| Похожие рефераты | Скачать .docx |
Реферат: Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия
Содержание:
Введение............................................................................................................................................................................................ 2
1. Обзор существующих принципов построения сетей.......................................................................... 3
1.1. Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС)................................................................................................ 3
1.2. Классификация ЛВС........................................................................................................................................................ 3
1.2.1. По расстоянию между узлами.......................................................................................................................... 3
1.2.2. По топологии........................................................................................................................................................... 3
1.2.3. По способу управления...................................................................................................................................... 4
1.2.4. По методу доступа................................................................................................................................................. 5
1.3. Структурированные кабельные системы (СКС).................................................................................................... 8
1.3.1. Хронология развития стандартов СКС........................................................................................................ 8
1.3.2. Витая пара............................................................................................................................................................... 11
1.3.3. Волоконно-оптический кабель...................................................................................................................... 12
1.3.4. Горизонтальная кабельная система........................................................................................................... 17
1.3.5. Рабочее место, телекоммуникационный шкаф...................................................................................... 19
1.3.6. Коммутационное оборудование.................................................................................................................. 20
1.3.7. Коннекторы............................................................................................................................................................ 30
1.3.8. Каблирование на основе волоконно-оптического кабеля............................................................... 34
1.4. Типы устройств Fast Ethernet................................................................................................................................. 35
2. Проект построения ЛВС на основе Fast Ethernet................................................................................ 38
2.1. Выбор топологии для проекта.................................................................................................................................. 38
2.2. Выбор оборудования для проекта.......................................................................................................................... 41
2.2.1. Коммутатор для Административного здания......................................................................................... 42
2.2.2. Коммутаторы для Гофрцеха 2 и Материального склада................................................................. 44
2.2.3. Концентраторы для Гофрцеха 1 и Печатного цеха............................................................................. 45
2.2.4. Сетевые адаптеры для серверов................................................................................................................ 46
2.2.5. Сетевые адаптеры для рабочих станций................................................................................................. 47
2.3. Выбор кабельной системы для проекта................................................................................................................ 48
3. Методика прокладки и монтажа кабеля, используемого в проектируемой ЛВС.......... 52
4. Методика расчета основных параметров оптического кабеля.............................................. 57
5. Оценка эффективности проекта и технико-экономические показатели......................... 72
5.1. Оценка экономического эффекта от внедрения проекта............................................................................... 72
5.2. Оценка стоимости внедрения проекта................................................................................................................... 73
5.3. Расчет срока окупаемости сети............................................................................................................................... 75
5.4. Основные техникоэкономические показатели.................................................................................................. 75
6. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности........................................................................... 76
6.1. Общие сведения................................................................................................................................................................. 76
6.2. Требования безопасности при эксплуатации лазерных изделий................................................................ 78
6.3. Требования по электробезопасности.................................................................................................................... 81
6.4. Организация рабочего места оператора ЭВМ................................................................................................... 81
7. Заключение......................................................................................................................................................................... 91
8. Литература........................................................................................................................................................................... 92
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.
1. Обзор существующих принципов построения сетей
1.1. 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.
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.
1.2.1. 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.
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
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.
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.
1.3. Структурированные кабельные системы (СКС)
1.3.1. Хронология развития стандартов СКС
До 1984 года здания проектировались практически без учета тех телекоммуникационных сервисов, которые должны были впоследствии функционировать в них. Появлявшиеся приложения передачи данных требовали применения специфических типов кабельных продуктов. Система IBM S/3X работала на твинаксиальных кабелях 100 0м, a Ethernet - на коаксиальных 50 0м. В то время как местные телефонные компании имели возможность монтировать свои кабельные системы для приложений передачи речи на стадии строительства здания, специалисты по установке систем передачи данных получали доступ на объект уже после того, как он был заселен. Инфраструктура подвергалась переделкам, зачастую за счет больших дополнительных затрат, и к неудовольствию конечного пользователя. В этот период речевые кабельные системы имели минимальную структуру. Типичная система в коммерческом здании строилась на основе неэкранированной витой пары, НВП (Unshielded Twisted Pair, UTP) с рабочими характеристиками, пригодными только для передачи речи, и имела конфигурацию "звезда". Количество пар, приходящих в ключевые точки варьировалось от 1 до 25.
Максимальные расстояния передачи сигналов и количество кроссовых коммутационных узлов определялись поставщиком сервиса или изготовителем активного оборудования.
Ранние типы кабельных систем, применявшихся для передачи данных в 60-е годы, основывались, как правило, на передаче несбалансированного сигнала по кабелю "витая пара" между хост-компьютерами и терминалами. Такой тип кабельной системы годился только для низкоскоростных коммуникаций, и, по мере того, как скорости передачи росли, ограничения, связанные с технологией передачи несбалансированного сигнала по кабелям "витая пара", стали слишком очевидными.
В середине 70-х годов компания IBM начала производство мэйнфреймов, которые использовали коаксиальный кабель с сопротивлением 93 0м. Создание несколькими годами позже устройства, часто называемого "балун" (BALUN - BALanced/UNbalanced), позволило использовать активное оборудование с коаксиальными интерфейсами в кабельных системах на основе витой пары.
Адаптер типа "балун" осуществляет конвертацию несбалансированного сигнала, передаваемого по коаксиальной среде, в сбалансированный сигнал, который может распространяться по кабелям "витая пара".
После возникновения технологии Ethernet вначале 80-х годов, коаксиальный кабель с сопротивлением 50 0м начал заполнять коммерческие здания. По мере расширения популярности Ethernet, ведущие производители, такие как Cabletron и Bay Networks (бывшая Synoptics), начали предлагать сетевые интерфейсные карты с модульными разъемами вместо коаксиальных коннекторов.
Эта высокоскоростная технология (10BASE-T) требовала применения первоклассного кабеля "витая пара", оптимизированного для передачи данных, который позднее был классифицирован как UTP категории 3.
В середине 80-х годов компания IBM разработала технологию Token Ring, определив в качестве передающей среды двухпарный экранированный кабель "витая пара" (ЭВП) 150 0м (Shielded Twisted Pair, STP). Однако, по мере расширения применения витой пары в сетевых приложениях передачи данных, как альтернатива STP была введена в употребление UTP в качестве передающей среды для приложений Token Ring 4 и 16 Мбит/с.
В течение этого периода пользователи были поставлены перед выбором нескольких типов передающих сред, которые включали в себя UTP, STP, коаксиал, твинаксиал, двойной коаксиал и оптическое волокно. Коннекторы, использовавшиеся с вышеперечисленными кабелями - модульные разъемы, универсальные коннекторы передачи данных (UDC), BNC, твинакс, DB9, DB15, DB25 и разнообразные оптические коннекторы. При приобретении конечным пользователем оборудования у нового производителя или при установке новой системы старая система обычно полностью была обречена на замену. Вместо извлечения ненужных теперь кабелей из телекоммуникационных трасс, они часто оставлялись на своем месте и новая кабельная система прокладывалась поверх старой. Зачастую старые кабельные трассы становились настолько захламленными, что приходилось создавать новые.
Для удовлетворения растущего спроса на телекоммуникационные кабельные системы, которые могли поддерживать различные приложения, производители создавали кабельные системы, которые поддерживали речевые приложения и специфические приложения передачи данных. Несмотря на появление таких тенденций, конечные пользователи все еще были вынуждены делать выбор среди множества кабельных систем от различных производителей. В некоторых случаях была возможна совместимость, в других ее не было. Отсутствие однородности и универсальности вынудило промышленность к разработке стандартов, которые бы гарантировали совместимость между продукцией различных производителей. Для удовлетворения этого требования в 1985 году
Ассоциация электронной промышленности (ЕIА) и Ассоциация телекоммуникационной промышленности (ТIА) организовали работу технических комитетов для разработки однородного семейства стандартов телекоммуникационных кабельных систем. Эти комитеты работали более 6-ти лет в направлении разработки первых упорядоченных стандартов телекоммуникационного каблирования, телекоммуникационных трасс и помещений. Разработанные стандарты получили распространение во многих странах и были выработаны дополнительные спецификации к разделам по администрированию, системам заземления, а также универсальные категории кабельных продуктов и соответствующих коннекторов для среды UTP/STP 100 0м. Работа над стандартами кабельных систем была продолжена новым изданием стандарта ANSI/TIA/EIA-568-A и находящимся в настоящее время на стадии публикации стандартом ANSI/TIA/EIA-568-B, а также выпуском международного стандарта универсальной кабельной системы ISO/IEC 11801 и европейского стандарта универсальной кабельной системы CENELEC EN 50173.
До 1991 года законодателями в телекоммуникационных кабельных системах были компании-производители компьютерной техники. Конечные пользователи зачастую оказывались в неприятном положении из-за противоречивших друг другу требований отдельных производителей по рабочим характеристикам систем и были вынуждены платить большие суммы за монтаж, настройку и эксплуатацию частных систем.
Промышленность средств телекоммуникаций признавала необходимость создания экономичной, эффективной кабельной системы, которая могла бы поддерживать наиболее возможно широкий спектр приложений и оборудования. ЕIА, ТIА и представительный консорциум ведущих телекоммуникационных компаний начали совместную работу по созданию стандарта на телекоммуникационные кабельные системы коммерческих зданий ANSI/EIA/TIA-568-1991 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard).
Дополнительные нормативные документы, описывающие требования и правила по проектированию и монтажу телекоммуникационных кабельных трасс и помещений, администрированию систем, спецификации кабельных компонентов и коммутационного оборудования, были выпущены вслед за ним. Стандарт ANSI/EIA/TIA-568-1991 был пересмотрен в 1995 году и в настоящее время носит название ANSI/TIA/EIA-568-A.
Целью указанных стандартов является описание структурированного каблирования - телекоммуникационной кабельной системы, которая может виртуально поддерживать любые приложения передачи речи, изображения и данных по желанию конечного пользователя.
В настоящее время по мере того, как все большее количество пользователей переходят к применению открытых систем, выпускаемое активное оборудование проектируется на основе положения, что кабельная часть информационной инфраструктуры соответствует требованиям стандартов, то есть является гарантированно надежной и способной обеспечивать определенные рабочие характеристики. К различным рискам, являющимися следствием нестандартных кабельных систем, можно отнести следующие - сетевые рабочие характеристики ниже определенных стандартами, повышенная стоимость внесения изменений в систему и неспособность системы поддерживать новые технологии. По мере распространения принципов структурированного каблирования стоимость устанавливаемого сетевого оборудования падала, а эффективность передачи данных росла с экспоненциальной зависимостью. Телекоммуникационная инфраструктура переросла в доступный инструмент бизнеса с широкими возможностями.
Структурированная кабельная система (СКС) является основополагающей базой на протяжении всего времени существования информационной сети. Это основа, от которой зависит функционирование всех деловых приложений. Правильно спроектированная, смонтированная кабельная система снижает расходы любой организации на всех фазах своей жизни.
По данным статистики несовершенные кабельные системы являются причиной до 70% всех простоев информационной сети. Монтируя СКС, созданную в соответствии с положениями стандартов, можно эффективно устранять значительную долю времени простоев.
Несмотря на то, что кабельная система, как правило, существует дольше большинства других сетевых компонентов, ее стоимость составляет небольшую часть общих инвестиций в информационную сеть. Таким образом, использование структурированной кабельной систем является весьма убедительным способом инвестирования в производительность любой организации или компании.
Кабельная система является компонентом сети с самым продолжительным временем жизни, дольше которого существует только каркас здания. Кабельная система, созданная на основе стандартов, гарантирует долговременное функционирование сети и поддержку многочисленных приложений, обеспечивая отдачу от инвестиций на всем протяжении ее существования.
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.
1.3.3. 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 |
Одномодовое волокно |
|
| MMF 50/125 градиентное волокно |
MMF 62,5/125 градиентное волокно |
SF 8/125 ступенчатое волокно |
| ЛВС(Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
ЛВС(Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) |
Протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM, магистрали SDH) |
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.
1.3.4. Горизонтальная кабельная система
Горизонтальная кабельная система начинается телекоммуникационной розеткой на рабочем месте и заканчивается горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу. Она включает в себя: розетку, горизонтальный кабель, точки терминирования и пэтч-корды (кроссировочные перемычки), представляющие собой горизонтальный кросс.
Горизонтальная кабельная система должна иметь топологическую конфигурацию "звезда". Каждое рабочее место соединено непосредственно с горизонтальным кроссом (НС) в телекоммуникационном шкафу (ТС). Максимальная протяженность любого горизонтального кабельного сегмента не должна превышать 90 м независимо от типа используемой передающей среды.
Горизонтальные кабели по своему количеству занимают первое место во всем объеме кабельных сегментов телекоммуникационной инфраструктуры здания. Несмотря на то, что стандарт Е1А/Т1А 568 суживает круг возможных вариантов кабельной продукции, одним из основных моментов при планировании СКС является правильный выбор типа передающей среды для обеспечения поддержки вероятных изменений в будущем. Применяемый тип кабеля должен служить более одного планируемого периода развития телекоммуникационной сети. В горизонтальной подсистеме стандартом 586 разрешается использовать следующие типы передающих сред:
1. Кабель UTP 4 пары, 100 ом
2. Многомодовое оптическое волокно 62,5/125 мкм
3. Кабель STP-A 2 пары,150 ом
4. Коаксиальный кабель 50 ом
Коаксиальный кабель 50 0м признается стандартом '568 в качестве передающей среды, но не рекомендуется для новых систем. Разрешается монтаж дополнительных коаксиальных розеток. Такие розетки являются дополнением и не могут заменять минимально требуемые стандартом.
Компоненты, предназначенные для поддержки специфических приложений (например, всевозможные типы адаптеров и конверторов), не могут быть использованы в качестве элемента горизонтальной кабельной системы. При необходимости они должны располагаться вне по отношению к телекоммуникационной розетке или горизонтальному кроссу. Это требование стандарта имеет своей целью обеспечение максимальной универсальности кабельной системы и ее независимость от конкретных приложений и интерфейсов.
