Почему оптоволоконный кабель является приоритетным для проводных сетей в чем его недостатки кратко

Применение

Волоконно-оптическая связь

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды передачи на волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон для линий связи обусловлено тем, что оптическое волокно обеспечивает высокую защищенность от несанкционированного доступа, низкое затухание сигнала при передаче информации на большие расстояния и возможность оперировать с чрезвычайно высокими скоростями передачи. Уже к 2006-му году была достигнута скорость модуляции 111 ГГц , в то время как скорости 10 и 40 Гбит/с стали уже стандартными скоростями передачи по одному каналу оптического волокна. При этом каждое волокно, используя технологию спектрального уплотнения каналов может передавать до нескольких сотен каналов одновременно, обеспечивая общую скорость передачи информации, исчисляемую терабитами в секунду.

Волоконно-оптический датчик

Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, даёт волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях.

Оптическое волокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптическим волокном .

Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков.

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Оптическое волокно применяется в лазерном гироскопе, используемом в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.

Другие применения оптического волокна

Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в какую-нибудь часть здания. Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные рождественские ёлки.

Оптическое волокно также используется для формирования изображения. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Один из способов механической шифровки изображения заключается в следующем: большое количество оптических волокон, оба конца которых расположены упорядоченно, тщательно переплетают в середине, а затем разрезают пополам. Одна половина получившейся конструкции используется для шифровки изображения, а другая — для дешифровки: изображение, пройдя через переплетённые световоды, превращается в бессмысленный набор точек разного цвета, но после прохода через вторую половину этот набор точек восстанавливается до оригинала. Преимущество этого метода заключается в простоте изготовления шифрующего механизма и в невозможности расшифровать передаваемое изображение без шифратора или дешифратора (шифратор и дешифратор в такой системе абсолютно взаимозаменяемы). Недостаток заключается в значительной потере качества изображения, зависящей от толщины используемых световодов, и в необходимости очень точно позиционировать зашифрованное изображение перед дешифратором — малейший перекос будет препятствовать расшифровке.

• Какие государства сложились в европе после великого переселения народов кратко

    

• Как положено вести себя в школьной химической лаборатории

    

• Что люди делают для охраны реки ай кратко

    

• Как человек воздействует на океан кратко

    

• Кто такой номарх в древнем египте кратко и понятно

Подготовка витой пары к обжиму

Для создания патч-корда нужно необходимо приобрести:

• коннектор;
• кабель;
• обжимные клещи для rj45.

Кабель витая пара, коннектор Rj45, обжимные клещи

Вначале выбирается схема распиновки. Она зависит от того, какая техника будет соединяться.

Для распиновки rj45 линии ethernet понадобятся следующие материалы:

1. Кусок витой пары до 100 м.

2. 2 разъема RJ45(коннектора) с маркировкой 8Р8С.
3. Комплект инструментов.

Вопрос по пункту 3 для распиновки сетевого провода раскрыт в следующем разделе. Далее вы узнаете, как обжимать коннекторы RJ-45 и сможете выполнить подключение витой пары.

Обычно патч-корд (после распиновки) соединяет компьютер с сетевым прибором. Вам для обжимки rj45 нужна схема прямой опрессовки, лучше, если она будет перед глазами в момент работы с разъемом RJ. Делается распиновка RJ45 по цветам жил.

Распиновка RJ45 по цветам жил

Два варианта обжимки разъема RJ45 отличаются друг от друга лишь местоположением зеленой и оранжевой скруток. На практике встречаются оба решения распиновки .

Как работает волоконная оптика?

Волоконная оптика посылает закодированную информацию через луч света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. В 1960-х годах инженеры использовали её для передачи телефонных звонков со скоростью света.

Каждый кабель содержит невероятно тонкие нити из стекла или пластика: оптические волокна. Каждый кабель может состоять из двух или нескольких сотен жил. Пряди, каждая из которых составляет одну десятую ширины человеческого волоса, способны передавать около 25 000 телефонных звонков каждая. Таким образом, кабель, состоящий из сотен жил, способен передавать миллионы вызовов.

Свет отражается от стенок кабельной трубы. Каждый фотон отскакивает по трубе, как бобслей на ледяной дорожке. Хотя вы можете ожидать, что свет просочится через края стеклянной трубы, он направлен под малыми углами (не более 42 градусов), которые отражают его обратно в трубу. Это известно как полное внутреннее отражение.

