Instalacje światłowodowe W sieciach lokalnych Zagadnienia Zalety światłowodów Rodzaje włókien a technologie Zagrożenia transmisji (tłumienie/dyspersja) Spawanie, złącza Kable, funkcje i konstrukcja o Luźna, ścisła tuba o Wewnętrzne, zewnętrzne palność Prowadzenie kabli Projekt co robić, tok postępowania 2 1
11 zalet włókien światłowodowych 1. Ogromna pojemność informacyjna pojedynczego włókna 2. Małe straty = przesyłanie sygnałów na znaczne odległości 3. Całkowita niewrażliwość na zakłócenia i przesłuchy e-m 4. Mała waga 5. Małe wymiary 6. Bezpieczeństwo pracy (brak iskrzenia) 7. Utrudniony (prawie niemożliwy) podsłuch przesyłanych danych. 8. Względnie niski koszt (i ciągle spada) 9. Duża niezawodność i trwałość (poprawnie zainstalowanych łączy światłowodowych) 10. Rosnąca prostota obsługi. 11. Mała energia 3 Linia światłowodowa Droga optyczna Mufa kablowa SŁOWNICZEK http://www.fca.com.pl/edukacja/slowniczek.pdf linia składająca się z odcinków kabla światłowodowego łączonych w mufach kablowych, kończąca się w przełącznicach światłowodowych. droga optyczna składająca się z dwóch włókien światłowodowych umożliwiająca nadawanie i odbiór sygnału optycznego. osprzęt, w którym następuje połączenie między dwoma lub większą liczbą kabli światłowodowych. W mufie instaluje się kasetę światłowodową, w której umieszcza się uchwyt pod spawy światłowodowe. Spawy umożliwiają połączenie dwóch odcinków kabla liniowego lub połączenie kabla zewnętrznego z kablem wewnętrznym. Przełącznica światłowodowa element toru światłowodowego umożliwiający zakończenie i przełączanie światłowodów, montowany na końcu linii. Posiada pole komutacyjne wyposażone w łączniki światłowodowe (adaptery). Pozwala to na podłączanie i przełączanie torów światłowodowych do urządzeń aktywnych za pomocą patchcordów. Przełącznica panelowa przeznaczona jest do montowania w typowych stojakach i szafach 19. Przełącznica naścienna Przełącznica stojakowa Spawy termiczne Łączniki mechaniczne Patchcord Pigtail Tłumienność Reflektancja lub tłumienność odbiciowa przeznaczona jest do montowania bezpośrednio na ścianie. wolnostojąca, o dużej pojemności, do zastosowań telekomunikacyjnych. połączenie włókien światłowodowych w łuku elektrycznym zachowujące ciągłość struktury włókna. połączenie włókien metodą stykową. Kapilara, w której następuje zetknięcie się powierzchni włókien, wypełniona jest substancją immersyjną o współczynniku załamania zbliżonym do szkła, co zmniejsza wielkość strat przy połączeniu. kabel światłowodowy obustronnie zakończony złączami światłowodowymi umożliwiającymi podłączanie i przełączanie torów światłowodowych. kabel światłowodowy jednostronnie zakończony złączem światłowodowym, umożliwiający mechaniczne lub termiczne zespawanie z kablem w przełącznicy a następnie połączenie za pomocą złącza z patchcordem zewnętrznym. określa sumę strat energii światła biegnącego przez światłowód. Wielkość ta mówi, o ile decybeli zmniejszy się dynamika sygnału po przejściu 1 km. Jednostka: db/km. 4 stosunek mocy optycznej (wyrażony w db) powstałej w wyniku odbicia światła na elementach łączonych traktu światłowodowego lub w samym trakcie światłowodowym. 2
Realne proporcje Proporcje w konstrukcji włókien FO 5 Światłowód, ależ to bardzo proste Zasada Fermata w optyce jest szczególnym przypadkiem zasady najmniejszego działania. Droga z A do B, Jak najszybciej: L 1 = sqrt(a 2 + h 12 ) L 2 =sqrt(b 2 + h 22 ) a + b = c = const. t = L 1 /v 1 + L 2 /v 2 (: minimum) t(a) = sqrt(a 2 + h 12 )/v 1 + (c-a) sqrt((c-a) 2 +h 22 )/v 2 6 3
Światłowód, najszybsza droga t(a) = sqrt(a 2 +h 12 )/v 1 + (c-a) * sqrt((c-a) 2 +h 22 )/v 2 (:min a) dt/da= a/sqrt(a 2 +h 12 ) * 1/ v 1 - (c-a)/ sqrt((c-a) 2 +h 22 ) * 1/v 2 dt/da= 0; sinα / v 1 - sinβ / v 2 = 0 sinα / v 1 = sinβ / v 2 sinα * v 2 = sinβ * v 1 np. v1 =1; v2=1000; Odp. sinβ=1; sinα=0.001 7 Światłowód - mody 8 4