Одной из основных проблем "медных" кабельных систем является их подверженность воздействию электромагнитных помех. По этой причине стандарт '568 предписывает при проектировании кабельных систем учитывать расположение потенциальных источников помех. Конкретные спецификации по разделению кабельных инфраструктур и источников помех определены в стандарте ANSI/EIA/TIA-569.
При каблировании открытых офисных пространств часто применяется плоский 4-парный подковровый кабель. Место сопряжения такого кабеля и круглого распределительного кабеля, приходящего от горизонтального кросса, носит название "переходной точки" (ТР -Transition Point). Стандарт допускает применение одной переходной точки между различными формами одного типа кабеля на одном сегменте горизонтального кабеля.
Стандарт запрещает использование в горизонтали шунтированных отводов, (то есть появление одних и тех же пар кабеля на нескольких телекоммуникационных розетках, или, говоря простым языком, - запараллеливание линий), а также использование муфт для металлических кабелей. Необходимость использования муфт в горизонтальных сегментах, длина которых не может превышать 90 м, необоснованна, в то время как их наличие может значительно ухудшать рабочие передающие характеристики горизонтальной линии.
В случае волоконно-оптических систем установка муфт разрешена, но рекомендуется ограничить их применение телекоммуникационным шкафом. Как правило, муфты в волоконно-оптических системах и применяются в телекоммуникационных шкафах при терминировании распределительных волоконно-оптических кабелей так называемыми шнурами pig-tail. Эта технология позволяет осуществлять переход и подключение распределительных кабелей, содержащих в себе волокна, как правило, небольшого размера (диаметр буфера ~ 250 мкм) с коннекторами, требующими терминирования волокна с буферами большего размера (~ 900 мкм). Шнур pig-tail представляет собой короткий отрезок волоконно-оптического кабеля длиной около 1-3 м, терминированный в заводских условиях коннектором. Соединение распределительного кабеля и шнура pig-tail осуществляется с помощью, как правило, сварной муфты, обеспечивающей высококачественный переход с низкими потерями порядка 0,01 - 0,1 дБ.
При каблировании рабочих мест стандарт '568 для обеспечения минимального универсального сервиса конечному пользователю предписывает устанавливать, как минимум, две телекоммуникационные розетки на каждом индивидуальном рабочем месте. Число розеток (2) было выбрано на основании среднестатистической конфигурации современного телекоммуникационного сервиса - телефония и приложения передачи данных (ЛВС). Одна из двух розеток по требованию стандарта должна быть совместима с 4-парным кабелем UTP 100 0м (категории 3 или выше), а вторая - или с 4-парным кабелем UTP 100 0м (рекомендуется категория 5), или с 2-парным кабелем STP-A 150 0м или с многомодовым волоконно-оптическим кабелем 62,5/125 мкм. Если в горизонтальной кабельной системе были применены экранированные компоненты, требующие подсоединения к телекоммуникационной системе заземления, стандарт требует, чтобы эта система заземления отвечала соответствующим строительным нормативам, а также стандарту ANSI/TIA/EIA-607. Поскольку в различных регионах и странах могут действовать местные национальные нормативы по заземлению, приведенное выше требование стандарта можно трактовать следующим образом:"... система заземления должна отвечать соответствующим строительным нормативам, а также местным и национальным нормативам и инструкциям по системам заземления".
1.3.5. Рабочее место, телекоммуникационный шкаф
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.
1.3.6. 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 типа 66М.
Самым первым терминационным блоком, нашедшим применение в телекоммуникационных системах, был коммутационный блок типа 66. Этот вид конструкции использовался на протяжении десятилетий и на сегодняшний день его роль в телефонной промышленности весьма значительна.
Существует несколько видов блоков 66, но наиболее распространенным является 66М 1-50. Этот блок имеет 50 горизонтальных рядов контактов для терминирования проводников. Каждый ряд состоит из четырех вилкообразных контактных ножей. Каждый такой контакт, носящий название "вилка", штампуется из одного куска металла. Четыре вилки в каждом ряду сгруппированы в две группы 1-2 и 3-4, в котором каждая пара контактов соединена механически и электрически. Некоторые варианты блоков 66М имеют все четыре контакта соединенными, а некоторые - все четыре независимыми друг от друга. Горизонтальные или магистральные кабели прокладываются под монтажными рамами блоков 66, а затем выходят на внешнюю сторону через специальные проемы в монтажных рамах. Внешняя оболочка кабеля удаляется. Пары разводятся в соответствии с цветовой кодировкой и укладываются в щели, расположенные на боковых сторонах блока и соответствующие определенному контакту. Как правило, проводники пары проходят через щель, расположенную выше контакта, а затем заходят в его нож. Контакт оборудован крюком для облегчения фиксации проводника во время терминирования. Боковые щели служат только для позиционирования проводников - они не обеспечивают ни крепления, ни ослабления натяжения проводников. После раскладки и фиксации проводников они терминируются в коннекторах с помощью специального терминирующего инструмента.
Блок 66 имеет маркировку "ВЕРХ" ("ТОР") для ориентации при монтаже. Все проводники кабеля должны быть терминированы вне зависимости от их дальнейшего использования. Если же по каким-либо причинам необходимо терминировать число пар меньшее, чем число пар в кабеле, лишние пары должны быть подрезаны до уровня края внешней оболочки кабеля или немного глубже.
Блоки 66 предназначены для терминирования одножильных медных проводников размером от 20 до 26 AWG в пластиковой изоляции. Использование многожильных проводников не рекомендуется. При терминировании проводник запрессовывается в щель между двумя лезвиями контакта с помощью специального терминирующего инструмента, изоляция разрезается (смещается) и создается вакуумноплотный контакт между медным проводником и коннектором из фосфорной бронзы. Пружинное действие луженого коннектора удерживает проводник. Терминирующий инструмент также удаляет и излишек проводника. Допускается терминирование только одного проводника в одном коннекторе. После удаления проводника из контакта контакт может быть использован повторно при условии, что вновь терминируемый проводник будет такого же или большего размера. Использование проводников размером меньше допустимого, многократное использование коннектора и терминирование двух проводников в одном коннекторе рано или поздно приведет к деградации качества контакта.
Технология развития пары при терминировании и длина развития пары создают проблему использования высших категорий рабочих характеристик, таких как категория 5. Коммутирующие клипсы, представляющие из себя (с точки зрения технологий высокочастотной передачи сигнала) довольно крупные металлические объекты, также могут вносить значительный вклад в деградацию согласования импеданса и переходного затухания на высоких частотах. По этой причине стандартные блоки 66М не пригодны для работы с категориями выше категории 3.
Некоторые производители предлагают блоки 66 с низкими уровнями NEXT, способные работать в системах категории 5. Стандартный метод разводки проводников "один проводник на щель" создает высокие уровни перекрестных помех даже на специальных блоках категории 5. Для обеспечения соответствия требованиям высокоскоростных технологий пары укладываются в щели целиком без развития проводников и укладки их в две щели. Этот метод позволяет поддерживать пары неразвитыми на минимальное расстояние от точек терминирования. Единственным незначительным недостатком такой технологии является затрудненное чтение цветовой кодировки терминированных проводников.
Существует версия блока 66, подобная блокам с telco-коннекторами, но выполненная на основе 8-позиционных модульных гнезд.
Гнезда монтируются на боковых сторонах блока группами по 4. Такой тип блока устраняет необходимость использования дополнительной пэтч-панели для подключения к кабельной системе активного оборудования с однопортовыми модульными коннекторами. При использовании таких систем нужно удостовериться в том, что конкретный блок специфицирован для работы с высокоскоростными приложениями. Проводники и пары, соединяющие модульные гнезда и контакты блока, могут не обладать достаточным уровнем рабочих характеристик. В этом случае блок не может быть использован в системах категорий 4 и 5.
Для монтажа блоков 66М используются несколько методов. Наиболее распространенным является непосредственное крепление на специальных настенных панелях. Обычно такие панели изготавливаются из листа фанеры или ДСП размерами 2,5 м х 1,5 м х 2 см, крепятся к стене и покрываются огнеупорными красителями светлого цвета. Блок 66, как правило, состоит из двух частей - передней, содержащей контакты и монтажные щели, и монтажной рамки, крепящейся на стенной панели. После монтажа рамки на стене блок 66 устанавливается на нее и фиксируется с помощью защелок, являющимися частью рамки. В блоках с подсоединенными конекторами коннекторы, как правило, монтируются на рамке и блок может быть установлен только как единое целое. Кроме монтажа на стенных панелях, блоки 66 могут устанавливаться на монтажных металлических рамах. Рамы затем могут монтироваться на настенных панелях или в стандартных аппаратных стойках размером 19". Цветовое кодирование блоков 66 следующее: общая цветовая схема разбита на пять 5-парных групп. Каждая группа имеет собственный первичный цвет, одинаковый для всех пар в группе. Первичные цвета по порядку - белый, красный, черный, желтый и фиолетовый (или пурпурный) имеют сокращенные обозначения W, R, ВК, Y, V (или Р). Могут встречаться и такие сокращения - WHT, RED, BLK, YEL и VIO или PUR. Например, первая труппа проводников имеет проводник белого цвета в каждой паре; второй проводник окрашен во вторичный цвет. Вторичные цвета - голубой, оранжевый, зеленый и серебристо-серый имеют сокращенные обозначения -BL, О, G, BR и S (или ВШ, ORG, CRN, BRN и SLT). Следует отметить, что в соответствии с TIA 568-А используются сокращенные аббревиатуры (первая буква цвета или две буквы, где это необходимо).
Каждый проводник в паре имеет спиральную или кольцевую полоску на оболочке цвета парного ему проводника. Пары идентифицируются по их первичному и вторичному цветам. Таким образом, первая пара в первой группе - W/BL ("бело-голубая" или "white-blue") и состоит из белого проводника с голубой полосой и голубого проводника с белой полосой. Проводник, окрашенный первичным цветом, всегда терминируется первым (в блоке 66 сверху вниз).
Коммутационные блоки типа 110
Широко используемый терминационный блок типа 110 применяется сравнительно недавно – около двух десятилетий. Как альтернатива старым системам, система 110 была разработана для высоких плотностей терминирования проводников и лучшего разделения "входящих" и "выходящих" кабелей. Кроме этого, система 110 имеет большое значение, потому что ее 4-парные коннекторы используются в большинстве пэтч-панелей и розеточных модулях, выпускаемых различными производителями.
Система 110 состоит из двух базовых компонентов - коммутационного блока 110 и коннектора 110С. Коммутационный блок 110 – это штампованный монтажный пластиковый узел с горизонтальными индексированными гребенками, на каждой из которых укладываются и фиксируются 25 пар проводников. Блоки изготавливаются различной емкости - 50, 100, 200 и 300 пар. 100-парный блок имеет четыре горизонтальные гребенки, ЗОО-парный - 12. Блок 110А имеет свободное пространство глубиной 80 мм под монтажной рамкой для укладки кабелей и используется в стандартных приложениях. Блок 110D выпускается в низкопрофильном исполнении со свободным пространством глубиной 30 мм для специальных приложений. Блок 110Т с размыкателем линии обеспечивает возможность разрывать линию при тестировании ее в любом направлении. Между гребенками оставлено пространство для аккуратной раскладки терминируемых проводников. Сам коммутационный блок не создает электрического контакта с проводником, а только надежно фиксирует его. После распределения и фиксации пар кабеля они терминируются с созданием электрического контакта путем посадки коннектора 110С в гребенку блока.
Коннектор 110С представляет собой цельнопластиковый узел, в котором расположены луженые металлические контакты, предназначенные для терминирования проводников размером 22, 24 и 26 AWG с помощью технологии IDC. Коннекторы изготавливаются в 3-, 4-и 5-парных конфигурациях и крепятся на коммутационном блоке с помощью замкового механизма. Верхний край коннектора 110С используется для терминирования кроссировочных проводников или, иногда, других кабелей, или для подключения адаптеров. Коннектор имеет систему цветового кодирования, облегчающую раскладку проводников и их терминирование. Кроссировочные проводники представляют собой пары в изоляции без внешней оболочки. Система 110 предназначена для работы с изолированными проводниками размером от 22 до 26 AWG, Коннекторы 110 предназначены для терминирования только одножильных проводников.
Система 110 используется для терминирования многопарных станционных кабелей и создания кросс-соединений с другими точками терминирования. В типичной ЛВС-инсталляции может быть смонтировано несколько настенных или стоечных блоков 110, соединенных с пэтч-панелями кроссировочными кабелями. Существуют рамные узлы 110 с заранее терминированными 25-парными кабелями. На другом конце этих кабелей установлены 50-контактные telco-коннекторы, с помощью которых можно осуществлять подключение к активному сетевому оборудованию, телефонным коммутаторам и другим устройствам с многопортовыми выходами. В общем случае, система 110 может работать в сетях категории 5. Это свойство обеспечивается за счет небольших размеров коннектора 110 и возможности поддерживать целостность витков пары практически до самой точки терминирования,
Коммутационный блок 110 является важной составной частью многих розеточных модулей и пэтч-панелей. Он обладает преимуществами простоты использования в дополнение к способности создавать высококачественный контакт. Главным недостатком блока 110 является расположение контактов в одном ряду, что делает его шире некоторых других систем IDC. Это мешает близкому расположению гнезд на одной плате розетки. Некоторые производители пэтч-панелей решают эту проблему расположением гребенок 110 в два ряда, от которых пары расходятся к гнездам,
Система цветового кодирования блоков 110 аналогична схеме для блоков 66. К преимуществам блоков 110 можно отнести наличие цветовых маркеров, нанесенных на верхний край гребенки коннектора 110, что значительно облегчает раскладку проводников и снижает вероятность ошибок при терминировании.
Прочие коммутационные системы
Две коммутационные системы используются во многих инсталляциях. Это - система BIX от NORDX/CDT (бывший Nortel Northern Telecom) и KRONE. Обе обеспечивают функциональность, эквивалентную системе 110, и значительно более лучшую, чем старая система 66.
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.
