Оптичні мережі. Волс: основні характеристики та сфери застосування

У волоконно-оптичних системах передачі (ВОСП) інформація передається електромагнітними хвилями високої частоти близько 200 ТГц, що відповідає ближньому інфрачервоному діапазону оптичного спектру 1500 нм. Хвиліводом, що переносить інформаційні сигнали у ВОСП, є оптичне волокно (ОВ), яке має важливу здатність передавати світлове випромінювання на великі відстані з малими втратами. Втрати у ВВ кількісно характеризуються загасанням. Швидкість та дальність передачі інформації визначаються спотворенням оптичних сигналів через дисперсію та згасання. Волоконно-оптична мережа – це інформаційна мережа, сполучними елементами між вузлами якої є волоконно-оптичні лінії зв'язку. Технології волоконно-оптичних мереж, крім питань волоконної оптики, охоплюють також питання, що стосуються електронного передавального обладнання, його стандартизації, протоколів передачі, питання топології мережі та загальні питання побудови мереж.

Оптичне волокно в даний час вважається найдосконалішим фізичним середовищем для передачі інформації, а також найперспективнішим середовищем для передачі великих потоків інформації на значні відстані. Підстави так вважати випливають із низки особливостей, властивих оптичним хвилеводам:

- широкосмуговість оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою несучої Гц. Це означає, що з оптичної лінії зв'язку можна передавати інформацію зі швидкістю порядку біт/с (1Тбіт/с). Іншими словами, по одному волокну можна передати одночасно 10 мільйонів телефонних розмов і мільйон відеосигналів. Швидкість передачі може бути збільшена з допомогою передачі відразу у двох напрямах, оскільки світлові хвилі можуть поширюватися одному волокні незалежно друг від друга. Крім того, в оптичному волокні можуть поширюватися світлові сигнали двох різних поляризацій, що дозволяє подвоїти пропускну здатність оптичного каналу зв'язку. На сьогоднішній день межа за щільністю інформації, що передається, по оптичному волокну не досягнуто;
- дуже мале (порівняно з іншими середовищами) згасання світлового сигналу в оптичному волокні. Найкращі зразки російського волокна мають загасання 0,22 дБ/км на довжині хвилі 1,55 мкм, що дозволяє будувати лінії зв'язку завдовжки до 100 км. без регенерації сигналів. Для порівняння, найкраще волокно Sumitomo на довжині хвилі 1,55 мкм має загасання 0,154 дБ/км. В оптичних лабораторіях США розробляються ще більш «прозорі», так звані фторцирконатні оптичні волокна з теоретичною межею близько 0,02 дБ/км на довжині хвилі 2,5 мкм. Лабораторні дослідження показали, що на основі таких волокон можуть бути створені лінії зв'язку з регенераційними ділянками через 4600 км. при швидкості передачі порядку 1 Гбіт/с;
- ВВ виготовлено з кварцу, основу якого становить двоокис кремнію, широко поширеного, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді;
- оптичні волокна мають діаметр близько 100 мкм, тобто дуже компактні та легкі, що робить їх перспективними для використання в авіації, приладобудуванні, кабельній техніці;
- так як оптичні волокна є діелектриками, отже, під час будівництва систем зв'язку автоматично досягається гальванічна розв'язка сегментів. В оптичній системі вони електрично повністю ізольовані одна від одної, і багато проблем, пов'язаних із заземленням та зняттям потенціалів, які досі виникали при з'єднанні електричних кабелів, втрачають свою актуальність. Застосовуючи особливо міцний пластик, на кабельних заводах виготовляють самонесучі підвісні кабелі, що не містять металу і тим самим безпечні в електричному відношенні. Такі кабелі можна монтувати на щоглах існуючих ліній електропередач, як окремо, так і вбудовані у фазовий провід, заощаджуючи значні кошти на прокладання кабелю через річки та інші перепони;
- системи зв'язку на основі оптичних волокон стійкі до електромагнітних перешкод, а інформація, що передається по світловодах, захищена від несанкціонованого доступу. Волоконно-оптичні лінії зв'язку не можна підслухати неруйнівним способом. Будь-які дії на ОВ можуть бути зареєстровані методом моніторингу (безперервного контролю) цілісності лінії;
- важлива властивість оптичного волокна – довговічність. Час життя волокна, тобто збереження ним своїх властивостей у певних межах, перевищує 25 років, що дозволяє прокласти волоконно-оптичний кабель один раз і при необхідності нарощувати пропускну здатність каналу шляхом заміни приймачів і передавачів на більш швидкодіючі.

Але існують деякі недоліки волоконно-оптичних технологій:

- при створенні лінії зв'язку потрібні високонадійні активні елементи, що перетворюють електричні сигнали на світло, і світло на електричні сигнали. Для з'єднання ВВ з приймально-передавальним обладнанням використовуються оптичні конектори (з'єднувачі), які повинні мати малі оптичні втрати і великий ресурс на підключення-відключення. Похибки під час виготовлення таких елементів лінії зв'язку мають бути порядку частки мікрона, тобто. відповідати довжині хвилі випромінювання. Тому виробництво цих компонентів оптичних ліній зв'язку дуже дороге;
- Інший недолік полягає в тому, що для монтажу оптичних волокон потрібне прецизійне, а тому дороге, технологічне обладнання.

Як наслідок, при аварії (обриві) оптичного кабелю витрати на відновлення вищі, ніж під час роботи з мідними кабелями.

Переваги від застосування волоконно-оптичних ліній зв'язку (ВОЛЗ) настільки значні, що, незважаючи на перераховані недоліки оптичного волокна, ці лінії зв'язку все ширше використовуються для передачі інформації.

УВАГА: всі компоненти СКС та ВОЛЗ, комутаційні та електротехнічні пристрої поставляються лише в рамках мережевих проектів, ми не займаємось дистрибуцією обладнання.

Мережі на основі кабелю типу "Вита пара"
Оптоволоконні мережі

ІЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВІС пропонує послуги з проектування, монтажу та сервісної підтримки корпоративних комунікацій, побудованих на основі ВОЛЗ. Унікальна пропозиція компанії – у комплексному підході до створення корпоративних телекомунікаційних та інформаційних систем. Крім прокладання оптики, ми ефективно реалізуємо створення офісних АТС та call-центрів (у тому числі на базі VOIP), а також створення центрів обробки даних та СГД.

ІЦ ТЕЛЕКОМ-СЕРВІС має партнерські відносини з провідними розробниками рішень щодо створення структурованих кабельних систем. Компанія має повний пакет діючих ліцензій, що дозволяє здійснювати весь комплекс робіт із мережевої інтеграції на різногалузевих об'єктах.

Фахівці компанії здійснюють повний цикл проекту з побудови або модернізації мережевої інфраструктури замовника, побудови ВОЛЗ та СКС – починаючи від аудиту до запуску системи та її подальшого технічного обслуговування.

У той час як можливості мідних кабельних ліній наближаються до своїх граничних значень і потрібні все більші витрати на подальший розвиток цього напряму, перспективи використання ВОЛЗ стають все економічнішими та ефективнішими. Сьогодні ВОЛЗ, безумовно, є одним із найперспективніших напрямів у галузі зв'язку. Пропускні можливості оптичних каналів на порядки вищі, ніж у інформаційних ліній на основі мідного кабелю. Крім того, волоконно-оптичні лінії зв'язку несприйнятливі до електромагнітних полів, що знімає деякі типові проблеми мідних систем зв'язку.

Основні поняття та галузі застосування ВОЛЗ

Волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ) - це вид системи передачі, при якому інформація передається по оптичних діелектричних хвилеводів, відомих під назвою "оптичне волокно".

