связи,- помехи.

     Насколько не одинаковы неисправности системы  из-за потерь в сети питания или  отказов каких-либо элементов, встречающиеся  в каждом приборе или устройстве, настолько же не одинаковы помехи, вызванные электромагнитными полями. Это поля, создаваемые плохо экранированными  электродвигателями, радиоизлучениями автомобилей, часто вызывающими  сильные помехи в радио или  телевизионной аппаратуре, и т.п.

     В условиях отсутствия шумов разработчик  мог бы безгранично увеличивать  длину усилительного участка. Требуется  только соответственно увеличивать  мощность сигнала, поступающего на вход приемника. Но шум существует и уменьшает чувствительность каждого приемника и возможности каждого усилителя. Если мощность полезного сигнала на входе меньше мощности помех, то сигнал перекрывается ею и не может быть выделен приемным устройством или усилен. Даже когда сигнал и помехи имеют почти одинаковую мощность, шум становится довольно значительным. Причины и источники шумна разнообразны. К ним относятся корпускулярные шумы электрического тока (дробовой шум), температурные шумовые процессы, шумы квантования световых пучков. Источник света сам вносит в систему шумовые составляющие, добавляют их также фотодиод и оконечный электронный усилитель. Если используется лавинный фотодиод, то возникают дополнительные шумовые составляющие из-за эффекта умножения в этом элементе.

     Если  рассмотреть электрический сигнал на выходе фотоприемника, то можно установить, что различные шумовые источники  проявляют себя в нем тем или  иным способом. Вместо чистой формы  сигнала, которой модулировалась выходная мощность светового сигнала передатчика, на вход приемника поступает сигнал, амплитуда которого случайным образом  более или менее меняется вблизи данного значения. Средние значения соответствуют истинной форме переданного  сигнала, но мгновенные значения отклоняются  от заданного вследствие влияния  помех. Первоначальный сигнал можно  лишь приблизительно выделить из суммы  полезного и мешающего сигналов.

     6.1 Длина оптической линии