Коммутационные панели (пэтч-панели)
Пэтч-панели (или панели переключения) предназначены для обеспечения гибких соединений между горизонтальными или магистральными кабелями и портами активного оборудования в телекоммуникационных шкафах. Пэтч-панели имеют модульные гнезда, аналогичные гнездам телекоммуникационных розеток или активного оборудования. В качестве портов активного оборудования ЛВС наиболее часто используются 8 -позиционные модульные гнезда, поэтому удобно соединять порт активного оборудования и порт пэтч-панели с помощью модульного аппаратного шнура (или пэтч-корда).
Пэтч-панели более удобны для использования по сравнению с технологией терминирования, используемой в коммутационных блоках, особенно для конечных пользователей, поскольку каждое гнездо на пэтч-панели однозначно соответствует розетке на рабочем месте.
Коннекторы на пэтч-панелях располагаются в соответствии с проектом производителя, и можно встретить как коннекторы, расположенные через одинаковые интервалы, так и расположенные группами по 4 или 6. Как правило, нумеруются коннекторы в соответствии с порядком их следования на пэтч-панели, но почти всегда предусматривается возможность альтернативной маркировки портов.
Пэтч-панели поддерживают стандартные схемы разводки (Т568А и Т568В). Можно использовать пэтч-панель со схемой разводки Т568А для реализации схемы B, но в таком случае необходимо произвести реверсирование пар на коннекторе и, кроме того, при таком подходе резко возрастает вероятность ошибок в коммутации вследствие внесенной путаницы.
Стандартные пэтч-панели, в общем случае, используют один из видов контакта со смещением изоляции (IDC) на задней части панели для терминирования магистральных или горизонтальных кабелей. Существует две основные конструкционные версии пэтч-панелей.
Первая - панели, использующие или группы коннекторов с общим терминационным блоком или индивидуальные коннекторы с собственными точками терминирования, расположенными на обратной их стороне. Вторая - панели с многопортовыми коннекторами, предназначенные в основном для специальных приложений.
Технология терминирования пэтч-панелей идентична терминированию коннекторов телекоммуникационных розеток на рабочем месте или коммутационных блоков. Существуют пэтч-панели, использующие отдельные контакты IDC, блоки 110, блоки 66, блоки BIX и блоки KRONE. Каждый метод обладает своими преимуществами и недостатками и, как правило, выбор зависит от личного отношения компании-монтажника. Следует отметить, что использование стандартных блоков 66, в общем, не рекомендуется в высокоскоростных кабельных системах, в особенности в системах с характеристиками выше категории 3. Использование современных блоков категории 5 можно рекомендовать при условии наличия сертификата UL.
Пэтч-панели, с точки зрения стандартов, относятся к разряду коммутационного оборудования и должны обладать определенным категорийным рейтингом рабочих характеристик для обеспечения функционирования соответствующих приложений. Большинство современных панелей специфицированы для работы с компонентами категории 3, 4 или 5. Стандарт TIA 568-А и другие кабельные стандарты требуют, чтобы все коммутационное оборудование имело маркировку категории его рабочих характеристик. В качестве маркировки определены следующие обозначения "Category п" или "Cat п", где п - номер категории, 3, 4 или 5. Допускается обозначение "С" с расположенным внутри номером категории. При отсутствии маркировки можно считать панель не категорийной и не пригодной для высокопроизводительных кабельных систем.
К числу наиболее вероятных проблем, связанных с использованием пэтч-панелей, можно отнести организацию терминируемых кабельных потоков и подключаемых пэтч-кордов. Для решения подобных проблем существует огромное разнообразие специальных приспособлений для управления кабельными потоками, так называемых кабельных органайзеров. Некоторые пэтч-панели выпускаются с интегрированными органайзерами и устройствами компенсации натяжения кабелей, как с обратной, так и с внешней стороны. На боковых сторонах аппаратных стоек могут монтироваться боковые вертикальные органайзеры, упрощающие организацию кабелей и пэтч-кордов, проходящих от одной пэтч-панели к другой. Для организации кабелей между стойками используются кабельные лотки и лестницы (открытые лотки с поперечными перекладинами), соединяющие верхние части стоек. В крупных телекоммуникационных шкафах и аппаратных могут быть использованы телекоммуникационные трассы под фальшполами.
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.
Волоконно-оптическое коммутационное оборудование и пэтч-корды
В волоконно-оптических линиях часто используются пэтч-панели и пэтч-корды в телекоммуникационных шкафах. По своей природе любое волоконно-оптическое межсоединение почти всегда является фактом коммутации, так как требуется поддержание непрерывности пути прохождения светового потока. Оптические кабели, приходящие от рабочих станций или из других телекоммуникационных шкафов, обычно терминируются в специальных боксах, позволяющих защитить оптическое волокно от случайных повреждений. Терминационные боксы могут служить и в качестве точек коммутации небольшого числа соединений, а для крупных систем применяются выделенные коммутационные кроссы, обслуживающие все входящие и выходящие волоконно-оптические кабели.
Оптические пэтч-панели, сконструированные в соответствии с требованиями стандарта TIA 568-А, используют точно такие же пассивные дуплексные адаптеры SC, которые применяются в телекоммуникационных розетках на рабочем месте. Волокна оптических кабелей терминируются непосредственно коннекторами SC (или другим типом) без прохождения через какое-либо промежуточное устройство, такое как, например, коммутационный блок в медном каблировании.
Волоконно-оптическая пэтч-панель состоит из матрицы дуплексных адаптеров SC или гибридных адаптеров. Если во всей системе, включая волоконно-оптические хабы, репитеры или сетевые адаптеры, используются рекомендуемые волоконные коннекторы SC, матрица адаптеров формируется из SC-адаптеров. Однако иногда требуется конвертирование соединений между различными типами коннекторов. Существуют сотни типов сетевого оборудования с волоконно-оптическими интерфейсами, использующими разнообразные типы коннекторов, такие, как, например, популярные коннекторы ST или SMA. На протяжении нескольких лет еще понадобится конверсия между различными типами коннекторов. В Приложении F стандарта TIA 568-А предписывается переход на систему коннекторов SC. Причиной выбора коннектора SC в качестве рекомендуемого стандартом послужила его прямоугольная конструкция, позволяющая осуществлять быстрое подключение и отключение и легкость компоновки поляризованных пар коннекторов (дуплексных коннекторов).
Для реализации перехода от другого типа коннектора на коннектор SC необходимо использовать гибридный адаптер или конвертирующий кабель. Гибридный адаптер является пассивным переходником, соединяющим два разнородных коннектора, а конвертирующий кабель просто имеет разные коннекторы, установленные на противоположных его концах. Другие типы коннекторов, как правило, не имеют интегрированного свойства поляризации, поэтому при коммутации приходится уделять внимание тому, какой из коннекторов в дуплексной линии должен подключаться к приемнику, а какой - к передатчику.
Эти пэтч-корды обычно изготавливаются из гибкого дуплексного волоконного кабеля, довольно часто носящего название "zip cord", так как они сходны по внешнему виду с бытовыми электрическими шнурами с таким же именем. Так как волокна всегда коммутируются парами, двухволоконная конструкция кабеля создана так, что кабель легко разделяется на две части.
Для соединения двух коннекторов SC в один модуль применяется дуплексный замок. Волоконные коннекторы, соединенные таким образом, ориентированы точно в соответствии с ориентацией адаптеров. Таким образом, коннекторы А и В будут однозначно вставлены в адаптер на свои места. Существует две ориентации коннекторов в волоконно-оптических пэтч-кордах - АВ и ВА. На самом деле, не имеет значения, какая ориентация используется на разных концах пэтч-корда при условии, что она реверсирована и полярность волокна меняется при переходе от одного конца к другому. Адаптеры и коннекторы могут иметь цветовую кодировку, например, красный или белый цвет, что помогает при монтаже и впоследствии при соединении. Стандарт TIA не определяет специальные цвета. Следует помнить, что позиции А и В не определяют направление распространения оптического сигнала, а просто служат маркировкой, подобной номерам коннекторов в обычном медном коннекторе. Принцип коммутации сегментов в оптической линии заключается в следующем - сколько бы ни было задействовано в линии кабельных сегментов, адаптеров и коннекторов, сигнал, начавший свое путешествии по линии с позиции А на одном конце, должен прийти в позицию В на другом. Это делается для создания переходов передатчик-приемник, обеспечивающих функционирование линии.
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).
Терминирование модульных коннекторов
Процедура терминирования кабеля модульной вилкой заключается в следующем. Оболочка кабеля удаляется на расстояние как минимум 20 мм от конца проводников. Пары раскладываются в том порядке цветов, который соответствует выбранной схеме разводки (например, 1-2, 3-6, 4-5 и 7-8).
Цвет первых двух пар зависит от выбранной схемы - Т568А или Т568В. Концу оболочки кабеля придается плоская форма для обеспечения возможности расположения пар в один ряд. Пары развиваются вплоть до края оболочки кабеля. Проводники раскладываются таким образом, чтобы формировался плоский слой из параллельно расположенных проводников. Проводник 6 должен пересекать проводники 4 и 5 так, чтобы кроссовер находился на расстоянии не более 4 мм от края оболочки кабеля.
Проводники подрезаются на расстояние около 14 мм от края оболочки кабеля. Вилка помещается на проводники так, что они проходят до терминационных каналов в вилке, а оболочка кабеля заходит в вилку, по крайней мере, на расстояние 6 мм. Вилка обжимается с помощью специального обжимного инструмента. После терминирования обоих концов кабеля, он проверяется на непрерывность и схему разводки.
Волоконно-оптические коннекторы
Данное руководство по волоконно-оптическим коннекторам дает краткое описание наиболее распространенных типов коннекторов, доступных для использования с любым типом волоконно-оптического кабельного узла.
ST-совместимый . Коннектор небольшого размера с замковым байонетом для простого соединения и рассоединения. Жесткое соединение. Предлагается в многомодовом и одномодовом вариантах. Полностью совместим с существующим ST-оборудованием.
Применяется для систем обработки данных, телекоммуникаций и локальных сетей, измерительной аппаратуры и других приложений. Имеет низкий показатель потерь на переходе и при отражении.
SMA . Коннектор небольшого размера с фиксирующей гайкой типа SMA. Жесткое соединение. Используются с многомодовыми кабелями в устройствах связи передачи данных, таких как локальные сети и сети для обработки данных, в измерительной аппаратуре. Имеет низкий показатель потерь на переходе. Полностью совместим с существующим SMA-оборудованием.
Biconic (двухконусный). Коннектор небольшого размера с винтовой резьбой, колпачком и пружинным замковым механизмом. Имеет низкий показатель потерь на переходе и при отражении. Совместим со всем оборудованием Biconic.
Escon (торговая марка IBM). Совместим с оборудованием IBM Escon. Существует в одномодовом и многомодовом вариантах.
FDDI. Дуплексная волоконно-оптическая система коннекторов с керамической манжетой, полностью совместимая с стандартом ANSI FDDI PMD. Применяется в устройствах связи передачи данных, включая магистральные линии связи FDDI, IEEE 802.4. Жесткое соединение, с замковым механизмом. Имеет низкий показатель потерь на переходе.
FC. Модульный коннектор, разработанный для упрощения процедуры терминирования. Совместим с оборудованием NTT-FC и NTT-D3. Жесткое резьбовое соединение. Существует в одномодовом и многомодовом вариантах. Применяется в телекоммуникациях, сетях обработки данных, в измерительной аппаратуре. Имеет низкий показатель потерь на переходе и при отражении.
D4 . Совместим с оборудованием NTT-D4. Имеет ключ на манжете для надежного соединения. Износоустойчивая конструкция, дающая возможность продолжительного использования. Имеет низкий показатель потерь на переходе и при отражении.
SC . Квадратный профиль, обеспечивающий высокую плотность конструкции. Функция "тяни-толкай" облегчает соединение. Существует в одномодовом и многомодовом вариантах. Имеет низкий показатель потерь на переходе и при отражении.
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 технологии терминирования коннектора
Технология сушки эпоксида в печках. Коннекторы, предназначенные для сушки в печке, используют эпоксидную смолу для фиксации волокна в фильере манжеты. Этот тип монтажа является одним из наиболее надежных на сегодняшний день, но требует использования печки, и, соответственно, источника питания в помещении монтажа.
Быстрофиксируемые коннекторы
Адгезивная технология с ультрафиолетовым отверженцем. В данном технологическом процессе используется адгезив, затвердевающий при облучении ультрафиолетовым излучением. Время фиксации коннектора составляет менее одной минуты и коннектор после обработки ультрафиолетом не нагревается и готов к полировке. Кроме этих преимуществ, УФ-лампа довольно легкая и может питаться от сети переменного тока и от аккумуляторов.
Адгезивная технология с горячим плавлением. При данной технологии коннектор заранее заполняется адгезивом и нет необходимости готовить и смешивать эпоксидную смолу. Коннектор нагревается, волокно вставляется в него, а затем коннектор охлаждается. После этого производится полировка в один этап.
Анаэробная адгезивная система. Анаэробный адгезив застывает при отсутствии кислорода. Адгезивом заполняется фильера манжеты коннектора, а затем вставляется волокно. Так как воздух вытесняется из фильеры волокном, адгезив застывает. Технология не требует использования печей, нагревателей, а также источников электропитания. Для завершения процедуры терминирования производится полировка коннектора.
Технология терминирования коннекторов без применения процессов полировки и застывания адгезива
Система CamLite (Siecor). Коннектор CamLite использует при терминировании уникальную - безадгезивную и безполировочную технологию. Отрезок волокна устанавливается в манжете коннектора и конец манжеты полируется в производственных условиях. Другой конец куска волокна прецизионно скалывается и помещается в патентованный позиционирующий механизм. Таким образом, при монтаже в полевых условиях необходимо только сколоть конец волокна и вставить его в муфту. Полировка не требуется и качество контакта гарантировано.
