Работа. Физическая передача данных. 4. физическая среда передачи данных основные типы кабельных и беспроводных сред передачи данных
 Скачать 1.09 Mb.
|
Часть лучей при прохождении прозрачных сред с разной плотностью отражается в обратном направлении. Достигая резонатора, они усиливаются и вызывают искажения сигналов. Рис. 4.14. Возможные потеря мощности сигнала в оптических коннекторах. Неидеальная геометрическая форма волокн также вносит вклад в потери мощности (рис. 4.15). Это может быть элиптичность световода, нецентричность его сердцевины. Торец самого световода может содержать деформации: сколы и шероховатости, что в свою очередь уменьшает рабочую поверхность соприкосновения волокн.  Рис. 4.15. Неидеальность геометрической формы волокн. Для исключения существенных потерь необходимо точно и плотно совместить оба световода. Чтобы обеспечить сохранность хрупкого волокна при многократном совмещении, их оконечные отрезки помещают в керамические, пластмассовые или стальные наконечники. Внутри наконечников существует канал, в который вводится и фиксируется химическим или механическим способом очищенный от оболочки световод. Для удалении оболочки используют либо специальные механические инструменты, либо химически активные растворы. Внутри наконечника световод может фиксироваться как по всей длине канала, используя методы на основе клея, так и в точке ввода волокна в наконечник, использея механические методы фиксации (рис. 4.16).  Рис. 4.16. Методы фиксации волокна внутри наконечника. Процесс механической фиксации занимает гораздо меньше времени (до нескольких минут) и основан на "придавливании" волокна с помощью полимерных материалов. Но он менее надежен и недолговечен. При химическом способе чаще всего фиксирующим составом являются эпоксидные растворы, как наиболее надежные. Однако период полного загустевания такого состава весьма продолжителен – до суток. Поэтому для более быстрого монтажа коннекторов могут применяться и другие компоненты или специальные печи для сушки. Закончив установку световода в коннектор, выступающий излишек волокна удаляют специальными инструментами, надрезая и обламывая световод. После чего шлифуют торец наконечника, приступая к непосредственной полировке его поверхности. Особый интерес вызывает форма торцов наконечников (рис. 4.17). Их обработка представляет собой целое искусство.  Рис. 4.17. Возможные формы торцов наконечников. Простейший вариант торца – это плоская форма. Ей присущи большие возвратные потери, поскольку вероятность возникновения воздушного зазора в окрестности световодов велика. Достаточно неровностей даже в нерабочей части поверхности торца. Поэтому чаще всего применяются выпуклые торцы (радиус скругления 10–15мм). При хорошем центрировании плотное соприкосновение световодов гарантируется, а значит более вероятно отсутствие воздушного зазора. Еще более продвинутым рещением является применение скругления торца под углом в несколько градусов. Скругленные торцы меньше зависят от деформаций, образуемых при соединении коннекторов, поэтому подобные наконечники выдерживают большее количество подключений (от 100 до 1000). Также важен материал наконечника. Подавляющее число коннекторов строятся на основе керамических наконечников, как более стойких. После оконцовки световодов коннекторами необходимо произвести анализ качества поверхности наконечника. Чаще всего для этого применяются микроскопы. Професcиональные приборы обладают кратностью увеличения в сотни раз и снабжены специальной подсветкой с различных ракурсов. Они могут также иметь интерфейс подключния к дополнительному измерительному оборудованию. 4.4.3. Основные типы оптических коннекторов Соединение двух оптических коннекторов строится по следующей схеме. Платформой для установки коннекторов служит розетка. Входящие в нее коннекторы фиксируются таким образом, чтобы оси их наконечников были отцентрированы, паралельны и плотно прижаты. Подобные розетки обычно устанавливают в оптические патч-панели, вставки монтажных коробов или в элементы активного сетевого оборудования, например, коммутаторы и маршрутизаторы (рис. 4.18).  