Введение
Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и гибкости информационных сетей. Полоса пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается благодаря нескольким факторам. Во-первых, растет популярность приложений World Wide Web и количество электронных банков информации, которые становятся достоянием каждого человека. Падение цен на компьютеры приводит к росту числа домашних ПК, каждый из которых потенциально превращается в устройство, способное подключиться к сети Internet. Во-вторых, новые сетевые приложения становятся более требовательными в отношении полосы пропускания – входят в практику приложения Internet, ориентированные на мультимедиа и видеоконференцсвязь, когда одновременно открывается очень большое количество сессий передачи данных. Как результат, наблюдается резкий рост в потреблении ресурсов Internet – по оценкам средний объем потока информации в расчете на одного пользователя в мире увеличивается в 8 раз каждый год.
Противодействовать растущим объемам передаваемой информации на уровне сетевых магистралей можно только привлекая оптическое волокно. И поставщики средств связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Волоконная оптика, став главной рабочей лошадкой процесса информатизации общества, обеспечила себе гарантированное развитие в настоящем и будущем. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Стало допустимым подключение рабочих станций к информационной сети с использованием волоконно-оптического миникабеля. Однако, если на уровне настольного ПК волоконно-оптический интерфейс только начинает единоборство с проводным, то при построении магистральных сетей давно стало фактом безусловное господство оптического волокна. Коммерческие аспекты оптического волокна также говорят в его пользу – оптическое волокно изготавливается из кварца, то есть на основе песка, запасы которого очень велики. Стремительно входят в нашу жизнь волоконно-оптические интерфейсы в локальных и региональных сетях Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, Gigabit Ethernet, ATM. Настоящий дипломный проект ставит своей целью показать возможности современного оборудования для построения сетей в области волоконно-оптических технологий, раскрыть технологические особенности планирования, построения и эксплуатации волоконно-оптических сетей.
Обзор существующих принципов построения сетей
Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС)
Локальная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями.
Классификация ЛВС
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.
По расстоянию между узлами
В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:
территориальные - охватывающие значительное географическое простран-ство;
среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы;
региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);
локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км);
локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина);
это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.
По топологии
Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.
шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);
кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;
звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов;
иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.
а) б) в)
г)
Рис. 1.1. Сетевые топологии
По способу управления
В зависимости от способа управления различают сети:
"клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.
Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.
По методу доступа
Типичная среда передачи данных в ЛВС - отрезок (сегмент) коаксиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы - компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети.
Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде - это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.
Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Англоязычное название метода - Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD).
Протокол CSMA/CD
Протокол CSMA/CD воплотил в себе идеи вышеперечисленных алгоритмов и добавил важный элемент – разрешение коллизий. Поскольку коллизия разрушает все передаваемые в момент ее возникновения кадры, то и нет смысла станциям продолжать дальнейшую передачу своих кадров, коль скоро они (станции) обнаружили коллизии. В противном случае, значительной была бы потеря времени при передаче длинных кадров. Поэтому для своевременного обнаружения коллизии станция прослушивает среду на всем протяжении собственной передачи.
Основные правила алгоритма CSMA/CD для передающей станции.
Передача кадра:
· Станция, собирающаяся передавать, прослушивает среду, и передает, если среда свободна. В противном случае (т.е. если среда занята), переходит к шагу 2. При передаче нескольких кадров подряд станция выдерживает определённую паузу между посылками кадров – межкадровый интервал, причем после каждой такой паузы перед отправкой следующего кадра станция вновь прослушивает среду (возвращение на начало шага 1);
· Если среда занята, станция продолжает прослушивать среду до тех пор, пока среда не станет свободной, и затем сразу же начинает передачу;
· Каждая станция, ведущая передачу, прослушивает среду, и, в случае обнаружения коллизии не прекращает сразу же передачу, а сначала передает короткий специальный сигнал коллизии – jam-сигнал, информируя другие станции о коллизии, и прекращает передачу;
· После передачи jam-сигнала станция замолкает и ждет некоторое произвольное время в соответствии с правилом бинарной экспоненциальной задержки, а затем возвращается к шагу 1.
Межкадровый интервал IFG (interframe gap) составляет 9,6 мкс, (12 байт). С одной стороны, он необходим для того, чтобы принимающая станция могла корректно завершить прием кадра. Кроме этого, если бы станция передавала кадры непрерывно, она бы полностью захватила канал и, тем самым, лишила другие станции возможности передачи.
Jam-сигнал (jamming – дословно глушение). Передача jam-сигнала гарантирует, что ни один кадр не будет потерян, так как все узлы, которые передавали кадры до возникновения коллизии, приняв jam-сигнал, прервут свои передачи и замолкнут в ожидании новой попытки передать кадры. Jam-сигнал должен быть достаточной длины, чтобы он дошел до самых удаленных станций коллизионного домена с учетом дополнительной задержки SF (safety margin) на возможных повторителях.
Коллизионный домен (collision domain) – множество всех станций в сети, одновременная передача любой пары из которых приводит к коллизии.
На рис. 1.2. проиллюстрирован процесс обнаружения коллизии применительно к топологии ''шина''.
В момент времени t0 узел А начинает передачу, естественно прослушивая свой же передаваемый сигнал. В момент времени t1, когда кадр почти дошел до узла B, этот узел, не зная о том, что уже идёт передача, сам начинает передавать. В момент времени t2=t1+D, узел В обнаруживает коллизию (увеличивается постоянная составляющая электрического сигнала в прослушиваемой линии). После этого узел В передаёт jam-сигнал и прекращает передачу. В момент времени t3 сигнал коллизии доходит до узла А, после чего А также передаёт jam-сигнал и прекращает передачу.
Рис. 1.2. Обнаружение коллизии в шине при использовании схемы CSMA/CD стандарта Ethernet
По стандарту Ethernet узел не может передавать очень короткие кадры, или, иными словами, вести очень короткие передачи. Даже если поле данных заполнено не до конца, то появляется специальное дополнительное поле, удлиняющее кадр до минимальной длины 64 байта без учета преамбулы.
Время канала ST (slot time) – это минимальное время, в течение которого узел обязан вести передачу, занимать канал. Это соответствует передаче кадра минимально допустимого размера, принятого стандартом Ethernet IEEE 802.3. Время канала связано с максимально допустимым расстоянием между узлами сети – диаметром коллизионного домена.
Допустим, что в приведенном выше примере реализуется наихудший сценарий, когда станции А и В удалены друг от друга на максимальное расстояние. Время распространения сигнала от А до В обозначим через tp. Узел А начинает передавать в нулевой момент времени. Узел В начинает передавать в момент времени t1 = tp + D и обнаруживает коллизию спустя интервал D после начала своей передачи. Узел А обнаруживает коллизию в момент времени t3 = 2tp - D . Для того, чтобы кадр, испущенный А, не был потерян, необходимо, чтобы узел А не прекращал вести передачу к этому моменту, так как тогда, обнаружив коллизию, узел А будет знать, что его кадр не дошел, и попытается передавать его повторно. В противном случае кадр будет потерян. Максимальное время, спустя которое с момента начала передачи узел А еще может обнаружить коллизию, равно 2tp – это время называется задержкой на двойном пробеге RTD (round-trip delay). В более общем случае, RTD определяет суммарную задержку, связанную как с задержкой из-за конечной длины сегментов, так и с задержкой, возникающей при обработке кадров на физическом уровне промежуточных повторителей и оконечных узлов сети. Далее удобно использовать также другую единицу измерения времени: битовое время BT (bit time). Время 1 BT соответствует времени, необходимому для передачи одного бита, т.е. 0,1 мкс при скорости 10 Мбит/с.
Стандартом Ethernet регламентированы следующие правила обнаружения коллизий конечным узлом сети:
· Узел А должен обнаружить коллизию до того, как передаст свой 512-й бит, включая биты преамбулы;
· Узел А должен прекратить передачу раньше, чем будет передан кадр минимальной длины – передано 576 бит (512 бит после ограничителя начала кадров SFD);
· Перекрытие между передачами узлов А и В – битовый интервал, начиная с момента передачи первого бита преамбулы узлом А и заканчивая приемом узлом А последнего бита, испущенного узлом В, - должно быть меньше, чем 575 BT.
Последнее условие для сети Ethernet является наиболее важным, поскольку, его выполнение ведет к выполнению и первых двух. Это третье условие задает ограничение на диаметр сети. Применительно к задержке на двойном пробеге RTD третье условие можно сформулировать в виде: RTD < 575 BT.
При передаче больших кадров, например 1500 байт, коллизия, если она вообще возникнет, обнаруживается практически в самом начале передачи, не позднее первых 64 переданных байт (если коллизия не возникла в это время, то позже она уже не возникнет, поскольку все станции прослушивают линию и, «слыша» передачу будут молчать). Так как jam-сигнал значительно короче полного размера кадра, то при использовании алгоритма CSMA/CD количество вхолостую израсходованной емкости канала сокращается до времени, требуемого на обнаружение коллизии. Раннее обнаружение коллизий приводит к более эффективному использованию канала. Позднее обнаружение коллизий, свойственное более протяженным сетям, когда диаметр коллизионного домена составляет несколько километров, снижает эффективность работы сети.
Рис. 1.3. Алгоритмы доступа по методу CSMA/CD
На рис. 1.3. представлены алгоритмы приема и передачи данных в одном из узлов при CSMA/CD.
Среди детерминированных методов преобладают маркерные методы доступа.
Маркерный метод - метод доступа к среде передачи данных в ЛВС, основанный на передаче полномочий передающей станции с помощью специального информационного объекта, называемого маркером. Под полномочием понимается право инициировать определенные действия, динамически предоставляемые объекту, например станции данных в информационной сети.
Применяется ряд разновидностей маркерных методов доступа. Например, в эстафетном методе передача маркера выполняется в порядке очередности;
в способе селекторного опроса (квантированной передачи) сервер опрашивает станции и передает полномочие одной из тех станций, которые готовы к передаче. В кольцевых одноранговых сетях широко применяется тактируемый маркерный доступ, при котором маркер циркулирует по кольцу и используется станциями для передачи своих данных.
Витая пара
В идеальном случае линия передачи представляет собой, как минимум, два проводника, разделенных диэлектрическим материалом и имеющих равномерный зазор на всем своем протяжении. К двум проводникам прикладывается сбалансированное напряжение равное по амплитуде и противоположное по фазе. В каждом проводнике текут равные по величине и противоположные по направлению токи.
Токи производят концентрические магнитные поля окружающие каждый из проводников. Напряженность магнитного поля усиливается в промежутке между проводниками и уменьшается в пространстве, где концентрические поля находятся за пределами обоих проводников. Токи в каждом из проводников равны по величине и противоположны по направлению, что ведёт к уменьшению общей энергии, накапливаемой в результирующем магнитном поле. Любое изменение токов генерирует напряжение на каждом проводнике с результирующим электрическим полем с направлением вектора, ограничивающим магнитное поле и поддерживающим постоянный ток.
Характеристический импеданс соответствует входному импедансу однородной линии передачи бесконечной длины то есть линии передачи предельной длины, терминированной нагрузкой со значением ее собственного характеристического импеданса. В общем случае, характеристический импеданс - это комплексное число с резистивной и реактивной компонентами. Он является функцией частоты передаваемого сигнала и не зависит от длины линии. При очень высоких частотах характеристический импеданс асимптотически стремится к фиксированному резистивному сопротивлению. Например, коаксиальные кабели обладают импедансом 50 или 75 0м на высоких частотах. Типичное значение импеданса для кабелей "витая пара" - 100 0м при частотах свыше 1 МГц.
Затухание сигнала - это отношение в децибелах (дБ) мощности входного сигнала к мощности сигнала на выходе при соответствии импедансов источника и нагрузки характеристическому импедансу кабеля. Значение входной мощности может быть получено путем измерения мощности при непосредственном подключении нагрузки к источнику без прохождения сигнала по кабелю. В случаях, когда в местах терминирования импедансы не идеально соответствуют друг другу, отношение входной мощности к выходной носит название вносимых потерь или вносимого затухания.
Переходное затухание на ближнем конце (Near End Crosstalk, NEXT) - параметр, характеризующий затухание сигнала помехи, наведенного сигналом, проходящим по одной паре проводников, на другую, расположенную поблизости. Измеряется в дБ. Чем выше значение NEXT, тем лучше изоляция помехам между двумя парами проводников.
Обратные потери (потери при отражении). Когда импеданс кабеля и нагрузки не совпадает, сигнал, распространяющийся по кабелю, частично будет отражаться в точке интерфейса кабель-нагрузка.
Мощность отраженного сигнала носит название потерь при отражении или обратных потерь. Чем лучше совместимость импедансов, тем меньше отражаемая мощность и тем ниже обратные потери.
Временная задержка распространения сигнала. Сигнал, распространяющийся от входной точки к выходной, приходит с временной задержкой, величина которой является отношением длины кабеля к скорости распространения сигнала V в передающей среде. В случае идеальной линии передачи, состоящей из двух проводников в вакууме, скорость распространения сигнала равна скорости распространения света в вакууме с. На практике скорость распространения сигнала в кабеле зависит от свойств диэлектрических материалов, окружающих проводники.