Технология обжима коннекторов
Система LightCrimp (АМР). Коннектор LightCrimp использует при терминировании безадгезивную и безэпоксидную технологию. Волокно в буферной оболочке фиксируется в коннекторе с помощью трех сфер, расположенных в корпусе коннектора. При обжиме сферы деформируются под воздействием инструмента и удерживают волокно на месте. После процедуры обжима волокно, выступающее из манжеты, скалывается, и коннектор быстро полируется.
Система CrimpLok (ЗМ). Коннектор CrimpLok использует при терминировании безадгезивную и безэпоксидную технологию. Волокно без буферной оболочки фиксируется в коннекторе с помощью обжима в прецизионном позиционирующем металлическом элементе. После процедуры обжима волокно, выступающее из Манжеты, скалывается, и коннектор быстро полируется.
1.3.8. Каблирование на основе волоконно-оптического кабеля
Приведенные ниже спецификации по волоконно-оптическому каблированию состоят из одного признанного типа кабеля для горизонтальных подсистем и двух типов кабеля для магистральных подсистем. Горизонтальные - многомодовое волокно 62,5/125 мкм (два волокна на одну розетку). Магистральные - многомодовое волокно 62,5/125 мкм или одномодовое волокно. Все компоненты волоконно-оптических систем, а также методы монтажа должны отвечать требованиям соответствующих строительных нормативов и нормативов безопасности.
Волоконно-оптические кабели. Горизонтальные кабели должны содержать не менее 2-х волокон. Это требование связано с необходимостью обеспечения минимальной конфигурации линии приемник-передатчик, так как современные технологии передачи информации по оптическому волокну используют симплексный метод. Обычно в магистральном каблировании используются кабели с числом волокон, кратным 6 или 12 (американский стандарт), или 4 (европейский стандарт).
Многомодовое волокно 62,5/125 мкм должно обладать градиентным показателем преломления.
Для одномодового волокна спецификации стандарта определяют диаметр ядра от 8,7 до 10 мкм и внешний диаметр демпфера 125 мкм. Номинальный полевой модальный диаметр должен составлять от 8,7 до 10,0 мкм с допуском ± 0,5 мкм на длине волны 1300 нм при измерении в соответствии с требованиями стандартов ANSI/EIA/TIA-455-164 (Far Field Scanning) или ANSI/EIA/TIA-455-167 (Variable Aperture Method in the Far Field).
Кабель должен быть маркирован в соответствии с применимыми электрическими нормативами.
Соединение волоконно-оптических кабелей. Рекомендуемый стандартом тип адаптера и коннектора - 568SC (дуплексный SC). С кабельной стороны пэтч-панели и телекоммуникационной розетки допускается использование как симплексного, так и дуплексного коннекторов. Если применяются коннекторы типа SC, пользовательской стороной пэтч-панели и телекоммуникационной розетки должен быть адаптер 568SC. Применение коннекторов ST допускается там, где уже существует ранее установленная база ST.
Коннекторы и адаптеры типа ST считаются устаревшей технологией и не рекомендуются для использования в новых системах.
Для двухволоконных приложений требуются пэтч-корды, терминированные коннекторами 568SC (дуплексные SC). Идентификация типов волокна в коннекторах 568SC по требованию стандарта должна быть следующей: многомодовые коннекторы и адаптеры должны быть бежевого цвета: одномодовые коннекторы и адаптеры должны быть голубого цвета. Две позиции в дуплексном коннекторе обозначаются как "позиция А" и "позиция В". Адаптер 568SC обеспечивает логический кроссовер позиций А и В двух коннекторов.
Стандарт регламентирует некоторые эксплуатационные свойства волоконно-оптических коннекторов и адаптеров. Минимальное число циклов коммутации коннектора 568SC должно составлять 500. Волоконно-оптическая розетка должна обеспечивать следующее:
защиту оптических волокон от внешних воздействий; средства укладки кабеля, гарантирующие поддержание минимального радиуса изгиба 30 мм; механизм для хранения запаса волоконно-оптического кабеля не менее 1 м.
Нетерминированные волокна должны храниться в монтажной коробке телекоммуникационной розетки.
Монтаж волоконно-оптического коммутационного оборудования.
Коммутационное оборудование для оптического волокна должно обладать способностью к терминированию не более 144 оптических волокон на 14 rms (rms - rack mount space, единица измерения монтажного пространства в аппаратных стойках, 1 rms = 1+3/4" или 44,45 мм) в стойках или на участке стены площадью 0,6 м х 0,6 м. Должно быть обеспечено место для размещения 12 или более волокон на 1 rms в стойках. Коннекторы должны быть защищены от физического повреждения и влаги. Волоконно-оптические пэтч-корды должны быть изготовлены из двухволоконного кабеля того же типа, что и сегменты волоконной кабельной системы, которые они коммутируют, должны обеспечивать простое соединение и рассоединение и гарантировать сохранение полярности волоконно-оптической линии. Для сохранения полярности линии пэтч-корды должны выполнять логический (а не физический) кроссовер волоконных позиций А и В. Если используется двойная симплексная конфигурация, на концах волокна коннекторы должны иметь метки "А" и "В".
1.4. Типы устройств Fast Ethernet
MII интерфейс – обеспечивает связь между подуровнями согласования и физического кодирования. Основное его назначение – упростить использование разных типов среды. MII интерфейс предполагает дальнейшее подключение трансивера Fast Ethernet. Для связи используется 40-контактный разъем. Каждый трансивер должен использовать свой собственный набор схем кодирования, наилучшим образом подходящий для соответствующего физического интерфейса, например набор 4B/5B и NRZI для стандарта 100Base-FX.
Трансивер – это двухпортовое устройство, имеющее с одной стороны, MII интерфейс, с другой – один из средозависимых физических интерфейсов (100Base-FX, 100Base-TX или 100Base-T4). Трансиверы используются сравнительно редко, как и редко используются сетевые карты, повторители и коммутаторы с интерфейсом MII.
Сетевая карта. Наиболее широкое распространение получили сетевые карты с интерфейсом 100Base-TX на шину PCI. Необязательными, но крайне желательными, функциями порта RJ-45 являются автоконфигурирование 100/10 Мбит/с и поддержка дуплексного режима. Большинство современных выпускаемых карт поддерживают эти функции. Выпускаются также сетевые карты с оптическим интерфейсом 100Base-FX – с основным оптическим разъемом SC на многомодовое волокно.
Конвертер – это двухпортовое устройство, оба порта которого представляют средозависимые интерфейсы. Конвертеры, в отличие от повторителей, могут работать в дуплексном режиме. Распространены конвертеры 100Base-TX/100Base-FX.
Повторитель – многопортовое устройство, которое позволяет объединить несколько сегментов. Принимая кадр или сигнал коллизии по одному из своих портов, повторитель перенаправляет его во все остальные порты. Распространены устройства с несколькими портами на витую пару (12, 16 или 24 порта RJ-45), одним портом BNC и одним портом AUI. Повторители работают на физическом уровне модели OSI. По параметру максимальных временных задержек при ретрансляции кадров, повторители Fast Ethernet подразделяются на два класса:
Класс I. Задержка на двойном пробеге RTD не должна превышать 130 BT. В силу менее жестких требований, повторители этого класса могут иметь порты T4 и TX/FX, а также объединяться в стек.
Класс II . К повторителям этого класса предъявляются более жесткие требования по задержке на двойном пробеге: RTD < 92 BT, если порты типа TX/FX, и RTD < 67 BT, если все порты типа Т4. (В силу значительных отличий в организации физических уровней возникает большая задержка кадра при ретрансляции между портами интерфейсов Т4 и TX/FX. Поэтому повторители, совмещающие в пределах одного устройства порты Т4 с TX/FX отнесены к классу I.)
Коммутатор – одно из наиболее важных устройств при построении корпоративных сетей. Коммутатор работает на втором канальном уровне модели OSI. Главное назначение коммутатора – разгрузка сети посредством локализации трафика в пределах отдельных сегментов.
Ключевым звеном коммутатора является архитектура без блокирования (non-blocking), которая позволяет установить множественные связи Ethernet между разными парами портов одновременно, причем кадры не теряются в процессе коммутации. Сам трафик между взаимодействующими сетевыми устройствами остается локализованными. Локализация осуществляется с помощью адресных таблиц, устанавливающих связь каждого порта с адресами сетевых устройств, относящихся к сегменту этого порта. Таблица заполняется в процессе анализа коммутатором адресов станций отправителей в передаваемых ими кадрах. Кадр передается через коммутатор локально в соответствующий порт только тогда, когда адрес станции назначения, указанный в поле кадра, уже содержится в адресной таблице этого порта. В случае отсутствия в таблице адреса станции назначения, кадр рассылается во все остальные сегменты. Если коммутатор обнаруживает, что MAC-адрес станции назначения приходящего кадра находится в таблице MAC-адресов, приписанной за портом, то этот кадр сбрасывается – его непосредственно получит станция назначения, находящаяся в данном сегменте. И, наконец, если приходящий кадр является широковещательным (broadcast), т.е. если все биты поля MAC-адреса получателя в кадре задаются равными 1, то такой кадр будет размножен коммутатором (подобно концентратору), т.е. направляются во все остальные порты.
Различают две альтернативные технологии коммутации:
2. Без буферизации (cut-through);
3. С буферизацией SAF (store-and-forward).
Коммутатор, работающий без буферизации, практически сразу же после чтения заголовка, перенаправляет получаемый кадр в нужный порт, не дожидаясь его полного поступления. Главное преимущество такой технологии – малая задержка пакета при переадресации. Главный недостаток – в том, что такой коммутатор будет пропускать из одной сети в другую дефектные кадры (укороченные – меньше 64 байт, или имеющие ошибки), так как выявление ошибок может происходить только при чтении всего кадра и сравнения рассчитанной контрольной суммы с той, которая записана в поле контрольной последовательности кадра. Распространение ошибок в большей степени касается сетей с более чем одним пользователем на порт. В этом случае протокол Ethernet может генерировать как укороченные, так и поврежденные кадры, поскольку коммутатор не может предвидеть возникновение коллизий в сегменте, из которого поступает кадр.
Современные коммутаторы cut-through используют более продвинутый метод коммутации, который носит название ICS (interim cut-through switching – промежуточная коммутация на лету). Суть этого метода заключается в отфильтровывании укороченных кадров с длиной менее 64 байт. До тех пор, пока коммутатор не принял первые 512 бит кадра, он не начинает ретранслировать кадр в соответствующий порт. Если кадр заканчивается раньше, то содержимое буфера удаляется, кадр отфильтровывается. Несмотря на увеличение задержки до 512 ВТ и более, метод ICS значительно лучше традиционного cut-through, поскольку не пропускает укороченные кадры. К главному недостатку ICS относится возможность пропускания дефектных пакетов с длиной более 64 байт. Поэтому коммутаторы ICS не годятся на роль магистральных коммутаторов.
Напротив, коммутатор, работающий с буферизацией, прежде чем начать передачу кадра в порт назначения, полностью принимает его, буферизует. Кадр сохраняется в буфере до тех пор, пока анализируется адрес назначения и сравнивается контрольная последовательность кадра, после чего коммутатором принимается решение о том, в какой порт перенаправить кадр или вообще его не передавать (отфильтровать). Главное преимущество коммутации с буферизацией в том, что этот метод гарантирует передачу только хороших кадров. Однако недостаток, связанный с задержкой кадра на время буферизации не является критичным, поскольку кадры передаются непрерывно. Поэтому в настоящее время большее предпочтение со стороны фирм-производителей отдается этой технологии коммутации.
Обратное давление . Входные и выходные буферы требуются коммутатору, чтобы уменьшить количество теряемых кадров при перегруженности одного из выходных портов. Однако это не дает полного спасения при длительных передачах. Например, допустим, в порт 1 постоянно передаются данные из портов 2, 3 и 5. Если скорости передачи по всем портам одинаковы и равны скорости канала, то после заполнения соответствующих буферов кадры начнут теряться – коммутатор просто будет сбрасывать вновь приходящие кадры по портам 2,3 и 5. Потери пакетов означают, что посредством протокола более высокого уровня, будет производиться повторная передача кадров. Но поскольку в протоколе задействованы конечные устройства, то времена между повторами кадров могут быть большими. Для предотвращения этого современные коммутаторы обладают функциональной возможностью контроля и управления потоками (flow control) поступающих в порты кадров. Для коммутаторов Ethernet эта функция известна как обратное давление (BP, back pressure), рис ХХХ. Ограниченность выходного канала по порту 1 приводит к заполнению входных буферов на портах 2, 3 и 5. Узел BP коммутатора, обнаруживая это, начинает передачу пустых кадров в те каналы, от которых переполняются входные буферы портов. Так, если переполняется входной буфер порта 2, то пустые кадры коммутатор шлет в сегмент B, умышленно создавая коллизии в этом сегменте, уменьшая поток кадров от передающего устройства в этом сегменте. Вместо генерации холостых кадров при отработке механизма обратного давления в коммутаторах может использоваться генерация сигнала затянувшейся передачи, причем последний метод является более эффективным средством от потери кадров.
4. Проект построения ЛВС на основе Fast Ethernet
1. 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. |
Правила проектирования топологии стандарта 100 Base-T
Следующие топологические правила и рекомендации для 100Base-TX и 100Base-FX сетей основаны на стандарте IEEE 802.3u
100Base-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.
100Base-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 |
||
| По территории вдоль опор подвесных линий передачи (метров) |
Допуск на разводку кабеля по зданиям (метров) |
Итого (метров) |
|
| Печатный цех |
203 |
+70 |
273 |
| Гофрцех 1 |
256 |
+70 |
326 |
| Гофрцех 2 |
472 |
+70 |
542 |
| Материальный склад |
445 |
+65 |
510 |
Таблица 2.3. Распределение подключаемых рабочих станций по объектам
| Объект |
Количество подключаемых станций |
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.
1. Выбор оборудования для проекта
Выбор оборудования производится согласно таблицам 2.2 и 2.3. Итак, нам необходимо выбрать коммутатор для административного здания, два коммутатора для Гофрцеха 2 и Материального склада, и, 2 концентратора для Гофрцеха 1 и Печатного цеха. Также необходимо выбрать сетевые адаптеры для подключения рабочих станций и серверов.
