Doradztwo techniczne

Budowa światłowodu

Sam światłowód składa się z czterech powłok:

1. Rdzenia, którego grubość wynosi od 8 μm do 62.5 μm. Materiałem z którego wykonuje się rdzeń jest najczęściej szkło kwarcowe lub plastik. Jako materiał na tę powłokę stosuje się również inne rodzaje szkieł oraz materiały krystaliczne, jednak znacznie rzadziej.
2. Włókna o średnicy 125 μm. Warstwa ta jest wykonywana z materiału o mniejszym współczynniku załamania światła niż rdzeń. Najpopularniejsze są tutaj plastiki oraz w pewnych uzasadnionych przypadkach stosuje się również szkła z odpowiednimi domieszkami.
3. Pokrycia wewnętrznego o grubości 250 μm.
4. Pokrycia zewnętrznego o grubości 400 μm, które wraz z pokryciem wewnętrznym stanowią warstwę ochronną światłowodu. Obie te warstwy chronią włókno i rdzeń światłowodu przed mikropęknięciami. Wykonuje się je z elastycznych materiałów takich, jak np. akryl.

Światłowody dzieli się na światłowody do przesyłu jednomodowego oraz multimodowego. W zależności od sposobu budowy światłowodu można osiągnąć odmienne odległości transmisji danych.

Ze względu na to, że płaszcz włókna światłowodu wykonany jest z tworzywa o współczynniku załamania światła mniejszym od wartości tego współczynnika dla szkła, możliwe jest działanie światłowodu. Zależność ta pozwala na utrzymanie światła we wnętrzu rdzenia, gdyż promień świetlny odbija się od płaszczyzny styku rdzeń-płaszcz włókna.

Światłowody jednomodowe przesyłają tylko jedną składową światła – wszystkie promienie płynącego światła mają ten sam kąt odbicia od płaszcza wokół rdzenia. Dzięki takiemu zachowaniu przebywają tą samą drogę w jednakowym czasie.

Poniżej opisano typowe ubytki mocy nadawanego sygnału, na drodze od nadajnika do odbiornika. Sam wykres obrazuje dlaczego ważna jest czułość odbiornika światłowodowego oraz jak ważne jest odpowiednie zaprojektowanie takiej sieci. Podczas doboru osprzętu, w tym switchy, należy pamiętać o możliwych stratach mocy sygnału. Nieodpowiednie zaprojektowanie sieci może być przyczyną złego działania lub nie działania.

Same straty przesyłu można podzielić na trzy główne grupy, a każdą z nich na poszczególne przyczyny straty sygnału. Kolejno od lewej strony są to:

• Straty zależne od źródła sygnału:
  • Moc nadajnika (±2dB)
  • Temperatura (±2dB)
  • Złącza światłowodowe (±2dB)
  • Efekty starzenia się (-3dB)

• Straty zależne od złącz i światłowodów
  • Straty  przesyłu (-2dB)
  • Straty w światłowodach (-4dB/km)
  • Efekt temperaturowy (±1dB)
  • Złącza Rx (±0dB)

• Pozostałe straty (-3dB)
  • Straty spowodowane przez naprawy
  • Straty w węzłach
  • Margines bezpieczeństwa

Dla potrzeb projektowych przyjmuje się następujące wartości, pozwalające obliczyć straty w łączach światłowodowych:

• Dla każdego złącza – 0.5 dB straty (0.7 dB max)
• Dla każdego węzła – 0.2 dB
• Dla światłowodów multimodowych:
  • 3 dB/km dla źródeł 850 nm
  • 1 dB/km dla źródeł 1300 nm
• Dla światłowodów jednomodowych:
  • 0.5 dB/km dla źródeł 1300 nm
  • 0.25 dB/km dla źródeł 1550 nm

Złącza

Złącza światłowodowe występują w kilku typach oraz standardach. Złącza można podzielić ogólnie na:

• Złącza stałe – powstają przez spawanie lub klejenie końcówek. Światłowody z taką strukturą złącza nie mogą być rozdzielane bez zniszczenia struktury złącza.
• Złącza rozłączane – powstają przez zbliżenie końcówek światłowodu oraz odpowiednie pozycjonowanie tych końcówek za pomocą układu mechanicznego.

Same złącza rozłączane dzielą się na kilka rodzajów. Najpopularniejsze to złącza typu:

• ST (z kołnierzem bagnetowym),
• FC (z korpusem gwintowanym, ang. Ferrule Connector),
• SC (o przekroju prostokątnym, ang. Standard Connector),
• LC (Little Connector).

Złącza SC stosowane są zwykle w urządzeniach aktywnych typu media czy wideo konwertery. Użycie takich złącz pozwala na szybką i stosunkowo prostą realizację przyłączenia. Taki rodzaj złącz oraz złącza typu ST są również powszechnie wykorzystywane w urządzeniach infrastruktury sieciowej, takich jak switche czy serwery.