Отношение сигнал-шум (SNR) - это соотношение между уровнем принимаемого сигнала и уровнем принимаемого шума, причем уровень сигнала должен значительно превосходить уровень шума для обеспечения приемлемых условий передачи.
Отношение затухания к переходному затуханию (ACR). Соотношение между сигналом и шумом может быть выражено в форме отношения затухания к переходному затуханию (ACR). ACR - это разница между ослабленным сигналом на выходе и вредным наведенным сигналом ("шумом") NEXT.
Волоконно-оптический кабель
Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. В волоконно-оптических системах передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, магнитных или радиочастотных помех. Таким образом, оптические кабели полностью невосприимчивы к помехам, вызываемым молниями или источниками высокого напряжения. Более того, оптическое волокно не испускает излучения, что делает его идеальным для соответствия требованиям современных стандартов к компьютерным приложениям. Вследствие того, что оптические сигналы не требуют наличия системы заземления, передатчик и приемник электрически изолированы друг от друга и свободны от проблем, связанных с возникновением паразитных токовых петель. При отсутствии сдвига потенциалов в системе заземления между двумя терминалами, исключающим искрения или электрические разряды, волоконная оптика становится все более предпочтительным выбором для реализации многих приложений, когда требованием является безопасная работа в детонирующих или воспламеняющихся средах.
Цифровые вычислительные системы, телефония и видео-вещательные системы требуют новых направлений для улучшения передающих характеристик. Большая ширина спектра оптического кабеля означает повышение емкости канала. Кроме того, более длинные отрезки кабеля требуют меньшего количества репитеров, так как волоконно-оптические кабели обладают чрезвычайно низкими уровнями затухания. Это свойство идеально подходит для широковещательных и телекоммуникационных систем.
По сравнению с обычными коаксиальными кабелями с равной пропускной способностью, меньший диаметр и вес волоконно-оптических кабелей означает сравнительно более легкий монтаж, особенно в заполненных трассах. 300 метров одноволоконного кабеля весят около 2,5 кг. 300 метров аналогичного коаксиального кабеля весят 32 кг - приблизительно в 13 раз больше.
Электронные методы подслушивания основаны на электромагнитном мониторинге. Волоконно-оптические системы невосприимчивы к подобной технике. Для снятия данных к ним нужно подключиться физически, что снижает уровень сигнала и повышает уровень ошибок - оба явления легко и быстро обнаруживаются.
Основные элементы оптического волокна
Ядро. Ядро - светопередающая часть волокна, изготавливаемая либо из стекла, либо из пластика. Чем больше диаметр ядра, тем большее количество света может быть передано по волокну.
Демпфер. Назначение демпфера - обеспечение более низкого коэффициента преломления на границе с ядром для переотражения света в ядро таким образом, чтобы световые волны распространялись по волокну.
Оболочка. Оболочки обычно бывают многослойными, изготавливаются из пластика для обеспечения прочности волокна, поглощения ударов и обеспечения дополнительной защиты волокна от воздействия окружающей среды. Такие буферные оболочки имеют толщину от 250 до 900 мкм.
Размер волокна в общем случае определяется по внешним диаметрам его ядра, демпфера и оболочки. Например, 50/125/250 - характеристика волокна с диаметром ядра 50 мкм, диаметром демпфера 125 мкм и диаметром оболочки 250 мкм. Оболочка всегда удаляется при соединении или терминировании волокон.
Тип волокна идентифицируется по типу путей, или так называемых "мод", проходимых светом в ядре волокна. Существует два основных типа волокна - многомодовое и одномодовое. Ядра многомодовых волокон могут обладать ступенчатым или градиентным показателями преломления. Многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления получило свое название от резкой, ступенчатой, разницы между показателями преломления ядра и демпфера. В более распространенном многомодовом волокне с градиентным показателем преломления лучи света также распространяются в волокне по многочисленным путям. В отличие от волокна со ступенчатым показателем преломления, ядро с градиентным показателем содержит многочисленные слои стекла, каждый из которых обладает более низким показателем преломления по сравнению с предыдущим слоем по мере удаления от оси волокна. Результатом формирования такого градиента показателя преломления является то, что лучи света ускоряются во внешних слоях и их время распространения в волокне сравнивается с временем распространения лучей, проходящих по более коротким путям ближе к оси волокна.
Таким образом, волокно с градиентным показателем преломления выравнивает время распространения различных мод так, что данные по волокну могут быть переданы на более дальние расстояния и на более высоких скоростях до того момента, когда импульсы света начнут перекрываться и становиться неразличимыми на стороне приемника.
Волокна с градиентным показателем представлены на рынке с диаметрами ядра 50, 62,5 и 100 мкм.
Одномодовое волокно, в отличие от многомодового, позволяет распространяться только одному лучу или моде света в ядре. Это устраняет любое искажение, вызываемое перекрытием импульсов. Диаметр ядра одномодового волокна чрезвычайно мал - приблизительно 5 -10 мкм. Одномодовое волокно обладает более высокой пропускной способностью, чем любой из многомодовых типов. Например, подводные морские телекоммуникационные кабели могут нести 60000 речевых каналов по одной паре одномодовых волокон.
а) Градиентное многомодовое волокно б) Ступенчатое многомодовое волокно
в) Ступенчатое одномодовое волокно
Рис.1.4. Типы оптических волокон
Многомодовое волокно
Таблица 1.1. Стандарты оптических волокон и области их применения
Собственные потери оптического волокна.
Свет является электромагнитной волной. Скорость света уменьшается при распространении по прозрачным материалам по сравнению со скоростью распространения света в вакууме. Волны инфракрасного диапазона также распространяются различно по оптическому волокну. Поэтому затухание, или потери оптической мощности, должны измеряться на специфических длинах волн для каждого типа волокна. Длины волн измеряются в нанометрах (нм).
Потери оптической мощности на различных длинах волн происходят в оптическом волокне вследствие поглощения, отражения и рассеяния. Эти потери зависят от пройденного расстояния и конкретного вида волокна, его размера, рабочей частоты и показателя преломления. Величина потерь оптической мощности вследствие поглощения и рассеяния света на определенной длине волны выражается в децибелах оптической мощности на километр (дБ/км).
Волокна оптимизированы для работы на определенных длинах волн. Например, можно достичь потерь в 1 дБ/км для многомодового волокна 50/125 мкм на длине волны 1300 нм, и менее 3 дБ/км (50%-е потери мощности) для того же волокна на 850 нм. Эти два волновых региона, - 850 и 1300 нм, являются областями наиболее часто определяемыми для рабочих характеристик оптических волокон и используются современными коммерческими приемниками и передатчиками. Кроме того, одномодовые волокна оптимизированы для работы в регионе 1550 нм.
В коаксильном кабеле чем больше частота, тем больше уменьшается амплитуда сигнала с увеличением расстояния, и это явление называется затуханием. Частота для оптического волокна постоянна до тех пор, пока она не достигнет предела диапазона рабочих частот. Таким образом, оптические потери пропорциональны только расстоянию. Такое затухание в волокне вызвано поглощением и рассеиванием световых волн на неоднородностях, вызванных химическими загрязнениями, и на молекулярной структуре материала волокна. Эти микрообъекты в волокне поглощают или рассеивают оптическое излучение, оно не попадает в ядро и теряется. Затухание в волокне специфицируется производителем для определенных длин волн: например, З дБ/км для длины волны 850 нм. Это делается потому, что потери волокна изменяются с изменением длины волны.
Потери на микроизгибах. Без специальной защиты оптическое волокно подвержено потерям оптической мощности вследствие микроизгибов. Микроизгибы - это микроскопические искажения волокна, вызываемые внешними силами, которые приводят к потере оптической мощности из ядра. Для предотвращения возникновения микроизгибов применяются различные типы защиты волокна. Волокна со ступенчатым показателем относительно более устойчивы к потерям на микроизгибах, чем волокна с градиентным показателем.
Полоса пропускания (ширина спектра) - это мера способности волокна передавать определенные объемы информации в единицу времени. Чем шире полоса, тем выше информационная емкость волокна. Полоса выражается в МГц-км.
Например, по волокну с полосой 200 МГц-км можно передавать данные с частотой 200 МГц на расстояния до 1 км или с частотой 100 МГц на расстояния до 2 км. Благодаря сравнительно большой полосе пропускания, волокна могут передавать значительные объемы информации. Одно волокно с градиентным показателем преломления может с легкостью передавать 500 миллионов бит информации в секунду. Тем не менее, для всех типов волокон существуют ограничения ширины полосы, зависящие от свойств волокна и типа используемого источника оптической мощности.
Для точного воспроизведения передаваемых по волокну данных световые импульсы должны распространяться раздельно друг от друга, имея четко различимую форму и межимпульсные промежутки. Однако лучи, несущие каждый из импульсов, проходят разными путями внутри многомодового волокна. Для волокон со ступенчатым показателем преломления лучи, проходя зигзагообразно по волокну под разными углами, достигают приемника в разное время.
Это различие во времени прибытия импульсов в точку приема приводит к тому, что импульсы на выходе линии искажаются и накладываются друг на друга. Это так называемое модальное рассеивание, или модальная дисперсия, или уширение светового импульса ограничивает возможную для передачи частоту, так как детектор не может определить, где заканчивается один импульс и начинается следующий. Разница во временах прохождения самой быстрой и самой медленной мод света, входящих в волокно в одно и то же время и проходящих 1 км, может быть всего лишь 1 -3 нс, однако такая модальная дисперсия влечет за собой ограничения по скорости в системах, работающих на больших расстояниях. Удваивание расстояния удваивает эффект дисперсии.
Модальная дисперсия часто выражается в наносекундах на километр, например, 30 нс/км. Также она может быть выражена и в частотной форме, например 200 МГц-км. Это означает, что волокно или система будут эффективно работать в пределах частот до 200 МГц, прежде чем рассеивание начнет сказываться на пропускной способности на расстояниях более одного километра. Эта же система сможет передавать сигнал с частотой 100 МГц на расстояние в два километра.
Дисперсия делает многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления наименее эффективным по ширине полосы среди всех трех типов волокна. Поэтому оно используется на более коротких участках и низких частотах передачи. Типичным значением ширины полосы ступенчатого волокна является 20 МГц-км.
Размеры ядра одномодового волокна малы - от 8 до 10 мкм, что позволяет проходить по волокну только одному лучу света. Так как модальная дисперсия в данном случае полностью отсутствует, полоса пропускания у такого волокна гораздо больше, чем у многомодового, что позволяет достигать рабочих частот свыше нескольких сотен гигагерц на километр (ГГц-км).
Оптические волокна обладают еще одной разновидностью дисперсии, возникающей вследствие того, что разные длины волн распространяются в среде с разной скоростью. Такую "спектральную дисперсию" можно наблюдать, когда белый свет распадается на семь цветов радуги, проходя через стеклянную призму. Волны, представляющие разные цвета, движутся в среде с разной скоростью, что приводит к различию в траекториях распространения лучей. Если бы оптический источник волоконной системы излучал свет одной частоты, спектральная дисперсия или материальная дисперсия (или хроматическая дисперсия, как ее еще часто называют) была бы устранена. В действительности, абсолютно монохроматических источников света не существует. Лазеры обладают определенным, хотя и очень небольшим, уширением спектра излучаемого света. У источников света на основе LED (полупроводниковые светодиоды) спектральный диапазон в 20 раз шире чем у лазера, и спектральная дисперсия, в свою, очередь намного выше. Дисперсия в стеклянном волокне минимальна в регионе около 1300 нм, позволяя одномодовым волокнам иметь значительную полосу на данной длине волны.
Одномодовое волокно обычно используется с лазерными источниками благодаря своей высокой спектральной чистоте. Для обеспечения эффективного функционирования таких систем требуются прецизионные коннекторы и муфты.
Благодаря своим низким потерям и высоким пропускным характеристикам, одномодовые волокна, как правило, являются наилучшим и, как правило, единственным выбором для монтажа протяженных высокоскоростных линий, таких как междугородние телекоммуникационные системы.
Между одномодовым волокном и волокном со ступенчатым показателем преломления располагаются волокна с градиентным показателем преломления. Для уменьшения эффекта модальной дисперсии лучи в таких волокнах постепенно перенаправляются назад к оси ядра. Волокна с градиентным показателем преломления имеют гораздо большую полосу, чем волокна со ступенчатым показателем преломления. По волокну с градиентным показателем преломления с полосой 600 МГц-км можно передавать сигнал с модуляцией 20 МГц на расстояние до 30 км. Стоимость такого стеклянного волокна является одной из самых низких. Малые потери мощности передаваемого сигнала плюс большая полоса позволяют использовать его для монтажа локальных сетей.
Рабочее место
Рабочее место по определению стандарта служит интерфейсом между горизонтальной кабельной системой, заканчивающейся телекоммуникационной розеткой, и активным оборудованием конечного пользователя. Оборудование рабочего места и кабель (аппаратный шнур), используемый для подключения активного оборудования к ТО, не входят в сферу действия стандарта '568. Ниже перечислены некоторые спецификации, относящиеся к каблированию рабочего места.