1. Коммутатор для Административного здания
Должен соответствовать следующим требованиям:
1. обеспечение сопряжения с концентратором существующей сети со скоростью передачи 10 Мбит/сек;
2. наличие как минимум 2 портов Fast Ethernet для подключения серверов;
3. наличие как минимум 4 портов 100Base-FX для подключения сегментов рабочих групп;
4. высокое быстродействие внутренней шины.
Данным требованиям соответствует несколько моделей коммутаторов фирмы Hewlett-Packard: HP ProCurve Switch 1600M и HP AdvanceStack Switch 800T. Технические характеристики моделей коммутаторов приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4. Технические характеристики коммутаторов
| Характеристика |
HP ProCurve Switch 1600M |
HP AdvanceStack Switch 800T |
| Порты |
1. 16 портов RJ-45 с автоопределением скорости 10/100Base-TX 2. 1 открытый модульный слот 3. 1 RS-232C DB-9 консольный порт |
4. 4 порта 10/100Base-TX 5. 4 открытых трансиверных слота 6. 1 RS-232C DB-9 консольный порт |
| Модули |
7. HP ProCurve Switch 10/100Base-T Module (J4111A) 8. HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (J4112A) 9. HP ProCurve Switch Gigabit-SX Module (J4113A) 10. HP ProCurve Switch Gigabit-LX Module (J4114A) 11. HP ProCurve Switch 10Base-FL Module (J4118A) |
12. HP AdvanceStack 100Base-TX UTP Transceiver(J3192C) 13. HP AdvanceStack 100Base-FX Fiber-optic Transceiver(J3193B) |
| Память и процессор |
14. буфер 8 Мб для 10/100 портов 15. буфер 2 Мб для Gigabit порта 16. RAM/ROM емкость 12 Мб 17. Flash память: 2 Мб 18. Процессор: Intel i960JD - 66 MHz |
19. буфер 512 Кб (100Mb порты) 20. буфер 256 Кб (10Mb порты) 21. RAM/ROM емкость: 8 Мб 22. Flash память: 1 Мб 23. Процессор: Intel i960JF - 25 MHz |
| Производитель-ность |
24. Задержка: 8µs 25. Пропускная способность: 3.87 миллионов пакетов в сек (64 байтных) 26. Пропускная способность внутренней магистрали: 3.5 Гбит/с 27. Емкость таблицы адресов: 10,000 |
28. Задержка: <10µs 29. Пропускная способность: 1,19 миллионов пакетов в сек (64 байтных) 30. Пропускная способность внутренней магистрали: 1,0 Гбит/с 31. Емкость таблицы адресов: 10,000 |
| Управление |
32. HP TopTools for Hubs & Switches 33. SNMPv1/v2c 34. RMON |
35. HP TopTools for Hubs & Switches 36. SNMPv1/v2c 37. RMON |
| Габариты |
44.2 x 33.5 x 6.6 см |
44.2 x 30.0 x 6.6 см |
| Масса |
4.5 кг |
4.5 кг |
При сравнительном анализе характеристик данных коммутаторов видно, что коммутатор HP ProCurve Switch 1600M имеет большую производительность и для него имеется существенно больший набор модулей. Также следует отметить, что данный коммутатор имеет 16 портов с автоопределением скорости 10/100TX, которые могут быть необходимы для расширения сети, подключения новых пользователей и рабочих групп, подключения серверов и сопряжения с уже существующей 10 мегабитной сетью.
Данный коммутатор также имеет ряд дополнительных функций – это использование различных классов сервиса (class-of-service) и поддержка виртуальных сетей VLAN.
Рисунок 2.3. HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TXM (HP J3234A)
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).
1. Коммутаторы для Гофрцеха 2 и Материального склада
Согласно таблице ХХХ мы не можем осуществить соединение между Административным зданием с одной стороны и Гофрцехом 2 и Материальным складом с другой стороны по полудуплексному каналу, так как из-за конечного времени распространения сигнала по кабелю, кадры будут теряться (см. стр. 37).
Для гарантированной доставки кадров Fast Ethernet необходимо использовать полнодуплексное соединение (см. стр. 41). Как было сказано выше, в рабочих группах цехов допустимо использование концентраторов. Компания Hewlett-Packard предлагает недорогую замену коммутатора рабочей группы (в нашем случае без него можно обойтись, практически не уменьшая пропускной способности сети) концентратором HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TX с одним коммутируемым слотом для модулей 100Base-TX и 100Base-FX. Данный концентратор также имеет 12 RJ-45 портов (Рис. ХХХ).
Основные характеристики HP 100Base-T Hub-12TX
1. наличие jabber-функции, позволяющей блокировать передачу сигналов из перегруженных портов концентратора во все остальные порты;
2. позволяет объединять в стек до 5 концентраторов;
3. общая пропускная способность до 500 Мбит/сек;
4. расширенная панель отображения состояния сети, конфигураций устройств;
5. самодиагностика;
6. поддержка SNMP.
Рисунок 2.5. HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TXM (HP J3234A)
Характеристики порта для подключения HP AdvanceStack 10/100TX и 100FX коммутирующих модулей
1. один слот расширения поддерживает установку коммутирующих модулей для соединения с 10Base-T, 100Base-TX или 100Base-FX интерфеисами;
2. адаптивный выбор технологии коммутации между коммутацией с буферизацией и без буферизации на основе анализа ошибок контрольных сумм кадров;
3. два способа передачи: полный дуплекс или полдуплекс;
4. автоопределение способа передачи для полного дуплекса и полдуплекса (если та же характеристика поддерживается присоединенным устройством);
5. автоматически узнает адреса MAC, чтобы сформировать базу данных для маршрутизации;
6. автоматически фильтрует локальный трафик;
1. наличие функции обратного давления.
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)
1. Концентраторы для Гофрцеха 1 и Печатного цеха
Для подключения рабочих групп этих цехов берем также концентраторы HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TXM (HP J3234A) и коммутирующие модули к ним HP AdvanceStack 100Base-FX Switch Port Module (J3248A).
2. Сетевые адаптеры для серверов
Сегодня все чаще и чаще возникают повышенные требование к пропускной способности каналов между клиентами сети и серверами. Это происходит по разным причинам:
1. повышение производительности клиентских компьютеров;
2. увеличение числа пользователей в сети;
3. появление приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая хранится в файлах очень
4. больших размеров;
5. увеличение числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени.
Следовательно, имеется потребность в экономичном решении, предоставляющем нужную пропускную способность во всех перечисленных случаях. Ситуация усложняется еще и тем, что нужны различные технологические решения - для организации магистралей сети и подключения серверов одни, а для подключения настольных клиентов - другие.
В проектируемой сети предполагается установить два файловых сервера. В основном все рабочие станции будут работать с ресурсами серверов, следовательно, в этом случае появляется потенциальное узкое место в сети, а конкретно – порт коммутатора для подключения сервера. Так как все сегменты новых рабочих групп будут подключаться на скорости 100 Мбит/сек, и сервера подключаются тоже на этой скорости, то все рабочие группы будут делить между собой полосу пропускания в 100 Мбит/сек. В зависимости от создаваемого ими трафика, время ожидания отклика серверов может варьироваться в значительных пределах. Расширить полосу пропускания между сервером и коммутатором, можно несколькими способами: либо используя коммутатор с одним высокоскоростным гигабитным портом для подключения сервера и несколькими портами на 100 Мбит/сек для подключения рабочих станций и групп, либо используя для подключения сервера специальных двухканальных полнодуплексных сетевых карт. Второе решение представляется более экономичным. Альтернативным решением данной проблемы может являться установка еще одного сервера, но данное решение я рассматривать не буду.
Компания SMC предлагает комплекс “TigerArray2” на базе двухканального сетевого адаптера EtherPower 10/100 (SMC9334BDT/SC).
TigerArray2 является мощной комбинацией аппаратного и програмного обеспечения, созданной специально для решения проблем, связанных с высоким уровнем сетевого трафика на серверах, повышает устойчивость и надежность сети. Аппаратная часть комплекта TigerArray2 содержит двухканальную сетевую плату EtherPower 10/100 PCI. Данный адаптер сочетает в себе функциональность двух отдельных плат, занимая всего один слот. Однако настоящим преимуществом этого комплекта является програмный TigerArray2 драйвер для распределения нагрузки. Этот промежуточный NT драйвер объединяет оба канала в единую "виртуальную" плату. Програмное обеспечение в этом случае распределяет общую нагрузку на оба канала, эффективно удваивая пропускную способность сетевого подключения на сервере.
Свойства/преимущества
Высокая производительность
1. Распределение нагрузки сетевого трафика
2. Двухканальный режим удваивает пропускную способность сети, используя один слот PCI
3. Низкий коэфицент использования ЦП
4. Дуплексный режим на обеих скоростях передачи данных
5. 32-битный режим bus-master
Высокая пропускная способность
1. Дуплексное 400 Мбит/с соединение сервера с коммутатором исключает "узкие места" и максимизирует производительность
Отказоустойчивость
1. Динамичное восстановление после сбоя на обеих каналах для исключения потери данных
2. Автоматическое определение и оповещение по SNMP об ошибках в каналах связи, платах и кабельной проводке
3. Резервирование тракта данных и сетевых портов
Простота установки и использования
1. Auto Negotiation
2. Утилита диагностики сетевых плат EZDiag упрощает мониторинг и отладку
Универсальность
1. Позволяет исползовать несколько TigerArray2 в одном сервере
2. Регилирует трафик IP, IPX, NetBEUI
3. Экономия одного слота расширения
Надежность
1. Пожизненная гарантия
2. Бесплатная техническая поддержка
Оценим, хватит ли пропускной способности данного решения для обеспечения высокой производительности работы сети. Итак, в сети имеется 2 сервера и 4 рабочих группы, каждая из которых подключена к коммутатору по полнодуплексному соединению 100 Мбит/сек. Если на каждый сервер поставить TigerArray2, то суммарная пропускная способность тракта “коммутатор – сервера” будет составлять 400 Мбит/сек при полнодуплексном соединении. А все четыре сегмента рабочих групп могут создать общий трафик тоже соответственно 400 Мбит/сек при полнодуплексном соединении. Но учитывая то, что вероятность одновременного обращения клиентов разных рабочих групп к серверам не очень велика, данного решения вполне достаточно для обеспечения высокой пропускной способности сети.
На основании вышесказанного выбираем для серверов сетевые адаптеры SMC TigerArray2.
1. Сетевые адаптеры для рабочих станций
Основные требования к сетевым адаптерам рабочих станций:
1. Высокая производительность
2. Универсальность
3. Гибкость конфигурации
4. Дополнительные возможности
Адаптеры Fast Ethernet обеспечивают различным приложениям (графика, multimedia, Windows-программы) высокую производительность сети при малой загрузке процессора. Адаптеры для шины PCI поддерживают полнодуплексный режим (Full Duplex Fast Ethernet - FDFE), позволяющий вдвое повысить производительность сети. FDFE управляется программными средствами и не требует установки каких-либо переключателей или перемычек. Комбинированные адаптеры TX и T4 обеспечивают возможность подключения к сети через разъем BNC (10 Мбит/сек) или RJ-45. Вы можете включить сегодня адаптер в старую сеть на базе коаксиального кабеля с тем, чтобы завтра перейти к использованию технологии Fast Ethernet. Режим AutoSense во всех адаптерах 10/100 Mbps позволяет автоматически устанавливать максимальную для используемого оборудования скорость обмена. Вам не потребуется конфигурировать адаптер вручную, адаптеры автоматически установят скорость и режим даже при работе с устройствами, не поддерживающими спецификации о согласование скорости. Независимо от выбранной Вами модели инсталляция адаптера не составит труда. Все адаптеры PCI поддерживают автоматическую установку параметров с помощью PCI BIOS. Адаптеры EISA поставляются с конфигурационными файлами и поддерживают конфигурационные утилиты EISA. Модели с шиной ISA поддерживают технологию Plug-and-Play.
Для рабочих станций выбираем адаптер HP 10BT/100TX NightDIRECTOR/100 Ethernet Card (D3999A) который имеет следующие технические характеристики:
1. вставляется в стандартный PCI слот;
2. имеет один порт 10/100TX, поддерживающий удаленное включение и активизацию компьютера после засыпания (Remote Power On (RPO), Remote Wake Up (RWU));
3. имеет один разъем для Flash-памяти, которая обеспечивает проверку на вирусы;
4. режим Full-Duplex;
5. чипсет AMD PCnet-FAST Chip.
1. Выбор кабельной системы для проекта
Чтобы построить любую сеть, необходимо знать ограничения и возможности каждого типа кабелей, применяющихся в сетевой инфраструктуре. На тип применяемого кабеля существенное влияние оказывает характеристики передаваемой информации, важнейшей из которых является скорость передачи.
Так для 100Base-TX сетей, нужно использовать кабель 5 Категории или лучший. Длина сегмента от конечного устройства до концентратора - 100 метров для витой пары. При выборе кабельной инфраструктуры могут возникнуть особые ситуации:
1. требуется большие длины непрерывного кабеля
2. необходима защита от помех
3. необходима внешняя прокладка кабеля
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.
Кабель для внешней прокладки
Для прокладки кабеля на открытом воздухе между строениями единственный кабель, который рекомендуется использовать - волоконно-оптический. Поскольку у волоконно-оптического кабеля - оптическая, а не электрическая середина, он устойчив от ударов молний. Внешний волоконно-оптический кабель должен прокладываться так, чтобы предохранить его от физического повреждения.
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 |
5. Методика прокладки и монтажа кабеля, используемого в проектируемой ЛВС
В данной работе проектируется территориально распределенная сеть, связывающая несколько зданий. Строительство подвесных волоконно-оптических линий связи - современная альтернатива коллекторным, траншейным и прочим "подземным" оптическим трактам.