Kategorie FO ISO/IEC 11801 definicja OM1, OM2, OM3 i OS1 ISO/IEC 24702 (Generic cabling for industrial premises) dodaje OM4 i OS2 EN 50173-1:2007 podaje wszystkie 6 kategorii Zasada OM MM OS SM Dla OS podaje pasmo modalne w MHz x km i tłumienie w db/km Dla SM podaje tylko tłumienie w db/km 9 10 5
Zastosowanie Technologia Sieci światłowodowe - zalecenia konfiguracji elementów optoelektroniki (LAN) Baud rate szybkości modulacji Mbaud Poziome < 100 M Media TX Budynek < 300 m Media TX Campus < 2,000 m Media TX 10BaseF 20 MM S MM S MM S Token Ring 32 MM S MM S MM S 100VG-AnyLAN 120 MM S MM S MM LE 100BaseF 125 MM S MM S MM LE 1000Base-SX 1250 MM SL MM SL 1000Base-LX 1250 MM LL MM LL SM LL FDDI 125 MM S MM S MM LE I II => S 850nm LED, SL 850nm LD, => LE 1300nm LED; LL 1300nm LD 11 Zagrożenia transmisji: tłumienie i dyspersja 850 nm I okno transmisyjne 1310 nm II okno transmisyjne 1550 nm III okno transmisyjne 1625 nm IV okno transmisyjne 12 6
Straty mocy straty absorpcyjne - pochłanianie w obszarze materiału lub struktury straty odbiciowe - wywołane odbiciami na powierzchniach granicznych światłowodów i struktur Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światło może przechodzić z jednego do drugiego. Podstawowe wymagania konstrukcji: minimalizacja strat i odbić. zapewnienie połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie. Straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25 do 1.5dB. 13 Tłumienie światłowodu Tłumienie światłowodu wyraża się w db/km (znak minus pomija się): 3 db = 50% 20 db = 1% 30 db = 0,1% 40 db = 0,01% 14 7
Przykład tłumienia 15 Projekt łącza - bilans mocy Rodzaj detektora (określony przez jego czułość) Rodzaj włókna (tłumienie) Wybór złącz i dobór technologii sieci Rodzaj źródła (moc wyjściowa) Obliczanie długości odcinków międzyregeneratorowych 16 8
Złącza światłowodowe UPC APC 17 Złącza światłowodowe Złącza światłowodowe można podzielić ogólnie na: Złącza stałe powstałe przez spawanie lub klejenie końcówek światłowodu. Połączone w takich złączach światłowody nie można rozdzielić bez zniszczenia struktury złącza. Złącza rozłączalne powstałe przez zbliżenie końcówek światłowodu i odpowiednie ich pozycjonowanie za pomocą układu mechanicznego (obudowy) Najpopularniejsze złącza to (w kolejności historycznej): ST (z kołnierzem bagnetowym), FC (z korpusem gwintowanym, ang. Ferrule Connector), SC (o przekroju prostokątnym, ang. Standard Connector), LC (Little Connector) E2000 Każdy typ złącza występuje w dwóch rodzajach: UPC (ang. Ultra Physical Contact) oraz APC (ang. Angled Physical Contact). 18 9
Rozmaitość złącz Złącza stosowane dla włókien jednomodowych 9/125 ; SM ; TIA OS1; OS2; (kolor kabla żółty): ST/UPC (okrągłe duże, bagnet, metalowe ) SC/UPC (prostokątne duże kolor niebieski ) SC/APC (prostokątne duże kolor zielony ) FC/UPC (okrągłe nakręcane, metal kolor niebieski) FC/APC (okrągłe nakręcane, metal kolor zielony ) LC/UPC (prostokątne małe kolor niebieski ) LC/APC (prostokątne małe kolor zielony) E2000/UPC (z klipsem kolor niebieski) E2000/APC (z klipsem kolor zielony MU/UPC (prostokątne długie kolor niebieski ) MU/APC (prostokątne długie kolor zielony ) DIN/UPC (okrągłe długie kolor niebieski) DIN/APC (okrągłe długie kolor zielony) MTRJ złącze podwójne z pinami lub bez Inne F-3000, FTDI, LX3 19 Złącza włókien wielomodowych Złącza stosowane dla włókien wielomodowych 50/125 ; 62,5/125 ; MM ; TIA OM1 OM2 OM3 OM4 (kolor kabla pomarańczowy, szary, zielony/błękitny, purpurowy): ST/PC (okrągłe duże) SC/PC (prostokątne duże ) FC/PC (okrągłe nakręcane) LC/PC (prostokątne małe) E2000/PC (prostokątne małe z klipsem) MTRJ złącze podwójne z pinami lub bez MU (prostokątne długie) DIN (okrągłe długie) 20 10
