Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Волоконная оптика как часть СКС: типы и критерии выбора

Волоконная оптика как часть СКС: типы и критерии выбора

В рубрику "IP-security" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Волоконная оптика как часть СКС: типы и критерии выбора

Современная жизнь предъявляет серьезные требования к качеству, количеству и наглядности информации. Стараясь удовлетворить и превзойти потребности потребителей, разработчики приложений и вендоры ежегодно выдвигают все более жесткие требования к пропускной способности каналов связи, их помехоустойчивости, надежности, защищенности, допустимым расстояниям передачи. Интеграторы вынуждены искать новые способы передачи данных. В текущей ситуации просто необходимо идти в ногу с развитием новых технологий и держать курс на инновации
Дмитрий Тюрнев
Главный инженер проекта ООО "Системы и связь"

Волоконная оптика все чаще становится средством передачи данных для самых различных приложений. При этом она является частью структурированной кабельной сети (СКС), а СКС строится из расчета эксплуатации от 15 лет и более. За последние 15 лет мы наблюдаем стремительное развитие технического прогресса, например увеличение скорости повсеместного Ethernet в период с 1990 по 2001 гг. с 10 Мбит/с до 1 Гбит/с. Соответственно, крайне важно понимать существующие типы волоконной оптики, сферы ее применения, особенности и ограничения с целью выбора оптимального варианта с учетом будущих требований.

Конструкция волоконных кабелей

Следует начать с общих черт всех волоконных кабелей. Волоконный кабель состоит из центральной жилы (стекловолокно или пластик) различного диаметра – 9, 50 и 62,5 мкм. Центральная жила всегда имеет оболочку 125 мкм, служащую отражателем оптических сигналов и препятствующую их распространению за ее пределы. Далее идет первичное защитное покрытие – 250 мкм.

Внешнее защитное покрытие также идентично, оно может быть горючим или негорючим, с наличием или отсутствием бронированного покрытия, силовых элементов, дополнительной защиты к воздействию ультрафиолета.


Различия начинаются с типов конструкций кабелей – внутренний, с плотным буфером (Tight Buffer) и внешний, модульный (Loose Tube).

  • Tight Buffer – преимущественно применяется для прокладки внутри зданий, каждое волокно в этом кабеле имеет вторичное буферное покрытие 9 мм. Удобен тем, что отдельные волокна имеют большую гибкость, устойчивость к сжатиям и изгибам благодаря буферному покрытию и позволяют легко подключать информационные оптические розетки.
  • Loose Tube – предпочтителен для прокладки вне зданий, и волокна буферного покрытия не имеют. Волокна уложены в модули (трубки), модули заполнены гидрофобным гелем. Модулей может быть от 1 и больше, волокон в модуле также может быть от 1 и более. Отличается высокой степенью защиты от влаги и потенциально большей емкостью волокон.

Типы световодов и ограничивающие явления

Существует два типа светопроводящих волокон – одномодовое и многомодовое. Мода характеризует количество волн света, передаваемого по сердцевине вдоль оси волокна.

Существуют общие для любых волоконных кабелей явления, ограничивающие передачу сигнала. Одно из важнейших таких явлений – дисперсия. Она возникает из-за рассеяния во времени составляющих оптического сигнала, расширяет его и ограничивает полосу пропускания оптического волокна. Наличие этого эффекта в случае передачи в аналоговой форме приводит к амплитудно-частотным искажениям. В цифровых системах связи дисперсия вызывает наложение соседних импульсов друг на друга и увеличивает вероятность ошибки принимаемого сигнала.

Одномодовые волоконные кабели

В одномодовом волокне основным ограничивающим фактором распространения оптического сигнала выступает хроматическая дисперсия – расширение передаваемого оптического импульса при прохождении по оптическому волокну за счет зависимости условий распространения моды (волновая дисперсия) и зависимости показателя преломления сердцевины и оболочки (материальная дисперсия) от длины волны оптического импульса. 


В одномодовом волокне оптические сигналы распространяются прямолинейно вдоль сердцевины волокна. Обозначение одномодового волокна обычно OS1 или OS2.

  • OS1 – классическое одномодовое волокно, оптимизированное для передачи данных только на двух частотах – 1310 и 1550 нм (поэтому получило название ступенчатого волокна) с потерями до 1 дБ/км; описано в документах IEC 60793-2 B1.1 и ITU-T G.652A/B.
  • OS2 – относительно новое одномодовое волокно, оптимизированное для передачи данных на более широком диапазоне частот 1360–1460 нм с потерями до 0,4 дБ/км, описано в документах IEC 60793-2 B1.3 и ITU-T G.652C/D.
  • Волокно со смещенной дисперсией обозначается как DSF и описано в документах IEC 60793-2 B2 и ITU G.653. DSF-волокно оптимизировано для работы с лазерами 1550 нм, излучение которых имеет меньшее поглощение в волокне, чем у лазеров 1310 нм. DSF-волокно позволяет оптическим сигналам распространяться значительно дальше без регенерации или компенсации благодаря уменьшенному значению коэффициента хроматической дисперсии. В настоящее время DSF-волокно почти нигде не используется, так как не подходит для волнового мультиплексирования, с одной стороны, и избыточно для потребностей стандартного волокна, с другой.
  • Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) описано в документах IEC 60793-2 B4 / ITU G.655. Оптимизировано для работы в диапазоне 1530–1625 нм путем снижения потерь и хроматической дисперсии при одновременной передаче на нескольких длинах волн, что очень важно при волновом мультиплексировании. Имеет широкое применение при передаче данных с использованием мультиплексоров на значительные дистанции в глобальных сетях.

