Światłowód - technologia dziś i jutra

• Okablowanie światłowodowe jest obecnie podstawowym medium transmisyjnym w sieciach przesyłu danych (między innymi sieci LAN), gdzie wymagana jest wysoka wydajność okablowania sieciowego oraz realizowana jest transmisja danych na dystansach przewyższających graniczne 100m (100m jest limitem długości łącza danych dla okablowania miedzianego). Włókno światłowodowe, czyli podstawowy składnik każdego kabla światłowodowego, zbudowane jest ze szkła kwarcowego (krzemionki), które swoją grubością porównywalne jest z grubością ludzkiego włosa. Włókno to umożliwia transmisję danych za pomocą fal świetlnych. Droga, po której porusza się promień świetlny (wiązka fotonów) nazywana jest modem. Jeżeli w danym włóknie możliwa jest transmisja światła tylko po jednej drodze, tzn. po jednym modzie – wówczas mamy do czynienia z włóknem jednomodowym, natomiast jeżeli promień świetlny może poruszać się różnymi drogami, czyli po różnych modach – wówczas mamy do czynienia z włóknem wielomodowym.

• Tym samym, ze względu na rodzaj zastosowanego włókna szklanego w danym kablu światłowodowym, okablowanie światłowodowe możemy podzielić na dwie podstawowe grupy:

  • kable jednomodowe (ang. single mode), oznaczenia stosowane przez producentów: SM, 9/125, OS1, OS2

  • kable wielomodowe (inne określenie multimodowe) (ang. multi mode), oznaczenia stosowane przez producentów: MM, OM1, 62,5/125 – tylko przy OM1, OM2, OM3, OM4, OM5, 50/125

  • Do kabli jednomodowych

  • Do kabli wielomodowych

• Oznaczenia liczbowe stosowane do opisywania włókien światłowodowych typu: 9/125, 50/125, 62,5/125 pochodzą od rozmiarów geometrycznych przedmiotowych włókien. Włókno światłowodowe składa się z dwóch warstw, tj. warstwy wewnętrznej - rdzeń o średnicy 9µm (włókna jednomodowe), 50 lub 62,5µm (włókna wielomodowe) oraz z warstwy zewnętrznej - płaszcz o średnicy 125µm.

  Dla zapewnienia możliwości propagacji (rozchodzenia się) fotonów światła wewnątrz rdzenia włókna światłowodowego (UWAGA: światło porusza się tylko wewnątrz rdzenia), warstwa szkła kwarcowego zastosowana w płaszczu jest domieszkowana pierwiastkami, np. typu: tytan, german czy bor. Włókno szklane, które w swojej budowie jest bardzo delikatne i kruche, chronione jest przed warunkami zewnętrznymi przez bufor ochronny, tj. przez napyloną warstwę kolorowego akrylu. Warstwa ta tworzy łączną średnicę dla włókna na poziomie 250µm – mówimy wówczas o konstrukcji „luźna tuba” lub 900µm – konstrukcja "ścisła tuba".

  Warto nadmienić w tym punkcie również, że warstwa buforu kolorowego, która znajduje się na włóknach, wykorzystywana jest do oznaczania kolejności włókien podczas wykonywania spawów (tj. łączeń światłowodów) a tym samym możliwe jest sprawne zarządzanie włóknami podczas prac instalacyjnych. Przykładowy sposób organizacji kolorystyki włókien światłowodowych wewnątrz danej tuby przedstawiono obok:

• 

  Tabela 1: Dobór kolorowych kodów włókien światłowodowych wg EN 60794-2

• Finalny kabel światłowodowy składa się z określonej ilości włókien światłowodowych, które są zamknięte w danej tubie, tj. rurce która znajduje się w kablu. Oczywiście tym samym możemy wyróżnić kable o konstrukcji jednotubowej lub wielotubowej. Natomiast najbardziej popularne krotności włókien światłowodowych, jakie są spotykane na rynku w kablach to 2, 4, 8, 12 (dalsze liczby są krotnościami liczby 12).