Fiber alligment zgrywanie (justowanie) światłowodów Metoda ręczna po zbliżeniu światłowodów ustalenie położenia światłowodów w kierunku poprzecznym Metody automatyczne: kontrola mocy transmitowanej z wykorzystaniem źródła i detektora (niezbędny dostęp do obu końców światłowodu) pomiar za pomocą reflektometru optycznego OTDR ( szybki pomiar ) pomiar metodą LID (Local injection and detection) (ścisłe opasanie włókna na małych walcach) dopasowanie na podstawie profilu (rdzenia lub płaszcza, obraz wideo lub gorący obraz ) dopasowanie pasywne wg. położenia w rowkach (dokładność zależy od koncentryczności rdzenia i płaszcza) http://www.corning.com/docs/opticalfiber/an103_09-01.pdf 21 Zdjęcia ze spawania 22 11
Spawanie w łuku elektrycznym - etapy 23 spawanie 24 12
Kable światłowodowe funkcje kabla zabezpieczenie światłowodów przed uszkodzeniem w trakcie produkcji, instalacji i eksploatacji kabla zapewnienie stabilności parametrów transmisyjnych światłowodów przez cały okres eksploatacji kabla zapewnienie odporności kabla na działanie czynników mechanicznych i środowiskowych 25 Rodzaje kabli światłowodowych Kable światłowodowe o konstrukcji luźnej tuby (ang. Loose Tube Cable) Kable o konstrukcji luźnej tuby tradycyjnie stosowane na zewnątrz budynku. Włókna umieszczone są w luźnych tubach wypełnionych żelem, zawierających wiele włókien światłowodowych. Umieszczenie jednego lub wielu włókien wypełnionej żelem poszerzonej izolacji zapewnia najlepszą ochronę przed działaniem ekstremalnych temperatur, wilgoci naprężeń. 26 13
Luźna tuba, co daje przy naprężeniach rozciągających, włókna zajmują w tubach pozycję najbliższą osi kabla przy braku jakichkolwiek naprężeń, włókna przyjmują pozycję neutralną przy działaniu naprężeń ściskających, włókna zajmują pozycję najbardziej odległą od osi kabla (niskie temperatury 27 Luźna tuba Kabel może być wykonany z: pojedynczą izolacją lub podwójną, ze zbrojeniem umieszczonym pomiędzy nimi. Najczęściej stosowanym materiałem na izolację jest polietylen (PE). Ze względu na przepisy przeciwpożarowe, kable z izolacją z polietylenu nie mogą być wprowadzane do budynku na odległość przekraczającą 15m (nie spełniają norm dotyczących emisji dymu i palności), chyba, że będą prowadzone w metalowych, ognioodpornych rurkach instalacyjnych. Wiele firm oferuje kable w luźnych tubach do użytku wewnątrz budynku (oznaczenia OFN, OFNR, LSZH - Low Smoke Zero Halogen także LS0H). 28 14
Rodzaje kabli światłowodowych Kable światłowodowe o konstrukcji ścisłej tuby (ang. Tight Buffered Cable) Kable światłowodowe w ścisłej tubie zazwyczaj są stosowane wewnątrz budynku. Dobór materiałów do produkcji kabla w ścisłej tubie podyktowany jest w dużym stopniu wymogami przeciwpożarowymi dotyczącymi palności izolacji i emisji dymu Zwykle mają polimerowy bufor o średnicy 900µm. 29 Przykład kabel wewnętrzny Optotelekomunikacyjne kable stacyjne w ścisłej tubie jednowłóknowe i dwuwłóknowe NOTKS, NXOTKS, NYOTKS a. włókno optyczne: jednomodowe J lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją Jp, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5. b. tuba: ścisła 0.9mm. c. włókna: aramidowe. d. powłoka kabla: polwinitowa (nierozprzestrzeniająca płomienia). Opcja 1 - powłoka kabla bezhalogenowa. Opcja 2 - powłoka kabla polwinitowa uodporniona na palenie 30 15
Prowadzenie kabli FO Szereg norm szczegółowych: http://www.man.poznan.pl/~stanecki/telekom/normy/tpsa/ 13.htm http://www.rtt.com.pl/normy_tp_sa.htm 31 Przykładowa konfiguracja toru Według FCA Sp. z o.o. http://www.fca.com.pl/fca_eduk.html 32 16
Co robić po kolei ( sam tor) Według FCA Sp. z o.o. http://www.fca.com.pl/fca_eduk.html 33 Co robić po kolei ( urządzenia ) Według FCA Sp. z o.o. http://www.fca.com.pl/fca_eduk.html 34 17