PLAN KONSPEKT. Technika światłowodowa. Zapoznanie uczniów z podstawami konfiguracji urządzeń dostępowych. 1. Rozpoczęcie zajęć 5

Transkrypt

1 PLAN KONSPEKT do przeprowadzenia zajęć z przedmiotu Technika światłowodowa TEMAT: Elementy światłowodowej sieci LAN CEL: Zapoznanie uczniów z podstawami konfiguracji urządzeń dostępowych ZAGADNIENIA: 1. Rozpoczęcie zajęć 5 2. Sprawdzenie obecności i podanie tematu zajęć Sprawy organizacyjne Sprawdzenie wiedzy uczących Elementy światłowodowej sieci LAN S t r o n a

2 Kable światłowodowe Głównym kryterium klasyfikacji okablowania światłowodowego jest rodzaj zastosowanego włókna światłowodowego. Wyróżniamy światłowody jednomodowe SM oraz wielomodowe MM. Dla współcześnie produkowanych światłowodów najczęściej średnica rdzenia wynosi 9 μm dla światłowodów jednomodowych oraz 50 μm lub 62,5 μm dla światłowodów wielomodowych. Średnica powłoki wynosi 125 μm. Światłowody jednomodowe charakteryzują się mniejszą tłumiennością i większym zasięgiem w porównaniu do wielomodowych. Obok świetłowodów SM i MM występują jeszcze światłowody plastikowe POF. Współczesne kable optyczne stosowane w sieciach to w zdecydowanej większości kable ze światłowodem gradientowym, który wytwarza się nanosząc kolejne warstwy szkła o różnych współczynnikach załamania. Transmisja w światłowodzie prowadzona jest w trzech podstawowych oknach określających stosowaną długość fali. Kolejne okna odpowiadają następującym długościom fali: okno I - 850nm, okno II nm, okno III nm. Poniżej znajduje się zestawienie światłowodów różnych typów i odpowiadająca im tłumienność w poszczególnych okanch: Okno transmisyjne Wymiary włókna/rdzeń/płaszcz [μm] 850nm Tłumienność[dB/km] 1300nm 1550nm Wielomodowy 50/125 <2,7 0,8 62.5/125 <3,2 1 nie się stosuje Jednomodowy 9/125 nie się stosuje <0,4 0,2 Oczywiście wielkości tłumienności mogą się w niewielkim stopniu różnić dla różnych producentów wykonujących światłowody. Kable światłowodowe zbudowane są z wielu włókien światłowodowych. Ze względu na konstrukcje kabla wyróżnia się: luźne konstrukcje tubowe (LT), zawierające włókna światłowodowe umieszczone luźno w tubach w ilości od 1 do 10 włókien. Kabel dodatkowo wzmacniany jest elementem wytrzymałościowym i wypełniony jest żelem zabezpieczającym przed wilgocią, ścisłe konstrukcje tubowe (ST), w których włókna chronione są nanoszoną na nie tubą polimerową. Następną warstwą chroniącą tubę z włóknem optycznym są włókna wzmacniające z włókien szklanych i z poliamidów aromatycznych. Powłoka zewnętrzna to np. tworzywo PCV. Powłoka ta może spełniać dodatkowe funkcje w zależności od zastosowania. Wyróżniamy kable zewnętrzne i wewnętrzne. Kable zewnętrzne przeznaczone są do układania w kanalizacji lub zakopywania w ziemi (kable opancerzone). Kable wewnętrzne stosuje się wewnątrz budynków. Kabel te nierozprzestrzeniają płomieni lub wykonane są z tworzyw nie wydzielających przy spalaniu halogenów i dymu (HFFR). Dla płaszczy kabli łączeniowych (tzw. 2 S t r o n a

