Урок 2 (згідно робочої навчальної програми) Огляд історії розвитку комп'ютерних мереж Питання для вивчення
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Питання для контролю вивченого матеріалу: 1. Що являє собою стандарт побудови мереж? 2. Для чого потрібні стандарти для побудови мереж? 3. Назвіть основні стандарти побудови мереж на основі дротового сережовища передачі даних. 4. Які існують стандарти для побудови бездротових мереж? Література: Ватаманюк А. И. Беспроводная сеть своими руками. — СПб.: Питер. 2006. — 192 с: ил., стор. 60-73 Урок №23 (згідно робочої навчальної програми) Принципи передачі даних у оптичному волокні. Типи волоконних світловодів та їх параметри Питання для вивчення: 1. Поняття волоконно — оптичної лінії зв'язку. 2. Огляд основних типів оптичних волокон. Поняття волоконно — оптичної лінії зв'язку. Волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ) - це вид системи передачі, при якому інформація передається по оптичним діелектричним хвилеводам, відомим під назвою "оптичне волокно". 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 являє собою двошарову циліндричну кварцову нитку, що складається з серцевини і оболонки. Оболонка покрита захисним шаром з акрилатного лаку. Серцевина легована германієм, тому її показник заломлення більше, ніж у оболонки. Світло поширюється в серцевині волокна, відчуваючи повне внутрішнє відбиття на границі з оболонкою. Він проникає в оболонку на глибину порядку довжини хвилі, тобто на глибину багато менше її товщини і, отже, не взаємодіє з покриттям з акрилатного лаку. Це покриття необхідно для захисту кварцової оболонки від механічних пошкоджень та дії води. Огляд основних типів оптичних волокон. Оптичні волокна виробляються різними способами та забезпечують передачу оптичного випромінювання на різних довжинах хвиль, мають різні характеристики та виконують різні завдання. Всі оптичні волокна поділяються на дві основні групи: – багатомодові MMF (multi mode fiber); – одномодові SMF (single mode fiber). Мода представляє собою математичне і фізичне поняття, пов'язане з процесом поширення електромагнітних хвиль у середовищі. Число мод, що допускаються волокном, коливається від 1 до 100 000. Таким чином, волокно дозволяє світлу поширюватися по безлічі траєкторій, число яких залежить від розміру і властивостей волокна. Багатомодові волокна поділяються на ступінчасті (step index multi mode fiber) і градієнтні (graded index multi mode fiber). Одномодові волокна поділяються на ступінчасті одномодові волокна (step index single mode fiber) або стандартні волокна SF (standard fiber), та на волокна зі зміщеною з дисперсією DSF (dispersion-shifted single mode fiber), і на волокна з ненульовою зміщеною дисперсією NZDSF (non-zero dispersion- shifted single mode fiber). Кожне волокно складається з серцевини і оболонки з різними показниками заломлення. Серцевина, по якій відбувається поширення світлового сигналу, виготовляється з оптично більш щільного матеріалу. Волокна відрізняються діаметром серцевини і оболонки, а також профілем показника заломлення серцевини. У багатомодовому градієнтному волокні та одномодовому волокні зі зміщеною дисперсією показник заломлення серцевини залежить від радіуса. Такий, більш складний профіль, робиться для поліпшення технічних характеристик або для досягнення спеціальних характеристик волокна. Якщо порівнювати багатомодові волокна між собою, то градієнтне волокно має кращі технічні характеристики, ніж ступінчасте, по дисперсії. Головним чином це пов'язано з тим, що в градієнтному багатомодовому волокні основне джерело дисперсії значно менше, ніж в ступінчастому багатомодовому волокні, що призводить до більшої пропускної спроможності у градієнтного волокна. Одномодове волокно має значно менший діаметр серцевини по порівнянні з багатомодовим і, як наслідок, через відсутність