Рис. 4.18. Оптические шнуры 9/125, 50/125, 62,5/125, стоечный оптический кросс и промышлкнные коммутаторы. Оптические шнуры (patch cord - шнур соединительный, англ.) – это отрезки оптического кабеля с коннекторами на обеих концах. Их используют для коммутации двух распределительных устройств (кроссов), либо для связи распределительных устройств с активным оборудованием. Обычно все соединительные патч корды маркируются цветом по общепринятому международному стандарту: одномодовые 9/125 (SM - single mode) шнуры – желтым цветом; многомодовые 50/125 (MM - multi mode) шнуры – оранжевым цветом; многомодовые 62.5/125 (MM - multi mode) шнуры – серым цветом. Типы коннекторов являются признаком, который определяет будущее назначение оптического патч-корда. В зависимости от установленных коннекторов различают два типа оптических патч кордов: Соединительный патч-корд (на разных концах коннекторы одного типа); Переходной патч-корд (на разных концах коннекторы разных типов). Существуют оптические шнуры на основе дуплексного (duplex) и симплексного (simplex) оптического кабеля. Для оконцовки оптического кабеля используются разные типы коннекторов, которые различаются допустимым уровнем потерь мощности передаваемого сигнала (рис. 4.19).  Рис. 4.19. Потери мощности сигнала в разных коннекторах. ST-коннекторы (от англ. Straight Tip – прямой разъем) Коннекторы различаются не только применяемыми наконечниками, но и типом фиксации конструкции в розетке. Самым распространенным в ЛВС является ST-тип коннектора. Керамический наконечник имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом. Фиксация производится за счет поворота оправы вокруг оси коннектора, при этом вращения основы коннектора отсутствуют (теоретически) за счет паза в разъеме розетки. Направляющие оправы сцепляясь с упорами ST-розетки при вращении вдавливают конструкцию в гнездо. Пружинный элемент обеспечивает необходимое прижатие.  Рис. 4.20. Общий вид ST-коннектора. Слабым местом ST-технологии является вращательное движение оправы при подключении/отключении коннектора. Оно требует большого жизненного пространства для одного линка, что важно в многопортовых кабельных системах. Более того, вращения наконечника отсутствуют только теоретически. Даже минимальные изменения положения последнего влекут рост потерь в оптических соединениях. Наконечник выступает из основы конструкции на 5-7 мм, что ведет к его загрязнению. SC-коннекторы (от англ. Subscriber Connector – абонентский разъем), Слабые стороны ST-коннекторов в настоящее время решают за счет применения SC-технологии. Сечение корпуса имеет прямоугольную форму. Подключение/отключение коннектора осуществляется поступательным движением по направляющим и фиксируется защелками. Керамический наконечник также имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом, а некоторые модели имеют скос поверхности. Наконечник почти полностью покрывается корпусом и потому менее подвержен загрязнению нежели в ST-конструкции. Отсутствие вращательных движений обуславливает более осторожное прижатие наконечников.  Рис. 4.21. Общий вид SС-коннекторов. В некторых случаях SC-коннекторы применяются в дуплексном варианте. На конструкции могут быть предусмотрены фиксаторы для спаривания коннекторов, или применяться специальные скобы для группировки корпусов. Коннекторы с одномодовым волокном обычно имеют голубой цвет, а с многомодовым серый. LC-коннекторы Коннекторы типа LC - это малогаббаритный вариант SC-коннекторов . Он также имеет прямоугольное сечение корпуса. Конструкция исполняется на пластмассовой основе и снабжена защелкой, подобной защелке, применяющейся в модульных коннекторах медных кабельных систем. Вследствие этого и подключение коннектора производится схожим образом. Наконечник изготавливается из керамики и имеет диаметр 1.25 мм.  Рис. 4.22. Общий вид LС-коннектора. Встречаются как многомодовые, так и одномодовые варианты коннекторов. Ниша этих изделий - многопортовые оптические системы. FC-коннекторы В одномодовых системах встречается еще одна разновидность коннекторов. Они характеризуются отличными геометрическими характеристиками и высокой защитой наконечника. Коннектор FC достаточно распространенный тип оптического коннектора на телекоммуникационных сетях, сетях кабельного телевидения, специализированных системах. Также используется в измерительной технике. Преимуществом коннектора есть резьбовое соединение которое обеспечивает хорошее соединие. Корпус разъема изготовлен из никелированной латуни. Для фиксации на адаптере разъем FC снабжен гайкой с резьбой М8*0.75. Подпружиненный керамический феруль коннектора полностью развязан от корпуса разъема и оболочки кабеля, что гарантирует высокую механическую надежность соединения.  