Кабель также сохраняет свет в трубе. Ядром кабеля является нить из стекла или пластика, через который проходит свет. Второй слой, называемый оболочкой, оборачивается вокруг внешней части сердечника. Оболочка удерживает световые сигналы внутри сердечника.

Стекло и фотоны превосходят медь и электроны

Волоконно-оптический кабель представляет собой сетевой кабель, который содержит жилы из стекловолокна внутри изолированного корпуса. Они предназначены для высокопроизводительных сетей передачи данных и телекоммуникаций на большие расстояния.

По сравнению с проводными кабелями оптоволоконные кабели обеспечивают более высокую пропускную способность и могут передавать данные на большие расстояния. Волоконно-оптические кабели поддерживают большую часть мировых интернет, кабельного телевидения и телефонных систем.

Как работают оптоволоконные кабели

Оптоволоконные кабели передают сигналы связи, используя световые импульсы, генерируемые небольшими лазерами или светодиодами.

Кабель состоит из одной или нескольких стеклянных прядей, каждая из которых немного толще человеческого волоса. Центр каждой нити называется сердцевиной, которая обеспечивает путь для света. Сердцевина окружена слоем стекла, называемым оболочкой, которая отражает свет внутрь, чтобы избежать потери сигнала и позволяет свету проходить через изгибы кабеля.

Два основных типа оптоволоконных кабелей называются одномодовым и многомодовым оптоволокном. В одномодовом волокне используются очень тонкие стеклянные нити и лазер для генерации света, в то время как в многомодовых волокнах используются светодиоды.

В одномодовых волоконно-оптических сетях часто используются методы Wave Division Multiplexing для увеличения объема трафика данных, который может быть отправлен через цепь. WDM позволяет объединять (мультиплексировать) и затем отделять (демультиплексировать) свет на нескольких разных длинах волн, эффективно передавая несколько потоков связи через один импульс света.

Преимущества оптоволоконных кабелей

Волоконно-оптические кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с медными кабелями на большие расстояния.

• Волоконная оптика поддерживает большую емкость. Величина пропускной способности сети, которую может нести оптоволоконный кабель, превышает пропускную способность медного кабеля с аналогичной толщиной. Стандартными являются оптоволоконные кабели с пропускной способностью 10 Гбит/с, 40 Гбит/с и даже 100 Гбит/с.
• Поскольку свет может распространяться на гораздо большие расстояния по оптоволоконному кабелю без потери его прочности, это уменьшает потребность в усилителях сигнала.
• Волокно менее подвержено помехам. Медный сетевой кабель требует специального экранирования для защиты от электромагнитных помех. Хотя это экранирование помогает, недостаточно предотвращать помехи, когда многие кабели соединены вместе в непосредственной близости друг от друга. Физические свойства стеклянных и оптоволоконных кабелей позволяют избежать большинства этих проблем.

Оптоволокно для дома, других развертываний и оптоволоконных сетей

• FTTP (оптоволокно в помещение) . Волокно, проложенное до самого здания.
• FTTB (оптоволокно в здание/бизнес/блок) . То же, что и FTTP.
• FTTC/N (Волокно на обочине узла) . Волокно, которое прокладывается к узлу, но затем медные провода завершают соединение внутри здания.
• Прямое волокно : волокно, которое покидает центральный офис и подключается непосредственно к одному клиенту. Это обеспечивает наибольшую пропускную способность, но дороже.
• Общее волокно : аналогично прямому волокну, за исключением того, что, поскольку волокно приближается к помещению ближайших клиентов, оно разделяется на другие волокна для этих пользователей.

Что такое темное волокно?

Оптическое волокно растет в сфере телекоммуникаций и передачи данных благодаря своим непревзойденным преимуществам: более высокая скорость с меньшим затуханием, меньшая устойчивость к электромагнитным помехам (EMI), меньший размер и большая пропускная способность информации. С другой стороны, постоянные потребности в полосе пропускания также приводят к значительному росту потребностей в оптическом волокне. Давайте рассмотрим наиболее распространенные типы оптоволоконных кабелей, изучим преимущества и недостатки оптоволокна и узнаем советы по выбору оптоволоконных кабелей.