Многомодовые волоконные кабели

Многомодовые волокна традиционно находят широкое применение в локальных сетях, когда нет необходимости обеспечивать большие расстояния передачи данных. Их отличает простота сварочных работ и бюджетное приемопередающее оборудование. В многомодовом волокне основными ограничивающими факторами распространения оптического сигнала являются два:

  1. межмодовая дисперсия – расширение передаваемого оптического импульса при прохождении по оптическому волокну за счет наличия в волокне большого количества мод с различным временем распространения;
  2. ширина полосы пропускания – максимальная полоса частот, при которой еще возможно воспринимать сигналы на длине волокна в 1 км.


Типы многомодового волокна часто обозначают OM1–OM4 в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801.

  • OM1 – диаметр сердцевины 62,5 мкм, применяется со светодиодными (LED) приемопередатчиками на частотах 850 и 1300 нм с полосой пропускания 200 МГц×км и 500 МГц×км соответственно.
  • OM2 – диаметр сердцевины 50 мкм, многомодовые волокна, использующиеся со светодиодными (LED) приемопередатчиками на частотах 850 и 1300 нм с полосой пропускания до 500 МГц×км.

Следующие два типа оптических волокон разработаны для работы с VCSEL-передатчиками.

  • VCSEL – это вертикальноизлучающий лазер, представляющий собой полупроводник, который излучает в перпендикулярном направлении фотоны света. Подходит только для многомодовых волокон, недорогой относительно лазерных передатчиков для одномодового волокна.
  • OM3 – многомодовое волокно 10 Gigabit Ethernet 50/125 мкм, специально приспособленное для использования с вертикальноизлучающим лазером (VCSEL) 850 нм, имеет эффективную полосу пропускания 2000 МГц×км. Сегмент с применением этого волокна может достигать длины 300 м на скорости 10 Гбит/с с интерфейсом 10GBASE-S.
  • OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, специально приспособленное для использования с VCSEL-лазером, имеет эффективную полосу пропускания 4700 МГц×км. Сегмент с применением этого волокна может достигать длины 500 м на скорости 10 Гбит/с с интерфейсом 10GBASE-S и 150 м на скорости 100 Гбит/с с интерфейсом 100GBASE-SR10.

Рекомендации по применению

Определяющим фактором выбора того или иного кабеля являются стандарты, местные нормы, рекомендации производителей, и в каждом случае выбор осуществляется индивидуально. Все же можно резюмировать характерные случаи применения.

1. Для территориально распределенного объекта с удаленным и требовательным по пропускной способности оборудованием, например видеокамеры на периметре объекта, сложно назвать альтернативу волоконно-оптическим кабелям. В этом случае чаще всего применяются многомодовые кабели OM1 или OM2, так как не требуется большой ширины полосы пропускания, при этом предпочтительна конструкция кабеля Loose Tube с внешней бронированной оболочкой.

2. Для административных, производственных и офисных зданий применение волоконно-оптических кабелей четко прописано в соответствующих нормативах ISO/IEC 11801 и ГОСТ Р 53246–2008. Внешние магистрали и внутренние магистрали СКС более 100 м просто невозможно себе представить без волоконно-оптических кабелей. При длинах внутренних магистралей менее 100 м тоже рационально применять волоконно-оптические кабели.

Для внешних магистралей чаще всего применяются стандартные одномодовые волоконно-оптические кабели с конструкцией Loose Tube и внешней бронированной оболочкой. Для внутренних магистралей – многомодовые кабели OM3 или OM4 с конструкцией Tight Buffer и внешней оболочкой, не распространяющей горение.

3. Для соединений оборудования высокоскоростных приложений, таких как Fiber Channel, технологий мультиплексирования, например WDM, DWDM, TDM и т.д., следует выбирать одномодовые волоконно-оптические кабели с расширенной полосой рабочих длин, с ненулевой смещенной дисперсией и конструкцией Loose Tube.

4. Волоконно-оптические кабели являются основой построения сети по технологиям"оптика до рабочего места" (FTTD) и "оптика до квартиры" (FTTH). И если FTTD имеет узкое и специфическое применение, то FTTH уже повсеместно распространено. Мы хорошо знаем об этом благодаря технологии GPON, позволяющей предоставлять высокоскоростное подключение конечных пользователей, используя при этом по одному волокну на пользователя и экономя на активном оборудовании, поскольку оно размещается только на АТС и в квартире.

Для FTTD обычно выбираются стандартные одномодовые волоконно-оптические кабели с конструкцией Tight Buffer и внешней оболочкой, не распространяющей горение. Для магистральной части FTTH – одномодовые волоконно-оптические кабели с расширенной полосой рабочих длин волн с конструкцией Loose Tube и внешней бронированной оболочкой; для внутридомовой разводки – одномодовые волоконно-оптические кабели с повышенной устойчивостью к изгибам.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2015
Посещений: 6481


  Автор
Дмитрий Тюрнев

Дмитрий Тюрнев

Руководитель группы отдела проектирования ИТК компании "Эскорт-Центр"

Всего статей:  8

В рубрику "IP-security" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций