Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия

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.

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".

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:

1. Без буферизации (cut-through);

2. 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.

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:

. среда передачи информации (тип кабеля);

. метод доступа к среде;

. максимальная протяженность сети;

. пропускная способность сети;

. 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 100Base-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.

o Класс 1. Можно каскадировать до 5 включительно концентраторов,

используя специальный каскадирующий кабель.

o 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 |Допуск на |Итого |

| |вдоль опор |разводку кабеля|(метров) |

| |подвесных линий|по зданиям | |

| |передачи |(метров) | |

| |(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 |Тип подключения |

| |подключаемых | |

| |станций | |

| | |10Мбит |100Мбит|100Мбит |

| | |коммутируем| |коммутируем|

| | |ое | |ое |

|Административное |3 |1* |- |2** |

|здание | | | | |

|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 [pic]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.

[pic]

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.

2 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:

. обеспечение сопряжения с концентратором существующей сети со скоростью

передачи 10 Мбит/сек;

. наличие как минимум 2 портов Fast Ethernet для подключения серверов;

. наличие как минимум 4 портов 100Base-FX для подключения сегментов рабочих

групп;

. 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

|Характеристи|HP ProCurve Switch 1600M |HP AdvanceStack Switch 800T |

|ка | | |

|Порты |16 портов RJ-45 с |4 порта 10/100Base-TX |

| |автоопределением скорости |4 открытых трансиверных слота |

| |10/100Base-TX |1 RS-232C DB-9 консольный порт |

| |1 открытый модульный слот | |

| |1 RS-232C DB-9 консольный порт| |

|Модули |HP ProCurve Switch |HP AdvanceStack 100Base-TX UTP |

| |10/100Base-T Module (J4111A) |Transceiver(J3192C) |

| |HP ProCurve Switch 100Base-FX |HP AdvanceStack 100Base-FX |

| |Module (J4112A) |Fiber-optic Transceiver(J3193B)|

| |HP ProCurve Switch Gigabit-SX | |

| |Module (J4113A) | |

| |HP ProCurve Switch Gigabit-LX | |

| |Module (J4114A) | |

| |HP ProCurve Switch 10Base-FL | |

| |Module (J4118A) | |

|Память и |буфер 8 Мб для 10/100 портов |буфер 512 Кб (100Mb порты) |

|процессор |буфер 2 Мб для Gigabit порта |буфер 256 Кб (10Mb порты) |

| |RAM/ROM емкость 12 Мб |RAM/ROM емкость: 8 Мб |

| |Flash память: 2 Мб |Flash память: 1 Мб |

| |Процессор: Intel i960JD - 66 |Процессор: Intel i960JF - 25 |

| |MHz |MHz |

|Производител|Задержка: 8µs |Задержка: n2), то существует критический угол падения[pic]

- внутренний угол падения на границу, при котором преломленный луч идет на

границе двух сред ([pic]). Из закона Снеллиуса легко найти этот критический

угол падения:

[pic] (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 [pic]

вводимого в волокно излучения из свободного пространства, при котором свет

испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну,

формулой:

[pic] (4 – 4)

Фирмы-изготовители волокна экспериментально измеряют угол[pic] 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:

[pic] (4 – 5)

Для градиентного волокна используется понятие локальной числовой

апертуры [pic], 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

[pic] (4 – 6)

где [pic] - 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

[pic] (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.

[pic]

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.

|№№ |Оптическое волокно |( (нм) |

| |Название и|? (%) |n1 |A |1550 |1310 |850 |

| |диаметр | | | | | | |

|1 |step MMF |- |- |0,39* |V=158,0|187,06 |288,29 |

| |200/240 | | | |9 | | |

|2 |step MMF |- |- |0,29* |58,77 |69,54 |107,18 |

| |100/140 | | | | | | |

|3 |grad MMF |2,1** |1,47** |0,28* |35,46 |41,96 |64,67 |

| |62,5/125 | | | | | | |

|4 |grad MMF |1,25** |1,46** |0,20* |20,26 |23,98 |36,95 |

| |50/125 | | | | | | |

|5 |step SMF |0,36** |1,468** |0,13* |2,187 |2,588 |3,990 |

| |(SF) | | | | | | |

| |8,3/125 | | | | | | |

Обозначения: step MMF (multi mode fiber) – ступенчатое многомодовое

волокно;

step SMF (single mode fiber) – ступенчатое одномодовое

волокно;

grad MMF – градиентное многомодовое волокно;

- 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|Число|Тип мод |

|частота V |мод | |

| |Nm | |

|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:

[pic] (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:

[pic] (4-9)

(a – радиус сердцевины, b – радиус оболочки) определяется так:

[pic] (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 ((CF) и кабельную длину волны

отсечки ((CСF). 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 (CСF в сторону коротких длин волн по сравнению с (CF. 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

(CF=(dNA/2,405=1,847dn1(? .

(CСF, в отличие от (CF, можно оценить только экспериментальным образом.

Одним из практических методов измерения длин волн отсечки (CF и (CСF

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

[pic] 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(?), 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(?) соответствует длине волны отсечки.

Рис.4.1. Определение длины волны отсечки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5