Волс – це інформаційна мережа, сполучними елементами між вузлами якої є волоконно-оптичні лінії зв'язку. Технології Волс окрім питань волоконної оптики охоплюють також питання, що стосуються електронного передавального обладнання, його стандартизації, протоколів передачі, питання топології мережі та загальні питання побудови мереж.

ВОЛЗ в основному використовуються при побудові об'єктів, в яких монтаж СКС повинен об'єднати багатоповерховий будинок або будинок великої протяжності, а також при об'єднанні територіально-розрізнених будівель.

Структурна схема ВОЛЗ, застосовуваної до створення підсистеми зовнішніх магістралей, зображено малюнку.

Області застосування та класифікація волоконно-оптичних кабелів (ВОК)

Волоконно-оптичні кабелі, що застосовуються при проектуванні та монтажі СКС, призначені для передачі оптичних сигналів усередині будівель та між ними. На їх основі можуть бути реалізовані всі три підсистеми СКС, хоча в горизонталі

ної підсистемі волоконна оптика поки що знаходить обмежене застосування для забезпечення функціонування ЛОМ. У підсистемі внутрішніх магістралей оптичні кабелі застосовуються однаково часто з кабелями з кручених пар, а підсистемі зовнішніх магістралей вони грають домінуючу роль.

Залежно від основної сфери застосування волоконно-оптичні кабелі поділяються на три основні види:

кабелі зовнішньої прокладки (outdoor cables);
кабелі внутрішньої прокладки (indoor cables);
кабелі для шнурів.

Кабелі зовнішньої прокладки використовуються під час створення підсистеми зовнішніх магістралей і пов'язують між собою окремі будівлі. Основною областю використання кабелів внутрішньої прокладки є організація внутрішньої магістралі будівлі, тоді як кабелі для шнурів призначені в основному для виготовлення сполучних та комутаційних шнурів, а також для виконання горизонтального розведення при реалізації проектів класу fiber to the desk (волокно до робочого місця) та Fiber to the room (волокно до кімнати). Загальну класифікацію оптичних кабелів СКС можна як як показано малюнку.

Переваги ВОЛЗ

Передача інформації з ВОЛЗ має низку переваг перед передачею по мідному кабелю. Стрімке використання інформаційні мережі Волс є наслідком переваг, які з особливостей поширення сигналу в оптичному волокні.

Широка смуга пропускання- Зумовлена надзвичайно високою частотою несучої 1014Гц. Це дає потенційну можливість передачі по одному оптичному волокну потоку інформації кілька терабит в секунду. Велика смуга пропускання – це одна з найважливіших переваг оптичного волокна над мідним або будь-яким іншим середовищем передачі інформації.

Мале згасання світлового сигналу у волокні. Промислове оптичне волокно, що випускається в даний час вітчизняними та зарубіжними виробниками, має загасання 0,2-0,3 дБ на довжині хвилі 1,55 мкм у розрахунку на один кілометр. Мале згасання та невелика дисперсія дозволяють будувати ділянки ліній без ретрансляції довжиною до 100 км та більше.

Низький рівень шумів у волоконно-оптичному кабелідозволяє збільшити смугу пропускання шляхом передачі різної модуляції сигналів з малою іпобутковістю коду.

Висока схибленість.Оскільки волокно виготовлено з діелектричного матеріалу, воно несприйнятливе до електромагнітних перешкод з боку навколишніх мідних кабельних систем та електричного обладнання, здатного індукувати електромагнітне випромінювання (лінії електропередачі, електродвигуни і т.д.). У багатоволоконних кабелях також немає проблеми перехресного впливу електромагнітного випромінювання, властивої багатопарним мідним кабелям.

Невелика вага та обсяг.Волоконно-оптичні кабелі (ВОК) мають меншу вагу та об'єм у порівнянні з мідними кабелями в розрахунку на ту саму пропускну здатність. Наприклад, 900-парний телефонний кабель діаметром 7,5 см, може бути замінений одним волокном з діаметром 0,1 см. Якщо волокно "одягнути" у безліч захисних оболонок і покрити сталевою стрічковою бронею, діаметр такого ВОК буде 1,5 см, що у кілька разів менше телефонного кабелю, що розглядається.

Висока захищеність від несанкціонованого доступу.Оскільки ВОК практично не випромінює в радіодіапазоні, то інформацію, що передається по ньому, важко підслухати, не порушуючи прийому-передачі. Системи моніторингу (безперервного контролю) цілісності оптичної лінії зв'язку, використовуючи властивості високої чутливості волокна, можуть миттєво відключити канал зв'язку, що зламується, і подати сигнал тривоги. Сенсорні системи, що використовують інтерференційні ефекти світлових сигналів, що поширюються (як по різних волокнах, так і різної поляризації) мають дуже високу чутливість до коливань, до невеликих перепадів тиску. Такі системи особливо необхідні для створення ліній зв'язку в урядових, банківських та деяких інших спеціальних службах, що висувають підвищені вимоги до захисту даних.

Гальванічна розв'язка мережі елементів.Ця перевага оптичного волокна полягає в його ізолюючій властивості. Волокно допомагає уникнути електричних "земельних" петель, які можуть виникати, коли два мережеві пристрої неізольованої обчислювальної мережі, пов'язані мідним кабелем, мають заземлення в різних точках будівлі, наприклад, на різних поверхах. При цьому може виникнути велика різниця потенціалів, що може пошкодити мережеве обладнання. Для волокна цієї проблеми немає.

Вибухо- та пожежна безпека.Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує безпеку мережі на хімічних, нафтопереробних підприємствах при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.

Економічність ВОК.Волокно виготовлене з кварцу, основу якого становить двоокис кремнію, широко поширеного, тому недорогого матеріалу, на відміну міді. В даний час вартість волокна по відношенню до мідної пари співвідноситься як 2:5. При цьому ВОК дозволяє передавати сигнали значно більші відстані без ретрансляції. Кількість повторювачів на довгих лініях скорочується при використанні ВОК. При використанні солітонних систем передачі досягнуто дальності 4000 км без регенерації (тобто тільки з використанням оптичних підсилювачів на проміжних вузлах) при швидкості передачі вище 10 Гбіт/с.

Тривалий термін експлуатації.Згодом волокно зазнає деградації. Це означає, що згасання у прокладеному кабелі поступово зростає. Однак, завдяки досконалості сучасних технологій виробництва оптичних волокон, цей процес значно сповільнений, і термін служби ВОК становить приблизно 25 років. За цей час може змінитися кілька поколінь/стандартів приймально-передаючих систем.

Віддалене електроживлення.У деяких випадках потрібне віддалене електроживлення вузла інформаційної мережі. Оптичне волокно не може виконувати функції силового кабелю. Однак, у цих випадках можна використовувати змішаний кабель, коли поряд з оптичними волокнами кабель оснащується мідним провідним елементом. Такий кабель широко використовується як у Росії, так і за кордоном.

Найвищою пропускною здатністю серед усіх існуючих засобів зв'язку має оптичне волокно (діелектричні хвилеводи). Волоконно-оптичні кабелі застосовуються до створення - волоконно-оптичних ліній зв'язку, здатних забезпечити найвищу швидкість передачі (залежно від типу використовуваного активного устаткування швидкість передачі може становити десятки гігабайт і навіть терабайт на секунду).

Кварцове скло, що є несучим середовищем ВОЛЗ, крім унікальних пропускних характеристик, має ще одну цінну властивість - малі втрати і нечутливість до електромагнітних полів. Це вигідно відрізняє його від звичайних мідних кабельних систем.