3 patchcordów) szczególnie istotna jest giętkość. Natomiast w kablach narażonych na ataki gryzoni stosuje się wzmocnioną powłokę. Osobną grupę stanowią kable napowietrzne: samonośne lub podwieszone. Kable te narażone są na działanie wilgoci, słońca i temperatury. Zakres temperatur pracy powinien być jak najszerszy, dlatego wszystkie kable zewnętrzne i uniwersalne mogą pracować od temperatury - 40 C do +75 C. Z drugiej strony kable muszą być odporne na działanie słońca i promieni UV, które mogą odbarwiać materiał płaszcza kabla i degradować strukturę materiału. Rynek kabli światłowodowych w Polsce jest zdominowany przez firmę TELE-FONIKA Kable S.A., która kontroluje nieco ponad połowę rynku. Oprócz tego zakłady produkcyjne TELE-FONIKI w Polsce eksportują swoje produkty do 50 krajów. Konkurencją dla lidera może być grupa NKT Cables S.A., która ma w Polsce dwie fabryki. Pozostałą część rynku stanowią głównie kable renomowanych firm takich jak: Pirelli Włochy, Draka Holandia, ABB, Molex, Reichle & De-Massari, Belden czy Alcatel, które mają w Polsce swoje przedstawicielstwa lub autoryzowanych dealerów. Większość z wymienionych wcześniej złączek (oprócz VF-45) posiada jeden wspólny element, którym jest ferrula. Jest to ceramiczna (plastikowa w przypadku złączki MT- RJ) tulejka służąca do zamontowania w jej wnętrzu włókna światłowodowego. Większość złączek ma ferrulę o średnicy 2,5 mm, jednak w złączkach typu SFF ma ona średnicę 1,25 mm. Ferrula ma za zadanie chronić przed mechanicznymi uszkodzeniami włókno światłowodowe oraz pomóc w jak najdokładniejszym ułożeniu względem siebie powierzchni czołowych łączonych włókien. Czoła włókien światłowodowych mogą być polerowane na dwa sposoby: PC oraz APC. W przypadku łączenia włókien światłowodu metodą PC (Phisycal Contact) wypolerowane pod kątem prostym powierzchnie są umieszczanie naprzeciwko siebie w jak najmniejszej odległości, aby zminimalizować tłumienność złącza. W złączkach kątowych oznaczonych symbolem APC czoło światłowodu jest polerowane pod kątem 7-8 stopni, co sprawia, że tłumienność odbiciowa takiego połączenia jest mniejsza niż dla złącz typu PC. Na rynku można spotkać również złączki typu Super PC oraz Ultra PC. Są to odmiany połączenia PC, poprawiające tłumienność odbiciową, której przybliżone wartości przedstawia poniższa tabela: PC Super PC Ultra PC APC -35 db -45 db -55 db -65 db Wszystkie typy złączek mogą pracować dość szerokim zakresie temperatur i można przyjąć, że jest to przedział od -35 do +70 stopni Celsjusza. Chociaż specyfikacje niektórych producentów mogą podawać trochę węższy lub szerszy zakres temperatur, w których mogą być używane te elementy. Szybki rozwój techniki światłowodowej sprawił, że parametr, który kiedyś mógł dyktować wybór danego typu złączki przestał być decydujący. Mowa oczywiście o tłumienności złącza. Różnica w jego wartości zatarła się i dla złączek, które są tematem tego opracowania jest niemal identyczna, co przedstawia poniższa tabela. 3 S t r o n a

4 jednodomowe wielomodowe typowa tłumienność złącza [db] typowa tłumienność odbiciowa [db] Złącze ST Do niedawna było to jedno z najczęściej stosowanych złączy w instalacjach komercyjnych. Zostało ono zaprojektowane przez firmę AT&T i obecnie jest produkowane przez bardzo wielu producentów. Zewnętrzna osłona złącza jest podobna do złącza koncentrycznego BNC (podobny sposób montowania wtyczki w gnieździe). Połączenie dwóch włókien światłowodowych wykonane przy użyciu złączy ST jest niewystarczająco stabilne, aby móc je wykorzystywać do kabli jednodomowych, dlatego złącza te wykorzystuje się przeważnie do łączenia światłowodów wielodomowych. Dodatkowo do założenia złącza na adapter potrzebna jest pewna swoboda ruchów, co powoduje, że złącza te nie mogą być zbyt gęsto upakowywane na urządzeniach aktywnych. Najważniejsze cechy złącza: Prosty i szybki sposób mocowania złącza światłowodowego, Tylko transmisja simplex, Wysokiej jakości ceramiczna profilowana ferrula, Niezbyt stabilne, Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów, Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej. Złącze FC. Złącze dające bardzo stabilne połączenie, które nawet podczas dotykania go lub przenoszenia, nie traci swoich parametrów. Dzięki temu do niedawna było ono najczęściej stosowanym złączem do łączenia włókien światłowodów jednodomowych. 4 S t r o n a

