Wkładki SFP, typy okablowania, komunikacji – omówienie sieci światłowodowych | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 5

W tym odcinku zgłębisz nieco wiedzy teoretycznej na temat medium transmisji, które coraz mocniej jest kojarzone ze współczesnym przemysłem, czyli światłowodów.

Aby zobaczyć pełny artykuł przejdź pod adres:

https://www.astor.com.pl/poradnikautomatyka/wkladki-sfp-typy-okablowania-komunikacji-omowienie-sieci-swiatlowodowych-kurs-podstawowej-konfiguracji-switchy-zarzadzalnych-odc-5/

  W tym odcinku dowiesz się:

• czym są i jak działają światłowody,
• jakie są rodzaje światłowodów i ich złącz,
• co to są wkładki SFP.

W poprzednim odcinku dowiedziałeś/dowiedziałaś się, jak zarządzać dystrybucją danych za pomocą switchy zarządzalnych. Tym razem zgłębisz nieco wiedzy teoretycznej na temat medium transmisji, które coraz mocniej jest kojarzone ze współczesnym przemysłem, czyli światłowodów.

  Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych

• 1. Co to jest switch zarządzalny? Możliwości konfiguracyjne i funkcjonalności | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 1

• 2. Jak bezpiecznie przesyłać dane dzięki redundancji sieci? Konfiguracja połączenia typu RING | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 2

• 3. Jak zapewnić bezpieczeństwo komunikacji przemysłowej? Alarmy o nieautoryzowanym połączeniu lub uszkodzeniu sieci | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 3

• 4. Zarządzanie dystrybucją danych w sieci. Konfiguracja wirtualnych sieci lokalnych i nadawanie priorytetu pakietom danych | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 4

• 5. Wkładki SFP, typy okablowania, komunikacji – omówienie sieci światłowodowych | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 5

• 6. Diagnostyka sieci komunikacyjnej | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 6

• 7. Gdy interfejs webowy nie wystarcza – monitoring sieci w oprogramowaniu narzędziowym | Kurs podstawowej konfiguracji switchy zarządzalnych odc. 7

To medium transmisyjne cechuje wysoka prędkość przesyłu, nawet na dalekie odległości, przy wysokiej odporności na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne. Są to dwie cechy, które znacząco wyróżniają światłowód na tle pozostałych przewodowych mediów transmisyjnych i świetnie wpisują go w aktualny trend wymogu płynnej komunikacji.

Niemniej jednak kluczem do poprawnego funkcjonowania światłowodu jest umiejętny jego dobór do potrzeb instalacji. W związku z tym ważne jest, aby znać jego zasadę działania i rodzaje – tak, aby w pełni wykorzystać jego potencjał.

Czym jest światłowód i jak działa?

Światłowód, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystuje promienie świetlne do przekazywania informacji w postaci impulsów. Składa się on z czterech głównych elementów: rdzenia (1) – przenoszącego główny sygnał, warstwy ochronnej (2) – zapewniającej powstanie całkowitego odbicia wewnętrznego oraz z warstwy wewnętrznej (3) i zewnętrznej (4) służących jako ochrona, głównie przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Budowa światłowodu.
Legenda: 1 – rdzeń, 2 – warstwa ochronna, 3 – warstwa wewnętrzna, 4 – warstwa zewnętrzna Źródło: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Singlemode_fibre_structure.svg  

Wspomniane wcześniej zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego jest kluczem poprawnego działania każdego światłowodu. Dzięki niemu promienie świetlne odbijają się przy minimalnych stratach i pozostają wewnątrz rdzenia światłowodu. Do zaistnienia tego zjawiska wymagane są dwa warunki: wiązka światła musi przechodzić ze środowiska (tu: rdzenia) o większym współczynniku załamania światła do środowiska o mniejszym współczynniku (tu: warstwy ochronnej), a także kąt padania promienia musi być większy od kąta granicznego w danym ośrodku.

Zjawisko odbicia całkowitego w światłowodzie.
Źródło: http://socrates.bmcc.cuny.edu/nsfvat/ASSETS/PDFS/Light_Video.pdf  

Promienie świetlne wysyłane są przez nadajnik przy pomocy emitera wiązki laserowej lub diody LED. Następnie promienie te odbijają się wzdłuż przewodu w opisany i zilustrowany powyżej sposób i trafiają do odbiornika, który przetwarza poszczególne impulsy świetlne na sygnały napięciowe reprezentujące stany bitów w komunikacji.

Odbiornik i nadajnik

Komunikacja za pośrednictwem światłowodu opiera się o nadajnik, który nadaje sygnał oraz odbiornik, który ten sygnał odbiera. Sygnał nadawany oznaczany jest jako TX, natomiast odbierany – RX. Urządzenia wykorzystujące światłowód jako medium komunikacyjne przeważnie posiadają odseparowany od siebie odbiornik i nadajnik, przez co w zdecydowanej większości przypadków do pełnej komunikacji full duplex używa się dwóch przewodów, podłączonych w sposób skrzyżowany, łączący TX z RX.