Рис. 4.23. Общий вид FС-коннектора. FDDI-коннекторы Для подключения дуплексного кабеля могут использоваться не только спаренные SC-коннекторы. Часто в этих целях применяют FDDI-коннекторы. Конструкция исполняется из пластмассы и содержит два керамических наконечника. Для исключения неправильного подключения линка коннектор имеет несимметричный профиль. Технология FDDI предусматривает четыре типа используемых портов: A, B, S и M. Проблема идентификации соответствующих линков решается за счет снабжения коннекторов специальными вставками, которые могут различаться по цветовой гамме или содержать буквенные индексы. В основном данный тип используется для подключения к оптическим сетям оконечного оборудования.  Рис. 4.24. Общий вид FDDI-коннекторов. MT-RJ-коннекторы Области применения этих коннекторов – это проводка в зданиях (горизонтальная и backbone), ЛВС и телекоммуникационные сети. Особенность этого типа в том, что размер и конструкция защелки коннектора аналогичны разъемам RJ-45. Разработка коннектора MT-RJ преследовала решение следующих задач: малый размер, низкая стоимость и простота установки. Использование коннектора MT-RJ увеличивает плотность портов в два раза по сравнению со стандартными коннекторами и делает его идеальным для использования в приложениях типа fiber-to-the-desk. Дизайн коннектора соответствует требованиям TIA (рис. 4.25).  Рис. 4.25. Общий вид MT-RJ-коннекторов. В коннекторе MT-RJ используется улучшенная версия индустриального стандарта для коннекторов типа RJ-45. Именно малый размер и удобство защелки аналогичной RJ-45 определяют преимущества данного коннектора при использовании в горизонтальной проводке до рабочего места. Особенностью системы MT-RJ от Molex является использование различных PN для коннекторов модификации «папа» (с направляющими штырьками, выступающими из ферула) и «мама» (с дырочками под штырьки). Имеются две модификации адаптера, одна из которых устанавливается в гнездо для симплексного SC адаптера. 4.5. Узкополосная и широкополосная передачи сигналов В современных компьютерных сетях для передачи кодированных сигналов по сетевому кабелю наибольшее применение находят две наиболее распространенные технологии: узкополосная передача сигналов; широкополосная передача сигналов. Узкополосные (baseband) системы передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты (рис. 4.26). Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного сигнала или, другими словами, цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля.  Рис. 4.26. Узкополосная передача. Полоса пропускания – это разница между max и min частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в таких сетях посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно их передавать и принимать. Широкополосные (broadband) системы передают данные в виде аналогового сигнала, который использует некоторый интервал частот (рис. 4.27). Сигналы представляют собой непрерывные (а не дискретные) электронные или оптические волны. При таком способе сигналы передаются по физической среде в одном направлении.  Рис. 4.27. Широкополосная передача. Если обеспечить необходимую полосу пропускания, то по одному сетевому кабелю одновременно можно передавать несколько сигналов (например, кабельного телевидения, телефона и передача данных). Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Все устройства (в том числе и компьютеры) настраиваются так, чтобы работать с выделенной им частью полосы пропускания.  Рис. 4.28. Частотное разделение каналов (FDM). Современные технологии передачи данных используют частотное разделение сигналов, при котором высокоскоростной поток данных разбивается на несколько относительно низкоскоростных потоков, после чего каждый из них передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал. При использовании обычного частотного мультиплексирования (FDM - Frequency-Division Multiplexing) защитные интервалы (Guard Band) между поднесущими, необходимые для предотвращения взаимного влияния сигналов, довольно велики (рис. 4.28), поэтому доступный спектр используется не очень эффективно. В случае же ортогонального частотно-разделенного мультиплексирования (OFDM) центры поднесущих частот размещены так, что пик каждого последующего сигнала совпадает с нулевым значением предыдущих (рис. 4.29а). Такая схема позволяет более эффективно использовать доступную полосу частот. Перед тем как отдельные поднесущие частоты будут объединены в один сигнал, они еше претерпевают и фазовую модуляцию, определяемую своей последовательностью бит. После этого все они проходят через мультиплексор и собираются в единый информационный пакет.  