Длины горизонтальных кабелей определяются из предположения, что максимально допустимая длина кабеля для подключения активного оборудования на рабочем месте равна 3 м. Рабочие характеристики (категория) шнуров активного оборудования должны соответствовать или быть лучше рабочих характеристик пэтч-кордов той же категории.
Адаптеры и устройства, предназначенные для поддержки специфических приложений, должны устанавливаться вне по отношению к телекоммуникационной розетке. При использовании таких адаптеров предполагается, что они совместимы с категорией того горизонтального кабеля, к которому они подсоединяются.
Телекоммуникационный шкаф
Телекоммуникационные шкафы в общем случае рассматриваются как устройства, предназначенные для обслуживания горизонтальной распределительной системы. Кроме этой основной функции, они могут выполнять и дополнительные - в них допускается размещение промежуточных и главных кроссов. Ниже перечислены некоторые спецификации, относящиеся к каблированию телекоммуникационных шкафов.
Не разрешается использовать перетерминирование горизонтальных кабелей для внесения штатных изменений в кабельную систему. Для этих целей следует использовать кроссировочные перемычки и пэтч-корды.
Устройства, предназначенные для поддержки специфических приложений (например, разного рода адаптеры), не могут быть частью горизонтальной кабельной системы и должны устанавливаться вне по отношению к горизонтальному кроссу.
Для избежания деформирования кабелей вследствие тугого скручивания в пучки, слишком крутых изгибов и растягивающих усилий, следует использовать оборудование, специально предназначенное для укладки и маршрутизации кабельных потоков.
Кабели и шнуры, используемые для подключения активного оборудования, не рассматриваются стандартом в качестве элементов кабельной системы. Максимально допустимая суммарная длина всех пэтч-кордов и аппаратных шнуров на обоих концах линии -10м.
Разрешается использовать только оборудование, соответствующее требованиям стандартов. Телекоммуникационные шкафы должны быть спроектированы и оборудованы в соответствии с требованиями стандарта ANSI/EIA/TIA-569.
Подключение активного оборудования в телекоммуникационном шкафу разрешается осуществлять с помощью двух типов соединений - "межсоединения" и "кросс-соединения".
Кросс-соединение - применяется для коммутации кабельных подсистем между собой и для подключения активного оборудования с многопортовыми коннекторами. Многопортовыми коннекторами называются конструкции, узлы, с помощью которых реализуется одновременное подключение более одного (нескольких) адресного телекоммуникационного порта. Типичным образцом многопортового коннектора является так называемый Telco-коннектор (коннектор "телефонной компании", Telephone Company connector) - 25-парный коннектор, нашедший массовое применение в телефонии для подключения офисных АТС или РВХ, а также иногда используемый для подключения активного сетевого оборудования. Метод кросс-соединения в отличие от описанного ниже метода межсоединения позволяет гибко переконфигурировать кабельную систему во всех случаях, но в то же время и требует наличия в кроссе, как минимум, двух единиц коммутационного оборудования, что повышает стоимость системы. Если понятие "кросс" (cross-connect) используется для определения средства, позволяющего осуществлять терминирование кабелей и их межсоединение или кросс-соединение (или оба) с помощью пэтч-кордов, кроссиро-вочных перемычек или кабелей активного оборудования, то понятие "кросс-соединение" (cross-connection) относится к конкретной конфигурации, в которой кабели и пэтч-корды или перемычки используются для коммутации отдельных распределительных полей, обслуживающих горизонтальную и магистральную кабельные системы и оборудование телекоммуникационных помещений.
Межсоединение - разрешается использовать только для подключения активного оборудования с однопортовыми коннекторами. В противоположность многопортовым коннекторам однопортовые позволяют осуществлять коммутацию между собой только двух адресных портов. Метод межсоединения полезен в тех случаях, когда производиться подключение к кабельной системе активного оборудования с однопортовыми (модульными) коннекторами, которое само по себе как бы является единицей коммутационного кроссового оборудования, такого, например, как пэтч-панель. В этом случае появляется возможность неограниченного переключения адресных портов и, за счет исключения второй единицы коммутационного оборудования из конфигурации кросса, снижение затрат на подключение.
Коммутационное оборудование
Коммутационные блоки
Основным компонентом, предназначенным для терминирования кабелей и проводников в телекоммуникационных шкафах и на рабочих местах, является коммутационный (терминационный) блок. Коммутационные блоки могут иметь самые разнообразные формы и конструкции и за годы своего развития они превратились в довольно сложный "системный" компонент. Коммутационный блок может быть интегрирован и в пэтч-панель. Существует два основных типа коммутационных блоков - блок типа 66 и блок типа 110. Оба типа в настоящее время предлагаются большим количеством производителей, и многие версии терминационных блоков интегрированы в такие компонеты, как коннекторы розеток и пэтч-панели. Эти два типа доминируют в установленных системах и на новых развивающихся рынках сбыта, поэтому им будет уделено детальное внимание. Кроме того, рассмотрены пара "частных" терминационных систем, которые производятся только одним производителем и распространены не так широко (BIX и KRONE). На рынке можно найти несколько других типов блоков, но вне зависимости от типа, все они используют один и тот же метод создания контакта путем смещением изоляции – проводник проталкивается между двумя металлическими поверхностями контакта (обычно с помощью специального терминирующего инструмента) и изоляция либо удаляется, либо прорезается, либо смещается.
Наиболее часто применяются четыре типа терминационных блоков - 66, 110, BIX, и KRONE.
Стандарт EIA/TIA-568-А предписывает использование коммутационных блоков с типом контакта IDC - "контакт со смещением изоляции" (IDC - Insulation Displacement Connection). Блоки 110, KRONE и BIX используют контакты IDC. Тип 66, несмотря на соответствие требованиям категории 5, использует более старый тип контакта - технологию разрушения изоляции. Метод создания контакта путем смещения изоляции (IDC), в общем случае, признается как более быстрый и более надежный способ терминирования проводников по сравнению с методом намотки проводника на штыревой контакт. При методе IDC изоляция не удаляется с проводника, а сам проводник проталкивается в двухсторонний терминирующий нож с острыми внутренними краями, который прорезает изоляцию и создает прочное электрическое и механическое соединение. Проводник плотно сидит между двумя металлическими контактами и, таким образом, формируется вакуумно-плотная изоляция места соединения. Большинство систем IDC требует применения специальных терминирующих инструментов. Вакуумно-плотное IDC-терминирование исключает вероятность биметаллической коррозии, возникающей при использовании резьбовых контактов, когда оголенный медный проводник и контактный винт, изготавливаемый из другого материала (обычно оцинкованного), соединяются в присутствии атмосферного кислорода.
Все IDC-типы разработаны для применения относительно постоянных соединений. Если требуется внесение изменений в систему, проводник должен быть сначала удален, коннектор очищен от всех остатков металла и пластика, а затем проводник подрезается и перетерминируется.
Коммутационные блоки BIX
Коммутационная система BIX является основой СКС категории 5 производства компании NORDX/CDT, и носящей название IBDN (Integrated Building Distribution Network). Несмотря на то, что коннектор был создан в 1980 году, все современные коннекторы BIX соответствуют спецификациям категории 5.
Система NORDX/CDT BIX весьма сходна по своей концепции с системой 110. Это - двухсторонний 50-контактный коннектор, монтируемый горизонтально на монтажной раме. В отличие от системы 110, магистральные или горизонтальные кабели терминируются непосредственно на задней стороне коннектора. Матрица коннекторов BIX, установленных на 50-, 250- или 300-парные рамы, формирует "модуль". Модули могут монтироваться непосредственно на стенах, на настенных панелях или в аппаратных стойках при использовании комплекта для монтажа в стойках. Модули также могут быть установлены на специальных рамах, формируя таким образом готовый распределительный щит.
Конструкция коннектора BIX обеспечивает отличные характеристики по переходному затуханию. Кроссировка осуществляется с внешней стороны коннектора BIX. Коннекторы маркируются с 4- или 5-парными интервалами, 4-парные версии, как правило, применяются для большинства приложений ЛВС, а 5-парные версии хорошо подходят для терминирования кабелей с 25 и большим количеством пар.
Все соединения выполняются с помощью специального инструмента, функционально аналогичного инструментам, используемым для терминирования блоков 66 и 110. В комплекты насадок стандартных инструментов часто включаются насадки для терминирования коннекторов BIX. Кабели при терминировании заводятся либо с двух сторон монтажной рамы, либо сверху или снизу коннектора. Монтажные рамы оборудованы маркировочными линейками, устанавливаемыми между парами коннекторов В1Х, Для коммутации двух позиций вертикально расположенной смежной пары коннекторов предусмотрены специальные коммутационные клипсы.
Коммутационные блоки BIX используются также в качестве коннекторов в модульных телекоммуникационных розетках и в пэтч-панелях. Розетки и пэтч-панели поставляются несколькими производителями, но сами блоки изготавливаются только NORDX/CDT.
Коммутационные блоки KRONE
Коммутационная система KRONE существует в 8-, 10- и 25-парном исполнении базовых коннекторных модулей, монтируемых в различных сочетаниях. 8- и 10-парные коннекторы могут устанавливаться в отдельные монтажные рамы общей суммарной емкостью 20 коннекторов. Такие рамы в итоге способны к терминированию 160 или 200 пар проводников, 8-парный коннектор обычно используется для терминирования двух горизонтальных 4-парных кабелей. Монтажные модульные рамы могут устанавливаться по отдельности на стене или тройками в аппаратных стойках 19 дюймов. Для 25-парных приложений существуют 25-парные коннекторы и монтажная рама. 25-парный коммутационный модуль по конструкции аналогичен системе 110 - он состоит из передней и задней частей. Как и в случае 8- и 10-парных коннекторов, 25-парный коннектор устанавливается горизонтально на монтажной раме. Можно использовать специальный узел из двух 25-парных модулей с монтажной рамой такого же размера, как у стандартного блока 66. Такие узлы, как и блоки 66, позволяют терминировать 50 пар и идеально подходят для тех случаев, когда необходимо заменить старые системы на новые, более производительные. Для многих компаний-контракторов технология терминирования с помощью блоков KRONE является наиболее предпочтительной при работе с распределительными панелями. Наибольшую популярность приобрела система KRONE в телефонной промышленности. Уникальный серебреный IDC-контакт KRONE, врезающийся в проводник под углом к его оси 45°, обеспечивает надежное, вакуумно-плотное соединение одножильных или многожильных проводников размером 22-26 AWG. Зажимы фиксирующие изоляцию надежно удерживают проводник и изолируют место контакта от воздействий вибраций и механических сил. Осевые и крутящие силы позволяют поддерживать долговременное соединение. Утопленные контакты и проводники обеспечивают защиту цепей от аварий и коротких замыканий. Для терминирования блоков KRONE требуется специальный инструмент.
Пэтч-корды
Пэтч-корд представляет собой короткий отрезок гибкого кабеля, терминированный с обоих концов 8-позиционными модульными вилками. Пэтч-корд аналогичен пользовательским шнурам на рабочем месте и в телекоммуникационном шкафу. В общем, все эти кабельные шнуры упоминаются под разными названиями, отражающими в большей степени их назначение, а не конструкцию.
Например, шнур, коммутирующий две точки подключения (patch) называется пэтч-кордом или шнуром переключения, а идентичный ему шнур, коммутирующий точку подключения и хаб носит название аппаратный шнур или шнур активного оборудования. Шнур, соединяющий рабочую станцию с коннектором телекоммуникационной розетки также называется аппаратным шнуром. Аппаратные шнуры иногда носят название пользовательских шнуров, поскольку они в основном подключаются конечным пользователем, а не монтажником. И, наконец, все эти шнуры иногда называют кабелями. Единственной условной чертой, отличающей пэтч-корд от пользовательского шнура, является его меньшая длина.
Основной характеристикой пэтч-корда является его гибкость. Это означает, что он должен быть изготовлен из многожильных проводников и иметь гибкую пластиковую внешнюю оболочку. Как правило, пэтч-корды состоят из четырех медных многожильных пар 100 0м с размером проводника 24 AWG в пластиковой изоляции и в общей пластиковой оболочке. Разрешается использовать проводники размером 22 AWG, но применяются они редко. Пластиковая изоляция - это обычно PVC (ПВХ) или компаунд со сходными характеристиками. Поскольку пэтч-корды используются на рабочих местах и в телекоммуникационных шкафах, не являющихся пространствами категории plenum, они не требуют применения специальных материалов оболочки.
Цветовая кодировка проводников пэтч-кордов может быть самой разнообразной, но, в основном, применяется стандартный 4-парный код. Стандарт TIA 568-А, кроме основного, предлагает альтернативный цветовой код, в который входят восемь уникальных сплошных цветов.
