Обоснование целесообразности замены медных кабельных систем на воло-конно-оптические кабели

Е.Ю. Худякова, Е.А. Худякова, Иркутский государственный технический университет

В настоящее время в НИ ИрГТУ проходит постепенная замена медных кабельных систем связи на волоконно-оптические. Это обусловлено увеличением локальной сети университета и возросшим объемом информации, которым ежедневно обмениваются все отделы и подразделения университета. В среднем в течение рабочего дня такой объем составляет от 10 до 40 Гб. К этому еще добавляется выход в Интернет. Для стабильной и продуктивной работы учреждения актуальным становится вопрос создания скоростной и качественной линии связи, созданной с помощью волоконной оптики.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) представляют собой систему передачи информационных данных по оптическим диэлектрическим световодам, которые еще называют оптическим волокном. Сегодня ВОЛС считают наиболее совершенным способом передачи больших потоков данных на значительные расстояния. Благодаря физическим свойствам волоконной оптики, существует возможность передавать по ВОЛС информацию с частотой, большей в 100 раз, чем у медного кабеля, а за счет мультиплексирования передача данных выполняется практически с неограниченной скоростью и идет сразу по нескольким каналам [2].

Оптоволоконные кабельные линии обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с медными [1].У оптоволоконных кабелей есть огромная полоса пропускания со скоростями передачи до 40 Гбит/с на сегодняшний момент, и более чем 100 Гбит/с ожидается в ближайшем будущем.

Факторы, ограничивающие увеличение скоростей передачи данных: во-первых – время ответа источника и медленные датчики, по сравнению с периодами импульса для высоких скоростей передачи данных; во-вторых – длина волны света достаточно близка к периоду импульса, чтобы вызвать проблемы дифференцирования в датчиках.

Методы мультиплексирования нескольких длин волн на одно волокно (упомянутый как мультиплексирование подразделения волны (WDM)), увеличивают объединенные скорости передачи по одному кабелю оптоволокна почти до нескольких ТБ/сек. Для понятия того, что это представляет собой, с точки зрения информационной передачи, приведем пример: оптоволокно оптической связи, работающее приблизительно в 1 Гбит/с, может перенести 30 000 сжатых телефонных звонков одновременно. Связь, работающая в 30 Гбит/с, может нести до 1 млн телефонных звонков одновременно на единственном канале волокна.

Коаксиальные кабели с диаметрами до 8 см могут передавать информацию со скоростями, достигающими 1 Гбит/с, на расстояния 10 км. Ограничивающий фактор – очень высокая стоимость меди [1].

Волоконно-оптические кабели полностью не зависят от электромагнитных помех (EMI), радио помех (RFI), молний и высоких скачков напряжения. Они не страдают от емкостных или индуктивных проблем связи. Волоконно-оптические кабели (если они разработаны правильно) не зависимы от магнитных импульсов.

Как дополнение к этому факту – волоконно-оптические кабели не испускают никаких электромагнитных или радиочастотных помех. Эта характеристика очень важна в области вычислительной техники, видео, и аудио, где низкий уровень помех имеет важное значение.

Медные кабели зависят от внешних помех. В зависимости от типа кабеля и количества слоев защиты вокруг кабеля, на них влияют в разной степени электромагнитные и радиопомехи через индуктивные, емкостные и резистивные связи.

Медные кабели также излучают электромагнитные волны, которые могут создавать помехи других медных кабелей систем связи. Количество радиации, которое они излучают, зависит от величины сигнала, который они несут, и от качества экранирования.

Волоконно-оптические кабели обеспечивают полную гальваническую развязку между концами кабеля. Характеристика без проводимости волокон позволяет выработать сопротивление кабелей на скачки напряжения. Это устраняет помехи, которые могут быть вызваны контурами заземления, общим режимом напряжения, а также сдвигом коротышей в потенциале земли. Волоконно-оптический кабель активен как долгий оптический изолятор. Еще одним преимуществом является то, что, поскольку оптические волокна не выделяют излучения и не подвержены влиянию помех, нет перекрестных помех между кабелями (перекрестные помехи – излучение от одного кабеля связи мешает другим кабелям, которые работают рядом с ним).

Медные кабели, просто работают по своему назначению, обеспечивая электрические связи между обоими концами. Таким образом, они подвержены влиянию контура заземления, синфазному напряжению, и потенциалу земли. Также они подвержены перекрестным помехам.