Затухание светового излучения

Затухание определяет величину ослабления оптической мощности лазерного луча в децибелах на км (дБ/км) при прохождении по оптоволокну. Несмотря на высокий уровень технологий, используемых при изготовлении оптоволокна, оптическое волокно не лишено дефектов, приводящих к ослаблению передаваемого сигнала. Основными причинами, вызывающими затухание сигнала в оптоволокне, являются: поглощение и рассеивание, связанные с неоднородностью оптического материала из-за различного рода примесей, а также потери на микроизгибах оптического волокна. Зависимость значения затухания от величины волны (окна прозрачности) показана на ниже.

Схемы обжимки и маркировка витой пары

Когда выполняется обжим витой пары 8 жил, следует обязательно учитывать маркировку проводников. Каждому подключению обязательно соответствует определенная схема цветов, которая требует неукоснительного соблюдения. Иначе сигнал не пройдет, и сеть не станет функционировать.

Ленивая обжимка 2 пар

В Рассмотренном варианте применяется прямой обжим шнура, где задействованы не 8, а лишь 4 жилки. Поэтому такой способ и получил свое название для тех, кто не желает возиться со всеми жилами. Однако, такое подключение годится лишь для низкоскоростных сетей.

Подобный обжим не рекомендуется к применению в настоящее время. Дело в том, что скорость интернета постоянно растет, оборудование улучшается и 4-х проводная схема перестает работать в новых условиях. Поэтому, рано или поздно, придется переходить на стандартную схему. Если сеть изначально проложена 8-ми жильным кабелем, то остается лишь обжать коннекторы RJ по-новому, и все заработает. Но, если сеть оборудовалась четырехжильным шнуром, то его придется полностью менять и прокладывать заново.

Распиновка для локальной сети в которой больше 2х компьютеров

При использовании коннекторов RJ 45, распиновка для подключения в сеть более двух компьютеров выполняется по стандартной схеме. Все жилки раскручиваются и укладываются сверху вниз или слева направо так, как это показано на рисунке.

Проводники выравниваются, обрезаются, после чего их можно обжимать. После этого, каждый соединитель витой пары подключается в свое гнездо.

Прямая распиновка маркируется как 568B

Прямое расключение необходимо для того, чтобы соединить с компьютером ХАБ, роутер или свитч. Этот способ получил наибольшее распространение в России. Он маркируется в виде 568В, а распайка проводится по обычной схеме, начиная с бело-оранжевого проводника и заканчивая коричневым. Здесь налицо прямая обжимка, поскольку на обоих разъемах жилы расположены одинаково.

Перекрестная распиновка Crossover маркируется как 568A

Еще один способ, как обжать витую пару. Для соединения однотипных устройств, например, двух компьютеров, используется перекрестная схема или кроссовер с маркировкой 568А. В этом случае первый штекер подключен по обычной схеме, а второй – с заменой оранжевого и бело-оранжевого проводов зеленой и бело-зеленой жилами. Проводники оказываются перевернутыми, поэтому схема и получила свое название.

Прямой обжим с 4 жильной витой пары двухпарный провод

Кабель с четырьмя жилами используется при монтаже внутренних сетей с низкими скоростями. При больших объемах получается сэкономить значительные средства, поскольку такой кабель намного дешевле обычной витой пары на 8 жил. Обжимка выполняется в последовательности, указанной на рисунке.

Однако, использование таких сетей имеет ряд ограничений, и прежде всего – по скорости. Кроме того, к устройству невозможно подать питание, когда это необходимо.

Схема обжатия витой пары RJ 45 с POE стандарт IEEE 802 3AF

Данная схема, выполненная по технологии РоЕ, позволяет не только передавать информационные сигналы, но и подводить питание на роутер, свитч, адаптер и другие устройства. Например, при подключении видеокамер не требуется отдельного питающего провода. Таким образом, коннектор объединяет в себе сразу две функции – передачу данных и питание устройства. Напряжение в такой распиновке поступает по проводникам синего и коричневого цветов.

Витую пару категорически запрещено использовать для подачи 220 вольт, поскольку это может привести к непредсказуемым последствиям. Дело в том, что сечение кабеля в сети составляет всего 0,51 мм2 и рассчитано на ток до 1,5 А. Если силу тока нужно увеличить, два проводника соединяются параллельно и тогда показатель возрастает до 3А.