Для пэтч-кордов существует отдельная система требований к рабочим характеристикам, которые несколько отличаются от характеристик горизонтального кабеля. Большинство требований к передающим свойствам такие же, за исключением допущения увеличения затухания на 20% (TIA 568-А) по сравнению с одножильными проводниками и некоторых требований к конструкции. Это требование более жесткое по сравнению с требованием ISO 11801, в котором допустимое отклонение значений затухания определено в 50%. Пределы затухания различны для трех категорий рабочих характеристик и определены для длины 100 м. При приобретении готовых пэтч-кордов необходимо удостовериться, что они сертифицированы производителем на соответствие требованиям стандарта TIA 568-А к определенной категории рабочих характеристик. Сертификационное тестирование независимой организацией, такой как, например, UL, является показателем качества и гарантий. Тестирование пэтч-кордов представляет собой довольно сложную задачу для конечного пользователя и для производителя. Стандарты содержат детальные спецификации требований к рабочим характеристикам кабельных компонентов и коммутационного оборудования, но на настоящий момент не существует спецификаций для пэтч-кордов в сборе. Кроме этого, некоторые тесты, такие как тест NEXT, дают не достоверные результаты для линий короче 15 м вследствие явления, называемого резонансом. Многие тестеры не способны измерять характеристики кабеля короче 6 м. Производители телекоммуникационных компонентов для тестирования пэтч-кордов используют сетевые анализаторы - лабораторные анализаторы частотных характеристик с высокими уровнями точности измерений. Вследствие этого, при изготовлении пэтч-кордов в непроизводственных условиях единственной гарантией качества рабочих характеристик пэтч-корда является использование высококачественных компонентов, и тщательное соблюдение технологических правил. Качество работы имеет первостепенное значение, поскольку необходимо произвести развитие пары перед присоединением модульной вилки. Если развитие пары не удалось минимизировать, вилка терминированная подобным образом, внесет свой вклад в деградацию рабочих характеристик линии в гораздо большей степени, чем недостатки ее конструкции. Именно по этой причине, вследствие неотвратимого развития пар при терминировании, конструкция модульной вилки до сих пор не имеет спецификаций высокочастотных рабочих характеристик. В Приложении B к стандарту TIA 568-А показаны и описаны детальные процедуры сборки и терминирования пэтч-кордов.
Коннекторы
Кабельные коннекторы
В данном разделе рассмотрены три основных типа "медных" кабельных коннекторов -модульные коннекторы, коаксиальные коннекторы и коннекторы IBM Data, - и волоконно-оптические коннекторы. Модульный коннектор является наиболее распространенным в современных телекоммуникационных системах вследствие растущего использования кабелей витая пара. Коаксиал в течение продолжительного времени использовался в традиционных системах Ethernet и Arcnet, но постепенно он исключается из большинства инсталляций. Коннектор IBM Data Connector является одним из основных компонентов в системах на основе ЭВП и специфицирован для применения стандартом TIA 568-А.
Модульные коннекторы
Основой информационной розетки является модульный разъем. Проводники, покрытые пленкой золота, обеспечивают стабильный, надежный электрический контакт с ламелями модульной вилки. Качество контакта также улучшается за счет механизма притирки проводников разъема и ламелей вилки во время ее вставления в разъем. Корпус розетки снабжен интегрированным замком, который после вставления вилки позволяет выдерживать значительные усилия растяжения на стыке розетка-вилка.
Модульный разъем в информационной розетке может быть двух видов - 6- или. 8-позиционным. Контакты во всех разъемах нумеруются слева направо по отношению к передней стороне разъема при ориентированном вниз ключе замка.
Модульные коннекторы, используемые в телекоммуникационных системах, аналогичны коннекторам, применяемым в кабельных системах телефонии. Коннектор существует в нескольких вариантах размеров и конфигураций контактов, начиная с четырех и заканчивая восемью позициями и от двух до восьми контактов. Самым популярным типом разъема является так называемый USOC (Universal Service Order Code), имеющий номенклатурные префиксы "RJ", за которыми следует номер серии. Часто этими названиями пользуются для обозначения приложений, не имеющих к коду никакого отношения. Так, например, обычную 6-контактную телефонную вилку часто называют RJ-11, а 8-контактную модульную вилку - RJ-45. 8-контактная модульная вилка используется в соответствии с TIA 568-А как для телефонии, так и для приложений передачи данных, 8-контактный модульный разъем также служит интерфейсом для таких приложений как 10BaseT, 100BaseT, 100VG-AnyLAN, Token-Ring/UTP.
8-позиционный модульный разъем очень часто неверно называют именем специализированного коннектора RJ-45. Схема разводки интерфейса RJ-45 (включающая в себя интерфейсный программный резистор) настолько радикально отличается от схем Т568А и В, что нет абсолютно никаких оснований для смешивания этих двух названий. Правильное название для разъема - "8-позиционный модульный". В действительности все модульные коннекторы с одинаковым количеством позиций конструкционно одинаковы до момента терминирования. После терминирования возможно называть их по имени схемы разводки. Например, при реализации интерфейса и схемы разводки 10BaseT можно подключить только четыре пары 8-позиционного модульного разъема. В этом случае, он не может называться ни Т568А, ни В, так как обе эти схемы требуют подключения всех восьми контактов. Также он не будет соответствовать схеме RJ-45, так как схема разводки будет неверной, а программный резистор отсутствовать.
8-позиционный модульный разъем, используемый в стандартных кабельных и стемах, описан в стандарте IEC 603-7. Этот же разъем определен в стандарте TIA 568-А и сопутствующих документах, а также в ISO/IEC IS-11801.
Модульные коннекторы, в основном, предназначены для терминирования кабелей с многожильными проводниками. Первоначально коннектор был создан для терминирования плоского кабеля, состоящего из 2-8 многожильных проводников. Его назначение было ограничено аудиочастотами телефонных линий, хотя официально его рабочие частотные характеристики определены до 3 МГц. К сожалению, промышленность не только вынуждена использовать эти коннекторы на частотах намного превышающие специфицированные стандартом, но и использовать их для терминирования витых пар круглых кабелей. Для того, чтобы разрешить использование модульных коннекторов на рабочих частотах кабельных систем от 10 до 100 МГц, TIA просто определяет критерии рабочих характеристик (в основном, затухание и NEXT), которым должен соответствовать коннектор. При условии соответствия конкретного коннектора этим спецификациям, он может быть использован для работы с приложениями до категории 5.
Существуют модульные коннекторы, предназначенные для терминирования одножильных проводников, несмотря на то, что терминирование одножильных проводников даже с помощью специальных коннекторов настоятельно не рекомендуется. Модульный контакт представляет собой плоский контакт с заостренным концом, который при терминировании прорезает изоляцию проводника и создает электрический контакт с медным многожильным проводником. Контакт может создаваться в одной или нескольких точках.
Если применять эту технологию к одножильному проводнику, при терминировании он может сдвинуться в сторону от концов контакта и может образоваться неполноценный контакт или вообще отсутствие контакта. По этой причине контакты для терминирования одножильных проводников имеют три заостренных выступа на нижней стороне. При терминировании проводник центрируется между тремя выступами и удерживается ими с созданием надежного контакта.
Экранированные модульные вилки были разработаны для терминирования экранированных кабелей различных типов. Как правило, вилка состоит из стандартного модульного коннектора с металлическим рукавом, проходящим по внешней поверхности коннектора и повторяющего его форму. При использовании таких вилок необходимо применять розетки, совместимые с этими вилками для обеспечения правильного функционирования экрана. Иногда заземляющий проводник экрана кабеля может терминироваться на одном из контактов вилки 8-позиционного модульного разъема, но при этом утрачивается возможность стандартного соединения четырех сбалансированных пар. Единственным экранированным коннектором, рекомендованным стандартом TIA, является так называемый IBM Data Connector (STP-A, 2 пары, 150 0м).
Выбор типа коннектора
Типы коннекторов ST и SC являются двумя типами волоконно-оптических коннекторов, признаваемых стандартом TIA/EIA 568. Волоконно-оптическое активное оборудование может иметь интерфейс на основе специфического типа коннектора. Поэтому этот тип коннектора должен быть использован на стороне интерфейса оборудования. Однако в главных, промежуточных, горизонтальных кроссах, в телекоммуникационных розетках на рабочем месте и в другом коммутационном оборудовании СКС системы рекомендуется использовать коннекторы типа ST или SC. Для подключения активного оборудования к СКС используются конвертирующие шнуры.
Выбор топологии для проекта
Выбор используемой топологии зависит от условий, задач и возможностей, или же определяется стандартом используемой сети. Основными факторами, влияющими на выбор топологии для построения сети, являются:
1. среда передачи информации (тип кабеля);
2. метод доступа к среде;
3. максимальная протяженность сети;
4. пропускная способность сети;
5. метод передачи и др.
В данном проекте ставится задача связать административный корпус предприятия с четырьмя цехами посредством высокоскоростной сети со скоростью передачи данных – 100 Мбит/сек.
Рассмотрим вариант построения сети: на основе технологии Fast Ethernet.
Данный стандарт предусматривает скорость передачи данных 100 Мбит/сек и поддерживает два вида передающей среды – неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Для описания типа передающей среды используются следующие аббревиатуры, табл. 2.1.
Таблица 2.1.
| Название | Тип передающей среды |
| 100Base-T | Основное название для стандарта Fast Ethernet (включает все типы передающих сред) |
| 100Base-TX | Неэкранированная витая пара категории 5 и выше. |
| 100Base-FX | Многомодовый двухволоконный оптический кабель |
| 100Base-T4 | Витая пара. 4 пары категории 3, 4 или 5. |
Base-TX
Правило 1: Сетевая топология должна быть физической топологией типа «звезда» без ответвлений или зацикливаний.
Правило 2: Должен использоваться кабель категории 5.
Правило 3: Класс используемых повторителей определяет количество повторителей, которые можно каскадировать.
1. Класс 1. Можно каскадировать до 5 включительно концентраторов, используя специальный каскадирующий кабель.
2. Класс 2. Можно каскадировать только 2 концентратора, используя витую пару для соединения средозависимых портов MDI обоих концентраторов.
Правило 4: Длина сегмента ограничена 100 метрами.
Правило 5: Диаметр сети не должен превышать 205 метров.
Base-FX
Правило 1: Максимальное расстояние между двумя устройствами – 2 километра при полнодуплексной связи и 412 метров при полудуплексной для коммутируемых соединений.
Правило 2: Расстояние между концентратором и конечным устройством не должно превышать 208 метров
План территории предприятия приведен на рис. 2.1. Также известны расстояния между объектами с учетом допусков на разводку кабеля по зданиям (Табл. 2.2) и количество рабочих станций, которые необходимо подключить к сети (Табл. 2.3).
Таблица 2.2. Расстояния между объектами
Расстояние между
Административное здание
Таблица 2.3. Распределение подключаемых рабочих станций по объектам
|
Объект |
Тип подключения | |||
| 10Мбит коммутируемое | 100Мбит | 100Мбит коммутируемое | ||
| Административное здание | 3 | 1* | - | 2** |
| Печатный цех | 2 | - | 2 | - |
| Гофрцех 1 | 4 | - | 4 | - |
| Гофрцех 2 | 8 | - | 8 | - |
| Материальный склад | 2 | - | 2 | - |
*- для подключения концентратора уже существующей сети.
**- для подключения серверов.
Как видно из таблицы 2.2, расстояния между объектами слишком велики для витой пары (физического интерфейса 100Base-TX) и, следовательно, для соединения этих объектов необходимо оптическое волокно. Так как между административным зданием и гофрцехом 2 расстояние превышает 412 метров – то для их соединения необходимо использовать полнодуплексное соединение (коммутатор – коммутатор). То же самое относится и к соединению административного здания с материальным складом (см. табл. 2.2).
В административном здании необходимо соединить между собой пять сегментов (включая сегмент уже существующей десятимегабитной сети Ethernet). Используя коммутатор, мы значительно повысим пропускную способность сети путем применения стянутой в точку магистрали (collapsed backbone) - структуры, при 
которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Пример построения сети, использующей такую структуру, приведен на рисунке 2.2. Преимуществом такой структуры является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора производительность внутренней шины или схемы общей памяти, объединяющей модули портов, в несколько Гб/c не является редкостью, то магистраль сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены одной модели коммутатора на другую. Имитационное моделирование сети Ethernet и исследование ее работы с помощью анализаторов протоколов показали, что при коэффициенте загрузки в районе 0.3 - 0.5 начинается быстрый рост числа коллизий и соответственно времени ожидания доступа. Также пропускная способность сети с коммутатором при повышенной загрузке дополнительно увеличится из-за локализации трафика в пределах отдельных сегментов.
|
Рис. 2.2. Структура сети со стянутой в точку магистралью
В рабочих группах, располагающихся в цехах по территории предприятия допустимо использование концентраторов, так как в основном все рабочие станции будут работать с выделенными серверами, которые находятся в административном здании, и не будет необходимости локализовывать трафик между станциями рабочих групп.