По сравнению со всеми другими кабелями передачи данных, оптоволоконные кабели очень легкие и очень маленькие в диаметре. Четыре основных оптоволоконных кабеля будет весить около 240 кг / км и 36-ядерный, оптоволоконный кабель будет весить всего чуть больше 3 кг. Из-за их небольшого размера по сравнению с медными кабелями той же пропускной способности, их, как правило, легче установить в существующие трубопроводы, а также время и стоимость установки, как правило, меньше, так как они легче по весу и проще в обращении [1].

Медный кабель может весить от 800 кг / км для 36 витых пар в оболочке кабеля до 5 т на километр высокого качества большого диаметра коаксиального кабеля.

Почти невозможно подключиться через оптоволоконный кабель и вызвать 'ошибку' передачи данных. Волокна должны быть физически использованы для извлечения данных, вмешательство будет уменьшать уровень сигнала, и увеличивать количество ошибок, причем и вмешательство и увеличенное количество ошибок легко обнаруживаются. При имеющихся в настоящее время технологиях, оптоволоконные системы считаются очень безопасными.

Подключения к системе передачи медного кабеля это просто вопрос подключения через кабель с эквивалентными кабелями высокого сопротивления. Медные кабели не считаются безопасной системой.

В настоящее время существует несколько оптоволоконных моноканальных систем передачи, но они не очень эффективны. Их трудно осуществить, и стоят они очень дорого. Значительные исследования в настоящее время, проводятся в этой области, но экономически эффективных систем, вероятно, еще не будет в течение нескольких лет.

Оптоволоконные кабели также трудно установить, они довольно хрупки и должны храниться подальше от возможного физического воздействия, которое может повредить их.

Моноканалы на основе медных систем - обычное, простое в установке дело, такие системы очень рентабельны. Витая пара, в частности, дешева, проста в установке, надежна и устойчива.

Соединение оптических волокон довольно сложно и требует специальной подготовки и инструментов. На сегодняшний день, продажа самых коротких кабелей предварительно прекращена, машины на заводах их почти не производят. Расходы, связанные с разъемами и инструментами являются относительно высокими.

Соединения из витой пары сравнительно легки и относительно дешевы. Коаксиальные кабели трудно полностью заменить, компоненты для их изготовления являются относительно дорогими, но не в той мере, как оптоволоконные системы.

Крупнейшим фактором, ограничивающим массовое распространение оптоволоконных систем, является очень высокая стоимость терминала передачи и оборудования приема. Для высокоскоростных систем, затраты могут быть от четырех до десяти раз выше, чем у эквивалентных медных систем. Оптоволоконные системы постепенно уменьшаются в стоимости, но по-прежнему, как правило, несколько дороже, чем их эквивалент – медные системы.

Электронику конечного оборудования для медных систем значительно проще спроектировать и изготовить, чем оптоволоконное терминальное оборудование и, следовательно, значительно дешевле.

Обе аппаратуры оптоволоконных и медных систем сложны, достаточно громоздки и дороги. Отличием медной системы является то, что она, по сравнению с оптоволокном, имеет низкую скорость передачи данных [2].

Темпы роста объема волоконно-оптических систем передачи и кабелей на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и составляют 40 % в год. Во многих странах оптические кабели занимают доминирующие место в сетях связи. Особая актуальность развития волоконно-оптических линий связи обусловлена тем, что ресурсы меди и свинца ограничены, а кабельная промышленность потребляет из общих ресурсов до 50 % меди и 25 % свинца. Оптические кабели не требуют дефицитных металлов и изготовляются, как правило, из стекла и полимеров.

Исходя из сказанного выше, можно отметить, что оптоволоконные сети являются перспективным направлением развития сетей связи. Достоинства данного способа организации связи вполне очевидны, а достаточно высокая стоимость не должна являться препятствием по той причине, что дальнейшая поддержка сети и обеспечение ее безопасности будут представлять уже менее сложную задачу, благодаря увеличению ресурсов и возможностей сети.

Списоклитературы

1. Practical Fiber Optics (David Bailey, Edwin Wright, 2003).

2.Леонова Н.В. Волоконно-оптические системы передачи: курс лекций. – Иркутск, 2008.

3. Англо-русский политехнический словарь / под ред. А.Е. Чернухина. – М.: Советская энциклопедия,1971.