Оптика в локальной сети: быстрее, дальше, гибче

За оптическими системами будущее, поскольку они способны обеспечить высокие пропускную способность и дальность передачи.

Медные кабели продолжают совершенствоваться и, несомненно, еще долгое время будут главной составляющей структурированных кабельных систем (СКС). Вместе с тем, вряд ли кто-нибудь сомневается в том, что будущее — за оптическими системами связи. Они обеспечивают значительно более высокую пропускную способность и дальность передачи сигнала без регенерации.

Оптические системы отличаются не только высокой скоростью передачи и дальностью связи, но и высоким уровнем защищенности: при пересылке данных вовне не излучается никаких электромагнитных сигналов, перехватив которые злоумышленники могли бы получить несанкционированный доступ к информации. Кроме того, при использовании оптики не возникает проблем с электромагнитными (EMI) и радиочастотными (RFI) помехами, поскольку оптические системы не подвержены их негативному воздействию и сами не создают таких помех. Наконец, для инсталляторов СКС важным аргументом в пользу оптических кабелей является тот факт, что они электрически изолированы и не требуют проведения дополнительных работ по заземлению.

Одним из серьезных недостатков оптических систем считаются высокие начальные затраты на их построение. Снизить их позволяют системы пневматической задувки волокон в предустановленную систему микротрубок.

КАКИЕ БЫВАЮТ ВОЛОКНА

Ethernet представляет собой доминирующую технологию локальной сети. Более того, ее стали широко использовать операторы связи и провайдеры услуг при построении сетей доступа, городских сетей и даже сетей дальней связи. В настоящее время она предусматривает четыре скоростных «уровня»: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с. В Таблице 1 указаны основные оптические варианты технологии Ethernet, а также типы используемых волокон и поддерживаемая дальность связи.

Таблица 1. Оптические разновидности технологии Ethernet.

Для начала поясним обозначения самих вариантов технологии Ethernet. Первый символ, следующий за де-фисом, означает длину волны: S (short) — 850 нм; L (long) — 1310 нм; E (extra long) — 1550 нм. Второй указывает способ кодирования сигналов: X — традиционный 8B/10B; R — относительно новый алгоритм 64B/66B; W — алгоритм с использованием кадров SDH/SONET для работы в территориально-распределенных сетях (WAN). Цифра, если таковая имеется (как, например, в обозначении 10GBaseLX4), соответствует числу спектральных каналов, мультиплексируемых средствами WDM. Если эта цифра отсутствует, как у большинства вариантов Ethernet, то это значит, что используется только один спектральный канал.

МНОГОМОДОВОЕ ВОЛОКНО

Типы многомодового волокна часто обозначают как OM1, OM2 и OM3 (как в Таблице 1) в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801. Основные характеристики разных типов этих волокон приведены в Таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики разных типов многомодовых волокон.

Тип OM1 — традиционное многомодовое волокно, которое разрабатывалось еще для сетей FDDI, Ethernet на 10 и 100 Мбит/с. В активном оборудовании тогда применялись в основном светоизлучающие диоды LED. Характеристик этих излучателей и традиционного волокна было вполне достаточно для реализации канала необходимой длины (2000 м) и поддержки упомянутых — относительно низкоскоростных по сегодняшним меркам — сетевых технологий. Диоды LED формируют большое световое пятно, которое переполняет волокно световыми модами, поэтому такой способ ввода сигнала в волокно называют насыщающим возбуждением.

В гигабитном и десятигигабитном активном оборудовании вместо диодов LED используются лазерные источники сигнала. Это могут быть, например, лазеры Фабри-Перо или лазеры с распределенной обратной связью (Distributed Feed Back, DFB). В этом случае говорят о лазерном возбуждении сигнала. В последнее время все более широкое применение находят относительно недорогие полупроводниковые лазеры на вертикальных резонаторах (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL).

Как видно из Таблицы 1, для оборудования 10 Гбит/с волокно OM1 обеспечивает дальность передачи в 300 м только при использовании довольно дорогой и сложной технологии 10GBaseLX4, которая предусматривает мультиплексирование четырех спектральных каналов. Сейчас завершается стандартизация еще одного варианта 10 Gigabit Ethernet (10GBaseLRM), разработанного специально для традиционного волокна, однако рыночные перспективы этой технологии пока не ясны.

Поскольку инсталляции на базе одномодового волокна дорогостоящи, а многомодовое волокно классов OM1 и OM2 не позволяет достичь необходимой дальности связи, специально для поддержки высокоскоростных приложений было создано волокно OM3. Использование волокна OM3 и лазеров VCSEL в приемопередатчиках активного оборудования оказывается одним из наиболее экономически эффективных вариантов организации каналов 10 Gigabit Ethernet протяженностью до 300 м.