Основные отличия от традиционных (коллекторных):
1. минимум в 1.5 раза более низкая стоимость;
2. низкая стоимость обслуживания (в разы);
3. высокая скорость восстановления серьезных разрушений;
Для правильной прокладки оптического кабеля необходимо выполнить ряд действий:
Разработка подготовительных мероприятий. В процессе подготовки к строительству изучается проектная документация и трасса линии в натуре. При этом особое внимание обращают на места ввода кабеля в здание, прокладку кабеля по воздушным опорам и стенам зданий.
Проект производства работ. По результатам изучения проектной документации и ознакомлением с трассой линии составляется проект производства работ, который содержит сетевой график с указанием сроков и последовательности выполнения отдельных видов работ.
Подготовка кабеля к прокладке и испытания. Все строительные длины кабеля перед прокладкой подвергаются полной или частичной проверке. Кабели, поступившие к месту прокладки с внешними дефектами, такими как: вмятины, пережимы, обломанные концы, - подвергаются полной проверке. При полной проверке производится: внешний осмотр барабанов, проверка целостности оптических волокон путем просветки электрическим фонарем, испытания на герметичность оболочки, измерение затухания оптических волокон. Изготавливаемые в настоящее время оптические кабели имеют на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм средние значения затухания 0,3…1 дБ/км и дисперсии 0,1…0,3 нс/км*нм для градиентных волокон. В реальных оптических волокнах отклонения этих параметров увеличиваются из-за воздействия множества случайных факторов, к которым относятся: неоднородности в конструкции волокна; сторонние примеси в материале сердцевины и оболочки; отклонение профиля показателя преломления от оптимального; флуктуации микроизгибов волокон в процессе их укладки в оптический кабель и прокладки; неоднородности, возникающие в местах соединения волокон. В результате параметры передачи реальных волокон содержат случайные составляющие, абсолютные значения которых обычно невелики, но их относительные отклонения от средних значений ввиду малости последних могут иметь большие значения. Большие относительные колебания дисперсии градиентных волокон обусловлены в основном отклонениями профиля показателя преломления от оптимального. Случайные относительные колебания затухания от средних значений на строительных длинах составляют 30…50%. Отклонения дисперсии могут достигать 50…80%.
Прокладка кабеля по стенам зданий и подвеска на опорах. При монтаже территориально распределенных сетей, связывающих несколько зданий, приходится прокладывать кабель по стенам зданий – следовательно необходимо защитить кабель от механических повреждений стальным угловым профилем или желобом на высоте до 3 метров от поверхности земли. Если кабель прокладывается по стенам зданий, имеющих карнизы или другие выступающие части, стараются проложить кабель под ними, чтобы защитить его от механических повреждений, возможных при сбрасывании с крыши льда и снега. Способ крепления на опоре подвесного самонесущего кабеля приведен на рис. 3.1.
Рис.3.1. Крепление самонесущего кабеля
Особенности прокладки ОК обусловлены меньшими допустимыми значениями тяговых усилий, радиусов изгибов ОК, снижением габаритных размеров и массы ОК по сравнению с аналогичными значениями этих величин для обычных электрических кабелей (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Сравнение монтажных параметров кабелей
| оптического |
электрического |
|
| Допустимое тяговое усилие, Н |
600…1200 |
500…30000 |
| Минимально допустимый радиус изгиба, см |
20…30 |
10…80 |
| Диаметр кабеля, мм |
10…15 |
10…80 |
| Масса кабеля, кг/км |
80…160 |
95…6400 |
| Строительная длина кабеля, м |
500…2000 |
260…500 |
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
6. Методика расчета основных параметров оптического кабеля
Геометрические параметры кабеля
Относительная разность показателей преломления.
Волокно состоит из сердцевины и оболочки. Оболочка окружает оптически более плотную сердцевину, являющуюся светонесущей частью волокна. Будем обозначать через n1 и n2 показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно. Один из важных параметров, который характеризует волокно, - это относительная разность показателей преломления 
:
. (4 – 1)
Если показатель преломления оболочки выбирается всегда постоянной величиной, то показатель преломления сердцевины в общем случае может зависеть от радиуса. Распространение света по волокну можно объяснить на основе принципа полного внутреннего отражения, вытекающего из закона преломления света Снеллиуса:
, (4 –2)
где n1 – показатель преломления среды 1, - угол падения, n2 – показатель преломления среды 2, 
- угол преломления.
Формальные выкладки удобнее производить для ступенчатого волокна, в котором показатель преломления сердцевины является постоянной величиной (n1 = const). Так как сердцевина является оптически более плотной средой по отношению к оболочке (n1 > n2), то существует критический угол падения
- внутренний угол падения на границу, при котором преломленный луч идет на границе двух сред (
). Из закона Снеллиуса легко найти этот критический угол падения:
(4-3)
Если угол падения на границу раздела меньше критического угла падения (луч 2), то при каждом внутреннем отражении от границы вся энергия возвращается обратно в сердцевину благодаря полному внутреннему отражению.
Лучи, траектории которых полностью лежат в оптически более плотной среде, называются направляемыми. Поскольку энергия таких лучей не рассеивается наружу, они могут распространяться на большие расстояния.
Числовая апертура.
Важным параметром, характеризующим волокно, является числовая апертура NA. Она связана с максимальным углом 
вводимого в волокно излучения из свободного пространства, при котором свет испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну, формулой:
(4 – 4)
Фирмы-изготовители волокна экспериментально измеряют угол
и указывают соответствующее значение числовой апертуры для каждого поставляемого типа волокна. Для волокна со ступенчатым профилем легко получить значение числовой апертуры, выраженное через показатели преломления:
(4 – 5)
Для градиентного волокна используется понятие локальной числовой апертуры 
, значение которой максимально на оси и падает до 0 на границе сердцевины и оболочки. Для градиентного волокна с параболическим показателем преломления, формула ХХХ, определяется эффективная числовая апертура, которая равна
(4 – 6)
где 
- максимальное значение показателя преломления на оси.
Нормированная частота. Другим важным параметром, характеризующим волокно и распространяющийся по нему свет, является нормированная частота V, которая определяется как
(4 – 5)
где d - диаметр сердцевины волокна.
Номенклатура мод. При более строгом рассмотрении процесса распространения света по волокну следует решать волновые уравнения Максвелла. Именно в этой трактовке лучи ассоциируются с волнами, причем различные типы волн – решения уравнений – называются модами .
Сами моды обозначаются буквами E и/или H с двумя индексами n и m. Индекс n характеризует азимутальные свойства волны (число изменений поля по окружности), а m – радиальные (число изменений поля по диаметру). По оптическому волокну распространяются только два типа волн: симметричные (E0m и H0m), у которых только одна продольная составляющая, и несимметричные (смешанные) (Enm и Hnm), у которых две продольные составляющие.
При этом, если преобладает продольная составляющая электрического поля – Еz , то волна обозначается ЕНnm , а если преобладает продольная составляющая магнитного поля Нz , то волна называется , то волна называется НЕnm , Сопоставляя волновую теорию с геометрической оптикой, следует отметить, что симметричные моды Е0m и Н0m соответствуют меридиональным лучам, несимметричные моды Еnm и Нnm – косым лучам.
По волокну могут распространятся как только одна мода – одномодовый режим, так и много мод – многомодовый режим. Многомодовый или одномодовый характер идущего по волокну света коренным образом влияет на дисперсию, а следовательно, и на пропускную способность волокна. Расчет на основе уравнений Максвелла позволяет найти простой критерий распространения одной моды: V<2,405 (точное значение константы в правой части неравенства определяется первым нулем функции Бесселя I0 (x)). Это гибридная мода НЕ11 . Отметим, что нормированная частота явно зависит от длины волны света. В табл. 4.1 приведены значения нормированной частоты, вычесленные по формуле (4-7).
Как видно из табл. (4.1), в одномодовом ступенчатом волокне при длине волны света 1550 нм выполняется критерий (4-8), и поэтому распространяется только одна мода. При длине волны 1310 нм критерий не выполнен, что означает возможность распространения нескольких мод в одномодовом волокне на этой длине волны. На практике, однако, волокно помещается в кабель, который, будучи проложенным, имеет множество изгибов. Особенно велики искривления волокна в сплайс-боксах. Искривления волокна приводит к быстрому затуханию неосновных мод. Во всех остальных случаях наблюдается многомодовый характер распространения света. Отметим, что при длине волны 850 нм критерий (4-8) нарушается для всех типов волокон. Таким образом, если вводить излучение длинной волны 850 нм в одномодовое волокно, то иметь место будет многомодовый режим распространения света. Противоречия здесь нет. Дело в том, что ступенчатое одномодовое волокно 8/125 предназначено для использования в спектральных окрестностях двух длин волн: 1310 нм и 1550 нм, где оно в истинном смысле проявляет себя как одномодовое.
Таблица (4.1). Значения основных оптических параметров волокон и нормированной частоты V для различных длин волн.
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)
Длина волны отсечки (cutoff wavelength)
Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии – межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна.
Различают волоконную длину волны отсечки (lCF ) и кабельную длину волны отсечки (lCСF ). Первая соответствует слабо напряженному волокну. На практике же волокно помещается в кабель, который при прокладке испытывает множество изгибов. Кроме этого, сильные искривления волокон происходят при их укладке в сплайс-боксах. Все это ведет к подавлению побочных мод и смещению lCСF в сторону коротких длин волн по сравнению с lCF . С практической точки зрения кабельная длина волны отсечки представляет большой интерес.
Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоритически, так и экспериментально. Теоритически легко это сделать для ступенчатого одномодового волокна – на основании выражений (4-7), (4-8) и (4-9) получаем lCF
=pdNA/2,405=1,847dn1
Ö
Δ
.
lCСF , в отличие от lCF , можно оценить только экспериментальным образом. Одним из практических методов измерения длин волн отсечки lCF и lCСF является метод передаваемой мощности. Сравнивается измеренная переданная спектральная мощность в зависимости от длины волны для образца одномодового волокна длиной 2 м с аналогичным параметром, полученным на образце многомодового волокна. Строится кривая
дБ (4-11)
где Аm – разница затуханий; Ps – мощность на выходе одномодового волокна; Pm – мощность на выходе многомодового волокна.
Многомодовое волокно является эталонным. При этом один и тот же источник излучения с перестраиваемой длиной волны используется как для одномодового, так и для многомодового волокна. Строится кривая Am (λ), рис (4.1), длинноволновый участок которой экстраполируется кривой (1). Строится параллельная прямая (2), отстоящая ниже (1) на 0,1 дБ. Точка пересечения прямой (2) с кривой Am (λ) соответствует длине волны отсечки.
Рис.4.1. Определение длины волны отсечки.
Условия измерения должны соответствовать рекомендациям TIA/EIA и CCITT. Концы волокна очищаются от защитного покрытия, скалываются – угол скола не должен превышать 2°. Диаметр светового пятна от источника излучения – 200 мкм; числовая апертура вводимого излучения 0,20; полная ширина спектра излучения £ 10 нм, измеренная на полумаксимуме; измеряемый диапазон длин волн от 1000 нм до 1600 нм с шагом 10 нм.
При измерении длины волны отсечки волокна lCF образец волокна должен иметь длину 2 м и располагаться таким образом, чтобы образовывалась одна петля радиусом 140 мм, рис 4.2а. Не должно быть дополнительных изгибов волокна с радиусом, меньшим 140 мм. Экспериментально измеренная длина волны отсечки волокна близка к теоритическому значению, которое можно получить из критерия (4-7), если обратить его в равенство.
При измерении кабельной длины волны отсечки lCСF тестируемый образец волокна должен иметь длину 22 м. Большая часть волокна свертывается и располагается на катушке с радиусом не меньше, чем 140 мм, что моделирует кабельные эффекты. Затем делается по одной петле диаметром 76 мм на расстоянии 1м от каждого конца волокна для моделирования эффекта изгиба волокна в сплайс-боксах, рис. 4.2б. И, наконец, в средней части делаются две дополнительные петли радиусом, меньшим 140 мм.
а)
б)
Рис.4.2. Размещение волокна.
а) при определении lСF ; б) при определении lCСF
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
=0,8мкм4
дБ/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.
Дисперсия и полоса пропускания.
По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный сигнал. Импульсы света, последовательность которых определяет информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.
Дисперсия[1]
- уширение импульсов – имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля длины L по формуле 
. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км. Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами, рассматриваемыми ниже:
1. различие скоростей распространения направляемых мод (межмодовой дисперсией tmod ),
2. направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией tw ),
3. свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией tmat ).
Рис. 4.6. Виды дисперсии.
Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну. Результирующая дисперсия t определяется из формулы:
(4-13)
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 |
Удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм км) D( l ) |
Результирующая удельная полоса пропускания, МГц км, W=0,44/ t
|
||
| D l =2 нм |
D l =4 нм |
D l =35 нм |
||||
| MMF 50/125 |
850 |
4141) |
99,63) |
958 |
766 |
125 |
| 1310 |
414 |
1,0 |
1062 |
1062 |
1050 |
|
| 1550 |
414 |
19,2 |
1058 |
1044 |
540 |
|
| MMF 62,5/125 |
850 |
9732) |
106,74) |
441 |
414 |
114 |
| 1310 |
973 |
4,2 |
452 |
452 |
450 |
|
| 1550 |
973 |
17,3 |
451 |
450 |
384 |
|
| SF 8/125 |
1310 |
0 |
<1,85) |
>120000 |
61000 |
6900 |
| 1550 |
0 |
17,5 |
12600 |
6300 |
720 |
|
| DSF 8/125 |
1310 |
0 |
21,26) |
10400 |
5200 |
594 |
| 1550 |
0 |
<1,7 |
>120000 |
6500 |
7400 |
|
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.
Градиентное многомодовое волокно.
Широко используются два стандарта многомодового градиентного волокна – 62,5/125 и 50/125, отличающиеся профилем сердцевины, рис. 4.7.а. Соответствующие спектральные потери для типичных волокон показаны на рис. 4.7.б.
В табл. 4.4. приведены основные характеристики многомодовых градиентных волокон двух основных стандартов 50/125 и 62,5/125.