Class-of-Service
Эта функция позволяет администратору назначить различным типам кадров различные приоритеты их обработки. При этом коммутатор поддерживает несколько очередей необработанных кадров и может быть сконфигурирован, например, так, что он передает один низкоприоритетный пакет на каждые 10 высокоприоритетных пакетов. Это свойство может особенно пригодиться на низкоскоростных линиях и при наличии приложений, предъявляющих различные требования к допустимым задержкам. Так как не все протоколы канального уровня поддерживают поле приоритета кадра, например, у кадров Ethernet оно отсутствует, то коммутатор должен использовать какой-либо дополнительный механизм для связывания кадра с его приоритетом. Наиболее распространенный способ - приписывание приоритета портам коммутатора. При этом способе коммутатор помещает кадр в очередь кадров соответствующего приоритета в зависимости от того, через какой порт поступил кадр в коммутатор. Способ несложный, но недостаточно гибкий - если к порту коммутатора подключен не отдельный узел, а сегмент, то все узлы сегмента получают одинаковый приоритет. Более гибким является назначение приоритетов МАС-адресам узлов, но этот способ требует выполнения большого объема ручной работы администратором.
VLAN
Виртуальной сетью называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра. Виртуальная сеть образует домен широковещательного трафика (broadcast domain), по аналогии с доменом коллизий, который образуется повторителями сетей Ethernet.
При создании виртуальных сетей на основе одного коммутатора обычно используется механизм группирования в сети портов коммутатора. Это логично, так как виртуальных сетей, построенных на основе одного коммутатора, не может быть больше, чем портов. Если к одному порту подключен сегмент, построенный на основе повторителя, то узлы такого сегмента не имеет смысла включать в разные виртуальные сети - все равно трафик этих узлов будет общим.
Создание виртуальных сетей на основе группирования портов не требует от администратора большого объема ручной работы - достаточно каждый порт приписать к нескольким заранее поименованным виртуальным сетям. Обычно такая операция выполняется путем перетаскивания мышью графических символов портов на графические символы сетей.
На основании вышесказанного выбираем коммутатор HP ProCurve Switch 1600M в качестве коммутатора для Административного здания (Рис.2.3). Для подключения к коммутатору рабочих групп цехов используем модуль HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (4 порта) (Рис. 2.4).
Рисунок 2.4. Модуль HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (4 порта) (J4112A).
Технология коммутации
Коммутирующие модули, которые подключаются в слот расширения на внешней стороне панели AdvanceStack Hub-12TX, используют продвинутую коммутационную технологию для обеспечения высокоскоростного соединения сетей. Каждый коммутирующий модуль выступает в качестве двухпортового моста Ethernet. Модуль определяет адрес назначения из заголовка пакета, ищет адрес назначения в таблице маршрутизации, предусмотренной для исходящего порта и пересылает пакет только если необходимо, часто до полного его получения. Модуль сохраняет соответствие адресов и меток сегментов для каждого входящего и исходящего пакета в таблице маршрутизации. Эта информация впоследствии используется для фильтрации пакетов, чьи адреса назначения находятся в том же сегменте, что и адрес источника. Таким образом, локализуется сетевой трафик, уменьшая общую загрузку в сети.
Для соединения концентратора с входящим оптическим кабелем необходим коммутирующий модуль HP AdvanceStack 100Base-FX Switch Port Module (J3248A) (Рис. 2.6).
Рисунок 2.6. Модуль HP AdvanceStack 100Base-FX Switch Port Module (J3248A)
Большие длины
Номинальная максимальная длина кабеля витой пары - 100 метров. Номинал указывает, что фактическая, максимальная длина может изменяться от изготовителя к изготовителю. Можно узнать характеристики у вашего кабельного поставщика, чтобы найти фактическую максимальную длину для кабеля. Если нужно более длинный кабель, чем 100 метров, есть два решения: одно, использующее кабель витую пару и одно использующее волоконно-оптический кабель. Можно получить кабельные длины вплоть до 225 метров с витой парой, и вплоть до 2000 метров с волоконно-оптическим кабелем. Для того, чтобы увеличить максимальную длину витой пары, применяются трансиверы, которые имеют функцию удлинения номинальной длины (Рис. 2.7)
Рисунок 2.7. Использование трансиверов для витой пары.
При использовании волоконно-оптического кабеля необходимы оптоволоконные трансиверы. Если кабель подключен между устройствами, которые формируют границы LAN (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы), то расстояние в 2000 метров соответствует стандарту Fast Ethernet на задержку. В принципе можно подключить даже небольшую рабочую группу к другому концу кабеля, при условии, что один из концив является устройством, формирующим границу сети (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы) – то есть коллизионный домен (Рис.2.8).
Рисунок 2.8. Использование коммутатора для удлинения ВОК
Защита от помех
Поскольку волоконно-оптический кабель использует оптический, а не электрический сигналы, волоконно-оптический кабель устойчив от воздействия электромагнитных помех. Если нужно сделать сеть, в которой будут присутствовать соединения через области высоких электромагнитных помех, то рекомендуется использование волоконно-оптической направляющей системы, которая обеспечит устойчивость против помех.
Выбор кабельных компонентов
В нашем случае для соединения Административного здания с цехами требуется оптический кабель. Выбираем ОКП-62,5-02-0,7-4. Это кабель оптический подвесной, отечественного производства, укомплектованый оптическими волокнами компании Corning. Кабель имеет 4 многомодовых 62,5/125 волокна, предназначенный для наружной прокладки. Для каждого соединения нам требуется два волокна, – следовательно, остальные два могут быть использованы в качестве резерва на случай расширения сети или при повреждении других волокон.
Для организации ввода оптического кабеля в здание необходимы оптические распределительные коробки. Выбираем для Административного здания коробку, рассчитанную на 16 SC портов (по числу входящих оптических волокон) фирмы FOCI, имеющую сплайс-пластину и дверь с замком. Для цехов выбираем распределительные коробки расчитанные на 8 SC портов, предлагаемые фирмой Vimcom-Optic. Для соединения активного оборудования с оптическими коробками необходимы сдвоенные соединительные оптические шнуры с SC коннекторами. Выбираем предлагаемый фирмой Vimcom-Optic DPC-M-3-SC/SC сдвоенный патч-корд SC, рассчитанный на мнгогомодовое волокно, длиной 3 метра.
Поскольку кабельная система закладывается на 10-15 лет, невозможно точно распланировать схему размещения персонала по рабочим местам и определить типы оборудования для каждого рабочего места. Поэтому, в предлагаемые проектные решения закладываются соединения только 4-х парным кабелем категории 5. Это дает возможность перевода любой точки подключения (розетки) из категории передачи голоса в категорию передачи данных и наоборот.
Для подключения рабочих станций к концентраторам используем кабель категории 5 компании AMP. Кабель содержит 4 экранированых витых пары, заключенных в поливинилхлоридную оболочку и упакован в коробку (305 метров). одножильный, 4-парный, 100 0м, диаметр проводника -0,51 мм (0,0201" или 24 AWG). Общий экран является дополнением к основной конструкции. Внешний диаметр кабеля не более 6,35мм (0,25 "). Имеет 15-летнюю гарантию производителя.
Активное оборудование должно быть защищено от внешнего воздействия, для чего необходимы телекоммуникационные шкафы. Выберем настенный шкаф компании Rittal серии EL2243.600 - 3ВЕ с габаритами 600*212*415 миллиметров, со стеклянной дверцей, 3-секционный.
В коммуникационных центрах формируется коммутационное поле из двухрядных панелей. К портам нижнего ряда задней стороны панелей подключается коммуникационное оборудование активное сетевое оборудование. К портам верхнего ряда задней стороны панелей подключается система кабелей горизонтальной разводки. Соединение конкретной розетки с конкретным портом оборудования осуществляется на “чистом” коммутационном поле на фронтальной стороне панели коммутационными перемычками. Применение двухрядной панели вызвано:
1. необходимостью защиты оборудования и горизонтальной кабельной системы от действий персонала, работающего в коммуникационном центре;
2. удобством проведения перекоммутаций только на легкодоступной лицевой поверхности панелей;
3. удобством работы не с жесткими горизонтальными кабелями, а с гибкими коммутационными перемычками.
Заделка кабелей на тыльной части панели производится в жесткое соединение типа “110” или “Krone”, что увеличивает его надежность. В подобной схеме легко осуществляема реализация соединения любого порта оборудования с любой розеткой.
Выбираем патч-панель компании Siemon: HD5-16T4-CK Патч-панель 16-ти портовая (T568A) 5-й категории.
Таблица 2.5. Список необходимого оборудования
| Код | Название | Количество |
| J4120A | HP ProCurve Switch 1600M (16 ports/1slot) | 1 |
| J4112A | HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (4 ports) | 1 |
| J3233B | HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TXM | 4 |
| J3248A | HP AdvanceStack 100Base-FX Switch Port Module | 4 |
| SMC9334BDT/SC | TigerArray, 1 card, 2*RJ-45, Software | 2 |
| D6692A | HP 10/100Base-TX NightDirector/100 card | 16 |
| ОКП-62,5-02-0,7-4 | Кабель оптический подвесной mm 4х62,5/125 | 2000 |
| PT-M-1-SC/NC | Pig Tail SC mm, 1m | 36 |
| DPC-M-3-SC/SC | Dual Patch-cord SC mm, 3 м | 10 |
| EL2243.600 | Rittal Шкаф 3ВЕ-600*212*415 стекл. дв., 3-секц. | 5 |
| HD5-16T4-CK | Патч-панель 16-ти портовая (T568A) 5-й категории (шт.) | 5 |
| 0-0057819-2 | FTP, Cat. 5, 4 pair, solid, 100MHz, PVC, for 15-years AMP Warr., box (305m) | 2 |
| MMT0 | (MINI TRUNKING) Короб 16 x 10mm (1м) Стандартная длина - 2,92м | 200 |
| MMT2 | (MINI TRUNKING) Короб 25 x 16mm (1м) Стандартная длина - 2,92м | 200 |
| CT-5F-T4-(XX) | Розетка CT-серии 5-й категории RJ45 (T568A) белый, в полной комп. (шт.) | 16 |
| MB5008SC | Распределительная коробка металл. до 8 портов SC | 4 |
| D-WP-B-016 | Распределительная коробка FOCI, 16 портов ST/FC/SC сплайс, дверь с замком | 1 |
Параметр
Значение параметра кабеля
Монтаж оптических кабелей. Монтаж ОК является наиболее ответственной операцией, предопределяющей качество и дальность связи по оптическим кабельным линиям. Соединение волокон производится как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий. При монтаже ОК должны быть обеспечены: высокая влагоустойчивость сростка, надежные механические характеристики на разрыв и смятие, и стабильность характеристик сростка при длительной эксплуатации.
Соединение волокон механическим сплайсом (МС). МС – это прецизионное, простое в использовании, недорогое устройство для быстрой стыковки обнаженных многомодовых и одномодовых волокон в покрытии с диаметром 250 мкм – 1 мм посредством специальных механических зажимов. Стеклянный капилляр, заполненный иммерсионным гелем, обеспечивает вносимые потери < 0,2 дБ и обратные потери <-50 дБ. По надежности и вносимым потерям МС уступает сварному соединению.
Сварное соединение волокон. Сварка оптических волокон основана на их точном центрировании, после чего волокна свариваются друг с другом при помощи дугового разряда между электродами. Центрирование волокон представляет из себя либо автоматическое центрирование, либо центрирование в V-образном пазу. Наиболее распространенный метод автоматического центрирования основан на так называемой системе PAS, когда место сращивания волокон освещается сбоку при помощи зеркал с двух сторон. При этом на экране, находящемся на противоположной стороне от места сращивания, появляется изображение, определяемое профилем показателя преломления оптического волокна, по которому можно определить положение сердцевины. Более простой в использовании метод центрирования в V-образном пазу (V-groove) требует высокого качества геометрии волокна для обеспечения приемлемых характеристик сварного соединения, рис. 3.2.
Рис. 3.2. Влияние геометрии волокна при сварке методом V-groove.
Три геометрические характеристики волокна влияют на качество сварки методом V-groove:
· разброс значений диаметров оболочки волокна;
· концентричность сердцевина/оболочка;
· неоднородности оболочки волокна – утолщения или полости.
Неоднородность оболочки обычно проявляется реже и только на определенных участках волокна. Влияние этого фактора меньше, чем для двух предыдущих, для волокон ведущих фирм-производителей.
После сварки оголенное волокно должно быть механически защищено, для чего чаще всего используют термоусаживающиеся защитные гильзы. Термоусадка этих гильз происходит в предназначенной для этой цели специальной печи, которая, как правило, является одним из узлов сварочного аппарата. Сварка создает неразрывное соединение и поэтому обеспечивает наилучшие характеристики по вносимым обратным потерям по сравнению с разъемным соединением или механическим сплайсом.