Istnieją jednak także specjalne wkładki, które łączą w sobie możliwości odbiornika i nadajnika w ramach jednego łącza. Dzięki wykorzystaniu takiej wkładki możliwa jest komunikacja full duplex przy wykorzystaniu zaledwie jednego przewodu. Niemniej jednak, rozwiązanie to nie jest szeroko spopularyzowane. Tradycyjne rozdzielenie odbiornika od nadajnika jest technologią tańszą i zdecydowanie bardziej niezawodną, a co za tym idzie – bardziej cenioną w przemyśle.

Tłumienie sygnału a długość fali

Bardzo ważnym aspektem komunikacji w światłowodzie jest długość fali świetlnej przesyłanej z nadajnika do odbiornika. Długość ta jest powiązana z niekorzystnym zjawiskiem tłumienia sygnału, czyli wytracaniu prędkości i siły fali światła.

Na podstawie badań oraz testów stworzono wykres zależności tłumienia sygnału od długości fali i wyznaczono trzy główne okna transmisyjne, które zapewniają optymalny przesył w zależności od zastosowań.

Wykres przedstawiający straty całkowite światłowodu w zależności od długości fal emisyjnych  Źródło: zas.pwr.edu.pl  

Pierwsze okno wykorzystywane jest przy komunikacji na niewielkie odległości – do kilkuset metrów. Drugie okno transmisyjne stosowane jest przy średnich odległościach – do 10 km, natomiast trzecie okno transmisyjne – przy odległościach ponad 10 km.

Rodzaje przewodów światłowodowych oraz złącz

Światłowód można podzielić na wiele grup, ze względu na różne kryteria – takie jak: materiał wykonania, geometria, rozkład współczynnika załamania. Jednak najważniejszym i kluczowym pod względem funkcjonalności kryterium jest: struktura modowa. W tym przypadku rozważa się dwa rodzaje światłowodów.

Światłowód jednomodowy

W tym światłowodzie sygnał przesyłany jest za pośrednictwem wiązki laserowej, dzięki czemu porusza się on w jednym modzie. Oznacza to tyle, że wewnątrz przewodu światłowodowego jednemu sygnałowi przyporządkowana jest jedna fala. Fala ta będzie poruszać się praktycznie równolegle do osi światłowodu.

 
Przebieg fali sygnałowej wewnątrz światłowodu jednomodowego,  Źródło: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Singlemode_optical_fiber.svg  

Ten rodzaj światłowodu wykorzystywany jest do przesyłania informacji na krótkie dystanse. Dodatkowo jego sposób wykonania jest dużo mniej skomplikowany niż w przypadku światłowodu jednomodowego, dlatego też światłowód wielomiodowy jest znacznie od niego tańszy.

Złącza

Przewody światłowodowe mogą być zakończone kilkoma rodzajami złącz. Jest to również bardzo ważny czynnik decydujący o odpowiednim doborze przewodu. Najczęściej spotykanymi złączami są złącza: ST(1), LC(2) oraz SC(3).

Legenda: 1 – Złącze ST, 2 – Złącze LC, 3 – Złącze SC,  Źródło: www.netprom.com.pl  

Spośród tych trzech rodzajów złączy, zdecydowanie najpopularniejszym jest złącze LC, ze względu na swój kompaktowy rozmiar oraz fakt, że to złącze wykorzystywane jest w modułach SFP. Wkładki SFP są wymiennymi modułami, będącymi konwerterami sygnałów świetlnych na cyfrowe. W przypadku serii Astraada Jet-Net znajdują one zastosowanie w switchach obsługujących porty Combo RJ45/SFP. Porty te umożliwiają wykorzystanie technologii światłowodowej lub tradycyjnego połączenia poprzez złącze RJ45, w ramach jednego portu. Dzięki tej funkcjonalności wystarczy włożyć wkładkę SFP w przeznaczone jej miejsce, odłączyć przewód miedziany i komunikacja na porcie zostanie automatycznie przywrócona.

Wkładka wielomodowa SFP,  Źródło: www.astor.com.pl  

Pozostałe złącza są wybierane najczęściej wtedy, gdy ważnym jest trwałość połączenia. Złącze ST oferuje gwintowaną nakrętkę, dzięki której połączenie jest szczelne i trwałe, natomiast złącze SC posiada zatrzask, który dodatkowo mocuje przewód.

Światłowód światłowodowi nierówny

Podsumowując powyższe informacje, znajomość technologii światłowodowej jest kluczowym aspektem w kwestii odpowiedniego doboru przewodu. Światłowody mogą od różnić się od siebie wykonaniem, technologią, oknem transmisyjnym, a nawet złączami. W związku z tym ważne jest, aby posiadać szerszą wiedzę na ich temat, co umożliwi trafną analizę danych.

Odpowiedni dobór przewodu to nie tylko zapewnienie komunikacji pomiędzy dwoma urządzeniami, ale również optymalne wykorzystanie medium transferowego. Znając informacje na temat odległości pomiędzy urządzeniami i wymaganej prędkości przesyłu danych można stwierdzić, który rodzaj światłowodu będzie miał najlepszy stosunek ceny do efektywności.

W następnym odcinku kursu poznasz różne zagadnienia z zakresu diagnostyki sieci, którą oferują zarządzalne switche z serii Astraada Jet-Net.