Дана система передачі інформації, як правило, використовується при будівництві робочих об'єктів як зовнішні магістралі, що поєднують розрізнені споруди або корпуси, а також багатоповерхові будівлі. Вона може використовуватися і як внутрішній носій структурованої кабельної системи (СКС), проте закінчені СКС повністю з волокна зустрічаються рідше - через високу вартість будівництва оптичних ліній зв'язку.

Застосування ВОЛЗ дозволяє локально поєднати робочі місця, забезпечити високу швидкість завантаження Інтернету одночасно на всіх машинах, якісний телефонний зв'язок та телевізійний прийом.

При грамотному проектуванні майбутньої системи (цей етап передбачає вирішення архітектурних питань, а також вибір відповідного обладнання та способів з'єднання несучих кабелів) та професійного монтажу застосування волоконно-оптичних ліній забезпечує ряд суттєвих переваг:

Високу пропускну здатність рахунок високої несучої частоти. Потенційна можливість одного оптичного волокна – кілька терабіт інформації за 1 секунду.
Волоконно-оптичний кабель відрізняється низьким рівнем шуму, що позитивно позначається на його пропускній здатності та можливості передавати сигнали різної модуляції.
Пожежна безпека (пожежостійкість). На відміну від інших систем зв'язку, ВОЛЗ може використовуватися без жодних обмежень на підприємствах підвищеної небезпеки, зокрема на нафтохімічних виробництвах, завдяки відсутності іскроутворення.
Завдяки малому загасанню світлового сигналу, оптичні системи можуть об'єднувати робочі ділянки на значних відстанях (більше 100 км) без використання додаткових ретрансляторів (підсилювачів).

Інформаційна безпека. Волоконно-оптичний зв'язок забезпечує надійний захист від несанкціонованого доступу та перехоплення конфіденційної інформації. Така здатність оптики пояснюється відсутністю випромінювань у радіодіапазоні, а також високою чутливістю до коливань. У разі спроб прослуховування вбудована система контролю може відключити канал і попередити про підозрюваний злам. Саме тому ВОЛЗ активно використовують сучасні банки, наукові центри, правоохоронні організації та інші структури, що працюють із секретною інформацією.
Висока надійність та завадостійкість системи. Волокно, будучи діелектричним провідником, не чутливе до електромагнітних випромінювань, не боїться окислення та вологи.
Економічність. Незважаючи на те, що створення оптичних систем через свою складність дорожче, ніж традиційних СКС, загалом їхній власник отримує реальну економічну вигоду. Оптичне волокно, яке виготовляється з кварцу, коштує приблизно в 2 рази дешевше за мідний кабель, додатково при будівництві великих систем можна заощадити на підсилювачах. Якщо при використанні мідної пари ретранслятори потрібно ставити кожні кілька кілометрів, то у ВОЛЗ ця відстань становить не менше 100 км. У цьому швидкість, надійність і довговічність традиційних СКС значно поступаються оптиці.

Термін служби волоконно-оптичних ліній складає півстоліття чверті століття. Через 25 років безперервного використання в системі, що несе, збільшується згасання сигналів.
Якщо порівнювати мідний і оптичний кабель, то при одній і тій же пропускній здатності другий важитиме приблизно в 4 рази менше, а його обсяг навіть при використанні захисних оболонок буде менше, ніж у мідного, в кілька разів.
Перспективи. Використання волоконно-оптичних ліній зв'язку дозволяє легко нарощувати обчислювальні можливості локальних мереж завдяки встановленню активного обладнання, що швидко діє, причому без заміни комунікацій.

Область застосування ВОЛЗ

Як було зазначено вище, волоконно-оптичні кабелі (ВОК) використовуються передачі сигналів навколо (між) будинків і всередині об'єктів. При побудові весняних комунікаційних магістралей перевагу надають оптичним кабелям, а всередині будівель (внутрішні підсистеми) нарівні з ними використовується традиційна кручена пара. Таким чином, розрізняють ВОК для зовнішньої (outdoor cables) та внутрішньої (indoor cables) прокладки.

До окремого виду належать з'єднувальні кабелі: усередині приміщень вони використовуються як сполучні шнури та комунікації горизонтальної розводки - для оснащення окремих робочих місць, а зовні - для об'єднання будівель.

Монтаж волоконно-оптичного кабелю здійснюється за допомогою спеціальних інструментів та приладів.

Довжина комунікаційних магістралей ВОЛЗ може сягати сотень кілометрів (наприклад, при будівництві комунікацій між містами), тоді як стандартна довжина оптичних волокон становить кілька кілометрів (зокрема тому, що робота з занадто великими довжинами в деяких випадках дуже незручна). Таким чином, при побудові траси необхідно вирішити проблему зрощування окремих світловодів.

Розрізняють два типи сполук: роз'ємні та нероз'ємні. У першому випадку для з'єднання застосовують оптичні конектори (це пов'язано з додатковими фінансовими витратами, і, крім того, при великій кількості проміжних роз'ємних з'єднань збільшуються оптичні втрати).

Для нероз'ємного з'єднання локальних ділянок (монтажу трас) застосовуються механічні з'єднувачі, клейове зрощування та зварювання волокон. В останньому випадку використовують апарати для зварювання оптичних волокон. Перевага тому чи іншому методу надається з урахуванням призначення та умов застосування оптики.

Найбільш поширеною є технологія склеювання, для якої використовується спеціальне обладнання та інструмент, яка включає кілька технологічних операцій.

Зокрема, перед з'єднанням оптичні кабелі проходять попередню підготовку: у місцях майбутніх з'єднань видаляються захисне покриття та зайве волокно (підготовлена ділянка очищається від гідрофобного складу). Для надійної фіксації світловода в з'єднувачі (конекторі) використовується епоксидний клей, яким заповнюється внутрішній простір конектора (він вводиться в корпус роз'єму за допомогою шприца або дозатора). Для затвердіння та просушування клею застосовується спеціальна пічка, здатна створити температуру 100 град. З.

Після затвердіння клею надлишки волокна видаляються, а наконечник конектора шліфується і полірується (якість скола має першорядне значення). Для забезпечення високої точності виконання цих робіт контролюється за допомогою 200-кратного мікроскопа. Полірування може здійснюватися вручну або за допомогою полірованої машини.

Найякісніша сполука з мінімальними втратами забезпечує зварювання волокон. Цей метод використовується для створення високошвидкісних ВОЛЗ. Під час зварювання відбувається оплавлення кінців світловоду, для цього як джерело теплової енергії можуть використовуватися газовий пальник, електричний заряд або лазерне випромінювання.

Кожен із методів має свої переваги. Лазерне зварювання завдяки відсутності домішок дозволяє отримувати чисті сполуки. Для міцного зварювання багатомодових волокон зазвичай використовують газові пальники. Найбільш поширеною є електричне зварювання, що забезпечує високу швидкість та якість виконання робіт. Тривалість плавлення різних типів оптових волокон відрізняється.

Для зварювальних робіт застосовуються спеціальний інструмент та дороге зварювальне обладнання - автоматичне або напівавтоматичне. Сучасні зварювальні апарати дозволяють контролювати якість зварювання, а також проводити тестування місць з'єднання на розтяг. Удосконалені моделі оснащені програмами, що дозволяють оптимізувати процес зварювання під конкретний тип оптоволокна.

Після зрощення місце з'єднання захищається трубками, що щільно насаджуються, які забезпечують додатковий механічний захист.