Преимущества сварного соединения:
§ непрерывное соединение
§ меньшие вносимые потери
§ меньшие обратные потери
§ легче достигается герметичность
§ менее дорогое в расчете на одно соединение
§ более компактное в расчете на одно соединение
Терминирование ОК. Терминированием называется оконцовывание волокон ОК оптическими коннекторами и последующее подключение оконцованных волокон к переходным розеткам, закрепленным на оптической распределительной коробке/панели, для обеспечения дальнейшей связи с сетевым оборудованием через оптические соединительные шнуры. В здание может заходить несколько линейных ОК. Оптический узел является тем центром, где осуществляется сопряжение волокон внешних и внутренних ОК. Основные требования, которые предъявляются к оптическому узлу – его надежность и гибкость. В данной сети рекомендуется использовать оптические распределительные коробки (ОРК). ОРК предназначены для крепления на стену и выполняют функцию терминирования волокон внешнего ОК требуемым типом оптических соединительных розеток, рис.3.3. Они могут устанавливаться в тех случаях, когда не требуется сложная коммутация, например, на удаленном сетевом узле или в центральном узле с небольшой концентрацией волокон. Как правило, ОРК используются при построении волоконно-оптических магистралей локальных сетей предприятий. По способу терминирования волокон ОРК относятся к терминированию через сварку с pig-tail-ами. При монтаже ОРК происходит сварка оптических волокон предварительно разделанного внешнего кабеля с волокнами pig-tail-ов. Места сварки защищаются термоусаживающимися защитными гильзами, которые крепятся в специальное гнездо. Pig-tail с внутренней стороны подключается к переходной розетке, установленной в боковой панели ОРК. Излишки волокон внешнего кабеля и pig-tail-ов укладываются в сплайс-пластины. Запас волокон в пластине должен составлять 0,8…1 м с каждой стороны кабеля. Pig-tail-ы заготавливаются заранее с типом коннектора, соответствующим типу переходных розеток. Оптические распределительные шнуры подключаются к соединительным розеткам с наружной стороны коробок.
1 – внешний ВОК
2 – гермоввод для крепления кабеля
3 – разделанные волокна ВОК
4 – корпус
5 – сплайс-пластина
6 – место для крепления на стену
7 - комплект для защиты сварки
8 – место сварки
9 – волокно pig-tail-а
10 – коннектор pig-tail-a
11 – оптическая переходная розетка
Рис.3.3. Схема разделки оптических волокон внутри ОРК
Оптическое волокно
l (нм)
Обозначения: step MMF (multi mode fiber) – ступенчатое многомодовое волокно;
step SMF (single mode fiber) – ступенчатое одномодовое волокно;
grad MMF – градиентное многомодовое волокно;
1. - параметры волокон
** - параметры волокон, производимых фирмой Corning
Количество мод. Если при V<2,405 может распространятся только одна мода, то с ростом v количество мод начинает резко расти, причем новые типы мод «включаются» при переходе v через определенные критические значения, табл. 4.2
Таблица 4.2. Номенклатура мод низких порядков.
| Нормированная частота V | Числомод Nm | Тип мод |
| 0-2б405 | 1 | НЕ11 – основная мода (единственно допустимая для одномодового волокна |
| 2,405-3,832 | 4 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21 |
| 3,832-5,136 | 7 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31 |
| 5,136-5,52 | 9 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41 |
| 5,52-6,38 | 12 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22 |
| 6,38-7,02 | 14 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51 |
| 7,02-7,59 | 17 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51, НЕ13, ЕН12, НЕ31 |
| 7,59-8,42 | 19 | НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02, Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51, НЕ13, ЕН12, НЕ31, ЕН41, НЕ61 |
При больших значениях V количество мод Nm для ступенчатого волокна можно оценить по формуле:
(4-8)
Значение этого выражения может быть как целым, так и дробным. В действительности же число мод может быть только целым и составлять величину от одной до нескольких тысяч.
Количество мод для градиентного оптического волокна с параболическим профилем сердцевины:
(4-9)
(a – радиус сердцевины, b – радиус оболочки) определяется так:
(4-10)
Затухание.
Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками или повторителями.
На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на поглащении; потери на рассеянии; кабельные потери.
Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют также дополнительными потерями, рис. 4.3.
Рис. 4.3. Основные типы потерь в волокне.
Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде суммы:
a=aint+arad=aabs+asct+arad (4-12)
Потери на поглощении aabs состоят как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и ультракрасное поглощение), так и из потерь, связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в зависимости от типа примесей, поглощают свет на определенных (присущих данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую енергию в виде джоулевого тепла. Даже ничтожные концентрации примесей приводят к появлению пиков на кривой потерь, рис 2.7. Следует отметить характерный максимум в районе длины волны 1480 нм, который соответствует примесям ОН- . Этот пик присутствует всегда. Область спектра в районе этого пика ввиду больших потерь практически не используется.
Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, связанных с инфракрасным поглощением, рис. 4.4.
Потери на рассеянии asct. Уже к 1970 году изготавливаемое оптическое волокно становится настолько чистым (99,9999 %), что наличие примесей перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км . Дальнейшему уменьшению затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света. Рэлеевское рассеяние света вызвано наличием неоднородностей микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В результате часть его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во время изготовлении волокна.
Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону l-4 и сильней проявляются в области коротких длин волн, рис 4.4.
Рис.4.4. Факторы, влияющие на затухание в области длины волны 1500 нм
(по материалам фирмы Corning Optical Fiber)
Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным компромиссом между потерями вследствие рэлеевского рассеяния и инфракрасного поглощения.
Внутренние потери хорошо интерполируются формулой: 
,.где dОН(l) отражает пик поглощения на примесях ОН с максимумом при 1480 нм, а первое и последнее слагаемые соответствуют рэлеевскому рассеянию и инфракрасному поглощению соответственно ( Кrel=0,8мкм4дБ/км; С=0,9дБ/км; k=0,7-0,9мкм; данные приведены для кварца). На рис 4.5. приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и 1550 нм, и пик поглощения на длине волны 1480 нм) для современных одномодовых и многомодовых волокон.
Рис. 4.5. Собственные потери в оптическом волокне.
Кабельные (радиационные потери) arad обусловлены скруткой, деформациями и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек, а также в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на прокладку кабеля номинальный вклад со стороны радиационных потерь составляет не больше 20% от полного затухания. Дополнительные радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля становится меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.
Межмодовая дисперсия.
Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения у мод, и имеет место только в многомодовом волокне. Для ступенчатого многомодового волокна и градиентного многомодового волокна с параболическим профилем показателя преломления ее можно вычислить соответственно по формулам:
, 
, (4-14), (4-15)
где Lс – длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5 км, для градиентного – порядка 10 км).
Изменение закона дисперсии с линейного на квадратичный связано с неоднородностями, которые есть в реальном волокне. Эти неоднородности приводят к взаимодействию между модами, и перераспределению энергии внутри них. При L>Lc наступает установившейся режим, когда все моды в определенной установившейся пропорции присутствуют в излучении. Обычно длины линий связи между активными устройствами при использовании многомодового волокна не превосходят 2 км и значительно меньше длины межмодовой связи. Поэтому можно пользоваться линейным законом дисперсии.
Вследствие квадратичной зависимости от D значения межмодовой дисперсии у градиентного волокна значительно меньше, чем у ступенчатого, что делает более предпочтительным использование градиентного многомодового волокна в линиях связи.
На практике, особенно при описании многомодового волокна, чаще пользуются термином полоса пропускания. При расчете полосы пропускания W можно воспользоваться формулой :
W=0,44/t (4-16)
Измеряется полоса пропускания в МГц км. Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничения на дальность передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов. Физический смысл W – это максимальная частота (частота модуляции) передаваемого сигнала при длине линии 1 км. Если дисперсия линейно растет с ростом расстояния, то полоса пропускания зависит от расстояния обратно пропорционально.
Хроматическая дисперсия.
Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны:
(4-17)
Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:
, (4-18)
где ведены коэффициенты М(l) и N(l) удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно, а Dl (нм) – уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения. Результирующее значение коэффициента удельной хроматической дисперсии определяется как D(l)=М(l)+N(l). Удельная дисперсия имеет размерность пс/(нм км). Если коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля, то коэффициент материальной дисперсии может быть как положительным, так и отрицательным. И здесь важным является то, что при определенной длине волны (примерно 1310±10 нм для ступенчатого одномодового волокна) происходит взаимная компенсация М(l) и В, а результирующая дисперсия D(l) обращается в ноль. Длина волны, при которой это происходит, называется длиной волны нулевой дисперсии l0. Обычно указывается некоторый диапазон длин волн, в пределах которых может варьироваться l0 для данного конкретного волокна.
Фирма Corning использует следующий метод определения удельной хроматической дисперсии. Измеряются задержки по времени при распространении коротких импульсов света в волокне длиной не меньше 1 км. После получения выборки данных для нескольких длин волн из диапазона интерполяции (800-1600 нм для MMF, 1200-1600 для SF и DSF) делается повторная выборка измерения задержек на тех же длинах волн, но только на коротком эталонном волокне (длина 2 м). Времена задержек, полученных на нем, вычитаются из соответствующих времен, полученных на длинном волокне.
Для одномодового ступенчатого и многомодового градиентного волокна используется эмпирическая формула Селмейера: t(l)=А+Вl2+Сl-2. Коэффициенты А,В,С являются подгоночными, и выбираются так, чтобы экспериментальные точки лучше ложились на кривую t(l). Тогда удельная монохроматическая дисперсия вычисляется по формуле:
(4-19)
где l0=(С/В)1/4 – длина волны нулевой дисперсии, новый параметр S0=8B – наклон нулевой дисперсии (размерность пс/(нм2 км), а l - рабочая длина волны, для которой определяется удельная хроматическая дисперсия.
Для волокна со смещенной дисперсией эмпирическая формула временных задержек записывается в виде t(l)=А+Вl+Сllnl, а соответствующая удельная дисперсия определяется как
(4-19)
со значениями параметров l0=е-(1+В/С) и S0=C/l0, где l - рабочая длина волны, l0 – длина волны нулевой дисперсии, и S0 – наклон нулевой дисперсии.
Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией простым соотношением tchr(l)=D(l)Dl, где Dl - ширина спектра излучения источника. К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование более когерентных источников излучения, например лазерных передатчиков (Dl@2 нм), и использование рабочей длины волны более близкой к длине волны нулевой дисперсии. В табл. 4.3. представлены дисперсионные свойства различных оптических волокон.
Табл. 4.3. Дисперсия оптических сигналов в различных оптических волокнах.
Тип волокна
L , нм
Межмодовая дисперсия, пс/км
t mod
D( l )
Результирующая удельная полоса пропускания, МГц км, W=0,44/ t
MMF
50/125
MMF
62,5/125
SF
8/125
DSF
8/125
1. – на основе формулы (4-14), D=0,013, n1=1,47
2) – на основе формулы (4-14), D=0,02, n1=1,46
3) – на основе формулы (4-19), l0=1297¸1316 нм, S0£0,101 пс/(нм2 км)
4) – на основе формулы (4-19), l0=1322¸1354 нм, S0£0,097 пс/(нм2 км)
5) – на основе формулы (4-19), l0=1301,5¸1321,5 нм, S0£0,092 пс/(нм2 км)
6) – на основе формулы (4-19), l0=1535¸1565 нм, S0£0,085 пс/(нм2 км)
Технические характеристики взяты у волокон, производимых фирмой Corning
Для того, чтобы при передаче сигнала сохранялось его приемлемое качество – соотношение сигнал/шум было не ниже определенного значения‑необходимо, чтобы полоса пропускания волокна на длине волны передачи превосходила частоту модуляции. Ниже приводятся пример расчета допустимой длины сегмента с использованием табл. 4.3.
Расчет: Стандарт Fast Ethernet для многомодового волокна. Оптический интерфейс 100Base-FX предполагает кодировку 4В/5В с частотой модуляции 125 МГц. При использовании светодиодов с Dl=35 нм (1310 нм) удельная полоса пропускания для волокна 62,5/125 составляет 450 МГц км, и при длине оптического сегмента 2 км будет 225, что больше 125 МГц, то есть с точки зрения дисперсии, протяженность в 2 км является допустимой, что находится в полном соответствии со стандартом Fast Ethernet на многомодовое волокно.
Слабая зависимость полосы пропускания многомодового волокна (например 62,5/125) от спектральной ширины источника излучения, работающего на длине волны 1310 нм (450 МГц км при Dl=35 нм, и 452 МГц км при Dl=2 нм), объясняется незначительной долей хроматической дисперсией по сравнению с межмодовой в силу близости рабочей длины волны к длине волны нулевой дисперсии. Таким образом, технические требования к спектральной полосе оптических передатчиков для работы по многомодовому волокну на длине 1310 нм обычно слабые.
Параметры
Цена
1983
920
1001
590
91
Затраты на активное оборудование:
1,77
5,95
25
338
126
90
0,98
1,35
8,12
50
75
Затраты на пассивное оборудование:
Итого:
10% от стоимости всего оборудования
Итого:
Итого капитальные вложения К2 = 19 422у.е.
Таким образом общие затраты на проектирование и создание сети:
КLAN = К1 + К2 = 1400 + 19 4 22 = 20 822 у.е.
Технические
Эксплуатационные
Экономические
Вывод : Таким образом, предприятие внедрив сеть, будет иметь прибыль за счет экономии фондов оплаты труда и за счет экономии на налоговых отчислениях, и, окупит затраты на внедрение сети за ~ 19 месяцев.