5 Najważniejsze cechy złącza: Wysokiej jakości ceramiczna profilowana ferrula, Gwintowany sposób mocowania zwiększający bezpieczeństwo połączenia, Zastosowanie klucza przeciwdziałającego niepożądanym obrotom ferruli wewnątrz wtyku, Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów, Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej. Złącze SC Jest to złącze dużo stabilniejsze niż złącze ST. Małe wymiary i łatwy sposób łączenia z adapterem powodują, że możliwe jest dość gęste upakowanie na urządzeniach aktywnych. Złącze SC w wykonaniu dupleksowym gwarantuje wymaganą polaryzację i pewne, stałe połączenie. Zamiana kanału nadawczego z odbiorczym jest niemożliwa. Najważniejsze cechy złącza: Złącze w wersjach simplex i duplex, Wygoda i pewność połączenia złączy światłowodowych dzięki zastosowaniu mechanizmu zatrzaskowego, Wymiary otworów w panelu identyczne jak dla standardu E2000, Adaptery światłowodowe montowane w panelach na dwóch śrubach lub na zatrzask, Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów, Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej. Złącze E2000 Złącze E2000 charakteryzuje się sposobem łączenia push & pull, dodatkowo ma tzw. "klapkę" zabezpieczającą ferrulę przed zabrudzeniem i redukującą poziom emitowanej mocy w przypadku rozłączenia złącza (dla zabezpieczenia oczu instalatora). 5 S t r o n a

6 Najważniejsze cechy złącza: Łatwa instalacja złącza światłowodowego w panelu typu "push & pull" dająca gwarancje symetryczności połączenia, Adaptery światłowodowe montowane w panelach na dwóch śrubach lub na zatrzask, Automatyczne zamknięcie czoła złącza światłowodowego chroniące wzrok oraz zapobiegające zabrudzeniu ferruli, Łączenie dwóch złączek za pomocą adapterów, Długie prowadnice złącza światłowodowego w adapterze, Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej, Możliwość kodowania złączy światłowodowych kolorem. Złącze MT-RJ Złącze zostało opracowane przez Konsorcjum MT-RJ, które rozpoczęło pracę nad nim w 1997 roku. W skład konsorcjum wchodziły między innymi takie firmy jak: Siecor, Fujikura, US Connec, AMP, HP oraz Molex-Fiberoptic Systems. Konsorcjum równocześnie z pracami nad złączem, rozpoczęło również pracę nad urządzeniami aktywnymi wykorzystującymi ten tym złączki. Sprawiło to, że obecnie, kiedy prace nad złączem są już zakończone, ma ono bardzo silne zaplecze w postaci dużej różnorodności urządzeń, To powoduje, że złącze to stało się obecnie niejako standardem wykorzystywanym w sieciach LAN i WAN. O popularności tego złącza decydują również jego liczne zalety. Po pierwsze jest to system niedrogi, pewny w działaniu i oferujący znaczną oszczędność miejsca, ponieważ złącza występują tylko w wersji duplexowej. Dzięki temu stworzenie połączenia duplexowego zajmuje dwa razy mniej miejsca niż takie samo połączenie wykonane na złączkach ST lub SC. Gęstość upakowania złącza MT-RJ jest taka sama jak złączy RJ-45 w technologii miedzianej. Dodatkowo czas zarabiania gniazda MT- RJ wynosi około 2 minut (2 włókna) oraz nie wymaga żadnego polerowania ani klejenia. To sprawia, że mogą one być używane wielokrotnie. W złączu MT-RJ ferrula została dostosowana do mini-mt ferruli (1,25 mm), w której umieszczono dwa włókna w odstępie 750µm. Precyzja połączenia została uzyskana dzięki umieszczeniu w gnieździe i stacji nadawczo-odbiorczej dwóch pinów pełniących rolę prowadnic. 6 S t r o n a

7 Najważniejsze cechy złącza: Dwukrotnie większą gęstość upakowania w stosunku do dupleksowych złączy światłowodowych SC, Wymiary otworów w panelu identyczne jak dla standardu SC, Posiadają zatrzaskowy mechanizm łączenia, Typowo występują w konfiguracji gniazdo-wtyk, przy czym istnieje również możliwość ich łaczenia przy pomocy adapterów, analogicznie do złączy światłowodowych innych rodzajów, Koncepcja oparta na ferruli mini-mt 1,25 mm (ang. Mass Termination), Dostępny w wersji wielomodowej i jednodomowej. Złącze LC Bardzo małe złącze z ferrulą o średnicy 1,25 mm. Stosowany przede wszystkim w sytuacji, gdy potrzebna bardzo gęstego upakowania złączy. Bardzo stabilne połączenie dzięki mechanizmowi zatrzaskowemu. Najważniejsze cechy złącza: Wygoda i pewność połączenia złączy światłowodowych dzięki zastosowaniu mechanizmu zatrzaskowego, Małe wymiary złącza światłowodowego pozwalające na uzyskanie dużej gęstości upakowania, Złącza w wersjach simplex i duplex, Koncepcja oparta na ferruli 1,25mm, Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej. 7 S t r o n a

8 Złącze VF-45 Złącze VF-45 składa się z dwóch elementów łączeniowych (gniazda i wtyku) umożliwiających wykonanie połączenia duplexowego. Zasada połączenia światłowodów w złączu VF-45 opiera się na wykorzystaniu technologii V-rowków do prowadzenia i pozycjonowania włókien optycznych. Złącze zostało stworzone na podstawie analogii do złącza RJ-45 (taki sam sposób łączenia gniazda i wtyku). Dodatkowo standard VF-45 posiada zabezpieczenie w postaci samoczynnie zamykających się osłonek w gnieździe i we wtyku, które chronią włókno światłowodowe przed zabrudzeniami oraz redukują emisję mocy w przypadku rozłączenia złącza. Najważniejsze cechy złącza: Dwukrotnie większa gęstość upakowania w stosunku do dupleksowych złączy światłowodowych SC, Zastosowanie V-rowków zamiast ferrul, Zatrzaskowy mechanizm łączenia, Konfiguracja gniazdo-wtyk, Automatycznie zamykające się osłony gniazda i wtyku, Dostępne w wersji wielomodowej i jednodomowej. Jednomodowe optyczne bezstykowe łącze obrotowe Optyczne łącza obrotowe przystosowane są do współpracy z plastikowymi kablami światłowodowymi typu APF (wykonanie specjalne - wspópraca z kablami z rdzeniem szklanym typu PCF). Połączenie światłowodów z łączem nie wymaga specjalnych wtyków i wykonywane może być przez użytkownika. Odległość transmisji bez dodatkowych wzmacniaczy wynosi - 15m z każdej ze stron łącza. Prędkość obrotowa łącza wynosi 1000 obr/min. Ilość MTBF > 10 milionów obrotów. Częstym przypadkiem w dziedzinie pomiarów i sterowania jest konieczność transmisji sygnałów z elementów wirujących. Zastosowanie prostych stykowych złącz obrotowych posiada wiele wad, do których należy zaliczyć podatność na 8 S t r o n a