міжмодової дисперсії, більш високу пропускну здатність. Однак воно вимагає використання більш дорогих лазерних передавачів. У ВОЛЗ найбільш широко використовуються наступні стандарти волокон: – Багатомодове градієнтне волокно 50/125; – Багатомодове градієнтне волокно 62, 5/125; – Одномодове ступінчасте волокно SF (волокно з незміщеною дисперсією або стандартне волокно) 8-10/125; – Одномодове волокно зі зміщеною дисперсією DSF 8-10/125; – Одномодове волокно з ненульовою зміщеною дисперсією NZDSF (по профілю показника заломлення це волокно схоже з попереднім типом волокна). Рисунок 1 — Ступінчасте багатомодове волокно Рисунок 2 — Градієнтне багатомодове волокно Рисунок 3 — Одномодові волокна: а) ступінчасте одномодове волокно, б) одномодове волокно зі зміщеною дисперсією Більшість пристроїв волоконної оптики використовують область інфрачервоного спектру в діапазоні від 800 до 1600 нм в основному в трьох вікнах прозорості: 850, 1310 і 1550 нм. Саме околиці цих трьох довжин хвиль утворюють локальні мінімуми загасання сигналу і забезпечують велику дальність передачі. Питання для контролю вивченого матеріалу: 1. Які бувають оптичні волокна? Чим вони характеризуються? 2. Що являє собою ВОЛЗ? 3. Що таке мода? 4. Що таке показник заломлення? 5. Які бувають показники заломлення? Література: Р.Р. Убайдуллаев Волоконно - оптические сети М.: Эко - Трендз 2001 г, стор. 11-18 Урок № 24 (згідно робочої навчальної програми) Види волоконно-оптичних кабелів Питання для вивчення: 1. Волоконно-оптичні кабелі для внутрішнього прокладення 2. Волоконно оптичні кабелі для зовнішнього прокладення Волоконно-оптичний кабель складається з волокон, по яких поширюється сигнал, та елементів, що захищають ці волокна від зовнішніх впливів. Коли мова йде про вибір ВОК, слід приділити особливу увагу умовам пожежної безпеки та іншим характеристикам щодо використання ВО кабелю. Суттєво впливає на конструкцію саме призначення кабелю. Так як ВОК може прокладатися під землею, підвішуватись на опорах або проходити в каналізаціях, а також в будівлях, між поверхами, залежно від того, яка ставиться задача, вибирається той чи інший тип кабелю. Треба зазначити, що будь-яке ділення ВОК за типами має досить умовне значення так як в різних країнах вимоги до даного виду обладнання різні, так само як і маркування у різних виробників може мати не однакові значення. Волоконно-оптичні кабелі для внутрішнього прокладення. Волоконно- оптичні кабелі для внутрішнього прокладення, у відповідності зі своїм функціональним призначенням, прокладаються в середині приміщень та будівель. Вони поділяються на станційні, об'єктові і для міжблочних з'єднань. Всі ці кабелі об'єднує одна особливість: при їх експлуатації фактори навколишнього середовища надають менш руйнівну дію, за винятком окремих випадків, коли передбачається використання кабелів в приміщеннях з особливими умовами, що сприяють руйнуванню захисних покриттів, - агресивного хімічного середовища, високою температурою, вологістю, іонізацією та т.д. Станційні кабелі призначаються для прокладення в середині приміщень між станційною муфтою (або боксом) і стійкою обладнання або між стійками обладнання в межах однієї споруди. Об'єктові кабелі служать для передачі інформації всередині об'єкта. Кабелі для міжблочних з'єднань призначені для монтажу всередині стійок, а також для з'єднання блоків одного пристрою. Виділення волоконно-оптичних кабелів для внутрішньої прокладки в окремий сегмент було обумовлено вимогами, з яких найбільш важливі: – Кабелі повинні бути такими, що не підтримують і не поширюють горіння, а також мати низький рівень виділення диму і галогенів; – Кабелі повинні володіти малим припустимим радіусом вигину; – Кабелі повинні ефективно армуватися; – Кабелі виділяються в спеціальну групу по стійкості до впливу навколишнього середовища і по механічним характеристикам (більш щадні вимоги в порівнянні з кабелями для зовнішньої прокладки). Кабелі для міжблочних з'єднань є найбільш простими конструктивно. Вони використовуються у виробництві оптичних шнурів і напівшнурів. Ці кабелі випробовують практично мінімальні механічні навантаження. Для з'єднань блоків всередині пристрою найчастіше досить оптичних волокон в буферному покритті. Якщо передбачені часті перемикання, кабелі для міжблочних сполук можуть містити більше захисних арамідних ниток і додаткову зовнішню оболонку, що забезпечують підвищену механічну міцність. Об'єктові волоконно-оптичні кабелі більш піддаються фізичним навантаженням. Станційні кабелі - основна група кабелів внутрішнього прокладення, конструкція яких має значну кількість модифікацій. Відмінною рисою розвитку станційних кабелів є те, що розробляються нові конструкції, які поповнюють ряд вже існуючих. При цьому, велика частина конструкцій, що застосовувалися раніше продовжує активно застосовуватися. Таким чином, сьогодні на ринку представлено широке розмаїття конструкцій кабелів, які можна віднести до станційних. Багато виробників для візуального розрізнення лінійних та станційних волоконно-оптичних кабелів випускають останні з зовнішньою оболонкою, що має жовте, помаранчеве або світло-зелене забарвлення. Волоконно-оптичні станційні кабелі, завдяки своєму призначенню, можуть містити волокна з різними типами покриттів. Основна функціональна відмінність таких кабелів від лінійних - можливість проведення маніпуляцій (перемикання кабелю на іншу панель або стійку з обладнанням) в будь-який момент. Лінійні кабелі, як правило, не змінюють свого місця розташування після прокладення. Станційні кабелі повинні володіти гнучкістю, волокна в них не потребують додаткових зміцнюючих покриттів. Одномодові оптичні волокна лінійних кабелів мають діаметр 125 мкм, поверх оболонки наноситься лакове покриття для збільшення міцності. Діаметр оптичного волокна з таким покриттям складає 250 мкм. Існують і інші види опитико-волоконних кабелів для внутрішнього прокладення. Волоконно оптичні кабелі для зовнішнього прокладання. В залежності від того, де і за яких умов прокладається оптоволоконний кабель, він розділяється за типом конструкції: – броньований сталевий дротом - стійкий до механічних пошкоджень, прокладаються у відкритих траншеях, ґрунтах, по естакадах і мостах, стійкий до затоплення; – броньований сталевий гофрованою стрічкою - із захистом від гризунів і від затоплення на тривалий період, для прокладення в кабельній каналізації; – самонесучий оптичний кабель - стійкий до зовнішніх електромагнітних впливів, призначений для монтажу на опорах при створенні повітряних ліній зв'язку; – розподільні оптичні кабелі - застосовуються при створенні локальних мереж. Сучасні кабелі для зовнішнього прокладення повинні володіти наступними параметрами: – зовнішній діаметр - 10-20 мм; – температурний діапазон монтажу - від -10 ° С до +50 ° С; – температурний діапазон експлуатації - від -40 ° С до +60 ° С; – мінімальний радіус вигину при прокладці - 15 зовнішніх діаметрів; – мінімальний радіус вигину при експлуатації - 20 зовнішніх діаметрів; – максимально припустиме зусилля на розтягування - 2500-10000 Н; – максимально припустиме зусилля на здавлювання - 2000-4000 Н; Якщо використовується кабель, модулі якого не наповнені гелем, то сферою його застосування служить внутрішня частина приміщень, його не можна використовувати на зовнішніх частинах будівель. Основною загрозою в цьому випадку стане волога, яка буде поступово зменшувати прозорість оптоволокна. Такі ж вимоги пред'являються і до кабелів, що мають моноліт з пластикату, всередині якого прокладено волокно (буфер 900-мкм). Цей вид відрізняє відносна дешевизна і зручність в монтажі, проте він вельми не стійкий до перепадів температури і вологи. Питання для контролю вивченого матеріалу: 1. Чим відрізняються ВОК для зовнішнього та внутрішнього застосування? 