Кабельные системы передачи данных

Витая нара. Витую пару образует пара изолированных перевитых медных проводников (жил). Эти жилы объединяются водном кабеле изолирующей оплеткой. Для подключения сетевых устройств посредством витой пары используются разъемы RJ-11 (4 пина), RJ-45 (8 пинов — 4 пары) и мультипи- новые разъемы RS-232, RS-449. Витая пара бывает 'экранированной (Shielded Twisted Pair — STP, Foil Twisted Pair FTP) и неэкранированной (Unshielded Twisted Pair — UTP).

Экранированная витая пара STP имеет дополнительный экран в виде фольги или металлической сетки. STP была разработана компанией IBM для сетей Token Ring (например, STP IBM Type 1). Следует отметить, что стандарт па экран из-за сложности заземления и высокой стоимости до сих пор не утвержден.

В сетях передачи данных преимущественно используется неэкранированная витая пара. В 1991 г. EIA/TIA опубликовала документ (бюллетень TSВ 36), где описала категории IJTP в соответствии с частотными характеристиками полосы пропускания и параметры измерения этих кабелей [62]. Современные категории витой пары описаны в бюллетене TSB-155. Применяемые в высокоскоростной передаче данных кабели UTP согласно стандартам EIA/TIA 568 имеют 8 жил (4 пары) и определенные характеристики. Сертификацию кабельных си- сIсм производителей на соответствие этим характеристикам проводит с 1991 г. специальная лаборатория — Underwriter’s l aboratories. Администратор системы может руководствоваться как совокупностью стандартов EIA/TIA 568, 569, 606, 607, 1ак и аналогичным стандартом ISO 11801. Но при этом необходимо помнить, что стандарт ISO охватывает только вопросы характеристик кабелей и коммутационного оборудования для их соединения. Вопросы администрирования кабельных систем рассматриваются в стандарте EIA/TIA 606, особенности прокладки кабельных систем — в стандарте EIA/TIA 569.

Кабели имеют одинаковую конструкцию и отличаются плотностью и качеством навивки. Измерения кабеля проводят по 70 параметрам на определенных частотах и при определенной температуре. Основными измеряемыми характеристиками пеэкранированной витой пары являются:

• Attenuation (затухание);

• NEXT (near end crosstalk, перекрестное влияние на ближний конец);

• Impedance (полное сопротивление), равно 100 Ом для всех категорий +15 или -15% на всех частотах.

В табл. 3.1 приведены основные характеристики неэкранированной витой пары 3, 4 и 5-й категорий. Они необходимы АС, чтобы сравнивать с ними текущие параметры существующей в его организации кабельной системы во время регламентных работ или работ по диагностике ошибок.

 

Таблица 3.1

Характеристики UTP

Частота, МГц	Cat 3	Cat 4	Cat 5
Attenua-	NEXT,	Attenua-	NEXT,	Attenua-	NEXT,
tion, Дб	Дб	tion, Дб	Дб	tion, Дб	Дб
	-	-	-	-

 

В табл. 3.1 приведены категории витой пары, существующие в настоящее время, дополнительные параметры по некоторым категориям и назначение кабеля [43]. Подробно они описаны в бюллетене EIA/TIA TSB-155. В этой же таблице дано сопоставление категорий витой пары стандартов EIA/TIA 568 классам кабелей стандарта ISO 11801.

Достоинствами UTP являются дешевизна, совместимость с существующими телефонными кабельными системами, наличие множества стандартов, относительная простота инсталляции и относительно низкая стоимость диагностического оборудования.

Недостатком UTP является подверженность электромагнитным влияниям, что приводит к необходимости применения множества средств кодирования и скремблирования для обеспечения высокоскоростной передачи.

Коаксиальный кабель. Состоит из двух проводников, находящихся на одной оси («со»-, «axis»-ocb) и разделенных изолирующей оплеткой. В системах передачи данных больших компьютеров также применяются кабели, состоящие из трех проводников — твинаксиальные кабели (twinax). По своим характеристикам (полоса пропускания, максимальные расстояния). эти кабели находятся посредине между UTP и оптоволокном. Для кабельного телевидения применяется 75-омйый кабель RG-59 (РК-75).

Для старых Ethernet-сетей, рассчитанных на скорость передачи 10 Мбит/с, использовали кабели RG-11 и RG-58. В современных высокоскоростных системах коаксиальные кабели не используются, так как являются более дорогими и более тяжелыми, чем UTP, а с другой стороны, приближаются по стоимости к оптоволокну.

Оптоволоконный кабель (Fiber) (рис. 3.1) представляет собой тонкие светопроводящие стеклянные или пластиковые сердечники (core) в стеклянной же светоотражающей оболочке (cladding), заключенной в защитную оплетку (jacket). Множество существующих конструкций оптоволоконного кабеля отличаются видом прокладки и требованиями по скорости передачи [3, 52]. В отличие от предыдущих видов кабельных систем оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным воздействиям.

 

(рис. 3.1)

Существует два вида оптического волокна в зависимости от диаметра стеклянного сердечника и стеклянной отражающей оболочки:

• многомодовое волокно — multimode (ММ, 62,5/125 и 50/125 мкм);

• одномодовое волокно — singlemode (SM, 9-10/125 мкм).

На небольших расстояниях применяются многомодовые

кабели, на больших расстояниях — одномодовые. Световой пучок передается по разным видам оптоволокна на разных длинах волн:

• многомодовое волокно — 850 и 1300 нм с затуханием 1,5—5Дб/км;

• одномодовое волокно — 1300 и 1550 нм с затуханием 1 Дб/км.