9 zakłócenia, zużywanie się elementów przekazujących sygnały elektryczne, możliwość wystąpienia iskrzenia, masa i gabaryty. 1 - Światłowód, 2 - Część obrotowa, 3 - Część stacjonarna, 4 - Światłowód Zalety: - łącza pasywne (odległość min 15m z każdej strony) - absolutna izolacja elektryczna - transmisja sygnałów cyfrowych o dowolnych protokołach komunikacyjnych - wysoka szybkość transmisji - brak wpływu zakłóceń elektromagnetycznych - kierunek transmisji - dwukierunkowa - możliwość zastosowania w środowiskach wybuchowych - małe gabaryty - możliwość zintegrowania ze złączem stykowym (pierścienie ślizgowe) Szafy krosownicze Szafy krosownicze są stosowane w punktach rozdzielczych, czyli miejscach, w których znajdują się wszystkie elementy łączące okablowanie pionowe z poziomym oraz elementy aktywne sieci. W szafach umieszcza się sprzęt aktywny (przełączniki, koncentratory), serwery oraz UPS y. Dodatkowo istnieje możliwość zamontowania paneli krosowniczych, oświetlenia czy wentylatorów chłodzących. Wymiary szafy określa się dwoma charakterystycznymi wielkościami. Pierwszą z nich jest szerokość urządzeń montowanych w szafie, która wyrażona jest w calach. Standardowe wymiary to 10 oraz 19 (częściej stosowana). Drugą wielkością jest wysokość szafy wyrażona w jednostkach U (1U = 45mm). Szafy mogą mieć różne wysokości z przedziału od 4U do 45U. Urządzenia, które możemy umieszczać w szafie również są charakteryzowane za pomocą tych dwóch wielkości (standardowe wielkości urządzeń to 1U, 2U lub 3U). Umieszczenie urządzeń aktywnych w szafie krosowniczej sprawia, że okablowanie w punkcie rozdzielczym jest uporządkowane i zabezpieczone np. przed wyrwaniem z urządzeń. Istnieją szafy stojące ustawiane na podłodze lub wiszące montowane na ścianach. Podobne zastosowanie do szaf krosowniczych mają ramy rozdzielcze. Ramy w przeciwieństwie do szaf nie mają ścian bocznych i są to jakby stelaże, do 9 S t r o n a

10 montowania urządzeń. Plusem takiego rozwiązania jest na pewno lepsza cyrkulacja powietrza, a co za tym idzie szybsze odprowadzanie ciepła wytwarzanego przez urządzenia aktywne. Niektóre firmy produkują szafy z pewnymi elementami, mającymi pomóc w jeszcze lepszym uporządkowaniu okablowania w punkcie rozdzielczym. Np. firma Reichle & de-massari w swoich szafach i ramach rozdzielczych dobudowuje specjalną przestrzeń do prowadzenia dużej ilości kabli pionowo w szafie oraz elementy pozwalające na bezpieczne przechowywanie zapasu lub nadmiaru kabla podłączonego do urządzenia w szafie. Gniazda Gniazdka umieszczane są w punktach abonenckich, czyli miejscach, w których przyłączani są użytkownicy sieci strukturalnej. Gniazda umieszcza się w puszkach natynkowych lub podtykowych (w zależności od sposobu prowadzenia okablowania). Ponieważ na rynku można spotkać wiele różnych rodzajów złączek światłowodowych, dlatego również występuje duża różnorodność gniazd światłowodowych. Gniazda światłowodowe mają jedno lub dwa złącza żeńskie. Dla złączy obsługujących wyłącznie transmisję simplex (np. złącze ST) gniazdo musi zawierać dwa złącza żeńskie, aby użytkownik podłączony do gniazda mógł prowadzić transmisję typu duplex. Natomiast gniazda dla złącz, które mogą obsługiwać transmisję duplex (np. złącze VF-45) gniazdo może zawierać jedno złącze żeńskie (które wystarczy do podłączenia jednego użytkownika do sieci). Przełącznice światłowodowe Przełącznice światłowodowe to urządzenia umożliwiające przełączanie światłowodów, dołączanie kabli stacyjnych i liniowych oraz podłączanie urządzeń pomiarowych, które montuje się na każdym końcu światłowodowej linii telekomunikacyjnej. Przełącznice światłowodowe umożliwiają zakończenie linii 10 S t r o n a