  Przy oznaczaniu ilości włókien światłowodowych dla kabli jednomodowych stosujemy zapis typu: 2J, 4J, 8J, 12J, 24J itd., natomiast dla kabli wielomodowych zapis ten wygląda następująco: 4G, 8G, 12G itd.
  Dla potrzeb wzmocnienia całej konstrukcji kabla, tuba/y oplatane są często włóknami aramidowymi lub włóknem szklanym, a ponadto w centralnej części kabla umieszcza się element wzmacniający. Spotyka są również kable, dla których wzmocnienie konstrukcji realizowane jest przez zastosowanie taśmy stalowej.

  Jednym z kluczowych parametrów kabli światłowodowych nie związanych z transmisją jest parametr o charakterze mechanicznym, opisujący maksymalną dopuszczalną siłę ciągnienia kabla światłowodowego podczas jego instalowania w korytach/kanałach kablowych. Dla kabli światłowodowych układanych w sieciach LAN parametr ten powinien wynosić min. 1500N. Układając kabel z należytą siłą ciągnienia warto jeszcze pamiętać o dopuszczalnych przez danego producenta minimalnych promieniach gięcia kabla. Zwyczajowo podaje się dwa parametry: minimalny dopuszczalny promień gięcia podczas instalacji okablowania oraz minimalny promień gięcia dla kabla już ułożonego.

   

  Do instalacyjnych kabli światłowodowych

• Elementem wieńczącym dzieło jest oczywiście powłoka zewnętrzna. Najczęściej spotykane na rynku powłoki zewnętrzne kabli światłowodowych to polietylen PE i powłoka o właściwościach LSOH (ang. low smoke zero halogen), czyli powłoka wykonana z materiałów bezhalogenowych, niepodtrzymująca płomienia i emitująca niewielką ilość dymu.

  Przyjęto również usystematyzowaną kolorystykę powłok zewnętrznych kabli światłowodowych. Kable do zastosowań zewnętrznych najczęściej występują w kolorze czarnym, natomiast w przypadku kabli wewnętrznych wygląda to tak:

  

  Tabela 2: Stosowana kolorystyka powłok kabli wewnętrznych.

• Przy budowie połączeń światłowodowych należy pamiętać, że włókno światłowodowe nie jest medium bezstratnym. Sygnał świetlny biegnący przez włókno światłowodowe ulega tłumieniu, które wzrasta wraz z długością toru transmisyjnego. Poniżej w tabeli przedstawiono maksymalną dopuszczalną tłumienność określoną dla danego włókna światłowodowego, w zależności od długości fali sygnału świetlnego. Przy okazji warto zaznaczyć, że transmisję na długościach fal 850 i 1300 nm zarezerwowano dla włókien wielomodowych, podczas gdy dla włókien jednomodowych stosuje się długości fal 1310 i 1550 nm.

  

  Tabela 3: Maksymalna dopuszczalna tłumienność stawiana przez dane włókno światłowodowe w zależności od długości fali sygnału świetlnego

  Ciekawostką dotyczącą decybeli ([dB]) i skali logarytmicznej jest to, że tłumienie na poziomie 3 dB odpowiada sytuacji, w której tylko połowa mocy sygnału przesyłanego przez nadajnik dociera do odbiornika w światłowodzie. Przykładowo,  tłumienie na poziomie 10 dB odpowiada jedynie 10% wartości sygnału wejściowego, który zostaje na wyjściu toru.

  Aby była możliwa transmisja danych w torze światłowodowym, oprócz rzeczonego kabla, potrzebne jest zastosowanie dodatkowych elementów łączeniowych, takich jak pigtaile czy patchcordy.
  