Отметим, что полоса пропускания на длине волны 1300 нм превосходит соответствующее значение на длине волны 850 нм. Это объясняется следующим образом. Дисперсия, которая определяет полосу пропускания, состоит из межмодовой и хроматической составляющих.
Рис.4.7.а. Многомодовые градиентные волокна; профили показателей преломления волокон 50/125 и 62,5/125/
Рис.4.7.б. Многомодовые градиентные волокна; характерные кривые спектральных потерь мощности.
Таблица 4.4. Значения параметров градиентных многомодовых волокон.
| Параметры |
Градиентно многомодовое волокно |
|
| MMF 50/125 |
MMF 62,5/125 |
|
| Номинальное затухание на длине волны 850 нм (дБ/км) |
£2,4 |
£2,8 |
| Номинальное затухание на длине волны 1300 нм (дБ/км) |
£0,5 |
£0,6 |
| Максимальное затухание на длине волны 850 нм (дБ/км) |
£2,5 |
£3,0 |
| Максимальное затухание на длине волны 1300 нм (дБ/км) |
£0,8 |
£0,7 |
| Полоса пропускания на длине волны 850 нм (МГц км) |
³400 |
³200 |
| Полоса пропускания на длине волны 1300 нм (МГц км) |
³800 |
³400 |
| Длина волны нулевой дисперсии, l0 (нм) |
1297-1316 |
1332-1354 |
| Наклон нулевой дисперсии, S0 (пс/(нм2 км)) |
£0,101 |
£0,097 |
| Диаметр сердцевины, d (мкм) |
50,0±3,0 |
62,5±3,0 |
| Числовая апертура, NA |
0,200±0,015 |
0,275±0,015 |
| Рабочий диапазон температур |
–60С°-+85С° |
–60С°-+85С° |
| Вносимое затухание в температурных пределах –60С°-+85С° на длинах волн 850 нм и 1300 нм (дБ/км) |
£0,2 |
£0,2 |
| Вносимое затухание в температурных пределах –10С°-+85С°, влажности до 98% на длинах волн 850 нм и 1300 нм (дБ/км) |
£0,2 |
£0,2 |
| Стандартная длина волокна, поставляемого на катушке (м) |
1100-4400 |
1100-8800 |
| Диаметр оболочки (мкм) |
125,0±2,0 |
125,0±2,0 |
| Радиальное отклонение сердцевины относительно оболочки (мкм) |
£3,0 |
£3,0 |
| Диаметр защитного покрытия (мкм) |
245±10 |
245±10 |
| Отклонение сердцевины от окружности |
£5% |
£5% |
| Тестовое усилие на разрыв (Гн/м2 ) |
³0,7 |
³0,7 |
| Эффективный показатель преломления neff на длине волны 850 нм |
1,4897 |
1,5014 |
| Эффективный показатель преломления neff на длине волны 1300 нм |
1,4856 |
1,4966 |
Если межмодовая дисперсия слабо зависит от длины волны – в соотношениях (4-14), (4-15) зависимостью показателя преломления от длины волны можно пренебречь, то хроматическая дисперсия пропорциональна ширине спектра излучения. Коэффициент пропорциональности D(l) при длинах волн в окресности 1300 нм (l0 ) близок к нулю, в то время как на длине волны 850 нм примерно равен 100 пс/(нм2 км). Специфика использования многомодового волокна такова, что обычно в качестве передатчиков используются светоизлучающие диоды, имеющие уширения спектральной линии излучения благодаря некогерентности источника примерно Dl ~ 50 нм, в отличии от лазерных диодов с уширением Dl ~ 2 нм и меньше. Это приводит к тому, что хроматическая дисперсия на длине волны 850 нм начинает играть существенную роль наряду с межмодовой дисперсией. Значительно уменьшить хроматическую дисперсию можно при использовании лазерных передатчиков, имеющих значительно меньшее спектральное уширение. Воспользоваться этим преимуществом лазерных передатчиков можно только при использовании одномодового волокна в окнах прозрачности 1310 нм и 1550 нм, когда полностью отсутствует межмодовая дисперсия и остается только хроматическая дисперсия.
Выводы: на основании приведенной методики был произведен расчет полосы пропускания многомодового градиентного кабеля 62.5/125, откуда видно, что он пригоден для использования в данном проекте.
7. Оценка эффективности проекта и технико-экономические показатели.
1. Оценка экономического эффекта от внедрения проекта
При внедрении локальной вычислительной сети будут повышаться текущие эксплуатационные расходы, однако, так как производительность труда служащих возрастет, то будет происходить экономия фонда оплаты труда. Однако для обслуживания и управления работой сети необходимо нанять специалистов, для чего необходимо предусмотреть статью расходов на заработную плату (см. табл. ХХХ). Рассчитаем чистую экономию фондов оплаты труда после внедрения проекта по формуле:
Э фот2 = Э фот – З фот,
где Э фот – годовая экономия фондов оплаты труда,
З фот – затраты на заработную плату обслуживающему персоналу.
Годовая экономия от внедрения проекта определяется по формуле:
Э фот = N * H , где
N ¾ количество станций, подключенных к сети;
H ¾ экономия фондов при подключения одной станции.
Ежегодная экономия фондов при подключении одной рабочей станции определяется по формуле:
, где
Х ¾ число служащих, пользующихся одной рабочей станцией (обычно 2-4);
К ¾ средневзвешенное число смен (1 - 2,5);
С ¾ средние ежегодные затраты на одного сотрудника;
Р ¾ относительная средняя производительность сотрудника, пользующегося рабочей станцией (140 - 350%).
Расчет: Примем Х = 1 , К = 1, С = 3000 у.е. , Р = 150%. Имеем ежегодную экономию от подключения одной рабочей станции Н = 15 00 у.е. .
Таким образом годовая экономия фондов оплаты труда составляет
Э фот = 16 * 1500 = 24 000 у.е.
Затраты на заработную плату обслуживающему персоналу (табл. 5.1)
Таблица 5.1. Смета на заработную плату обслуживающему персоналу.
| Должность |
Количество |
Сумма заработной платы в год |
| Администратор сети |
2 человека |
3000 |
| Системный программист |
1 человек |
3500 |
| Итого |
9500 у.е. |
|
Теперь можно рассчитать чистую экономию фондов при внедрения проекта:
Э фот2 = Э фот – З фот = 24 000 – 9 500 = 14 500 у.е.
Однако, при экономии на фондах оплаты труда, также происходит экономия на налогах с фонда оплаты труда, которые составляют 39%.
Итого экономия на налогах с фонда оплаты труда:
Э н2 = Э фот2 * 0,39 = 14 500 * 0,39 = 5 655 у.е.
В итоге предприятие имеет прибыль в виде экономии фондов оплаты труда и экономии налогов с фонда оплаты труда, которая составляет:
П р = Э фот2 + Э н2 = 14 500 + 5 655 = 20 155 у.е.
Чистая прибыль предприятия: П ч = П р – Н пр , где Н пр – налог на прибыль ( 33 % от суммы прибыли).
П ч = П р – Н пр = П р – П р * 0,33 = 20 155 – 20 155 * 0,33 = 13 500 у.е.
2. Оценка стоимости внедрения проекта
Общие затраты на проектирование и создание сети определяются:
К LAN = К1 + К2 , где
К1 ¾ производственные затраты;
К2 ¾капитальные вложения.
Оценим производственные затраты:
К1 = С1 + С2 + С3 , где
С1 ¾ затраты на НИР и ТЗ;
С2 ¾ затраты на опытную эксплуатацию и внедрение;
С3 ¾ затраты на рабочий проект.
Смета производственных затрат приведена в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Смета производственных затрат
| Производственные затраты |
Сумма |
| Затраты на НИР и ТЗ |
200 |
| Затраты на опытную эксплуатацию и внедрение |
1000 |
| Затраты на рабочий проект |
200 |
| ИТОГО |
1400 у.е. |
Имеем производственные затраты К1 = 1200 у.е.
Смета затрат на капитальные вложения приведена в табл.5.3.
Таблица 5.3. Смета затрат на капитальные вложения.
| Код |
Название |
Количество |
Цена |
Итого |
|
| J4120A |
HP ProCurve Switch 1600M (16 ports/1slot) |
1 |
1983 |
1983 |
|
| J4112A |
HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (4 ports) |
1 |
920 |
920 |
|
| J3233B |
HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TXM |
4 |
1001 |
4004 |
|
| J3248A |
HP AdvanceStack 100Base-FX Switch Port Module |
4 |
590 |
2360 |
|
| D6692A |
HP 10/100Base-TX NightDirector/100 card |
18 |
91 |
1638 |
|
| Затраты на активное оборудование: |
10905 |
||||
| ОКП-62,5-02-0,7-4 |
Кабель оптический подвесной mm 4х62,5/125 |
2000 |
1,77 |
3540 |
|
| PT-M-1-SC/NC |
Pig Tail SC mm, 1m |
36 |
5,95 |
214,2 |
|
| DPC-M-3-SC/SC |
Dual Patch-cord SC mm, 3 м |
10 |
25 |
250 |
|
| EL2243.600 |
Rittal Шкаф 3ВЕ-600*212*415 стекл. дв., 3-секц. |
4 |
338 |
1352 |
|
| HD5-16T4-CK |
Патч-панель 16-ти портовая (T568A) 5-й категории (шт.) |
3 |
126 |
378 |
|
| 0-0057819-2 |
UTP, Cat. 5, 4 pair, solid, 100MHz, PVC, for 15-years AMP Warr., box (305m) |
2 |
90 |
180 |
|
| MMT0 |
(MINI TRUNKING) Короб 16 x 10mm (1м) Стандартная длина - 2,92м |
200 |
0,98 |
196 |
|
| MMT2 |
(MINI TRUNKING) Короб 25 x 16mm (1м) Стандартная длина - 2,92м |
200 |
1,35 |
270 |
|
| CT-5F-T4-(XX) |
Модуль CT-серии 5-й категории RJ45 (T568A) белый, в полной комп. (шт.) |
18 |
8,12 |
146,2 |
|
| MB5008SC |
Распределительная коробка металл. до 8 портов SC |
3 |
50 |
150 |
|
| UCONN-WB-12 |
Распределительная коробка UCONN, 12 портов ST/FC/SC, сплайс |
1 |
75 |
75 |
|
| Затраты на пассивное оборудование: |
6751,4 |
||||
| Итого: |
17656,4 |
||||
| Вспомогательное оборудование и материалы |
10% от стоимости всего оборудования |
0,1 |
1765,6 |
||
| Итого: |
у.е.19422,0 |
||||
Итого капитальные вложения К2 = 19 422у.е.
Таким образом общие затраты на проектирование и создание сети:
К LAN = К1 + К2 = 1400 + 19 4 22 = 20 822 у.е.
3. Расчет срока окупаемости сети
Теперь мы можем оценить срок окупаемости проекта:
Т ок = КLAN / П ч = 20 822 / 13 500 = ~ 1,54 года или
~ 19 месяцев
4. Основные техникоэкономические показатели
Основные техникоэкономические показатели спроектированной сети приведены в таблице 5.4.
Таблица 5.4. Основные техникоэкономические показатели проекта.
| Основные характеристики |
Ед. изм. |
Проект |
| Технические |
||
| скорость передачи данных |
Мбит/сек |
100 Мбит/сек |
| количество рабочих станций |
16 |
|
| топология |
звезда |
|
| среда передачи данных |
витая пара и оптическое волокно |
|
| пороговая граница коэфициента загрузки сети |
% |
0,3…0,5 |
| защищенность от перегрузок электропитания |
кВ |
1,0 кВ электросеть 0,5 кВ сигнальная сеть |
| Эксплуатационные |
||
| возможность администрирования всей сети с одной рабочей станции |
протокол SNMP |
|
| возможность мониторинга сети |
протокол RMON |
|
| высокая надежность |
пожизненная гарантия на все оборудование |
|
| Экономические |
||
| cтоимость внедрения проекта |
у.е. |
20 822 |
| экономия заработной платы (прибыль) |
у.е. |
13 500 |
| cрок окупаемости |
лет |
~ 1,54 |
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.
8. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Разработанный проект локальной вычислительной сети содержит оборудование, представляющее потенциальную опасность для здоровья человека.
В состав оборудования проекта входят:
1. источники бесперебойного питания (ИБС);
2. активное коммутационное оборудование;
3. оптоволоконные трансиверы и конвертеры;
Питание ИБС и активного оборудования производится от сети переменного тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Оптоволоконные трансиверы и конвертеры генерируют монохроматическое остронаправленное излучение с длиной волны l = 1300 нм.
Возможные воздействия на организм человека могут быть следующие:
1. оптическое излучение непосредственно из лазера, а так же из ОВ;
1. возможность поражения электрическим током.
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
Опасные и вредные факторы при эксплуатации лазеров.
Вредные воздействия лазерного излучения.
1. термические воздействия
2. энергетические воздействия (+ мощность)
3. фотохимические воздействия
4. механическое воздействие (колебания типа ультразвуковых в облученном организме)
5. электрострикционное (деформация молекул в поле лазерного излучения)
6. образование в пределах клетках микроволнового электромагнитного поля
Вредные воздействия оказывает на органы зрения, а также имеют место биологические эффекты при облучении кожи.
Нормирование лазерного излучения.
CH 23- 92- 81
Нормируемый параметр — предельно - допустимый уровень (ПДУ) лазерного излучения при l=0.2-20 мкм и кроме этого регламентируется ПДУ на роговице, сетчатке, коже.
ПДУ — отношение энергии излучения, падающей на определенные участки поверхности к площади этого участка [Дж/см2 ]
ПДУ зависит от :
1. длины волны лазерного излучения [мкм]
2. продолжительности импульса [сек]
3. частоты повторения импульса [Гц]
4. длительности воздействия [сек]
Меры защиты от воздействия лазерного излучения
Наиболее распространенным из технических мер являются :
экранирование (рабочее место, лазерное излучение)
блокировка, с помощью которых, лазер приводится в рабочее положение если экран на месте.
Аппаратура контроля : лазерные дозиметры.
Инфракрасное излучение .
760 — 1500 н/м.