Ще один метод зрощування елементів оптоволокна в єдину лінію ВОЛЗ – механічне з'єднання. Цей спосіб забезпечує меншу чистоту з'єднання, ніж зварювання, проте загасання сигналу в даному випадку все-таки менше, ніж при використанні оптичних конекторів.

Перевага цього перед іншими полягає в тому, що для проведення робіт використовуються прості пристосування (наприклад, монтажний столик), які дозволяють проводити роботи в важкодоступних місцях або всередині малогабаритних конструкцій.

Механічне зрощення має на увазі використання спеціальних з'єднувачів - так званих сплайсів. Існує кілька різновидів механічних з'єднувачів, які є витягнутою конструкцією з каналом для входу і фіксації оптичних волокон, що зрощуються. Сама фіксація забезпечується за допомогою передбачених конструкцією засувок. Після з'єднання сплайс додатково захищаються муфтами або коробами.

Механічні з'єднувачі можуть використовуватись неодноразово. Зокрема їх застосовують під час проведення ремонтних або відновлювальних робіт на лінії.

ВОЛЗ: типи оптичних волокон

Оптичні волокна, що використовуються для побудови ВОЛЗ, відрізняються за матеріалом виготовлення та по модовій структурі світла. Що стосується матеріалу, розрізняють повністю скляні волокна (зі скляною серцевиною та скляною оптичною оболонкою), повністю пластикові волокна (з пластиковою серцевиною та оболонкою) та комбіновані моделі (зі скляною серцевиною та з пластиковою оболонкою). Найкращу пропускну здатність забезпечують скляні волокна, більш дешевий пластиковий варіант використовують у тому випадку, якщо вимоги до параметрів згасання та пропускної спроможності не критичні.

Вступ

Сьогодні зв'язок відіграє у нашому світі. І якщо раніше для передачі інформації використовувалися мідні кабелі та проводи, то тепер настав час оптичних технологій та оптоволоконних кабелів. Зараз, здійснюючи дзвінок на інший кінець світу (наприклад, з Росії в Америку) або ж завантажуючи з інтернету улюблену мелодію, яка лежить на сайті десь в Австралії, ми навіть не замислюємося, яким чином нам вдається це зробити. А відбувається це завдяки використанню оптоволоконних кабелів. Для того щоб з'єднати людей, зробити їх ближче один до одного або до бажаного джерела інформації, доводиться з'єднувати континенти. В даний час обмін інформацією між континентами здійснюється головним чином через підводні оптоволоконні кабелі. В даний час волоконно-оптичні кабелі прокладені дном Тихого і Атлантичного океанів і практично весь світ "обплутаний" мережею волоконних систем зв'язку (Laser Mag.-1993.-№3; Laser Focus World.-1992.-28, №12; Telecom mag.-1993.-№25;AEU: J. Asia Electron.Union.-1992.-№5). Європейські країни через Атлантику пов'язані волоконними лініями зв'язку з Америкою. США, через Гавайські острови та острів Гуам – з Японією, Новою Зеландією та Австралією. Волоконно-оптична лінія зв'язку з'єднує Японію та Корею з Далеким Сходом Росії. На заході Росія пов'язана з європейськими країнами Петербург – Кінгісепп – Данія та С.-Петербург – Виборг – Фінляндія, на півдні – з азіатськими країнами Новоросійськ – Туреччина. При цьому головною рушійною силою розвитку оптоволоконних ліній зв'язку є Інтернет.

Оптоволоконні мережі безумовно є одним із найперспективніших напрямів у галузі зв'язку. Пропускні можливості оптичних каналів на порядки вищі, ніж у інформаційних ліній на основі мідного кабелю.

Оптичне волокно вважається найдосконалішим середовищем передачі великих потоків інформації великі відстані. Воно виготовлене з кварцу, основу якого становить двоокис кремнію - широко поширеного та недорогого матеріалу, на відміну від міді. Оптичне волокно дуже компактне та легке, воно має діаметр лише близько 100 мкм.

Крім того, оптоволокно несприйнятливе до електромагнітних полів, що знімає деякі типові проблеми мідних систем зв'язку. Оптичні мережі здатні передавати сигнал великі відстані з меншими втратами. Незважаючи на те, що ця технологія все ще залишається дорогою, ціни на оптичні компоненти постійно падають, у той час як можливості мідних ліній наближаються до своїх граничних значень і вимагають все більше витрат на подальший розвиток цього напряму.

Мені здається, що тема волоконно-оптичних ліній зв'язку в даний час є актуальною, перспективною та цікавою для розгляду. Саме тому я вибираю її для своєї курсової роботи та вважаю, то за ВОЛЗ майбутнє.

1. Історія створення

Волоконна оптика хоч і є повсюдно використовуваним та популярним засобом забезпечення зв'язку, сама технологія проста та розроблена досить давно. Експеримент із зміною напряму світлового пучка шляхом заломлення був продемонстрований Данієлем Колладоном (Daniel Colladon) та Жаком Бабінеттом (Jacques Babinet) ще 1840 року. Практичне застосування технології знайшлося лише у ХХ столітті.

У 20-х роках минулого століття експериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) та Джоном Бердом (John Berd) було продемонстровано можливість передачі зображення через оптичні трубки.

Винахід у 1970 році фахівцями компанії Corning оптоволокна прийнято вважати переломним моментом в історії розвитку оптоволоконних технологій. Розробникам вдалося створити провідник, який здатний зберігати щонайменше одного відсотка потужності оптичного сигналу з відривом одного кілометра. За нинішніми мірками це досить скромне досягнення, а тоді, майже 40 років тому, - необхідна умова для того, щоб розвивати новий вид провідного зв'язку.

Перші широкомасштабні експерименти пов'язані з появою стандарту FDDI. Ці мережі першого покоління працюють досі.

Масове використання волоконної оптики, пов'язане з виробництвом більш дешевих комплектуючих. Темпи зростання волоконно-оптичних мереж мають вибуховий характер.

Е Зростання швидкостей передачі, поява технологій хвильового ущільнення (WDM, DWDM)/ Нові типи волокон.

2. Волоконно-оптичні лінії зв'язку як поняття

1 Оптичне волокно та його види

Волокно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ) - це вид системи передачі, у якому інформація передається оптичним діелектричним хвилеводам, відомих під назвою «оптичне волокно». То що це таке?

Оптичне волокно - дуже тонкий скляний циліндр, званий житловий (core), покритий шаром скла (Рис.1), званого оболонкою, з іншим, ніж у жили, коефіцієнтом заломлення. Волокно характеризується діаметрами цих областей - наприклад, 50/125 означає волокно з діаметром серцевини 50 мкм та зовнішнім діаметром оболонки 125 мкм.

Рис.1 Структура оптоволокна

Світло поширюється по серцевині волокна рахунок послідовних повних внутрішніх відбитків межі розділу між серцевиною і оболонкою; його поведінка багато в чому схожа на те, ніби він потрапив у трубу, стінки якої вкриті дзеркальним шаром. Однак на відміну від звичайного дзеркала, відображення в якому досить неефективне, повне внутрішнє відображення по суті близьке до ідеального - в цьому полягає їхня корінна відмінність, що дозволяє світла поширюватися вздовж волокна на великі відстані з мінімальними втратами.

Волокно, виготовлене таким чином ((Рис.2) а)), називається волокном зі ступінчастим профілем показника заломлення та багатомодовим, оскільки для поширення променя світла існує багато можливих шляхів або мод.

