СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
преимущества применения ВОЛС в ЛВС: Раздел 2. Средства телекоммуникаций 128 • не требуются повторители на протяженных сегментах ЛВС; • вероятность искажения информации – не более 10 -10 благодаря низкому уровню шумов в оптических линиях связи; • возможность наращивания вычислительной мощности сети без замены кабельных коммуникаций. Недостатки использования ВОЛС в ЛВС: • несмотря на возможно невысокую стоимость кабеля, стоимость работы по его прокладке может быть значительной. В состав схемы ВОЛС (рис.2.42) входят: • сетевой адаптер, устанавливаемый в рабочую станцию или сервер; • приемопередатчик (трансивер), преобразующий электрический сигнал в оптический (Э/О) и обратно (О/Э); • оптический соединитель (ОС); • оптический кабель. 2.4.2.6. Способы сращивания оптических волокон Для сращивания оптических волокон используются следующие средства. 1. Специальные сварочные аппараты, обеспечивающие: • возможность сваривать любые типы волокон в ручном и автоматическом режимах; • предварительное тестирование волокна; • оценку качества поверхности волокон перед сваркой; • установку оптимальных параметров работы; • измерение потерь в точке их соединения. При сварке одно- и многомодовых волокон потери составляют всего 0,01 дБ, что является превосходным результатом. Достоинства: • высокое качество сварки; • большая скорость проведения работ, что немаловажно при ликвидации аварий на магистральных линиях связи. Недостаток: высокая стоимость сварочных аппаратов; 2. Механические "сплайсы" (splice), представляющие собой пластиковые устройства размером со спичечный коробок (40х7х4 мм) и состоящие из крышки и корпуса со специальным желобом, в который с двух сторон вставляются соединяемые волокна, закрепляемые крышкой- - оптический кабель - места сварки Э/О ОС О/Э Эл.сигнал Трансивер Оптический интерфейс Трансивер 2.42 ОС Раздел 2. Средства телекоммуникаций 129 замком. Особая конструкция сплайса обеспечивает надежное центрирование, герметичное и качественное соединение волокон с потерями на стыке порядка 0,1 дБ. Достоинства: • простота и дешевизна способа соединения; • малое время на соединение двух волокон (около 30 с после соответствующей подготовки волокон); • удобство при работе в труднодоступном месте, так как монтаж ведется без применения клея и специального оборудования. 3. Прецизионные втулки, в которых в месте стыка волокон находится гель на основе силикона высокой прозрачности с показателем преломления, близким к показателю преломления оптического волокна, что обеспечивает оптический контакт между торцами сращиваемых волокон и одновременно герметизирует место стыка. В местах сращивания оптических волокон возникают потери энергии, обусловленные: 1) внешними факторами: • линейное смещение оптических волокон (рис.2.43,а); • угловое смещение оптических волокон (рис. 2.43,б); • воздушный зазор между сращиваемыми волокнами (рис. 2.43,в); 2) внутренними факторами: • эксцентриситет сердцевины (рис. 2.43,г); • эллиптичность сердцевины (рис. 2.43,д). 2.4.2.7. Перспективы ВОЛС Работы по увеличению пропускной способности оптических сетей ведутся в двух направлениях: • увеличивается скорость передачи данных на одной длине волны: в коммерческих системах достигнут уровень 40 Гбит/с, а в тестовых – 320 Гбит/с; • увеличивается число длин волн, передаваемых по одному волокну: 80 длин волн в коммерческих системах и до 1000 в тестовых. Теоретическая пропускная способность одного волокна составляет около 300 Тбит/с, что превышает объем всего Интернет-трафика. С учетом а) б) в) г) д) 2.43 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 130 того, что в выпускаемых сегодня кабелях может находиться до 864 волокон, можно говорить о неограниченной полосе пропускания оптических сетей связи. Кроме того, появляются новые полностью оптические сетевые устройства, обрабатывающие трафик без преобразования оптических сигналов в электрические и обратно. 