Поддиапазоны:
| А — 760 нм — 540 мкм. |
коротковолновая область ИФ изл. |
| В — 1500 н/м — 3000 н/м |
длинноволновая область ИФ |
| С — свыше 3000 н/м |
Истинным ИФ излучением являются нагретые поверхности.(> 0°С).
ИФ излучения играют важную роль в теплообмене человека с окружающей средой Þ терморегуляции организма человека.
В области А ИФ излучение обладает следующими вредными воздействиями :
Большая проникающая способность через поверхность кожи.
Поглощение кровью и подкожной жировой клетчаткой.
На органы зрения (хрусталик ® помутнение).
Воздействие ИФ излучения оценивается плотностью потока энергии на рабочем месте.
Защита от воздействия ИФ излучения.
1. Снижение ИФ в источнике.
2. Ограничение по времени пребывания.
3. Защита расстоянием.
4. Индивидуальная защита.
5. Экранирование (тепло-изомерные материалы).
6. Воздушное душирование.
1. Вентиляция.
1. Актинометр (1 — 500) Вт/м2 .
2. Радиометры.
3. Спектрорадиометр.
4. Радиометр оптического излучения.
5. Дозиметр оптического излучения.
1. 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 |
|
| мкм |
Вт |
Вт м -2 |
| 1,3 |
5*10 -2 |
103 |
Физиологические эффекты при воздействии лазерного излучения на человека.
Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучение любой длины волны, однако, в связи со спектральными особенностями поражаемых органов и существенно различными предельно допустимыми дозами облучения обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы человека.
Воздействие лазерного излучения на органы зрения
Основной элемент зрительного аппарата человека — сетчатка глаза — может быть поражена лишь излучением видимого (от 0.4 мкм) и ближнего ИК-диапазонов (до 1.4 мкм), что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза. При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень (МДУ) облученности зрачка.
Невидимое УФ (0.2<l<0.4 мкм) или ИК излучение (1.4<l<1000 мкм) практически не доходит до сетчатки и потому может повреждать лишь наружные части глаз человека: УФ излучение вызывает фотокератит, средневолновое ИК излучение (1.4<l<3 мкм) — отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК излучение (3 мкм<l<1 мм) — ожог роговицы.
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.
Классификация условий и характера труда
По степени зашиты персонала от воздействия лазерного излучения условия и характер труда при эксплуатации лазерных изделий независимо от класса изделия подразделяются:
1. оптимальные – исключающие воздействие на персонал лазерного излучения;
2. допустимые – уровень лазерного излучения, воздействующего на персонал, меньше ПДУ установленного СанПиН 5804;
3. вредные и опасные – уровень лазерного излучения, воздействующего на персонал, превышает ПДУ.
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.
Контроль лазерного излучения
Оценка степени опасности лазерного излучения осуществляется путём его дозиметрического контроля.
Измерение параметров лазерного излучения проводят на рабочих местах и в местах возможного нахождения людей.
Контроль параметров лазерного излучения следует проводить:
1. при приёме в эксплуатацию новых лазерных изделий классов 3А, 3В, 4;
2. при внесении изменений в конструкцию лазерных изделий;
3. при изменении конструкции средств коллективной защиты;
4. при организации рабочих мест;
5. при сертификации лазерных изделий;
6. при плановом контроле.
Проводятся два вида дозиметрического контроля:
предупредительный – определение значения энергетических параметров лазерных изделий в точках границы рабочей зоны, находящейся на минимально возможных расстояниях от источника излучения, проводятся во всех случаях перечисленных в 8.1.4.1.
индивидуальный – измерение величины энергетического излучения , воздействующего на глаза (кожу, рожу) конкретного работающего в течении рабочего дня; проводят в случаях перечисленных в пункте 8.1.4.1, при работе на открытых лазерных изделиях (экспериментальные стенды), а также в тех случаях, когда не исключено случайное воздействие лазерного излучения на глаза, кожу.
В зависимости от вида дозиметрического контроля измеряются следующие энергетические параметры лазерного излучения:
А) при предупредительном и индивидуальном контроле:
1. максимальное за время контроля значение одиночного импульса из серии импульсов излучения, проходящего через ограничивающую апертуру 
, Дж.
1. максимальное за время за время контроля значение энергетической экспозиции от одиночного импульса или от импульса из серии импульсов излучения, проходящего через ограничивающую апертуру 
, Дж м –2
или Дж см –2
;
1. максимальное за время контроля значение средней мощности непрерывного излучения, проходящего через ограничивающую апертуру Pmax , Вт;
2. максимальное за время контроля значение облучённости от непрерывного излучения, проходящего через ограничивающую апертуру
, Вт см –2
или
Вт м -2 .
Б) при индивидуальном контроле:
1. суммарное значение энергии (энергетической экспозиции) всех импульсов в серии импульсов излучения, проходящего через ограничивающую апертуру 
, Дж; 
, Дж м –2
или Дж см –2
;
2. суммарное значение энергетической экспозиции за рабочий
день 
(3 104
с), Дж м –2
.
Диаметр ограничивающей апертуры равен 7 мм при дозиметрическом контроле лазерного излучения с длинами волн 0,38…1,40 нм и 1,1 мм для других диапазонов волн.
Индивидуальный дозиметрический контроль предусматривает также (при необходимости), измерение длительности воздействия непрерывного излучения 
, а также количество импульсов в серии импульсно-модулированного излучения N и длительность серии tc
, с.
При дозиметрическом контроле лазерного излучения в спектральном диапазоне 0,38…1,40 нм при необходимости в точке контроля дополнительно измеряется видимый угловой размер источника излучения 
, радиан с целью определения ПДУ.
Дозиметры лазерного излучения должны отвечать следующим дополнительным требованиям:
1. обеспечивать прямые измерения энергетических параметров излучения;
2. иметь нормированные площадь и диаметр отверстий ограничивающей апертуру.
Дозиметры должны быть отградуированы в единицах энергии (Дж) и мощности (Вт), допускается также градуировка в единицах энергетической экспозиции(Дж м –2 или Дж см –2 ) и облучения (Вт м –2 или Вт см –2 ).
Аппаратура, применяемая для измерения энергетических параметров лазерного излучения при дозиметрическом контроле, должна быть аттестована органами Госстандарта РФ, и проходить государственную проверку в установленном порядке.
1. 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.
2. Организация рабочего места оператора ЭВМ
Согласно «Гигиенической классификации труда Минздрава N4137-86» труд оператора ЭВМ относится к I-П классу по гигиеническим условиям, его тяжесть не должна превышать оптимальных, а напряженность - допустимых величин. На пользователя персональных компьютеров потенциально воздействуют следующие факторы производственной среды:
• электроопасность;
• вентиляция;
• шум;
• освещенность;
• метеоусловия;
• пожароопасность;
• электромагнитные поля и излучения;
• статическое электричество;
• психоэмоциональные напряжения.
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 |
||||
| Т, град. С |
Относительная влажность, % |
Скорость воздуха, м/с |
Т, град. С |
Относительная влажность, % |
Скорость воздуха, м/с |
| 20-22 |
40-60 |
0,2 |
18-22 |
не>70 |
0,3 |
| 20-25 |
40-60 |
0,2 |
не>28 |
не>70 |
0,3 |
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.
Защита программиста и окружающей среды от электромагнитных полей
До последнего времени точка зрения большинства государственных медицинских учреждений и компаний, производящих компьютеры, сводилась к тому, что низкочастотные поля видеодисплеев не представляют никакой опасности. В отличие от ионизирующего излучения (например, рентгеновских лучей) низкочастотные поля не могут расщеплять или ионизировать атомы, то есть не обладают свойствами, которые способствуют возникновению опухолей и других заболеваний. Считалось, что неионизирующее излучение не может вредно влиять на организм, если оно недостаточно сильно, чтобы вызвать тепловые эффекты или электрический шок. Однако результаты лабораторных экспериментов говорят о другом. В ряде исследований было обнаружено, что электромагнитные поля частотой 50 Гц могут инициировать биологические сдвиги (вплоть до нарушения синтеза ДНК) в клетках животных. Эпидемиологические исследования и работы другого рода показали, что существует связь между нахождением в местах, где проходят линии электропередач, и возникновением опухоли у детей. Особенно поразил тот факт, что электромагнитные волны обладают необычным свойством: опасность их воздействия совсем не уменьшается при снижении интенсивности излучения, а некоторые электромагнитные поля действуют на клетки лишь при малых интенсивностях излучения или на конкретных частотах. Для снижения потенциально опасного излучения видеотерминалов целесообразно предпринимать специальные меры защиты от низкочастотных полей. Поскольку источник высокого напряжения дисплея - строчный трансформатор - помещается в задней или боковой части терминала, уровень излучения со стороны задней панели дисплея выше, причем стенки корпуса не экранируют излучение. Поэтому пользователям следует находиться не ближе чем на 1.2 метра от задних или боковых поверхностей соседних терминалов.
Наблюдения и исследования последних лет выявили также целесообразность установки в непосредственной близости от дисплеев горшков с кактусами, присутствие которых снижает интенсивность вредное влияние электромагнитного излучения дисплея.
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.
Зрительная функция программиста
По данным Национальной академии наук США, компьютеризация учреждений привела к тому, что астенопия, или быстрая утомляемость глаз, стала одной из наиболее частых жалоб пользователей компьютеров. По данным отдела исследований в области оптометрии Нью-Йоркского университета подтверждается статистически то, что пользователей видеотерминалов постоянно преследуют такие заболевания глаз, как астенопия, «пелена перед глазами», воспаление глаз, головные боли и двоение в глазах. Одно из медицинских обследований, проведенных в штате Массачусетс, показало, что у служащих, работающих на персональных компьютерах по 7 и более часов в день, частота случаев астенопии и воспаления глаз на 72% выше, чем у тех, кто проводит за компьютером меньше времени.
Основные технические характеристики дисплея .
| Размер экрана по диагонали |
31 см |
| Емкость экрана |
2000-4000 символов |
| Способ формирования изображения |
Растровый с числом строк 25-50 и числом символов в строке 80 |
| Изображение |
Монохромное или цветное с растром от 320х640 до 1024х768 точек |
| Способ формирования символов |
Матрица 9х9 или9х12 точек |
| Частота кадровой развертки |
50-72 Гц |
| Частота строчной развертки |
15625-31250 Гц |
| Система строчной развертки |
Первый телевизионный стандарт |
| Уровень неиспользованного рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана |
Не более 100мкР/ч |
| Напряженность электростатического поля на рабочем месте |
Не более 15 кВ/м |
Данные клиники глазных болезней Школы оптометрии Калифорнийского университета свидетельствуют о том, что у 2/3 пациентов , работавших на видеотерминалах в среднем по 7 и более часов в день в течение 4-х лет, наблюдаются проблемы с фокусировкой зрения.
Наконец, к возникновению астенопии и других глазных заболеваний может привести и интенсивная работа с дисплеем программистов, не подозревающих о наличии у них обычных дефектов зрения, которые требуют постоянного напряжения глаз. Многие из этих заболеваний можно избежать с помощью обычных или специальных очков, тогда как другие обязаны своим существованием неудачной конструкцией рабочего места и присутствием бликов на экране. Во всяком случае, пользователям персональных компьютеров, даже имеющим нормальное зрение, не менее одного раза в год необходимо проходить всестороннее обследование у окулиста.
Следует избегать того, чтобы терминал был обращен экраном в сторону окна, поскольку интенсивная освещенность поля зрения может затопить потоками света и размыть изображение оригинала на сетчатке глаза. Для исключения бликов на экране, расположенным рядом с окном, рабочее место и экран должны быть расположены перпендикулярно оконному стеклу. Солнечные лучи не должны попадать и непосредственно в поле зрения программиста. Основной поток естественного света должен быть слева.
Стена позади компьютера должна быть освещена примерно так же, как и экран. Для уменьшения поглощения света потолок, верхние части стен и оконные рамы следует окрашивать белым цветом (коэффициент отражения не менее 0.7), стены и панели - умеренно-светлыми (светло-голубой, -зеленый, -серый, -желтый, -бежевый) тонами (к.о. 0.5-0.6). Очень светлая или блестящая окраска рядом или на рабочем месте может стать источником причиняющих беспокойство отражений.
Избавиться от бликов на экране можно с помощью защитного сетчатого или интерференционного фильтра, а также используя дисплеи, экран которых имеет специальное антибликовое покрытие.
Организация рабочего места и режима работы
Какую бы тревогу не вызывали некоторые из отчетов и статистических данных, следует иметь ввиду, что многие болезни, связанные с работой на персональном компьютере, можно предотвратить. Ознакомившись с наиболее распространенными причинами компьютерных «напастей» можно избежать их, коренным образом изменив устройство рабочего места и привычный ритм работы.
Сегодня специалисты в области эргономики уже поняли, что нельзя найти идеальное положение, в котором можно пребывать и работать в течение всего дня. Для большинства людей комфортабельным рабочим местом должно быть такое, которое можно приспособить не менее чем для 2 позиций. При этом положение кресла, монитора и клавиатуры должны каждый раз соответствовать характеру выполняемой работы, антропологическим данным и привычкам работника и исключать неудобные позы и длительные напряжения. Например, многие считают, что для работы на компьютере больше всего подходит вертикальное положение со слегка наклоненным вперед сидением.
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.
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.
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
Похожие рефераты:
Интеграция локальных вычислительных сетей МИЭТ и студенческого городка МИЭТ
Волоконно-оптические линии связи
Курс лекции по компьютерным сетям
Корпоративная локальная компьютерная сеть на предприятии по разработке программного обеспечения
Передающее устройство одноволоконной оптической сети
Локальная сеть Ethernet в жилом микрорайоне
Передающее устройство одноволоконной оптической сети
Устройства генерирования и канализации субмиллиметровых волн
Проектирование локальной сети для рабочих мест на базе сети Ethernet
Проект структурированной кабельной системы
Анализ погрешностей волоконно-оптического гироскопа
Разработка систем передачи информации нового поколения
Реорганизация схемы управления и оптимизация сегмента сети передачи данных