Общие сведения
Лазерное излучение: l = 0,2 - 1000 мкм.
Основной источник - оптический квантовый генератор (лазер).
Особенности лазерного излучения - монохроматичность; острая направленность пучка; когерентность.
Свойства лазерного излучения: высокая плотность энергии: 1010-1012 Дж/см2,
высокая плотность мощности 1020-1022 Вт/см2.
По виду излучение лазерное излучение подразделяется:
1. прямое излучение;
2. рассеянное;
3. зеркально-отраженное;
4. диффузное.
По степени опасности:
1. Неопасные для человека
2. Опасные
Биологические действия лазерного излучения зависит от длины волны и интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится на области:
1. ультрафиолетовая 0.2-0.4 мкм
2. видимая 0.4-0.75 мкм
3. инфракрасная:
4. ближняя 0.75-1
5. дальняя свыше 1.0
Приборы контроля ИФ
1. Актинометр (1 — 500) Вт/м2 .
2. Радиометры.
3. Спектрорадиометр.
4. Радиометр оптического излучения.
5. Дозиметр оптического излучения.
Требования безопасности при эксплуатации лазерных изделий
Под лазерными изделиями в последующем понимаем электронно-оптические и оптические элементы, допускающие возможность выхода лазерного излучения наружу.
Используемые лазерные изделия можно отнести к классу 1. Наиболее безопасными как по своей природе (ПДУ облучения никак не может быть превышен), так и по конструктивному исполнению являются лазерные приборы класса 1. В связи с таким двойным подходом допустимые пределы излучения (ДПИ) лазерных приборов класса 1 в спектральной области от 0.4 до 1.4 мкм, для которой возможно как точечное, так и протяженное повреждение сетчатки, характеризуются значениями в двух аспектах — энергетическом (в ваттах или джоулях) и яркостном.
Таблица 8.1.1 – Нормы излучения
| Длина волны | ||
Мощность излучения
Требования к размещению лазерных изделий
Размещение лазерных изделий в каждом конкретном случае производится с учётом класса опасности изделий, условий и режима труда персонала, особенностей технологического процесса, подводка коммуникаций.
Траектория прохождения лазерного пучка должна быть заключена в оболочку из несгораемого материала или иметь ограждение, снижающие уровень лазерного излучения до ДПИ и исключающие попадание лазерного пучка на зеркальную поверхность. Открытые траектории в зоне возможного нахождения человека должны располагаться значительно выше уровня глаз. Минимальная высота траектории 2,2 м.
Рабочее место должно быть организовано таким образом, чтобы исключать возможность воздействия на персонал лазерного излучения или чтобы его величина не превышала ДПИ для первого класса.
Рабочее место обслуживающего персонала, взаимное расположение всех элементов (органов управления, средств отображения информации и другое.) должна обеспечивать рациональность рабочих движений и максимально учитывать энергетические, скоростные, силовые и психофизические возможности человека.
Следует предусматривать наличие мест для размещения съемных деталей, переносной измерительной аппаратуры, хранения заготовок, готовых изделий.
Требования безопасности при эксплуатации и обслуживании
Лазерных изделий
Выполнение требований безопасности должно обеспечивать исключение или максимальное уменьшение возможности облучения персонала лазерным излучением, а также воздействия на него других опасных факторов.
1. К ремонту, наладке и испытаниям лазерных изделий допускаются лица, имеющие соответствующую квалификацию и прошедшие инструктаж по технике безопасности в установленном порядке.
2. К работе с лазерными изделиями допускаются лица, достигшие восемнадцати лет, не имеющие медицинских противопоказаний, прошедшие курс специального обучения работе с конкретными лазерными изделиями и аттестацию на группу по охране труда при работе на электроустановках с соответствующим напряжением.
3. При эксплуатации изделий выше класса 2 должно назначаться лицо, ответственное за охрану труда при их эксплуатации.
4. Лазерные изделия, находящиеся в эксплуатации, должны подвергаться регулярной профилактической проверке. При проведении профилактической проверки следует обращать особое внимание на безотказность работы всех защитных устройств, надёжность заземления.
Требования по электробезопасности
Используемое оборудование должно быть сконструировано и изготовлено таким образом, чтобы гарантировать защиту персонала при эксплуатации, а также при возникновении неисправностей от поражения электрическим током.
Элементы конструкции, с которыми соприкасается оператор во время работы оборудования, рекомендуется выполнять из диэлектрического материала или наносить на них защитное диэлектрическое покрытие.
Оборудование в целом, а также отдельные блоки должны иметь специальные клеммы или другие приспособления для подсоединения заземляющих или зануляющих проводников.
Все токопроводящие части оборудования должны быть ограждены и размещены таким образом, чтобы исключалась возможность прикосновения к ним при эксплуатации.
Изоляция оборудования должна обладать достаточной диэлектрической прочностью, предотвращающей пробой, а так же достаточным электрическим сопротивлением, препятствующим появлению чрезмерных токов утечки и возникновению теплового пробоя.
В случае неисправности должна быть предусмотрена возможность немедленного отключения оборудования от первичного источника питания посредством устройства отключения питания. Если устройство отключения питания не удовлетворяет этому условию, следует предусмотреть устройство аварийной защиты.
В случае если в состав лазерного устройства не входит источник питания, необходимый для лазерной генерации, в технической документации (ТУ, паспорт) должны быть указаны требования, предъявляемые к источнику питания по его совместимости с лазерными изделиями в целях обеспечения безопасности.
Оборудование, при необходимости, должно иметь предупреждающий знак возможности поражения электрическим током.
Электробезопасность
Электрические установки, к которым относится все оборудование ПЭВМ, представляют для человека потенциальную опасность. Воздействие тока может привести к электрической травме, то есть повреждению организма электрическим током или электрической дугой (ГОСТ 12.1.009-76). Исключительно важное значение для предотвращения электрического травматизма имеет правильная организация обслуживания действующих электрических установок, установленная «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭ) и «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Помещения, где находятся рабочие места операторов, относятся к категории помещений без повышенной опасности, оборудование относится к классу до 1000 В. Оператор работает с оборудованием на 220 В. Наиболее часты бывают случаи касания рукой или другими частями тела корпусов компьютеров и дисплеев. Для предотвращения электротравматизма необходимо применять наиболее дешевый и эффективный способ защиты, которым является защитное заземление. Принцип действия заземления заключается в многократном уменьшении тока, протекающего через человека в случае утечки. Человек-оператор должен быть обучен правилам эксплуатации электрооборудования и оказанию первой помощи при поражении электрическим током.
Вентиляция
В помещении необходимо обеспечить приток свежего воздуха, количество которого определяется технико-экономическим расчетом и выбором схемы вентиляции. Минимальный расход воздуха определяется из расчета 30-50 куб.м/ч, но не менее двукратного воздухообмена в час. Вентиляция - организованный воздухообмен, заключающийся в удалении из рабочего помещения загрязненного воздуха и подаче вместо него свежего наружного или очищенного воздуха. В зависимости от назначения, вентиляция бывает:
• приточная;
• вытяжная.
В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция бывает:
• естественная;
• принудительная.
Параметры воздуха, поступающего в приемные отверстия и проемы местных отсосов технологических и других устройств, которые расположены в рабочей зоне, следует принимать в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76. При размерах помещения 8 на 5 метров и высоте 3 метра, его объем 120 куб.м. Следовательно, вентиляция должна обеспечивать расход воздуха в 240 куб.м/час. В летнее время следует предусмотреть установку кондиционера с целью избежания превышения температуры в помещении для устойчивой работы оборудования. Необходимо уделить должное внимание количеству пыли в воздухе, так как это непосредственно влияет на надежность и ресурс эксплуатации ЭВМ.
Шум
С физиологической точки зрения шум рассматривают как звук, мешающий разговорной речи и негативно влияющий на здоровье человека. Основными физическими величинами, характеризующими шум в какой-либо точке пространства, с точки зрения воздействия на человека, являются:
• интенсивность;
• звуковое давление ;
• частота.
В соответствии с ГОСТ 12.1 003-83, защита от шума, создаваемого на рабочих местах осуществляется следующими методами:
• уменьшение шума;
• применение средств коллективной защиты (ГОСТ 12.1.0280);
• применение средств индивидуальной защиты (ГОСТ 12.4.051-87);
• рациональная планировка помещений;
• акустическая обработка рабочих помещений.
Для борьбы с шумом необходимо применять следующие меры:
• увеличение звукоизоляции ограждающих конструкций;
• уплотнение по периметру дверей, перекрывающих проходы;
• уменьшение шума источников путем применения прокладок
из эластичных материалов.
В качестве звукопоглощающих конструкций можно предложить:
• маты из стекловолокна;
• перфорированные плиты, укрепленные на стене.
Для оценки звукопоглощающей способности ограждения введено понятие звуконепроницаемости, численно равной отношению звуковой энергии, прошедшей через ограждение к падающей на него. Нормирование уровня шума для персонала, осуществляющего эксплуатацию ЭВМ, производится согласно ГОСТ12.1 003-83 следующим образом:
| Частоты, Гц | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
| Уровень шума, Дб | 71 | 61 | 54 | 49 | 45 | 42 | 40 | 38 |
Таким образом, допустимый уровень шума составляет 50 Дб.
Освещение
Освещение рабочего места - важнейший фактор создания нормальных условий труда. Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает высокий уровень работоспособности, оказывает положительное психологическое воздействие на работающего, способствует повышению производительности труда. Для ВЦ о важности вопросов производственного освещения говорит и тот факт, что условия деятельности операторов в системе «человек -машина» связаны с явным преобладанием зрительной информации - до90% общего объема. Освещение согласно СНиП 11-4-79 нормируется следующим образом:
| Характеристика зрительной работы | Контраст | Фон | Освещенность,Лк |
| Мин.объект различения 0,3-0,5 мм | Средний | Средний | 300 |
Таким образом, освещенность должна быть не менее 300 лк.
Выбор системы освещения
По конструктивному выполнению искусственное освещение может быть общим или комбинированным. При общей освещенности все рабочие места получают рабочее освещение от общей установки. Комбинированное освещение наряду с общим включает местное освещение рабочего места. Исходя из требований отсутствия бликов и равномерности освещения, целесообразно выбрать общее искусственное освещение.
Выбор типа светильников
Для искусственного освещения помещений следует применять лавным образом люминесцентные лампы, у которых высокая световая отдача, продолжительный срок службы, малая яркость светящейся поверхности, близкий к естественному спектральный состав. Наиболее приемлемы лампы ЛБ (белый свет) и ЛТБ (тепло-белый свет) мощностью 20, 40 или 80 Вт. Система общего искусственного освещения должна быть выполнена потолочными или подвесными лампами, размещенными параллельно светопроемам и равномерно по потолку. Поскольку некоторые люди воспринимают мерцание люминесцентных ламп, работающих от сети 50 Гц, ряд специалистов предлагают полностью убрать их или заменить на соответствующие более высокочастотные.
Чтобы избежать отражений, которые могут снизить четкость восприятия, не следует располагать рабочее место прямо под источником света. Исходя из вышеперечисленных условий, выберем светильники дневного света УСП-35 открытого типа.
Микроклимат
Под метеоусловиями производственной среды согласно ГОСТу 12.1.005-88 понимают сочетания температуры, относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха. Эти параметры оказывают огромное влияние на функциональную деятельность человека , его самочувствие и здоровье и на надежность работы средств вычислительной техники.
Параметры микроклимата в помещении нормируются согласно СН 512-78 следующим образом:
Оптимальные
Допустимые
Верхняя строка таблицы приводит данные для температуры наружного воздуха не выше +10 град. С, нижняя - выше +10 град. C.
В помещении должно поддерживаться содержание:
кислорода - 21-22 об.%; озона - не более 0.1 мг/куб.м;
легких ионов - 1500-3000 положительных и 3000-5000 отрицательных в 1 куб. см. воздуха.
Для отделки интерьера недопустимо применение строительных материалов содержащих органическое сырье: ДСП, декоративного бумажного пластика, поливинилхлоридных пленок, моющихся обоев и др. Для обеспечения надлежащего качественного (в т.ч. аэроионного и непыльного) состава воздуха необходимы:
• систематические проветривания;
• влажная ежедневная уборка;
• ежемесячное протирание спиртом клавиатуры и экрана;
• наличие приточно-вытяжной вентиляции;
• установка увлажнителей;
• установка автономных кондиционеров в оконных рамах, число которых определяется согласно расчету воздухообмена по количеству теплоизбытков от машин, людей и солнечной радиации.
Для исключения дестабилизирующего микроклимат (и освещение) влияния солнечной радиации на окнах должны быть предусмотрены шторы или жалюзи.
Пожарная безопасность
Предотвращение пожара достигается исключением образования горючей среды и источников загораний. Пожарная защита реализуется:
• применением негорючих веществ и материалов;
• ограничением распространения пожара;
• созданием условий для эвакуации людей;
• применением противодымной защиты;
• применением пожарной сигнализации.