Це безліч мод призводить до дисперсії (поширення) імпульсу, оскільки кожна мода проходить у волокні різний шлях, тому різні моди мають різну затримку передачі, проходячи від одного кінця волокна до іншого. Результат цього явища - обмеження максимальної частоти, яку можна ефективно передавати при даній довжині волокна - збільшення або частоти, або довжини волокна понад граничні значення по суті призводить до злиття наступних один за одним імпульсів, через що їх стає неможливо розрізнити. Для типового багатомодового волокна ця межа дорівнює приблизно 15 МГц км, що означає, що відеосигнал зі смугою, наприклад, 5 МГц може бути переданий на максимальну відстань 3 км (5 МГц х 3 км = 15 МГц км). Спроба передати сигнал на б ó більша відстань призведе до прогресуючої втрати високих частот.

Рис.2 Типи оптичного волокна

Для багатьох застосувань ця цифра неприпустимо велика, і йшов пошук конструкції волокна з ширшою смугою пропускання. Один із шляхів - зменшення діаметра волокна до дуже малих значень (8-9 мкм), так що стає можливим лише одна мода. Одномодові, як їх називають, волокна ((Рис.2) b)) дуже ефективно знижують дисперсію, і результуюча смуга - багато ГГц км - робить їх ідеальними для телефонних і телеграфних мереж загального користування (РТТ) і кабельного мереж телебачення. На жаль, волокно настільки малого діаметра вимагає застосування потужного, прецизійно поєднаного, а тому порівняно дорогого випромінювача на лазерному діоді, що знижує їхню привабливість для багатьох застосувань, пов'язаних малою протяжністю проектованої лінії.

В ідеалі потрібно волокно зі смугою пропускання того ж порядку, що і одномодового волокна, але з діаметром, як багатомодового, щоб було можливим застосування недорогих передавачів на світлодіодах. До певної міри цим вимогам задовольняє багатомодове волокно з зміною градієнтної показника заломлення ((Рис.2) с)). Воно нагадує багатомодове волокно зі ступінчастою зміною показника заломлення, про яке йшлося вище, але показник заломлення його серцевини неоднорідний - він плавно змінюється від максимального значення в центрі до менших значень на периферії. Це призводить до двох наслідків. Перше - світло поширюється по шляху, що злегка згинається, і друге, і більш важливе - відмінності в затримці поширення різних мод мінімальні. Це пов'язано з тим, що високі моди, що входять у волокно під ó більшим кутом і проходять більший шлях, насправді починають поширюватися з більшою швидкістю в міру того, як вони віддаляються від центру в зону, де показник заломлення знижується, і в основному рухаються швидше, ніж моди нижчих порядків, що залишаються поблизу осі в волокна, області високого показника заломлення. Збільшення швидкості компенсує більший прохідний шлях.

Багатомодові волокна з градієнтним показником заломлення не є ідеальними, проте вони демонструють дуже непогані значення смуги. Тому в більшості ліній малої та середньої протяжності вибір такого типу волокон виявляється кращим. Насправді це означає, що смуга пропускання лише зрідка виявляється параметром, який слід брати до уваги.

Проте загасання це негаразд. Оптичний сигнал згасає у всіх волокнах, зі швидкістю, яка залежить від довжини хвилі передавачем джерелом світла (Рис.3). Як згадувалося раніше, існує три довжини хвилі, на яких згасання оптичного волокна зазвичай мінімальне - 850, 1310 і 1550 нм. Вони відомі як вікна прозорості. Для багатомодових систем вікно на довжині хвилі в 850 нм - перше і найчастіше використовуване (найменша ціна). На цій довжині хвилі градієнтне багатомодове волокно гарної якості показує згасання близько 3 дБ/км, що уможливлює реалізацію зв'язку в замкнутій ТБ системі на відстанях понад 3 км.

Рис.3 Залежність загасання від довжини хвилі

На довжині хвилі 1310 нм те саме волокно показує ще менше згасання - 0,7 дБ/км, дозволяючи цим пропорційно збільшити дальність зв'язку приблизно 12 км. 1310 нм - це також перше робоче вікно для одномодових оптоволоконних систем, загасання при цьому становить близько 0,5 дБ/км, що у поєднанні з передавачами на лазерних діодах дозволяє створювати лінії зв'язку довжиною понад 50 км. Друге вікно прозорості – 1550 нм – використовується для створення ще довших ліній зв'язку (загасання волокна менше 0,2 дБ/км).

2 Класифікація ВОК

Оптоволоконний кабель відомий вже довгий час, його підтримували навіть ранні стандарти Ethernet для пропускної здатності 10 Мбіт/с. Перший отримав назву FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link), а наступний - 10BaseF.

На сьогоднішній день у світі кілька десятків фірм, що виробляють оптичні кабелі різного призначення. Найбільш відомі з них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor (ФРН); BICC Cable (Велика Британія); Les cables de Lion (Франція); Nokia (Фінляндія); NTT, Sumitomo (Японія), Pirelli (Італія).

Визначальними параметрами під час виробництва ВОК є умови експлуатації та пропускна спроможність лінії зв'язку. За умовами експлуатації кабелі поділяють на дві основні групи (Рис.4)

Внутрішньооб'єктові призначені для прокладання всередині будівель та споруд. Вони компактні, легкі та, як правило, мають невелику будівельну довжину.

Магістральні призначені для прокладання в колодязях кабельних комунікацій, у ґрунті, на опорах вздовж ЛЕП, під водою. Ці кабелі мають захист від зовнішніх впливів та будівельну довжину понад два кілометри.

Для забезпечення великої пропускної спроможності лінії зв'язку виробляють ВОК, що містять невелике число (до 8) одномодових волокон з малим загасанням, а кабелі для розподільних мереж можуть містити до 144 волокон як одномодових, так і багатомодових, залежно від відстаней між сегментами мережі.

Рис.4 Класифікація ВОК

3 Переваги та недоліки волоконно-оптичної передачі сигналів

3.1 Переваги ВОЛЗ

Для багатьох застосувань волоконна оптика виявляється переважно в силу цілого ряду переваг.

Низькі втрати під час передачі. Волоконно-оптичні кабелі з невеликими втратами дозволяють передавати сигнали зображення на великі відстані без використання маршрутних підсилювачів або репітерів. Це особливо зручно для схем передачі на далекі відстані - наприклад, системи спостереження за автострадами або залізницею, де нерідкі безрепітерні ділянки по 20 км.

Широкополосна передача сигналу. Широка смуга передачі оптичного волокна дозволяє одночасно передавати по одному волоконно-оптичному кабелю високоякісне відео, звук та цифрові дані.

Несприйнятливість до перешкод та наведень. Повна нечутливість оптоволоконного кабелю до зовнішніх електричних перешкод та наведень забезпечує стійку роботу систем навіть у тих випадках, коли монтажники не приділили достатньо уваги розташування прилеглих мереж живлення тощо.

Електроізоляція. Відсутність електропровідності для оптоволоконного кабелю означає, що йдуть проблеми, пов'язані зі змінами потенціалу землі, характерні, наприклад, для електростанцій чи залізниць. Ця ж їхня властивість усуває небезпеку пошкодження обладнання, викликаного кидками струму від блискавок і т.п.

Легкі та компактні кабелі. Вкрай малі розміри оптичних волокон і оптоволоконних кабелів дозволяють вдихнути друге життя в битком набиті кабельні канали. Наприклад, один коаксіальний кабель займає стільки ж місця, скільки і 24 оптичних кабелю, кожен з яких може одночасно передавати 64 відеоканалу і 128 аудіо-або відеосигналів.

Неустаревающая лінія зв'язку. Простою заміною кінцевого обладнання, а не самих кабелів, волоконно-оптичні мережі можна модернізувати для передачі більшого обсягу інформації. З іншого боку, частину або навіть всю мережу можна використовувати для зовсім іншого завдання, наприклад, об'єднання в одному кабелі локальної обчислювальної мережі та замкнутої системи ТБ.