Оптоволоконные кабели имеют очень широкую полосу пропускания и, соответственно, допускают высокую скорость передачи сигнала. Одномодовое волокно пропускает частоты до 50—100 ГГц. Свет по нему передается одним лучом, а источником света является лазер. Обычно перекрываемые расстояния без регенерации достигают 40 км. Потенциально лазеры могут генерировать световую несущую с частотой до 100 ТГц, а оптоволокно может передавать сигнал с частотой до 1 ТГц. Перекрываемое расстояние без регенерации может достигать 300 км в реальных условиях и 10 000 км в лабораторных [59].

Но существуют четыре основных явления в оптическом волокне, ограничивающие характеристики оптоволоконных систем: хроматическая дисперсия, поляризационная модовая дисперсия первого и второго порядка и нелинейные оптические эффекты.

Важной оптической характеристикой стекла, используемого при изготовлении волокна, является дисперсия показателя преломления, проявляющаяся в зависимости скорости распространения сигнала от длины волны — материальная дисперсия. Кроме этого при производстве возникают отклонения в геометрии волокна и в радиальном профиле показателя преломления. Сама геометрия волокна вместе с отклонением от идеального профиля также вносит существенный вклад в зависимость скорости распространения сигнала от длины волны, это — волноводная дисперсия. Совместное влияние полноводной и материальной дисперсий называют хроматической дисперсией. При укладке волокна в кабель и прокладке кабеля волокно становится неидеальным. Все механические воздействия на кабель ведут к локальным псевдослучайным распределенным деформациям волокна, которые нарушают геометрию и соосность сердцевины и оболочки. Возникает поляризационная модовая дисперсия (PMD) — основной механизм проявления дефектов волокна на характеристики системы- передачи. Поляризационная модовая дисперсия второго порядка учитывает зависимость PMD от длины волны. Это явление стало фактором ухудшения характеристик передачи после того, как скорость передачи превысила 10 Гбит/с. PMD второго порядка может иметь тот же порядок величины, что и хроматическая дисперсия, и прямо пропорциональна длине линии. Поэтому PMD второго порядка в первую очередь учитывается для линий дальней связи.

Нелинейные эффекты в волоконной оптике подобны нелинейным эффектам в других физических средах. Они порождают генерацию паразитных гармоник на частотах равных сумме или разности основных частот системы. Эти проблемы приводят к созданию сложных технологий передачи в оптоволоконных системах и новых видов волокна.

Поэтому при использовании оптоволоконных систем администратор системы должен консультироваться с внешней компанией-инсталлятором, специализирующейся на данных вопросах.

Кроме стеклянных кабелей применяют и пластиковые оптоволоконные кабели. Они имеют несколько другие конструкции, используют длину волны 660 нм и источники красного света. Обеспечивают передачу на скорости максимум 50 Мбит/с, на расстояния до 100 м. Администратор системы должен учесть эти ограничения и применять такие решения в узкоспециализированных целях. Например, в реализации ИС для студий видеозаписи.

К достоинствам современных оптоволоконных кабелей относятся низкая стоимость (стеклянные компоненты значительно дешевле медных), легкость кабеля, высокая скорость передачи по сравнению с медными кабелями, нечувствительность к интерференциям и высокая защищенность от несанкционированного доступа. Недостатки заключаются в пока еще высокой стоимости соответствующего сетевого и диагностического оборудования, высоких квалификационных требованиях к инсталлирующему персоналу. Тем не менее АС должен учесть, что оптоволоконные кабели являются основой для построения современных ИС.

Необходимо отметить, что оптоволоконные системы передачи помимо кабелей включают в себя:

передатчики (transmitter, tranciever) — устройства, конвертирующие электрические сигналы в световые. Источником света может быть светодиод или лазер;

приемники (receiver, tranciever) — устройства, конвертирующие световой сигнал в электрический. Основными его элементами являются обычно фотодиод и чип, регенерирующий и усиливающий сигнал;

коннекторы и сплайсы — разъемы, которые обеспечивают соединение оптоволоконных кабелей между собой, подключение к передатчикам и приемникам. Коннекторы бывают различных видов в зависимости от возникающих на них потерь мощности сигнала, неизменности этих потерь во времени, стоимости, возможности переустановки, видов оптоволокна.

В настоящее время широко используются ST- и SC- коннекторы (рис. 3.3).

 

 

Разъем ST был разработан компанией AT&T в середине 1980-х гг. и получил распространение в оптических подсистемах локальных сетей. Он применяется для соединения всех видов многомодового и одномодового оптоволокон, а также для подключения старого сетевого оборудования. Коннектор прост, относительно дешев и легко устанавливается. Основным недостатком ST-коннектора считается необходимость вращательного движения при подключении к розетке соединителя. Для преодоления этого недостатка был разработан коннектор типа SC (корпорация NTT). SC-коннектор имеет механическую развязку наконечника, фиксирующего элемента и кабеля. Подключение и отключение производится линейно (push-pull). Коннекторы SC нашли широкое применение в одномодовых и многомодовых сетях с передачей данных на скорости от 100 Мбит/с. Новое оптическое активное оборудование, разработанное после 1995 г., выпускается юлько в вариантах с SC-портами. Это необходимо учитывать администратору системы при выдаче технического задания компании-инсталлятору на реализацию сетевой и кабельной подсистемы НС.

Коннекторы FC (корпорация NTT) ориентированы на применение в одномодовых линиях дальней связи и специализированных системах, а также в сетях кабельного телевидения. Соединители FC хорошо выдерживают вибрацию и удары. Flo АС должен учесть, что разработаны они были достаточно давно и применяются в старых системах.