Рис. 4.29. Ортогональное частотно-разделенное мультиплексирование (ОFDM). Аналогичные технологии используют не только в радиоканалах, но и в оптических средах передачи данных. Основным принципом технологии WDM (Wavelength-division multiplexing, спектральное уплотнение или уплотнение по длине волны) является возможность передавать в одном оптическом волокне множество сигналов на различных несущих длинах волн (рис. 4.29б). В российском телекоме системы передачи, созданные с помощью технологии WDM, называют «системы уплотнения». Существуют несколько типов WDM-систем. Один из них – это CWDM (Coarse Wavelength-division multiplexing, грубое частотное разделение каналов) – системы с разносом оптических несущих на 20 нм (2500 ГГц). Рабочий диапазон 1261-1611 нм, в котором можно реализовать до 18 симплексных каналов. DWDM (Dense Wavelength-division multiplexing, плотное частотное разделение каналов) – системы с разносом оптических несущих на 0,8 нм (100 ГГц). Имеют два рабочих диапазона – 1525-1565 нм и 1570-1610 нм, в которых можно реализовать до 44-х симплексных каналов. В широкополосной системе сигнал передается только в одном направлении. Для возможности приема и передачи каждым из устройств необходимо обеспечить два пути прохождения сигнала. Для этого можно: либо использовать два кабеля; либо разбить полосу пропускания кабеля на два канала, которые работают с разными частотами: один канал на передачу, другой – на прием. 4.6. Кодирование сигналов Данные, хранимые в РС и передаваемые между ними в ЛВС, представляются в цифровом виде (рис. 4.30). Каждое информационное сообщение (пакет) – это строка битов, содержащая закодированную информацию.  Рис. 4.30. Процесс передачи информации. Так как кабель содержит всего две проводящие жилы, то в каждый момент времени по нему можно передать только один бит информации (последовательная передача данных). При широкополосной передаче цифровые данные РС перед передачей по сетевому кабелю преобразуются в аналоговый несущий сигнал синусоидальной формы:  Это преобразование называется модуляцией. В зависимости от того, какой из параметров данного сигнала изменяется различают три типа модуляции: амплитудную, частотную и фазовую. Рассмотрим первые два из них. При амплитудной модуляции (АМ) используется несущий сигнал постоянной частоты (ω0). Для передачи бита со значением «1» передается волна несущей частоты. Отсутствие сигнала означает передачу бита «0», то есть:  При частотной модуляции (ЧМ) используется сигнал несущей с двумя частотами. В этом случае бит «1» представляется сигналом несущей частоты ω1, а бит «0» – сигналом частоты ω2, то есть:   Рис. 4.31. Варианты кодирования сигналов. Обратный процесс - процесс преобразования аналогового сигнала в цифровые данные на РС, которая принимает переданный ей модулированный сигнал называется демодуляцией. При узкополосной передаче используется двуполярный дискретный сигнал. При этом кодирование в сетевом адаптере передающей РС цифровых данных в цифровой сигнал выполняется напрямую. Наиболее простым и часто используемым является кодирование методом без возврата к нулю (NRZ – Non Return to Zero), в котором бит «1» представляется положительным напряжением (H – высокий уровень), а бит «0» – отрицательным напряжением (L – низкий уровень). То есть, сигнал всегда выше или ниже нулевого напряжения, откуда и название метода. Иллюстрация изложенных методов кодирования сигналов приведена на рис. 4.31. Как при передаче аналоговых, так и цифровых сигналов, если следующие друг за другом биты равны (оба «0» или оба «1»), то трудно сказать, когда кончается один и начинается другой. Для решения этой задачи приемник и передатчик надо синхронизировать, т. е. одинаково отсчитывать интервалы времени. Это можно выполнить либо введя дополнительную линию для передачи синхроимпульсов (что не всегда возможно, да и накладно), либо использовать специальные методы передачи данных: асинхронный или автоподстройки. |