2.4.3. Кабельные системы Кабельная система представляет собой совокупность: • кабелей разных типов (неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель); • соединительных розеток; • кроссовых кабелей; • распределительных панелей. Основными причинами сбоев и отказов в работе локальной вычислительной сети являются: • отказ кабельной системы – около 50% (в крупных сетях – до 70%); • сбои программного обеспечения – около 20%; • сбои серверов и рабочих станций – около 15%; • сбои сетевых плат – около 5%; • прочие – около 10%. Для диагностики и сертификации кабельных систем используется специальное оборудование, а именно: • сетевые анализаторы – дорогостоящие измерительные приборы для диагностики и сертификации кабелей и кабельных систем в лабораторных условиях специально обученным персоналом; • приборы для сертификации кабельных систем – более простые и компактные (размером с видеокассету) приборы, чем сетевые анализаторы, выполняющие те же функции, но обеспечивающие меньшую точность; • кабельные сканеры – приборы для определения длины кабеля, электромагнитных характеристик (NEXT, затухание, импеданс), схемы разводки кабеля, уровня электрических шумов; • тестеры (мультиметры) – наиболее простые и недорогие приборы, позволяющие определить только факт обрыва кабеля. 2.4.4. Структурированные кабельные системы К современным кабельным системам, используемым, в первую очередь, в компьютерных сетях, предъявляются следующие требования: • интеграция систем связи, реализующих передачу различных видов данных (компьютерных, речи, видео), с системами контроля и управления; • открытость архитектуры кабельной системы, обеспечивающей монтаж, последующее обслуживание и развитие комплексных, Раздел 2. Средства телекоммуникаций 131 стыкующихся со всем сертифицированным оборудованием систем проводки для различных сооружений; • обеспечение эффективного функционирования и развития компьютерных сетей; • обеспечение высокой скорости передачи данных – 100 и более Мбит/с. Для достижения указанных требований была разработана и стандартизована технология построения кабельных систем, получившая название «СКС - структурированная кабельная система». Структурированная кабельная система (СКС) представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы, основными среди которых являются: • вертикальная проводка между этажами здания; • горизонтальная проводка на этажах; • кроссовые (коммутационные) панели (кросс-панели); • модульные розетки на рабочих местах. К основным особенностям СКС можно отнести следующее: • для передачи компьютерных данных, голоса и видеоинформации используется единая кабельная система; • большие капиталовложения (по сравнению с традиционным подходом) оправдываются за счет длительной эксплуатации сети; • обладают модульностью и возможностью внесения изменений и наращивания кабельной сети; • допускают одновременное использование нескольких различных сетевых протоколов; • не зависят от изменений сетевых технологий и смены поставщика оборудования; • используют стандартные компоненты и материалы и позволяют комбинировать в одной сети кабели разных видов. К достоинствам структурированного подхода относятся: • максимальная гибкость в размещении соответствующего коммуникационного оборудования; • возможность внедрения новых приложений и технологий; • гарантированное соответствие всех ее компонентов международным стандартам; • возможность подключения различных видов оборудования с помощью универсальных розеток на рабочих местах. Недостатки структурированного подхода: • больший срок построения, чем при традиционном подходе; • дополнительные капитальные затраты на избыточное оборудование (кабели, розетки, кросс-панели), которые, впрочем, быстро окупаются в процессе эксплуатации. Основным стандартом, описывающим СКС, является стандарт ANSI/TIA/EIA-568-A, разработанный и утвержденый комитетами American Раздел 2. Средства телекоммуникаций 132 National Standards Institute (ANSI), Telecommunications Industry Association (TIA) и Electronics Industry Association (EIA). 