Вибухо- та пожежна безпека. Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує безпеку мережі на хімічних, нафтопереробних підприємствах при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.

Економічність ВОЛЗ. Волокно виготовлене з кварцу, основу якого становить двоокис кремнію, широко поширеного, тому недорогого матеріалу, на відміну міді.

Тривалий термін експлуатації. Згодом волокно зазнає деградації. Це означає, що згасання у прокладеному кабелі поступово зростає. Однак, завдяки досконалості сучасних технологій виробництва оптичних волокон, цей процес значно сповільнений, і термін служби ВОК становить приблизно 25 років. За цей час може змінитися кілька поколінь/стандартів приймально-передаючих систем.

3.2 Недоліки ВОЛЗ

Висока складність монтажу. Висока кваліфікація персоналу та спеціальні інструменти. Тому найчастіше оптоволоконний кабель продається у вигляді заздалегідь нарізаних шматків різної довжини, на обох кінцях яких вже встановлені рознімання потрібного типу. Використання оптоволоконного кабелю вимагає спеціальних оптичних приймачів і передавачів, що перетворюють світлові сигнали на електричні та назад.

Оптоволоконний кабель менш міцний і гнучкий, ніж електричний. Типова величина допустимого радіусу вигину становить близько 10 - 20 см, при менших радіусах вигину центральне волокно може зламатися.

Оптоволоконний кабель чутливий до іонізуючих випромінювань, через які знижується прозорість скловолокна, тобто збільшується згасання сигналу.

3. Електронні компоненти ВОЛЗ. Принцип передачі

У найбільш загальному вигляді принцип передачі у волокно-оптичних системах зв'язку можна пояснити з допомогою (Рис.5).

Рис.5 Принцип передачі у волокно-оптичних системах зв'язку

1 Передавач для волоконної оптики

Найбільш важливим компонентом волоконно-оптичного передавача є джерело світла (зазвичай напівпровідниковий лазер або світлодіод (Рис.6)). Обидва служать одній і тій же меті - генерації мікроскопічного світлового пучка, який можна з високим ККД ввести в волокно і з високою частотою модулювати (змінювати інтенсивність). Лазери забезпечують б ó більшу інтенсивність пучка, ніж світлодіоди, і допускають більш високу частоту модуляції; тому вони часто використовуються для широкосмугових ліній великої протяжності, наприклад телекомунікації або кабельне телебачення. З іншого боку, світлодіоди - більш дешеві та стійкіші прилади, до того ж цілком придатні для більшості систем невеликої або середньої довжини.

Рис.6 Способи введення оптичного випромінювання в оптоволокно

Крім функціонального призначення (тобто який сигнал він повинен передавати), волоконно-оптичний передавач характеризується ще двома важливими параметрами, що визначають його властивості. Один – це його вихідна потужність (інтенсивність) оптичного випромінювання. Другий - довжина хвилі (або колір) світла, що випускається. Зазвичай це 850, 1310 або 1550 нм, значення, вибрані з умови збігу з т.з. вікнами прозорості у характеристиці пропускання матеріалу оптичного волокна.

3.2 Приймачі для волоконної оптики

Приймачі волоконної оптики вирішують життєво важливе завдання - детектування надзвичайно слабкого оптичного випромінювання, що випускається з кінця волокна, та посилення отриманого електричного сигналу до необхідного рівня з мінімальними спотвореннями та шумами. Мінімальний рівень випромінювання, потрібний приймачеві для того, щоб забезпечити прийнятну якість вихідного сигналу, називається чутливістю; різниця між чутливістю приймача і вихідною потужністю передавача визначає максимально допустимі втрати в системі дБ. Для більшості замкнутих ТВ систем спостереження зі світлодіодним передавачем типовою є цифра 10-15 дБ. В ідеалі приймач повинен нормально працювати при зміні вхідного сигналу в широких межах, оскільки зазвичай неможливо заздалегідь передбачити, якою буде ступінь загасання в лінії зв'язку (тобто довжина лінії, число стиків тощо). У багатьох простих конструкціях приймачів для досягнення необхідного рівня вихідного сигналу використовується ручне регулювання посилення, яке виробляється при монтажі системи. Це небажано, оскільки неминучі зміни у величині загасання лінії, викликані старінням або зміною температури тощо, що диктує необхідність періодично підлаштовувати посилення. У всіх волоконно-оптичних приймачах застосовується автоматичне регулювання посилення, яке відстежує середній рівень вхідного оптичного сигналу відповідно змінює коефіцієнт посилення приймача. Ні при монтажі, ні при експлуатації ручного регулювання не потрібно.

оптичний волокно зв'язок кабель

4. Області застосування ВОЛЗ

Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ) дозволяють передавати аналогові та цифрові сигнали на далекі відстані. Вони також використовуються на малих, більш керованих відстанях, наприклад, усередині будівель. Зростає кількість користувачів Інтернету - і у нас швидко будуються нові центри обробки даних (ЦОД), для взаємозв'язку яких використовується оптоволокно. Адже при передачі сигналів зі швидкістю 10 Гбіт/с витрати аналогічні «мідним» лініям, але оптика споживає значно менше енергії. Довгі роки прихильники волокна та міді "билися" один з одним за пріоритет у корпоративних мережах. Даремно витрачений час!

Справді, областей застосування оптики стає дедалі більше, переважно, через зазначених вище переваг перед міддю. Волоконно-оптичне обладнання широко використовується в медичних установах, наприклад, для комутації локальних відеосигналів операційних. Оптичні сигнали не мають жодного відношення до електрики, що є ідеальним у плані забезпечення безпеки пацієнтів.

Волоконно-оптичним технологіям віддають перевагу і військові, тому що дані важко або навіть неможливо вважати ззовні. ВОЛЗ забезпечують високий ступінь захисту конфіденційної інформації, дозволяють передавати несжаті дані типу графіки з високою роздільною здатністю та відео з точністю до пікселя. Оптика проникла у всі ключові напрямки – системи спостереження, диспетчерські та ситуаційні центри до зон з екстремальними умовами експлуатації.

Зниження вартості обладнання дозволило використовувати оптичні технології в традиційно мідних областях - на великих промислових підприємствах для організації автоматизованих систем управління технологічним процесом (АСУ ТП), в енергетиці, системах безпеки та відеоспостереження. Можливість передачі великого потоку інформації на далекі відстані робить оптику ідеально підходящою та затребуваною практично у всіх галузях промисловості, де довжина кабельних ліній може досягати кількох кілометрів. Якщо для крученої пари відстань обмежена 450 метрами, то для оптики і 30 км не межа.

Як приклад використання ВОЛЗ хочу навести опис замкнутої системи безпеки відеоспостереження на типовій електростанції. Особливо актуальною та затребуваною ця тема стала останнім часом, після прийняття Урядом РФ постанови про протидії тероризму та переліку життєво важливих об'єктів, що підлягають захисту.

5. Оптоволоконні ТВ системи спостереження

Процес розробки системи, як правило, включає дві складові:

Вибір відповідних активних компонентів передаючого тракту, заснований на потрібній функції (або функціях), типі та кількості наявних або пропонованих волокон та максимальній дальності передачі.

Конструкції пасивної інфраструктури оптоволоконного кабелю, у тому числі типи та технічні характеристики магістрального кабелю, сполучні коробки, панелі для нарощування кабелів (fibre patch panels).

1Компоненти тракту передачі відеоспостереження

Насамперед - які компоненти насправді потрібні, щоб задовольнити технічні характеристики системи?