Перекрестной схемой обжимайте для скорости прокачки 1 гбит/с

Схема подключения применяется в высокоскоростных сетях, до 1 Гбит/с. Восемь проводов обжимаются в последовательности, отображенной на рисунке.

Схема обжатия консольного кабеля Rollover Cable

Каждый конец в таком подключении обжимается зеркально по отношению друг к другу. Эта схема применяется для настройки коммутатора или роутера с помощью компьютера.

Схемы распиновки 8P8C

Для подключения ПК к коммутационным устройствам

Оконцевание кабелей, предназначенных для подключения компьютеров к коммутационным устройствам (свитчам, концентраторам или роутерам), может осуществляться по двум схемам, известным как схема A и схема B. В своё время данные схемы были позаимствованы из американского стандарта TIA/EIA-568, регламентирующего построение телекоммуникационных структурированных кабельных систем в зданиях.

Схема A была рекомендована ещё в первой версией данного стандарта, а потому получила наибольшее распространение в США. В Европе же и, в частности, в России наибольшее распространение получила схема B.

Данные схемы равнозначны, но в пределах одной локальной сети, во избежание путаницы и возможных ошибок, следует использовать только какая-то одну из них. Кабель, оконцованный по любой из этих схем, принято называть прямым (straight through cable), поскольку оба конца такого кабеля имеют одинаковую распиновку.

Примечание: При соединении коммутационных устройств между собой необходимо предварительно ознакомится с инструкциями на данные устройства. Если соединение концентраторов или свитчей производится через порты Uplink, то выполняется оно прямыми кабелями. А вот для соединения без использования портов Uplink иногда может потребоваться перекрёстный кабель, речь о котором пойдёт далее.

Кстати, если на одном из концов кабеля планируется установка розеток, разводка и заделка проводов внутри розеток по любой из указанных схем производится согласно имеющейся там этикетке (см. рис. ниже).

Для сетей 10BASE-T

Особенностью «десятимегабитных» сетей, то есть сетей, работающих по технологии 10BASE-T, является то, что из четырёх пар проводников кабеля UTP в работе задействованы только две пары: оранжевая и зелёная. Поэтому для подключения компьютеров в таких сетях в целях экономии нередко использовался двухпарный кабель, расцветка проводов в котором могла быть несколько иной.

Схему обжима контактов, показанную на рисунке ниже, до недавнего времени использовали, например, электромонтёры Ростелекома при подключении роутера абонента к коммутатору в подъезде. Да и для внутренней разводки по квартире использовался всё тот же двухпарный кабель и та же схема. Насколько мне известно, только во второй половине 2019 года во все районные узлы связи был спущен приказ, предписывающий использовать при монтаже исключительно четырёхпарный кабель.

Для подключения ПК к ПК

Для непосредственного соединения между собой двух компьютеров без коммутирующих устройств до недавнего времени использовался так называемый перекрёстный кабель (crossover cable). Особенностью данного кабеля является то, что обжим контактов с одной стороны кабеля осуществляется по схеме A, а с другой — по схеме B.

Надо заметить, что необходимость в таком кабеле в настоящее время может возникнуть только в том случае, когда соединяемые компьютеры имеют «стомегабитные» сетевые карты (то есть, если ПК довольно старые). Современные «гигабитные» сетевые карты обладают функцией Auto MDIX, которая позволяет соединять компьютеры с помощью любого типа кабеля.

2.5. Оптические волокна со ступенчатым профилем показателя преломления

Для того чтобы свет направлялся в стекле сердцевины волоконного световода со ступенчатым профилем показателя преломления благодаря полному внутреннему отражению, необходимо иметь показатель преломления n₁ стекла сердцевины немного больше показателя преломления n₂ стекла оболочки на границе раздела двух стеклянных сред. Если показатель преломления n₁ одинаков по всему поперечному сечению сердцевины, то говорят, что показатель преломления  имеет ступенчатый профиль, так как при переходе от стекла оболочки к стеклу сердцевины показатель преломления возрастает ступенеобразно и остается там неизменным. На рисунке 2.7 приведены ступенчатый профиль показателя преломления волоконного световода, а также распространение луча света с соответствующими углами. Такой волоконный волновод называется световодом со ступенчатым профилем показателя преломления или ступенчатым световодом. Этот тип волоконного световода легко изготовить. Однако в настоящее время он применяется довольно редко. Для того чтобы лучше проиллюстрировать распространение света в таком световоде, выбран нижеследующий пример (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 — Ход лучей в многомодовом оптическом волокне

Типичные размеры многомодового световода со ступенчатым профилем показателя преломления:

— диаметр сердцевины    2а = 100 мкм;

— диаметр оболочки       D = 140 мкм;

— показатель преломления сердцевины  n₁= 1,48;

— показатель преломления оболочки         n₂ = 1,46.