2.5. Беспроводные системы связи Недостатки, присущие кабельным линиям связи (включая оптоволоконные): • высокая стоимость арендуемых выделенных каналов; • подверженность механическим воздействиям в процессе эксплуатации (обрывы и замыкания) и, в связи с высокой трудоемкостью их устранения, выход системы из строя на длительный срок; • невозможность организации мобильной (подвижной) связи. 2.5.1. Общие принципы организации беспроводной связи Для построения беспроводных сетей передачи данных необходимо иметь специальные технические и программные средства. Кроме того, необходимо иметь лицензию Государственной инспекции электросвязи на право использования определенных частот или арендовать у других организаций уже выделенные им частоты. Беспроводная связь основана на использовании в качестве информационных сигналов радиоволн или, точнее, электромагнитного поля излучения (ЭПИ). Источниками и приемниками ЭПИ являются разного вида антенны. 2.5.1.1. Виды беспроводной связи На рис.2.44 представлена классификация традиционных видов беспроводной связи, которая включает в себя: • наземную радиосвязь в диапазоне частот от 30 МГц до нескольких десятков ГГц; • радиорелейную связь (РРС) в диапазоне частот от 1 до 300 ГГц; • спутниковую связь в диапазоне частот от 1 до 100 ГГц; • лазерную (на ИК-лучах) в диапазоне частот от 300 до 400 ТГц. Эти же виды беспроводной связи находят всё более широкое применение и в компьютерных сетях. 2.5.1.2. Характеристики ЭПИ Основными характеристиками ЭПИ (радиоволн) являются: Виды беспроводной связи Наземная радиосвязь (30 МГц -100 ГГц) РРС (1-300 ГГц) Спутниковая (1-100 ГГц) Лазерная на ИК-лучах (300-400 ТГц) 2.44 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 133 • длина волны: f c = λ , где с – скорость света; f – частота колебаний радиоволн; • мощность излучения P (энергия за секунду), измеряемая в ваттах; • напряженность поля излучения, измеряемая в вольтах на метр. 2.5.1.3. Условия распространения ЭПИ разных частот На передачу ЭПИ в точке приема оказывают влияние 3 фундаментальных физических процесса: 7) отражение электромагнитного поля (от Земли, зданий и т.п.); 8) преломление его лучей в ионизированных слоях атмосферы; 9) явление дифракции. Отражение электромагнитного поля от Земли (рис.2.45) приводит: • к ослаблению поля (чем больше частота, тем больше ослабление); • к изменению его фазы. Ионизированный слой в атмосфере создается в основном ультрафиолетовым излучением солнца и меняет свои свойства в течение суток и в разные времена года. В ионосфере происходит (рис.2.46): • преломление лучей, при этом чем короче волна, то есть чем больше частота, тем меньше преломление при прочих равных условиях, поэтому для связи с космическими объектами используются высокочастотные радиоволны; • поглощение энергии. α 1 = α 2 α 1 α 2 2.45 f 1 f 2 f 3 f 4 f 1 < f 2 < f 3 < f 4 Ионизированный слой 2.46 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 134 Дифракция (рис.2.47) – явление огибания препятствий, приводящее к ослаблению поля: чем больше расстояние и чем больше частота, тем слабее явление дифракции и больше ослабление поля в точке приема. При выборе длины волны (частоты передачи) для беспроводной передачи необходимо принимать во внимание условия распространения радиоволн, зависящие от: • трех выше рассмотренных факторов (поглощение, отражение, дифракция); • интенсивности помех; • скорости передачи и др. 2.5.1.4. Диапазоны радиоволн В радиовещательных приёмниках радиоволны условно разделены на следующие диапазоны: • длинные (2000 – 600 м или 150 – 500 кГц); • средние (600 – 200 м или 500 – 1500 кГц); • короткие (100 – 10 м или 3 – 30 МГц); • ультракороткие (менее 10 м или более 30 МГц). Более научно обоснованным и узаконенным Госстандартом является деление волн на: • километровые (частота < 300 кГц); • гектометровые (300 – 3000 кГц); • декаметровые (3 – 30 МГц); • метровые (30 – 300 МГц); • дециметровые (300 – 3000 МГц); • сантиметровые (3 – 30 ГГц); • миллиметровые и субмиллиметровые (> 30 ГГц). 2.5.1.5. Свойства радиоволн разных диапазонов Использование радиоволн разных диапазонов в тех или иных областях определяется их свойствами, которые кратко рассматриваются ниже. Километровые волны: • Диапазон длин волн (частот): более 1 000 м (менее 300 кГц). • Недостаток: плохая излучательная способность антенн (низкий к.п.д. антенны). Дифрагирующий луч 2.47 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 135 • Используются для создания систем устойчивого радиовещания и связи на большие расстояния, для связи под водой, куда не проникают волны более высоких частот. Гектометровые волны: • Диапазон длин волн (частот): 1000 – 100 м (300 – 3000 кГц). • Имеет место эффект замирания поля (фединг) из-за: изменения плотности ионосферы; взаимодействия "пространственных" и "земного" лучей, пришедших в одну точку (рис.2.48). • Используется для радиовещания и связи на флоте и в авиации. На волне λ = 600 м передавался международный сигнал бедствия "SOS". Декаметровые волны: • Диапазон длин волн (частот): 100 – 10 м (3 – 30 МГц). • Явление дифракции несущественно из-за резкого возрастания потерь энергии при отражении от Земли (рис.2.49). • Поле в точке приема создается в основном за счет преломления волн в ионизированном слое атмосферы (пунктирная линия на рис.2.49). • Имеет место замирание поля и пропадание связи из-за преломле- ния волн в ионосфере и взаимодействия лучей (рис.2.48 и рис.2.49). • На создание поля влияют солнечные вспышки, рассеяние волн на мелких неоднородностях ионосферы, "расщепление" (разделение) лучей из-за наличия магнитного поля Земли. • Применяются при создании протяженных (магистральных) линий радиосвязи и для любительской связи. «Пространственный луч» «Земной луч» 2.48 Преломление- отражение- преломление Преломление 2.49 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 136 Метровые волны: • Диапазон длин волн (частот): 10 – 1 м (30 – 300 МГц). • Практически отсутствует явление дифракции. • Имеет место явление рефракции волн в атмосфере, когда волны распространяются не по прямым линиям, а по дугам. • На волнах короче 4 м начинает существенно сказываться явление рассеяния радиоволн на малых неоднородностях атмосферы и ионосферы, в результате чего поле оказывается очень слабым, но по-прежнему устойчивым. • При повышении мощностей передатчиков до нескольких киловатт можно осуществлять радиосвязь на расстояния до нескольких тысяч километров. Дециметровые волны: • Диапазон длин волн (частот): 1 – 0,1 м (300 – 3000 МГц). • Ионосфера для дециметровых волн полностью прозрачна – поле ею не преломляется, поэтому возможна связь с космическими объектами. • Энергия поля значительно уменьшается из-за поглощения в каплях дождя, тумана, в молекулах кислорода и других газов. Сантиметровые волны: • Диапазон длин волн (частот): 0,1 – 0,01 м (3 – 30 ГГц). • Распространяются практически только в пределах прямой видимости. • Используются специальные остронаправленные антенны: параболические, рупорные и др. • Для волн короче 1,5 см начинают проявляться процессы молекулярного поглощения электромагнитного поля. Миллиметровые и субмиллиметровые волны: • Диапазоны длин волн (частот): 0,01 – 0,001 м (30 – 300 ГГц) – миллиметровые волны и менее 0,001 м (более 300 ГГц) – волны субмиллиметровые. • Ослабление поля из-за поглощения в тумане и дожде возрастает до 30-100 дБ/км. • В настоящее время диапазон волн, используемых в беспроводной связи, простирается до: инфракрасных: 100–0,75 мкм (3–400 ТГц); видимых, генерируемых лазерами: 0,75–0,4 мкм (400–750 ТГц). • Поглощение в тумане и дожде инфрокрасных и видимых волн может достигать сотен дБ/км, что означает их практическую неприменимость в открытом пространстве – их использование целесообразно в закрытых системах: волноводах и световодах. |