Для ликвидации пожаров применяются следующие средства пожаротушений:
• внутренние пожарные водоводы;
• огнетушители ручные и передвижные;
• сухой песок;
• асбестовые одеяла.
Пожарные краны устанавливают в коридорах и нишах на высоте1.35 м, где также находится пожарный рукав с пожарным стволом. Применяются пенные огнетушители ОХП-10, ОХВП-10 и углекислотные ручные огнетушители ОУ-2, ОУ-5 и ОУ-8. Ручные огнетушители устанавливают в помещении из расчета 1 огнетушитель на 40-50 м площади, но не менее 2-х в помещении.
Для тушения электроустановок под напряжением применяются только углекислотные огнетушители, так как электропроводность углекислоты низка.
Для защиты людей от токсичных продуктов сгорания и дыма применяется противодымная защита из вентиляторов и вентиляционных каналов. Противодымная защита включается автоматически при срабатывании дымовых автоизвещателей либо вручную от кнопок у пожарных кранов. Вытяжная вентиляция при этом удаляет из помещения воздух с вредными примесями.
Статическое электричество
Для предотвращения образования и защиты от статического электричества необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители, а полы должны иметь антистатическое покрытие. Защита должна проводиться в соответствии с Санитарно-гигиеническими нормами допускаемой напряженности электростатического поля - ее уровень не должен превышать 20 кВ в течение часа.
Излучения
Очень важным, волнующим и сложным является вопрос электромагнитного излучения видеомонитора. Все большее число специалистов признают, что они не обладают достаточным запасом знаний, чтобы с уверенностью говорить о безопасности излучения дисплея.
Спектр излучения компьютера включает в себя рентгеновскую, ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра, а также широкий диапазон электромагнитных волн других частот. Опасность рентгеновских лучей считается сейчас специалистами пренебрежимо малой , поскольку этот вид лучей поглощается веществом экрана. Внимание исследователей в настоящее время привлекают биологические эффекты низкочастотных электромагнитных полей, которые до недавнего времени считались абсолютно безвредными.
Эргономика
Эргономика и эстетика производства являются составными частями культуры производства, т.е. комплекса мер по организации труда, направленных на создание благоприятной рабочей обстановки. В основе повышения культуры производства лежат требования научной организации труда. Культура производства достигается правильной организацией трудовых процессов и отношений между работающими, благоустройством рабочих мест, эстетическим преобразованием среды.
Эргономика - наука, изучающая функциональные возможности человека в трудовых процессах с точки зрения физиологии и психологии в целях создания орудий и условий труда, а также технических процессов, наиболее соответствующих высокой производительности труда человека. Важнейшую роль играет планировка рабочего места, которая должна удовлетворять требованиям удобства выполнения работ и экономии энергии и времени оператора, рационального использовании производственных площадей и удобства обслуживания устройств ЭВМ.
Во время работы часто возникают ситуации, в которых оператор ЭВМ должен за короткий срок принять правильное решение. Для успешного труда в таких условиях необходимы рационально организованная окружающая среда, ограничивающая работника от воздействия посторонних раздражителей, которыми могут быть: мрачная окраска стен, неудобное расположение сигнализации, клавиш управления. Поэтому всеми средствами нужно снижать утомление и напряжение оператора ЭВМ, создавая обстановку производственного комфорта.
Производственная среда, являющаяся предметным окружением человека, должна сочетать в себе рациональное архитектурное и планировочное решение, оптимальные санитарно - гигиенические решения (микроклимат, освещение, вентиляция), научно обоснованную цветовую окраску и создание высоко художественной системы интерьеров.
Программист работает с ПЭВМ в диалоговом режиме и основным источником информации для него служит дисплей компьютера. Основные технические характеристики дисплея представлены в таблице.
Ряд исследований, проведенных правительственными и частными организациями разных стран, выявил связь между работой на компьютере и такими недомоганиями, как астенопия (быстрая утомляемость глаз) и другие болезненные ощущения в глазах, боли в спине, пояснице и шее, запястный сидром (болезненное поражение серединного нерва запястья) и другие нарушения в нервно-мышечном аппарате, стенокардия, стрессы и другие неблагоприятные изменения функционального состояния нервной системы.
Дисплей
Положение тела обычно соответствует направлению взгляда. Дисплеи, расположенные слишком низко или под неправильным углом, являются основными причинами появления сутулости. Уровень глаз должен приходиться на центр экрана или 2/3 высоты экрана. Линия взора должна быть перпендикулярна центру экрана, и оптимальное ее отклонение в вертикальной плоскости должно находиться в пределах 5 град., допустимое 10 град. Оптимальный обзор в горизонтальной плоскости от центральной оси экрана должен быть в пределах 15 град., допустимый 30 град. При рассматривании информации, находящейся в крайних положениях экрана, угол рассматривания, ограниченный линией взора и поверхностью экрана, должен быть не менее 45 град. Чем больше угол рассматривания, тем легче воспринимать информацию с экрана и меньше будут уставать глаза. Для тех, кто носит очки, угол между направлением прямого взгляда и взгляда на дисплей может быть больше. Расстояние от дисплея до глаз должно лишь немного превышать привычное расстояние между книгой и глазами, т.е. оптимально 60-70 см, допустимо не менее 50 см.
Например, для режима 25 строк по 80 символов на экране монитора персонального компьютера IBM PC XT/AT при S=3 мм минимальное расстояние L должно быть 51.6 см.
Кресло
Кресло должно иметь подлокотники и подъемно-поворотное устройство для регуляции высоты сидения и спинки, а также угла наклона спинки. Желательно, чтобы рельеф спинки кресла повторял форму спины. Высота поверхности сидения должна регулироваться в пределах 40-50 см., угол наклона спинки - в пределах 90-110 град. Ширина сидения должна быть 40 см, глубина - не менее 38 см. Высота опорной поверхности спинки - не менее 30 см., ее ширина - не менее 38 см.
Материал покрытия должен обеспечивать возможность легкой очистки от загрязнения. Поверхность сидения и спинки должна быть полумягкой, с нескользящим, не электризующимся и воздухонепроницаемым покрытием.
Кресло следует устанавливать на такой высоте, чтобы не чувствовалось давления на копчик (это может быть при низком расположении кресла) или на бедра (при слишком высоком). Хотя большинство операторов ЭВМ предпочитает сидеть несколько откинувшись назад, специалисты по эргономике считают, что угол между бедрами и позвоночником должен составлять 90 град.
Работающий за терминалом должен сидеть прямо, опираясь в области нижних узлов лопаток на спинку кресла, не сутулясь, с небольшим наклоном головы вперед (до 5-7 град.). Предплечья должны опираться на поверхность стола, снимая тем самым статическое напряжение плечевого пояса и рук.
Клавиатура
Руки должны располагаться так, чтобы они находились на расстоянии нескольких десятков сантиметров от туловища. Кресло и клавиатура устанавливаются так, чтобы не приходилось далеко тянуться. При изменении положения тела (например, с вертикального на наклонное) обязательно следует переменить и положение клавиатуры. При этом удобно воспользоваться регулируемой подставкой клавиатуры, но можно поставить последнюю и на колени.
Кроме того, многие виды профессиональных заболеваний пользователей компьютеров можно предотвратить, применяя так называемую «переламываемую» клавиатуру, при использовании которой ладони во время работы обращены друг к другу. Ряд исследований, проведенных в ФРГ, показал, что благодаря такой конструкции заметно уменьшается нагрузка, приходящаяся на верхнюю часть тела.
Рабочий стол
Длина стола (слева направо) должна быть не менее 70 см., ширина должна обеспечивать место перед клавиатурой (не менее 30 см.) для расположения записей, текста программы и др. Поверхность стола, на которой располагаются клавиатура и тетрадь, должна иметь наклон 12-15 град.; допускается и горизонтальная поверхность стола. Высота края стола, обращенного к работающему за видеотерминалом, кресла или стула над полом и ширина пространства для ног под столом должны приниматься в соответствии с ростом программиста. Ширина пространства для ног под столом должна быть не менее 50 см., глубина - не менее 45 см. Удобная высота стола особенно важна в том случае, когда на нем располагается клавиатура. Если стол слишком высок и его высоту нельзя изменить, а у клавиатуры отсутствует или недостаточно высокая подставка, следует повыше поднять сидение кресла, а под ноги подставить скамеечку или что-то другое. Если стол слишком низок, нужно что-нибудь подложить под его ножки.
Ритм работы
Согласно «Временным санитарным нормам и правилам для работников вычислительных центров» при вводе данных, редактировании программ, чтении информации с экрана непрерывная продолжительность работы с видеотерминалом не должна превышать 4-х часов (при 8-часовом рабочем дне). Для снижения напряженности труда необходимо по возможности равномерно распределять нагрузку и рационально чередовать характер деятельности.
Через каждый час работы положен перерыв на 5-10 минут, а через 2 часа - на 15 минут. Один или несколько раз в час необходимо выполнять серию легких упражнений на растягивание, которые могут уменьшить напряжение, накапливающееся в мышцах при длительной работе на компьютере.
Не следует делать более 10-12 тысяч нажатий на клавиши в час (это соответствует примерно 1700 слов) или 30 тысяч за 4 часа работы.
В целях профилактики и устранения переутомления и перенапряжения желательно после окончания рабочего дня и во время больших перерывов проводить сеансы психофизиологической разгрузки и снятия усталости.
Заключение
В данной работе была спроектирована высокоскоростная локальная вычислительная сеть стандарта Fast Ethernet для предприятия ОАО “Комсомолец”. Скорость передачи сети – 100 МБит/сек. Выбранная кабельная система соответствует стандарту на построение структурированных кабельных систем для промышленных зданий – ANSI/EIA/TIA – 586B. Основной акцент при выборе кабельной системы сделан на волоконно-оптическую. Был произведен подробный сравнительный анализ оборудования, предлагаемого компанией Hewlett-Packard и на его основе выбран оптимальный состав оборудования с учетом последующего расширения сети. Особое внимание в проекте уделено выявлению возможных ограничений пропускной способности сети и способам их устранения. Также в проекте были рассмотрены мероприятия по монтажу и прокладке кабельной системы, по обеспечению безопасности жизнедеятельности и произведен расчет техникоэкономических показателей спроектированной сети.
Литература
1. “Линии связи” Учебник для высших учебных заведений И.И.Гроднев, С.М.Верник 1988 “РиС”
2. “Волоконно-оптические сети” Инженерная энциклопедия Р.Р.Убайдуллаев 1998 Москва, “Эко-Трендз”
3. "Сети ЭВМ: протоколы стандарты интерфейсы " Ю.Блэк Москва 1990,Изд-во "Мир"
4. «Лазерная безопасность».Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. 1995 Москва Издательство стандартов
5. "Сети передачи данных" Д. Бертсекас, Р.Галлагер
Москва, 1989 Изд-во "Мир"
6. "Локальные сети ЭВМ" А.В. Гаврилов
Москва , 1990 Изд-во "Мир ".
7. Ларионов "Вычислительные комплексы, системы и сети" Москва 1987 "Финансы и статистика",
[1] В более узком смысле в оптике под этим термином понимается зависимость показателя преломления вещества от частоты световой волны
Введение
Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и гибкости информационных сетей. Полоса пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается благодаря нескольким факторам. Во-первых, растет популярность приложений World Wide Web и количество электронных банков информации, которые становятся достоянием каждого человека. Падение цен на компьютеры приводит к росту числа домашних ПК, каждый из которых потенциально превращается в устройство, способное подключиться к сети Internet. Во-вторых, новые сетевые приложения становятся более требовательными в отношении полосы пропускания – входят в практику приложения Internet, ориентированные на мультимедиа и видеоконференцсвязь, когда одновременно открывается очень большое количество сессий передачи данных. Как результат, наблюдается резкий рост в потреблении ресурсов Internet – по оценкам средний объем потока информации в расчете на одного пользователя в мире увеличивается в 8 раз каждый год.
Противодействовать растущим объемам передаваемой информации на уровне сетевых магистралей можно только привлекая оптическое волокно. И поставщики средств связи при построении современных информационных сетей используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей, так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Волоконная оптика, став главной рабочей лошадкой процесса информатизации общества, обеспечила себе гарантированное развитие в настоящем и будущем. Сегодня волоконная оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с передачей информации. Стало допустимым подключение рабочих станций к информационной сети с использованием волоконно-оптического миникабеля. Однако, если на уровне настольного ПК волоконно-оптический интерфейс только начинает единоборство с проводным, то при построении магистральных сетей давно стало фактом безусловное господство оптического волокна. Коммерческие аспекты оптического волокна также говорят в его пользу – оптическое волокно изготавливается из кварца, то есть на основе песка, запасы которого очень велики. Стремительно входят в нашу жизнь волоконно-оптические интерфейсы в локальных и региональных сетях Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, Gigabit Ethernet, ATM. Настоящий дипломный проект ставит своей целью показать возможности современного оборудования для построения сетей в области волоконно-оптических технологий, раскрыть технологические особенности планирования, построения и эксплуатации волоконно-оптических сетей.
Обзор существующих принципов построения сетей
Дата: 2019-07-31, просмотров: 223.