11 zbudowanych na bazie różnych kabli światłowodowych i zawierających światłowody o różnych przepływnościach stosowane dla różnych długości fal. Oprócz zakańczania linii optotelekomunikacyjnych o różnym przeznaczeniu i różnej liczbie światłowodów, przełącznice światłowodowe umożliwiają szybkie wykrywanie i usuwanie uszkodzeń linii, urządzeń końcowych i przelotowych, wykonywanie pomiarów kontrolnych, przyłączanie i odłączanie światłowodów od urządzeń stacyjnych oraz wykonywanie przełączeń torów światłowodowych między polami jednej przełącznicy. W przełącznicy światłowodowej wyróżnia się trzy podstawowe pola spełniające określone role w procesie budowania lub zmieniania przebiegu trasy łącza światłowodowego: pole złączek światłowodowych, pole zakończeń kabli liniowych wraz ze złączami stałymi i niezbędnymi zapasami włókna, oraz pole zapasów kabli stacyjnych. Pole złączek światłowodowych może mieć formę wysuwanego lub obrotowego panelu komutacyjnego, którego celem jest ułatwienie dostępu do składników przełącznicy. Powinno się ono składać z pola półzłączek liniowych oraz półzłączek stacyjnych. Bardzo ważnym elementem budowy tego pola jest zapewnienie wystarczającej ilości miejsca dla prowadzenia patchcordów o długości umożliwiającej realizację połączenia w obrębie jednego stojaka, szafy lub skrzynki, w zależności od tego, jaką przełącznicę rozważamy. Pole zakończeń kabli liniowych służy do realizacji i ochrony połączeń spajanych między światłowodami kabla liniowego, a światłowodami stacyjnymi. Kaseta, w której realizowane jest to połączenie umożliwia rozmieszczenie i umocowanie osłonek spawów światłowodów oraz ułożenie i umocowanie zapasów światłowodów w pokryciu wtórnym o długości jednego metra dla każdego włókna. Według normy zakładowej TP SA długość osłonek spawów światłowodów powinna wynosić 65 mm a szerokość do 3 mm. Pole zakończeń kabli liniowych zapewnia przyjęcie i umocowanie światłowodów w pokryciu wtórnym zarówno od strony kabla liniowego, jak i od strony kabla stacyjnego. Kasety składające się na pole zakończeń kabli liniowych powinny mieć wymiary umożliwiające układanie zapasów światłowodów z promieniami gięcia nie mniejszymi niż 38 mm. Wysuwanie paneli czy też możliwość odkręcenia poszczególnych kaset ułatwia realizację spawów i dostęp do nich. Pole zapasu kabli stacyjnych umożliwia ułożenie kabli światłowodowych oraz takie zamocowanie ich końców, które zapewnia swobodne wykonywanie prac montażowych i przełączeniowych. Powinno ono pozwalać na ułożenie odpowiednio długich kabli stacyjnych. Złącza światłowodowe. Światłowodów używa się najczęściej do transmisji danych na znaczne odległości tj. wielu dziesiątek czy setek kilometrów. Ponieważ długość produkowanych odcinków kabli najczęściej oscyluje w okolicach 2 km, dlatego bardzo ważnym aspektem technologii światłowodowej jest łączenie ze sobą kolejnych odcinków światłowodów lub podłączanie ich do urządzeń aktywnych. Połączenie włókien światłowodowych jest miejscem, gdzie występuje utrata pewnej części mocy transmitowanego sygnału. Istnieje bardzo dużo czynników, które mogą mieć wpływ na wzrost tłumienności takiego połączenia: Przerwa między czołami włókien światłowodowych, Nierówności powierzchni czołowych włókien, 11 S t r o n a

12 Przesunięcie poprzeczne powierzchni czołowych włókien względem siebie, Połączenie włókien światłowodowych pod kątem. Średnica włókna światłowodowego waha się od kilku do kilkuset mikrometrów, dlatego łączenie musi odbywać się z jak największą precyzją, aby zminimalizować tłumienie na złączu. Włókna światłowodowe można ze sobą łączyć na dwa sposoby: tworząc połączenia rozłączne lub nierozłączne. Połączenie nierozłączne uzyskuje się poprzez zespawanie lub sklejenie włókien. Są to bardzo trwałe połączenia i jeśli są poprawnie wykonane, to tłumienność takiego połączenia wynosi około 0,01dB. Drugim sposobem połączenia dwóch włókien światłowodowych są połączenia rozłączne, czyli złącza. Na rynku można spotkać wiele różnych typów złączek światłowodowych. Chociaż powszechnie stosowanych jest tak naprawdę kilka modeli. Do najpopularniejszych, a zarazem najczęściej stosowanych złącz należą ST, SC, FC i E2000. Stosunkowo niedawno zaczęły się również pojawiać na rynku złączki typu SFF ( ang. Small Form Factor), które ze względu na swoje małe wymiary i prostą budowę zyskują sobie coraz większą popularność. Do tego rodzaju złączek należą między innymi: MT-RJ, VF-45 oraz LC. 12 S t r o n a