В этом случае для критического угла a_о  полного внутреннего отражения, то есть наименьшего угла к нормали падения, при котором луч света направляется в стекле сердцевины и не преломляется в стекле оболочки, справедливы

           sina_о=n₂/n₁=1,46/1,48 0,9865;              a_о  = 80,6o.                           (2.5.1)

Все лучи света, которые образуют угол с осью волоконного световода £ (90о — a_о) = 9,4о, распространяются в стекле сердцевины.

Когда свет вводится в стекло сердцевины снаружи (воздух n_o = 1), то следует учитывать закон преломления, так как свет может войти в оптическое волокно только в пределах определенного апертурного угла q. В таком случае справедливо

           ; q14,0о  .         (2.5.2)

Такой волоконный световод является многомодовым. Импульс света, распространяющийся в нем, состоит из многих составляющих, направляемых в отдельных модах световода. Каждая из этих мод возбуждается на входе волновода под своим определенным углом ввода и направляется по нему в пределах стекла сердцевины соответственно по различным траекториям движения луча. Каждая мода проходит разное расстояние оптического пути и поэтому приходит на выход световода в разное время. Наибольшее время прохождения соотносится с меньшим временем прохождения так же, как соотносятся показатели преломления стекла сердцевины и оболочки, и поэтому такое отношение имеет величину того же порядка, что и нормированная разность показателей преломления D, то есть выше 1%.

Эта модовая дисперсия может быть полностью исключена, если структурные параметры ступенчатого световода подобрать таким образом, что в нем будет направляться только одна мода, а именно – фундаментальная (основная) мода HE₁₁.

Однако основная мода также уширяется во времени по мере ее прохождения по такому световоду. Это явление называется хроматической дисперсией (раздел 5.3). Поскольку она является свойством материала, она, как правило, имеет место в любом оптическом световоде. По сравнению с дисперсией мод хроматическая дисперсия в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм относительно мала или отсутствует.

Чтобы описать размер (радиальную амплитуду поля) фундаментальной моды, был введен термин диаметр поля моды 2w_o (раздел 3.5). Для изготовления ступенчатого волоконного световода с малым затуханием, который направляет только фундаментальную моду в диапазоне длин волн более 1200 нм, диаметр поля моды 2w_o должен быть уменьшен до 10 мкм. Такой ступенчатый волоконный световод называется одномодовым оптическим волокном.

Здесь полезно отметить, что не только диаметр сердцевины, но и числовая апертура и вследствие этого также входная угловая апертура намного меньше, чем соответствующие параметры у многомодового ступенчатого световода, что делает относительно трудным введение света в одномодовый световод.

Если одномодовые световоды имеют изгибы или соединения, то размер диаметра поля моды является важным фактором, влияющим на характеристики затухания. Так, увеличение диаметра поля моды приводит к ухудшению пропускания света в изгибах, но уменьшает потери в разъемных и неразъемных соединениях.

2.1.1 Затухание

Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия распространяющегося в волокне сигнала, тем больше может быть расстояние между регенераторами или повторителями.
Потери оптической мощности по мере распространения света по волокну называются затуханием α,которое определяется отношением оптических мощностей на входе P_вх и выходе P_вых.
Для оценки таких величин по решению Международного Консультативного Комитета по Телеграфии и Телефонии (МККТТ) от 1971 г. используются логарифмические единицы с основанием 10 (десятичные логарифмы). Поэтому величина затухания α выражается в децибелах :

α=10lg(Pвх/Pвых),дБ

(2.1)

и называется коэффициентом затухания света в ОВ. Затухание оптической мощности на один километр длины l оптического волокна (погонное или удельное затухание) определяется коэффициентом полных потерь световой энергии в ОВ

[дБ/км]=α/l.

Рисунок 2.1 – Структура основных типов потерь в ОВ

Полное затухание в волокне определяется в виде суммы:

α=αсоб+αкаб=αрр+αпм+αпр+αкаб

(2.2)