2. Які параметри повинні мати ВОК для зовнішнього прокладення? Література: 1. Електронний ресурс. Режим доступу: http://sklad.scs.ua/optical-components/fiber-optic-cable/fiber-optic-outdoor/ 2. Електронний ресурс. Режим доступу: http://www.seti-ua.com/ Урок № 25 (згідно робочої навчальної програми) Огляд принципів розповсюдження світла по волокну Питання для вивчення: 1. Відносна різниця показників заломлення 2. Числова апертура 3. Нормована частота Основними факторами, що впливають на характер поширення світла в волокні, поряд з довжиною хвилі випромінювання, є: – геометричні параметри волокна; – загасання; – дисперсія; – геометричні параметри волокна. Відносна різниця показників заломлення. Волокно складається з серцевини і оболонки. Оболонка оточує оптично більш щільну серцевину, яка є світлонесучою частиною волокна. Показники заломлення серцевини і оболонки будуть позначатися через n 1 і n 2 , відповідно. Один з важливих параметрів, який характеризує волокно, це - відносна різниця показників заломлення Δ: Якщо показник заломлення оболонки вибирається завжди постійною величиною, то показник заломлення серцевини в загальному випадку може залежати від радіуса. У цьому випадку для проведення різних оцінок параметрів волокна в замість n 1 використовують n 1eff . Поширення світла по волокну можна пояснити на основі принципу повного внутрішнього відбиття, що випливає із закону заломлення світла Снелліуса: де n 1 - показник заломлення середовища 1, Θ 1 -кут падіння, n 2 - показник заломлення середовища 2, Θ 2 -кут заломлення. Формальні розрахунки зручніше проводити для східчастого волокна (волокна зі східчастим профілем показника заломлення), в якому показник заломлення серцевини є постійною величиною (n 2 = const). Так як серцевина є оптично більш щільним середовищем по відношенню до оболонки (n 1 > n 2 ), то існує критичний кут падіння Θ C - внутрішній кут падіння ) 2 ( 2 ) ( 2 1 2 2 2 1 n n n − = ∆ ) 3 ( sin sin 2 2 1 1 Θ = Θ n п на границю, при якому заломлений промінь йде вздовж кордону середовищ (Θ 2 = 90 °). із закону Снелліуса легко знайти цей критичний кут падіння: Промені, траєкторії яких повністю лежать в оптично більш щільному середовищі, називаються такими, що направляються. Числова апертура. Числова апертура - синус максимального кута падіння променя світла для оптичних приладів, або ж синус максимального вхідного кута хвилеводу або оптоволокна. Важливим параметром, що характеризує волокно, є числова апертура. Вона пов'язана з максимальним кутом введеного у волокно випромінювання з вільного простору, при якому світло випробовує повне внутрішнє віддзеркалення і поширюється по волокну, формулою: Нормована частота. Іншим важливим параметром, що характеризує волокно і поширюється по ньому світло, є нормована частота V, яка визначається як: де d - діаметр серцевини волокна. Питання для контролю вивченого матеріалу: 1. Які показники впливають на розповсюдження світла по ВОК? 2. Що таке апертура оптичного волокна? 3. Що являє собою нормована частота? Література: Р.Р. Убайдуллаев Волоконно-оптические сети М.: Эко-Трендз 2001г, 267 с., стор. 16-28 ) 4 ( ) arcsin( 1 2 n n с = Θ ) 5 ( sin A NA Θ = ) 6 ( λ π NA d V ⋅ ⋅ = Урок № 26 (згідно робочої навчальної програми) Поняття та види дисперсій Питання для вивчення: 1. Поняття дисперсії. 2. Види дисперсій. 3. Міжмодова дисперсія. 4. Хроматична дисперсія. 