Классы OM1, OM2 и OM3 служат своего рода ориентирами для проектировщиков кабельных инфраструктур. Большинство производителей выпускают волокна, которые по своим характеристикам превосходят требования, предъявляемые к этим классам, например так называемые улучшенные волокна OM2 или OM3. Последнее способно обеспечить организацию каналов 10 Гбит/с протяженностью до 550 м.

ОДНОМОДОВОЕ ВОЛОКНО

Основными источниками спецификаций на одномодовое волокно являются стандарты МСЭ-Т серии G.65x и спецификация IEC 60793-2-50 (см. Таблицу 3). В «основополагающем» для отрасли СКС международном стандарте ISO/IEC 11801 описан только один класс одномодового волокна OS1. В предварительном варианте стандарта ISO/IEC 24702 (Generic Cabling for Industrial Premises) упоминается предназначенный для поддержки еще более скоростных приложений класс OS2. Если потери для волокна OS1 специфицированы на уровне 1 дБ/км (для длин волн 1310 и 1550 нм), то для OS2 они должны составлять всего 0,4 дБ/км.

Таблица 3.Спецификации на одномодовое оптическое волокно.

Сегодня наибольшее распространение получило волокно, соответствующее рекомендации G.652. Оно имеет оптимальные характеристики в окне прозрачности около 1310 нм. В рекомендации G.652c/d описывается волокно с расширенным рабочим диапазоном, в котором устранен так называемый «водяной пик» (1383 нм). В сетях дальней связи получили ограниченное применение волокна G.653 (со смещенной дисперсией) и G.654 (со смещенной длиной волны отсечки). Между тем все большую популярность приобретает волокно G.655, которое еще называют волокном со смещенной ненулевой дисперсией. Дело в том, что слишком малая дисперсия в рабочем окне 1550 нм приводит к ряду негативных эффектов (особенно для систем DWDM), поэтому в волокне G.655 длина волны с нулевой дисперсией сдвинута на границы рабочего диапазона. В последнем из стандартизованных МСЭ-Т типов волокна — G.656 — еще больше расширен рабочий диапазон, где отсутствуют нежелательные нелинейные эффекты.

Вообще говоря, проектировщикам СКС не нужны подробные знания о каждом из имеющихся типов одномодовых волокон. Для большинства приложений 10 Gigabit Ethernet вполне достаточно волокна G.652. Более дорогое волокно G.655 дает некоторые дополнительные преимущества, но они станут востребованными, только когда появятся еще более скоростные сетевые технологии.

КОНСТРУКЦИЯ КАБЕЛЯ

Вслед за выбором подходящего для конкретной задачи волокна следует уделить внимание конструкции кабеля. В этой связи возникает несколько важных вопросов.

Сколько волокон должно быть в кабеле? Для ответа на этот вопрос надо учесть будущие потребности, а также необходимость резервирования каналов. Возможно, проложить кабель с избыточным (на начальном этапе) числом волокон окажется выгоднее, чем потом останавливать работу сети и прокладывать дополнительный кабель. Впрочем, все зависит от конкретной сети, важности работающих в ней приложений и массы других факторов. Анализ ыункционирования сетевых инфраструктур показывает: с точки зрения отказоустойчивости сети лучше иметь несколько кабелей с малым числом волокон, чем один многоволоконный магистральный кабель, по которому будет передаваться основная часть информационных потоков компании. Если магистральный кабель будет поврежден, то пострадает вся сеть. Маловолоконные же кабели можно проложить по разным маршрутам, и, если на трассе одного из них произойдет авария, другие останутся незатронутыми и смогут даже принять трафик с поврежденного участка.

Еще один важный вопрос: где планируется инсталлировать и эксплуатировать кабель? Кабели могут быть предназначены для прокладки внутри зданий (внутриобъектовые), вне зданий, или — в случае универсальных — как внутри, так и снаружи помещений. Одно из важнейших свойств внутриобъектовых кабелей — использование при их изготовлении огнестойких материалов, которые не подвержены горению и обладают низкой токсичностью. Как правило, в них применяется не содержащая галогенов защитная оболочка с малым уровнем выделения дыма (Low Smoke Zero Halogen, LSZН).

Рисунок 1. Пример волоконно-оптического кабеля для распределительных сетей (distribution cable).