Системи з фіксованими камерами - такі системи надзвичайно прості і зазвичай складаються з мініатюрного волоконно-оптичного передавача і або модульного, або приймача, що монтується в стійці. Передавач часто має розміри, досить малі для того, щоб змонтувати його безпосередньо в корпусі камери, та забезпечується коаксіальним байонетним роз'ємом, оптичним з'єднувачем ST і клемами для підключення низьковольтного джерела живлення (як правило, 12 В постійного або змінного струму). Система спостереження типової електростанції складається з кількох десятків таких камер, сигнали з яких передаються на центральний пост управління, і в цьому випадку приймачі монтуються у стійку на стандартну карту 19-дюймову формату 3U із загальним блоком живлення.

Системи на керованих камерах з поворотними пристроями - такі системи складніші, оскільки потрібен додатковий канал передачі сигналів управління камерою. Взагалі кажучи, існує два типи системи дистанційного керування такими камерами - що вимагають однонаправленої передачі сигналів дистанційного керування (від центрального поста до камер) і вимагають двонаправленої передачі. Системи з двонаправленою передачею стають все більш популярними, тому що вони дозволяють отримувати від кожної камери підтвердження прийому кожного сигналу, що управляє, а тому забезпечують велику точність і надійність управління. В межах кожної з цих груп існує широкий спектр вимог до інтерфейсу, у тому числі RS232, RS422 і RS485. Інші системи не використовують цифровий інтерфейс, але передають дані як послідовність звукових сигналів по аналоговому каналу, подібно до сигналів двочастотного тонального набору в телефонії.

Рис.6 Передача сигналів дистанційного керування поворотним пристроєм по одному волокну

Всі ці системи можуть працювати з волоконно-оптичними кабелями при використанні відповідного обладнання. При нормальних обставинах одночасна передача оптичних сигналів по одному волокну в протилежних напрямках небажана, тому що через розсіяне відображення у волокні виникають взаємні перешкоди. У замкнутих ТВ системах цей ефект створює на зображенні перешкоди щоразу, коли задіяно керування камерою.

Для досягнення двонаправленої передачі по одному волокну, що не створює взаємних перешкод, необхідно, щоб передавачі на різних кінцях волокна працювали на різних довжинах хвиль, наприклад, 850 нм і 1300 нм, відповідно (Рис.6). До кожного кінця волокна приєднується відгалужувач на мультиплексорі з поділом довжин хвиль (WDM - wavelength division multiplexer), який забезпечує, що кожен приймач отримує від волокна передавача, що знаходиться на протилежному кінці, світло тільки з потрібною довжиною хвилі (наприклад, 850 нм). Небажані відображення від передавача на ближньому кінці опиняються в неправильному діапазоні (тобто 1300 нм) і відповідно відсікаються.

Додаткові можливості - хоча вибір фіксованої камери або камери на поворотному пристрої задовольняє вимогам більшої частини замкнених ТБ систем спостереження, існує низка систем, в яких потрібні додаткові можливості, наприклад, передача аудіоінформації - для загального сповіщення, допоміжних повідомлень споживачеві або зв'язок з віддаленим постом . З іншого боку, частиною інтегрованої охоронної системи можуть бути контакти датчиків, які спрацьовують під час пожежі або появу сторонніх. Всі ці сигнали можна передавати оптоволокном - або з того ж, що використовується мережею, або по іншому.

2Мультиплексування відеосигналів

На одному одномодовому оптоволокні можливе мультиплексування до 64 відео та до 128 аудіосигналів або сигналів цифрових даних, або дещо менше - на багатомодовому. У цьому контексті під мультиплексуванням мається на увазі одночасна передача повноекранних відеосигналів у реальному часі, а не малокадрове або поліекранне відображення, до чого найчастіше належить даний термін.

Здатність передавати багато сигналів і додаткову інформацію з кількох оптичних волокон - дуже цінна, особливо замкнених ТБ систем спостереження з великою протяжністю, наприклад, для автомагістралей чи залізниць, де мінімізація числа оптоволоконних кабелів найчастіше життєво важлива. Для інших застосувань, з меншою протяжністю та сильно розкиданими камерами, переваги не такі очевидні, і тут в першу чергу слід розглянути використання окремої волоконної лінії для кожного відеосигналу. Вибір того, мультиплексувати чи ні, є досить складним, і його необхідно робити тільки після розгляду всіх моментів, у тому числі топології системи, загальних витрат і, не в останню чергу, стійкість до пошкоджень мережі.

3Інфраструктура кабельної мережі

Після того, як визначено вимоги до тракту передачі, виконується розробка інфраструктури кабельної оптоволоконної мережі, до якої входять не тільки самі кабелі, а й усі допоміжні компоненти - коробки з'єднувальні, панелі для нарощування кабелів, обвідні кабелі.

Перше завдання – підтвердити правильність вибору числа та типу оптичних волокон, визначеного на етапі вибору компонентів тракту. Якщо система не відрізняється великою протяжністю (тобто не довшою приблизно 10 км) і не передбачає мультиплексної передачі відеосигналів, то, швидше за все, оптимальним вибором буде багатомодове волокно 50/125 мкм або 62,5/125 мкм з градієнтним заломленням. Традиційно для замкнутих ТВ систем вибирається волокно 50/125 мкм, а локальних обчислювальних мереж - 62,5/125 мкм. У всякому разі, кожне з них підходить для кожного з цих завдань, і взагалі, у більшості країн для обох цілей застосовується волокно 62,5/125 мкм.

Число потрібних волокон можна визначити виходячи з кількості та відносного розташування камер і з того, чи використовується односпрямоване або двонаправлене дистанційне керування або мультиплексування. Оскільки труби. Кабелі, призначені для прокладання у зовнішніх каналах, зазвичай мають вологозахист або з алюмінієвої стрічки (сухі порожнисті труби), або з водовідштовхувального наповнювача (кабелі з гелевим наповнювачем). Кабель для протипожежної безпеки.

Багато замкнених ТБ системи малої протяжності мають конфігурацію зірки, де від кожної камери до поста управління прокладено цілу ділянку кабелю. Для таких систем оптимальна конструкція кабелю міститиме два волокна - відповідно для передачі відеосигналу та дистанційного керування. Така конфігурація забезпечує стовідсотковий запас по ємності кабелю, тому що при необхідності і відео, і сигнали дистанційного керування можуть бути передані по тому самому волокну. Більш розгалужені мережі можуть виграти від використання зворотної деревоподібної топології (Inverted branch & tree topology) (Мал.7). У таких мережах від кожної камери двожильний оптоволоконний кабель веде до місцевого "концентратора", де вони з'єднуються в єдиний багатожильний кабель. Сам же концентратор не сильно складніший за звичайну всепогодну сполучну коробку і часто може бути об'єднаний з корпусом обладнання однієї з камер.

Приріст вартості при додаванні оптоволоконних ліній до вже існуючого кабелю незначний, особливо в порівнянні з вартістю пов'язаних з цим громадських робіт, слід серйозно підійти до можливості встановлення кабелів із запасом по ємності.