5. Поляризаційна дисперсія. Поняття дисперсії. При поширені імпульсів світла по волокну спостерігається їх розсіювання, або явище дисперсії. Чим менше значення дисперсії, тим більший потік інформації можна передати по волокну. По оптичному волокну передається не просто світлова енергія, але також корисний інформаційний сигнал. Імпульси світла, послідовність яких визначає інформаційний потік, у процесі поширення розпливаються. При досить великому розширенні імпульси починають перекриватися, так що стає неможливим їх виділення при прийомі. Дисперсія - явище, виражене в залежності швидкості поширення і фази електромагнітного випромінювання від довжини хвилі цього випромінювання. Самим знайомим прикладом дисперсії є веселка. При цьому дисперсія викликає просторове розділення білого світла на компоненти різних довжин хвиль. На явищі дисперсії заснована робота спектрометрів. Також дисперсія використовується в голографії. Види дисперсій. Явище дисперсії призводить до уширення світлового імпульсу при поширенні у волокні, що негативно позначається на якості передачі інформації. Існують три різновиди дисперсії в оптичному волокні: 1. Міжмодова дисперсія; 2. Хроматична дисперсія; 3. Поляризаційна дисперсія. Дисперсія - уширення імпульсів - має розмірність часу і визначається як квадратична різниця тривалостей імпульсів на виході і вході кабелю де-якої визначеної довжини. Зазвичай, дисперсія нормується в розрахунку на 1 км, і вимірюється в пс/км (пікосекундах/нанометр-кілометр ). Дисперсія в загальному випадку характеризується трьома основними факторами: – розходженням швидкостей поширення мод, які направляються (міжмодова дисперсія); – направляючими властивостями світловодної структури (хвилеводна дисперсія); – властивостями матеріалу оптичного волокна (матеріальна дисперсія t ). Рисунок 4 — Види дисперсій Міжмодова дисперсія. Міжмодова дисперсія виникає внаслідок різної швидкості поширення мод, і має місце тільки в багатомодовому волокні. Міжмодова дисперсія - уширення світлового імпульсу при поширенні у волокні, яке пов'язане з відмінністю часу поширення його компонент. Промені, які падають під кутом, рівним критичному куту проходять до 1/sinθ пр раз більшу відстань, ніж аксіальні промені. Через більшої довжини шляху, який проходять ці Дисперсія Хроматична Міжмодова Матеріальна Хвилева промені, вони відстають від аксіальних (осьових, направлених вздовж осі) променів на де-який інтервал часу. Зворотня даному інтервалу величина називається шириною спектра пропускання і визначає ширину спектра модульованого сигналу, який може бути переданий по волокну з малими втратами. Ширина спектра пропускання зменшується зі збільшенням довжини хвилеводу. Максимальна швидкість передачі інформації в оптичному волокні з малими спотвореннями визначається шириною спектра пропускання модулюючого сигналу (в зарубіжній технічній літературі модулюючий сигнал називають електричним сигналом). Хроматична дисперсія. Хроматична дисперсія - залежність групової швидкості поширення моди від довжини хвилі переданого сигналу. Розширення світлових імпульсів через хроматичну дисперсію може бути скомпенсовано. Принцип компенсації полягає в тому, що випромінення проходить дві ділянки: з позитивною і негативною дисперсією. Світловий імпульс після проходження відрізка волокна з позитивною дисперсією розширюється, тому його різні спектральні компоненти поширюються з різною швидкістю. В результаті імпульс стає частотно модульованим: на фронті зосереджені короткохвильові спектральні компоненти, а на спаді - довгохвильові компоненти. Це пов'язано з тим, що у волокні з позитивною дисперсією короткохвильові компоненти поширюються з більшою швидкістю, ніж довгохвильові. У другому волокні з негативною дисперсією фронт імпульсу поширюється з меншою швидкістю, ніж спад, і це призводить до стиснення імпульсу. Поляризаційна дисперсія. Поляризаційна дисперсія — відмінність швидкості поширення ортогонально (ортогональний - розташований під прямим кутом, перпендикулярний) поляризованих (поляризація - процеси і стани, пов'язані з поділом де-яких об'єктів, переважно в просторі) компонент фундаментальної моди в одномодовому волокні, яке призводить до їх поділу на виході з волокна. Фактори, що впливають на заломлення двох променів в |