Jednym z podstawowych elementów struktury sieciowej są switche. Coraz częściej architektura takich switchy opiera się o technologie światłowodowe.

Do podstawowych zadań switchy w sieci zalicza się:

• Kontrola przepływu danych
• Wzmacnianie sygnału
• Łączenie sieci o różnych prędkościaci
• Rozszerzanie dostępu do sieci Ethernetowej

Switche niezarządzalne są najprostszą wersją tego typu urządzeń. Obsługa takich urządzeń sprowadza się zwykle do wpięcia urządzenia do sieci. Nie ma konieczności instalacji dodatkowego oprogramowania oraz konfiguracji urządzenia.

Switche zarządzalne stanowią bardziej zaawansowaną wersję switchy niezarządzalnych. Pozwalają na zachowanie determinizmu, redundancji sieci oraz na możliwość nieprzerwanego jej monitorowania. W przeciwieństwie do switchy niezarządzalnych posiadają kilka dodatkowych funkcji, takich jak:

• Dostępność poprzez przeglądarkę internetową,
• Monitoring online
• Dostępność powiadomień e-mailowych
• Zachowane dane historyczne z funkcjonowania sieci
• Dostępność PoE dla odpowiednich urządzeń

Jednym z czołowych producentów sieciowych rozwiązań w dziedzinie światłowodowej jest firma Antaira, specjalizująca się w osprzęcie sieciowym. Poza wymienionymi wyżej rozwiązaniami dla switchy zarządzalnych istnieją dodatkowe funkcjonalności, skierowane głównie do odbiorców przemysłowych.

Przemysłowe warianty switch firmy Antaira pozwalają na:

• Zwiększenie redundancji sieci poprzez zastosowanie architektury i protokołów samonaprawczych
• Poprzez obsługę STP/RSTP/MSTP
• Poprzez zastosowanie ARR (Antaira Redundant Ring) o czasie reakcji >20ms
• Poprzez zastosowanie ITU-G8032 ERPS o czasie reakcji >50ms

Zwiększenie determinizmu sieci i kontroli przepływu danych poprzez:

• IGMP Snooping
• Limitowanie przepływu danych
• Port Trunking
• QoS (Quality of Service)
• Sieci VLAN (Virtual LAN)

Możliwość zwiększenia determinizmu sieci można przedstawić na przykładzie IGMP Snooping, czyli Internet Group Management Protocol. Jest to rodzaj protokołu kontrolujący skąd i dokąd mają trafić przesyłane dane.

Poniższy przykład obrazuje w jaki sposób działa ten protokół.

Aktywując protokół IGMP, switch przekierowuje odpowiednie dane do odpowiednich grup, eliminując tutaj niepotrzebne połączenia. Takie działanie pozwala na odciążenie sieci z niepotrzebnych transferów danych, za czym idzie zwiększona możliwość przesyłu danych skierowanych do odpowiednich grup.

Jednym ze sposobów kontroli przepływu danych jest tzw. QoS – Quality of Service. Jest to sposób kontroli i priorytetowania przekazywanych danych. Takie działanie pozwala na uniknięcie sytuacji, gdzie najważniejsze dane muszą „czekać w kolejce” aż nagromadzona ilość danych niższej wagi zostanie przesłana. Poniższy rysunek obrazuje tę zasadę w sposób uproszczony.

Sieć VLAN można określić jako grupę urządzeń zlokalizowanych w dowolnych miejscach sieci, które mogą komunikować się w taki sposób jak gdyby były w tym samym segmencie fizycznym. Sieć Virtual LAN można nazwać pewnego rodzaju podsiecią, niezwiązaną z warstwą fizyczną.

Pośród zalet sieci VLAN można wyróżnić:

• Niezależność takiej sieci od fizycznej konfiguracji urządzeń i połączeń
• Zapewnienie dodatkowej ochrony oraz usunięcie niepotrzebnego ruchu sieciowego poprzez ograniczenie dostępu do poszczególnych podsieci
• Możliwość wydzielania sieci dla poszczególnych podgrup zadaniowych
• Możliwość względnie taniego zaadaptowania istniejącej sieci, bez konieczności stosowania dodatkowych kart rozszerzeń i wymiany okablowania
• Prosta konfiguracja poprzez wbudowane oprogramowanie 

Firma CSI ma w swojej ofercie szeroki zakres osprzętu sieciowego firmy Antaira. Nasi pracownicy mogą również przybliżyć państwu inne dodatkowe funkcjonalności, jakie oferuje ten sprzęt.

Sprawy techniczne (komputery przemysłowe, systemy operacyjne, wsparcie produktowe) – email: