Depositphotos 2452044 original miniW tym tekście skupimy się na przybliżeniu zarówno techniki światłowodowej jak również dostępnych rozwiązań w dziedzinie architektury sieci. Sieć światłowodowa oferuje znacznie lepsze parametry transmisji danych, przez co jest obecnie coraz szerzej stosowana zarówno w rozwiązaniach komercyjnych jak i przemyśle. Architektura sieci przemysłowej w obecnych czasach wymaga znacznie zwiększonego determinizmu jak i redundancji, przez co opracowywane są coraz nowsze rozwiązania w tej dziedzinie, które postaramy się przybliżyć.

 Przesył światłowodowy:

 

Budowa światłowodu

Sam światłowód składa się z czterech powłok:

  1. Rdzenia, którego grubość wynosi od 8 μm do 62.5 μm. Materiałem z którego wykonuje się rdzeń jest najczęściej szkło kwarcowe lub plastik. Jako materiał na tę powłokę stosuje się również inne rodzaje szkieł oraz materiały krystaliczne, jednak znacznie rzadziej.
  2. Włókna o średnicy 125 μm. Warstwa ta jest wykonywana z materiału o mniejszym współczynniku załamania światła niż rdzeń. Najpopularniejsze są tutaj plastiki oraz w pewnych uzasadnionych przypadkach stosuje się również szkła z odpowiednimi domieszkami.
  3. Pokrycia wewnętrznego o grubości 250 μm.
  4. Pokrycia zewnętrznego o grubości 400 μm, które wraz z pokryciem wewnętrznym stanowią warstwę ochronną światłowodu. Obie te warstwy chronią włókno i rdzeń światłowodu przed mikropęknięciami. Wykonuje się je z elastycznych materiałów takich, jak np. akryl.

 

swiatlowod antaira

 

Struktura światłowodu: 1. Rdzeń 2. Włókno 3. Pokrycia wewnętrzne 4. Pokrycie zewnętrzne

 

Światłowody jednomodowe i wielomodowe

Światłowody dzieli się na światłowody do przesyłu jednomodowego oraz multimodowego. W zależności od sposobu budowy światłowodu można osiągnąć odmienne odległości transmisji danych.

 

Parametry Jednomodowe Multimodowe
Długość fali nośnej 1310 I 1550 nm 850 I 1310 nm
Odległości przesyłu Ethernet Do 20 km 2000 m
Fast Ethernet 30~80 km 2000 m
Giga Ehternet 10~30 km 500 m
Grubość rdzenia do 10.5 μm Do 62.5 μm

 

Zasada funkcjonowania światłowodu

Ze względu na to, że płaszcz włókna światłowodu wykonany jest z tworzywa o współczynniku załamania światła mniejszym od wartości tego współczynnika dla szkła, możliwe jest działanie światłowodu. Zależność ta pozwala na utrzymanie światła we wnętrzu rdzenia, gdyż promień świetlny odbija się od płaszczyzny styku rdzeń-płaszcz włókna.

Światłowody jednomodowe przesyłają tylko jedną składową światła – wszystkie promienie płynącego światła mają ten sam kąt odbicia od płaszcza wokół rdzenia. Dzięki takiemu zachowaniu przebywają tą samą drogę w jednakowym czasie.

wykres antaira swiatlowody

 

Typy źródeł sygnału – porównanie

 

Źródło sygnału Właściwości Dystans przesyłu Koszt 
LED
  • Wykorzystywane w komunikacji typu „Multi-Mode”
Niewielki  Niski koszt
Dioda laserowa Laser FP (Fabry-Perot)  
  • Wykorzystywane w komunikacji typu „Single-Mode”
  • Długość przesyłanej fali – 1300nm
  • Bit rate – 10Mbps do 1000Mbps
Duży (20-70 km)  Średni koszt
Laser DFB (Distibuted Feedback)  
  • Wykorzystywany w komunikacji typu „Single-Mode” oraz CWDM
  • Długośc przesyłanej fali – 1550nm
  • Bit rate – 1000Mbps
B. Duży (70-110 km)  Wysoki koszt
Laser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting)  
  • Wykorzystywany w komunikacji typu „Multi-Mode”
  • Długość przesyłanej fali – 850nm
  • Bit rate – 1000Mbps
Niewielki (500 – 2000 m)  Niski koszt

 

Ograniczenia światłowodów i straty mocy sygnału

Poniżej opisano typowe ubytki mocy nadawanego sygnału, na drodze od nadajnika do odbiornika. Sam wykres obrazuje dlaczego ważna jest czułość odbiornika światłowodowego oraz jak ważne jest odpowiednie zaprojektowanie takiej sieci. Podczas doboru osprzętu, w tym switchy, należy pamiętać o możliwych stratach mocy sygnału. Nieodpowiednie zaprojektowanie sieci może być przyczyną złego działania lub nie działania.

Same straty przesyłu można podzielić na trzy główne grupy, a każdą z nich na poszczególne przyczyny straty sygnału. Kolejno od lewej strony są to:

 

  • Straty zależne od źródła sygnału:
    • Moc nadajnika (±2dB)
    • Temperatura (±2dB)
    • Złącza światłowodowe (±2dB)
    • Efekty starzenia się (-3dB)

 

  • Straty zależne od złącz i światłowodów
    • Straty  przesyłu (-2dB)
    • Straty w światłowodach (-4dB/km)
    • Efekt temperaturowy (±1dB)
    • Złącza Rx (±0dB)

 

  • Pozostałe straty (-3dB)
    • Straty spowodowane przez naprawy
    • Straty w węzłach 
    • Margines bezpieczeństwa

antaira wykres

 Typowe straty w przesyle światłowodowym

 

Dla potrzeb projektowych przyjmuje się następujące wartości, pozwalające obliczyć straty w łączach światłowodowych:

  • Dla każdego złącza – 0.5 dB straty (0.7 dB max)
  • Dla każdego węzła – 0.2 dB
  • Dla światłowodów multimodowych:
    • 3 dB/km dla źródeł 850 nm
    • 1 dB/km dla źródeł 1300 nm
  • Dla światłowodów jednomodowych:
    • 0.5 dB/km dla źródeł 1300 nm
    • 0.25 dB/km dla źródeł 1550 nm

 

 Osprzęt światłowodowy:

 

Złącza

Złącza światłowodowe występują w kilku typach oraz standardach. Złącza można podzielić ogólnie na:

  • Złącza stałe – powstają przez spawanie lub klejenie końcówek. Światłowody z taką strukturą złącza nie mogą być rozdzielane bez zniszczenia struktury złącza.
  • Złącza rozłączane – powstają przez zbliżenie końcówek światłowodu oraz odpowiednie pozycjonowanie tych końcówek za pomocą układu mechanicznego.

Same złącza rozłączane dzielą się na kilka rodzajów. Najpopularniejsze to złącza typu:

  • ST (z kołnierzem bagnetowym),
  • FC (z korpusem gwintowanym, ang. Ferrule Connector),
  • SC (o przekroju prostokątnym, ang. Standard Connector),
  • LC (Little Connector).

Złącza SC stosowane są zwykle w urządzeniach aktywnych typu media czy wideo konwertery. Użycie takich złącz pozwala na szybką i stosunkowo prostą realizację przyłączenia. Taki rodzaj złącz oraz złącza typu ST są również powszechnie wykorzystywane w urządzeniach infrastruktury sieciowej, takich jak switche czy serwery.

 

Switche sieciowe

Jednym z podstawowych elementów struktury sieciowej są switche. Coraz częściej architektura takich switchy opiera się o technologie światłowodowe.

Do podstawowych zadań switchy w sieci zalicza się:

  • Kontrola przepływu danych
  • Wzmacnianie sygnału
  • Łączenie sieci o różnych prędkościaci
  • Rozszerzanie dostępu do sieci Ethernetowej

 

Switche niezarządzalne

Switche niezarządzalne są najprostszą wersją tego typu urządzeń. Obsługa takich urządzeń sprowadza się zwykle do wpięcia urządzenia do sieci. Nie ma konieczności instalacji dodatkowego oprogramowania oraz konfiguracji urządzenia. 

 

Switche zarządzalne

Switche zarządzalne stanowią bardziej zaawansowaną wersję switchy niezarządzalnych. Pozwalają na zachowanie determinizmu, redundancji sieci oraz na możliwość nieprzerwanego jej monitorowania. W przeciwieństwie do switchy niezarządzalnych posiadają kilka dodatkowych funkcji, takich jak:

  • Dostępność poprzez przeglądarkę internetową, swiatlo 8
  • Monitoring online
  • Dostępność powiadomień e-mailowych
  • Zachowane dane historyczne z funkcjonowania sieci
  • Dostępność PoE dla odpowiednich urządzeń

 

Dostępne urządzenia oraz dodatkowe funkcjonalności:

Jednym z czołowych producentów sieciowych rozwiązań w dziedzinie światłowodowej jest firma Antaira, specjalizująca się w osprzęcie sieciowym. Poza wymienionymi wyżej rozwiązaniami dla switchy zarządzalnych istnieją dodatkowe funkcjonalności, skierowane głównie do odbiorców przemysłowych. 

 

Przemysłowe warianty switch firmy Antaira pozwalają na:

  • Zwiększenie redundancji sieci poprzez zastosowanie architektury i protokołów samonaprawczych
  • Poprzez obsługę STP/RSTP/MSTP
  • Poprzez zastosowanie ARR (Antaira Redundant Ring) o czasie reakcji >20ms
  • Poprzez zastosowanie ITU-G8032 ERPS o czasie reakcji >50ms

 

  • Zwiększenie determinizmu sieci i kontroli przepływu danych poprzez:
    • IGMP Snooping
    • Limitowanie przepływu danych
    • Port Trunking
    • QoS (Quality of Service)
    • Sieci VLAN (Virtual LAN)

 

Zwiększony determinizm

Możliwość zwiększenia determinizmu sieci można przedstawić na przykładzie IGMP Snooping, czyli Internet Group Management Protocol. Jest to rodzaj protokołu kontrolujący skąd i dokąd mają trafić przesyłane dane.

 

Poniższy przykład obrazuje w jaki sposób działa ten protokół. 

wykresy ze switchami

Aktywując protokół IGMP, switch przekierowuje odpowiednie dane do odpowiednich grup, eliminując tutaj niepotrzebne połączenia. Takie działanie pozwala na odciążenie sieci z niepotrzebnych transferów danych, za czym idzie zwiększona możliwość przesyłu danych skierowanych do odpowiednich grup.

wykresy ze switchami2

Kontrola przepływu danych

Jednym ze sposobów kontroli przepływu danych jest tzw. QoS – Quality of Service. Jest to sposób kontroli i priorytetowania przekazywanych danych. Takie działanie pozwala na uniknięcie sytuacji, gdzie najważniejsze dane muszą „czekać w kolejce” aż nagromadzona ilość danych niższej wagi zostanie przesłana. Poniższy rysunek obrazuje tę zasadę w sposób uproszczony.

wykresy ze switchami3

Sieć VLAN można określić jako grupę urządzeń zlokalizowanych w dowolnych miejscach sieci, które mogą komunikować się w taki sposób jak gdyby były w tym samym segmencie fizycznym. Sieć Virtual LAN można nazwać pewnego rodzaju podsiecią, niezwiązaną z warstwą fizyczną.

 

wykresy ze switchami4

 

Pośród zalet sieci VLAN można wyróżnić:

  • Niezależność takiej sieci od fizycznej konfiguracji urządzeń i połączeń
  • Zapewnienie dodatkowej ochrony oraz usunięcie niepotrzebnego ruchu sieciowego poprzez ograniczenie dostępu do poszczególnych podsieci
  • Możliwość wydzielania sieci dla poszczególnych podgrup zadaniowych
  • Możliwość względnie taniego zaadaptowania istniejącej sieci, bez konieczności stosowania dodatkowych kart rozszerzeń i wymiany okablowania
  • Prosta konfiguracja poprzez wbudowane oprogramowanie 

 

 Podsumowanie:

 

Firma CSI ma w swojej ofercie szeroki zakres osprzętu sieciowego firmy Antaira. Nasi pracownicy mogą również przybliżyć państwu inne dodatkowe funkcjonalności, jakie oferuje ten sprzęt.

 

Dodatkowe informacje:

 

Sprawy techniczne (komputery przemysłowe, systemy operacyjne, wsparcie produktowe)

Osoba Stanowisko Email Telefon
 inż. Beniamin Jursa
 Inżynier wsparcia technicznego 502 898 931

  

W razie dodatkowych pytań zachęcamy do kontaktu z naszymi inżynierami

 

 

 

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce Cookies". Dowiedz się więcej