Волоконно-оптичні кабелі траншейного заглиблення можуть містити арматуру зі сталевого дроту. В ідеалі всі кабелі повинні виготовлятися з полум'я зупиняючих матеріалів з низьким димовиділенням, щоб задовольняти місцевим правилам, призначені для прокладання в зовнішній кабельній каналізації або безпосередньо в траншеях, зазвичай мають конструкцію порожнистої труби, що містить від 2 до 24 волокон в одній або декількох

Рис.7 Деревоподібна топологія волоконно-оптичної мережі

На посту управління вхідний волоконно-оптичний кабель зазвичай приходить у блок сполучення, змонтований у 19" стійку, при цьому кожне волокно має свій індивідуальний ST -конектор. Для остаточного сполучення з приймачем використовуються короткі перехідні кабелі підвищеної жорсткості з відповідними ST -конекторами на кожному кінці. Для виконання всіх монтажних робіт не потрібно ніякого особливого мистецтва, окрім розумного розуміння необхідності обережного поводження з оптичним волокном (наприклад, не можна згинати волокно з радіусом менше 10 діаметрів волокна) та вимог загальної гігієни (тобто чистоти).

4Бюджет оптичних втрат

Може здатися дивним, що підрахунок бюджету оптичних втрат відбувається на такому пізньому етапі процесу розробки, проте насправді точний його розрахунок можливий тільки після того, як інфраструктура кабельної мережі повністю визначена. Мета розрахунку - визначити втрати для найгіршого шляху проходження сигналу (зазвичай найдовшого) та переконатися, що обране для тракту передачі обладнання з розумним запасом вписується в отримані межі.

Розрахунок досить простий і полягає у звичайному підсумовуванні втрат у децибелах всіх компонентів тракту, у тому числі згасання в кабелі (дБ/км х довжину в км) плюс обидва конектори та втрати на стиках. Найбільша складність - витягти необхідні цифри втрат з документації виробника.

Залежно від отриманого результату може знадобитися переоцінка обраного тракту передачі обладнання, щоб забезпечити прийнятні втрати. Наприклад, може виявитися необхідним замовити обладнання з покращеними оптичними параметрами, а якщо такого не знайдеться – слід розглянути питання про перехід на вікно прозорості з більшою довжиною хвилі, де менше втрати.

5Тестування системи та введення її в експлуатацію

Більшість фахівців із встановлення волоконно-оптичних мереж надають результати оптичних випробувань для оптоволоконної мережі, що вводиться в експлуатацію. Як мінімум, вони повинні включати результати вимірювань по наскрізній передачі потужності оптичного випромінювання для кожної оптоволоконної лінії - це еквівалентно перевірці цілісності для звичайної мережі на мідних кабелях з мультиплексорами електричних сигналів. Ці результати подаються як величина втрат лінії в дБ, і їх можна порівняти з технічними даними на обране для тракту передачі обладнання. Зазвичай вважається нормальним мати мінімальний запас за величиною втрат (обіцяні параметри обладнання мінус виміряна величина) 3 дБ на неминучі процеси старіння, що відбуваються в оптоволоконних лініях, особливо в передавачах.

Висновок

Найчастіше у фахівців існує думка, що оптоволоконні рішення значно дорожчі за мідні. У заключній частині моєї роботи мені хотілося б підбити підсумок раніше сказаному і спробувати все ж таки з'ясувати, так це чи ні, порівнявши оптичні рішення компанії 3M Volution з типовою екранованою системою 6-ї категорії, що володіє найближчими багатомодовою оптикою.

До орієнтовного розрахунку вартості типової системи було включено ціну порту 24-портової комутаційної панелі (з розрахунку на одного абонента), абонентських та комутаційних шнурів, абонентського модуля, а також вартість горизонтального кабелю за 100 метрів (див. таблицю 1).

Таблиця 1 Розрахунок вартості абонентського порту СКС для «міді»6й категорії та оптики

Цей простий розрахунок показав, що вартість оптоволоконного рішення всього на 35% більше, ніж рішення для крученої пари 6-ї категорії, так що чутки про величезну дорожнечу оптики дещо перебільшені. Причому вартість основних оптичних компонентів на сьогодні порівнянна або навіть нижча, ніж для екранованих систем 6-ї категорії, але, на жаль, готові оптичні комутаційні та абонентські шнури поки що в кілька разів дорожчі за мідні аналоги. Однак якщо з будь-яких причин протяжність абонентських каналів у горизонтальній підсистемі перевищує 100 м-коду, оптиці просто немає альтернативи.

У той же час низьке значення згасання оптичного волокна та "імунітет" до різних електромагнітних наведень робить його ідеальним рішенням для сьогоднішніх та майбутніх кабельних систем.

Структуровані кабельні системи, які використовують оптоволокно як для магістральних, так і для горизонтальних кабельних каналів, дають споживачам низку серйозних переваг: більш гнучка структура, менша площа в будівлі, висока безпека і краща керованість.

Застосування оптичного волокна на робочих місцях дозволить у майбутньому з мінімальними витратами перейти на нові мережеві протоколи, такі як Gigabit та 10 Gigabit Ethernet. Це можливо завдяки ряду останніх досягнень у галузі оптоволоконних технологій: багатомодове оптоволокно з покращеними оптичними характеристиками та смугою пропускання; оптичні роз'єми з малим форм-фактором, які вимагають меншої площі та меншої кількості витрат під час монтажу; площинні лазерні діоди з вертикальним резонатором забезпечують передачу даних на відстань з низькими витратами.

Високу пропускну здатність рахунок високої несучої частоти. Потенційна можливість одного оптичного волокна – кілька терабіт інформації за 1 секунду.
Волоконно-оптичний кабель відрізняється низьким рівнем шуму, що позитивно позначається на його пропускній здатності та можливості передавати сигнали різної модуляції.
Пожежна безпека (пожежостійкість). На відміну від інших систем зв'язку, ВОЛЗ може використовуватися без жодних обмежень на підприємствах підвищеної небезпеки, зокрема на нафтохімічних виробництвах, завдяки відсутності іскроутворення.
Завдяки малому загасанню світлового сигналу, оптичні системи можуть об'єднувати робочі ділянки на значних відстанях (більше 100 км) без використання додаткових ретрансляторів (підсилювачів).

Інформаційна безпека. Волоконно-оптичний зв'язок забезпечує надійний захист від несанкціонованого доступу та перехоплення конфіденційної інформації. Така здатність оптики пояснюється відсутністю випромінювань у радіодіапазоні, а також високою чутливістю до коливань. У разі спроб прослуховування вбудована система контролю може відключити канал і попередити про підозрюваний злам. Саме тому ВОЛЗ активно використовують сучасні банки, наукові центри, правоохоронні організації та інші структури, що працюють із секретною інформацією.
Висока надійність та завадостійкість системи. Волокно, будучи діелектричним провідником, не чутливе до електромагнітних випромінювань, не боїться окислення та вологи.
Економічність. Незважаючи на те, що створення оптичних систем через свою складність дорожче, ніж традиційних СКС, загалом їхній власник отримує реальну економічну вигоду. Оптичне волокно, яке виготовляється з кварцу, коштує приблизно в 2 рази дешевше за мідний кабель, додатково при будівництві великих систем можна заощадити на підсилювачах. Якщо при використанні мідної пари ретранслятори потрібно ставити кожні кілька кілометрів, то у ВОЛЗ ця відстань становить не менше 100 км. У цьому швидкість, надійність і довговічність традиційних СКС значно поступаються оптиці.

Термін служби волоконно-оптичних ліній складає півстоліття чверті століття. Через 25 років безперервного використання в системі, що несе, збільшується згасання сигналів.
Якщо порівнювати мідний і оптичний кабель, то при одній і тій же пропускній здатності другий важитиме приблизно в 4 рази менше, а його обсяг навіть при використанні захисних оболонок буде менше, ніж у мідного, в кілька разів.
Перспективи. Використання волоконно-оптичних ліній зв'язку дозволяє легко нарощувати обчислювальні можливості локальних мереж завдяки встановленню активного обладнання, що швидко діє, причому без заміни комунікацій.