Некоторые производители выделяют в отдельную группу кабели для распределительных сетей (distribution cables). Они предназначены для построения основных распределительных (магистральных) и горизонтальных распределительных участков корпоративных сетей. В типовых вариантах таких кабелей содержится до 24 волокон (см. Рисунок 1). Если наряду с оболочкой LSZН в таких кабелях предусмотрены гидрофобный наполнитель (с целью предотвращения проникновения влаги) и силовая оболочка (например, из арамидных нитей), то их можно использовать как внутри помещений, так и для внеобъектовых инсталляций. Применение подобных универсальных кабелей выгодно, в первую очередь, тем, что устраняется необходимость специального сопряжения кабелей на входе в здание.

Рисунок 2. Пример волоконно-оптического кабеля для прокладки в жестких внешних условиях.

Для защиты кабеля от повреждений в случае прокладки его вне здания волокна помещают в специальную оболочку (трубку), выполненную из металлической ленты или стеклопластиковых прутков. В одну такую трубку обычно вмещается четыре или 12 волокон. В стандартных вариантах кабеля может быть до 12 трубок, т. е. всего 144 волокон; кроме того, выпускаются кабели, где число волокон еще больше. Для усиления защиты кабель помещается в броню из стальной проволоки, нередко предусматривается и специальная защита от грызунов (см. Рисунок 2).

СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ

Способов прокладки кабелей существует великое множество, особенно при построении сетей дальней связи. Их укладывают непосредственно в грунт или в защитные пластмассовые трубы (кабельную канализацию) и подвешивают на самые разные конструкции (опоры воздушных линий связи, контактной сети железных дорог и т. д.). Специальные кабели подвешивают на высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП).

Если же говорить о внутриобъектовых инсталляциях, то оптические кабели обычно прокладывают в специальных защитных трубах или коробах, а также в свободном пространстве над фальшпотолком или под фальшполом. Но любой классический способ имеет один серьезный недостаток: на этапе проектирования кабельной инфраструктуры очень трудно определить, сколько волокон какого типа потребуется, скажем, через два года или пять лет. Прокладывать же оптику с большим запасом — удовольствие недешевое.

Рисунок 3. Система микротрубок для пневматической прокладки волокон.

Решить эту проблему помогают инновационные кабельные системы, где используется принцип пневматической задувки волокна в предустановленную систему микротрубок (см. Рисунок 3). Одной из первых подобного рода решение предложила компания Brand-Rex, и ее система Blolite рассматривается многими специалистами в качестве отраслевого стандарта. Идея системы проста: на этапе строительства инфраструктуры прокладываются недорогие микротрубки, а затем, по мере необходимости, в них задувается оптическое волокно — причем волокно того типа и в тех количествах, которое требуется на данный момент.

В системе Blolite применяются микротрубки (MicroDucts) диаметром 3, 5 и 8 мм. Они объединяются в специальные связки — мультиканалы (MultiDucts) с защитным покрытием, позволяющим прокладывать их как внутри, так и вне помещений. Внутренняя поверхность микротрубок обработана специальным образом, чтобы снизить трение при задувке волокон. В одной трубке может быть проложено одно, два, четыре, шесть, восемь или 12 волокон. В системе применяются многомодовые и одномодовые волокна всех основных типов, в том числе отвечающие требованиям классов OM1, OM2, OM3, OS1 и OS2. Волокна терминируются любыми стандартными разъемами. Кроме того, для их терминирования Brand-Rex предлагает специальные полушнуры (pigtails).

Задувка новых волокон в системе Blolite осуществляется с помощью сжатого воздуха со скоростью 40 м/мин, максимальная дальность составляет 1 км. Решение можно использовать на всех участках корпоративных сетей: от магистрали до подключения рабочих мест.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На рынке имеется большой выбор типов оптических волокон и построенных на их основе оптических кабелей, применение которых позволяет решить практически любую сетевую задачу. Однако одной из самых главных проблем является выбор числа и типов инсталлируемых волокон, чтобы обеспечить дальнейшее расширение сети и поддержку новых приложений. Добавлять и заменять оптические волокна в традиционных кабельных системах — дело очень сложное и дорогое.

В этой связи следует обратить внимание на системы наподобие Blolite, поскольку они предоставляют пользователям высокую гибкость при формировании оптической кабельной инфраструктуры, так как требуемое число (и тип) оптических волокон определенного типа можно вдувать по мере необходимости в предустановленную систему микротрубок.

В таком случае значительно снижаются начальные инвестиции в кабельную инфраструктуру — волокна докупаются и прокладываются, когда в них возникает потребность.