  

• Połączenie między kablami a pigtailami, które zazwyczaj umieszcza się w przełącznicach/mufach światłowodowych, jest realizowane poprzez spawanie. Każdy spaw czy złącze na połączeniu np. patchcord/pigtail wprowadza dodatkowe tłumienie w torze transmisyjnym, a maksymalna dopuszczalna wartość takiego tłumienia określona jest w poniższej tabeli:

  

  Tabela 4: Maksymalna dopuszczalna wartość tłumienia w torze transmisyjnym

  Dla połączeń światłowodowych zarezerwowana jest specjalna grupa złącz. Tak jak dla połączeń miedzianych standardowym złączem w telekomunikacji jest złącze typu RJ-45, tak dla połączeń światłowodowych wykorzystuje się złącza typu: LC, SC, E-2000. Dla rozwiązań w środowiskach przemysłowych, gdzie występują trudne warunki środowiskowe, takie jak ruch, drgania, naprężenia, zastosowanie mają złącza typu wkręcanego/zakręcanego ST i FC.

  W przypadku akcesoriów jednomodowych elementy łączeniowe, takie jak pigtaile czy patchcordy, mogą występować z dwoma różnymi typami złącz, tj. złącza typu PC (kolor niebieski) i złącza typu APC (kolor zielony). Różnica między tymi złączami polega na sposobie zakończenia czoła światłowodu w danym złączu. Złącza typu APC muszą zapewniać minimalne tłumienie odbiciowe na poziomie 60 dB (w przypadku tłumienia odbiciowego im wyższa wartość tym lepiej - zależy nam, aby sygnał odbity, który trafia z powrotem do toru transmisyjnego został jak najbardziej stłumiony), natomiast złącza typu PC zapewniają tłumienie odbiciowe na poziomie min. 35 dB.

  Adaptery światłowodowe

• Szybkość transmisji danych w sieciach LAN, mierzona w Mb/s lub Gb/s, którą można oferować klientom końcowym korzystającym z medium światłowodowego, jest w pewnym sensie nieograniczona. Wartość graniczna prędkości maksymalnej jest stale przesuwana w górę, co związane jest z rozwojem technologii laserowych i implementacją coraz nowszych systemów zwielokrotniania danych w urządzeniach nadawczo-odbiorczych.

  Światłowód wielomodowy najlepiej nadaje się do zastosowań w budynkach, a długość zastosowanego toru światłowodowego będzie determinować maksymalną szybkość transmisji danych, jaką będzie można zrealizować. Przykładowo, długość linku:

  • do 2000 m dla szybkości transmisji danych 155 Mb/s lub mniej

  • do 550 m dla szybkości transmisji danych 1 Gb/s lub mniej

  • do 300-400 m dla szybkości transmisji danych 10 Gb/s lub mniej

  • do 150 m dla szybkości transmisji danych 100 Gb/s lub mniej

• Światłowód jednomodowy najlepiej sprawdzi się w sytuacjach, gdy:

  • wymagana przepustowość przekracza możliwości światłowodu wielomodowego

  • długość łącza przekracza możliwości światłowodu wielomodowego

  • dana aplikacja wymaga zastosowania światłowodu jednomodowego.

  Szczegółowe informacje o długościach torów światłowodowych i typach aplikacji, które mogą być obsługiwane na tych długościach przedstawiają dwie poniższe tabele:

Tabela 6: Maksymalne długości kanałów w sieciach LAN obsługiwane przez aplikacje światłowodowe dla połączeń jednomodowych

• Często nasuwa się pytanie: Jakie zastosować medium transmisyjne - kabel miedziany czy kabel światłowodowy? Jaki kabel światłowodowy? Oczywiście na tak postawione pytania nie ma jednoznacznej odpowiedzi, ponieważ wybór odpowiedniej technologii uzależniony jest od kilku aspektów. Mianowicie:

  1. Dystans. Długości torów transmisyjnych do 100m z reguły zarezerwowane są dla okablowania miedzianego. Dla torów nie przekraczających 2 km stosuje się zwyczajowo kable wielomodowe, natomiast dla łączy dłuższych niż 2 km mają zastosowanie wyłącznie kable jednomodowe.

      

  2. Koszt. Przy inwestycjach, gdzie występuje dużo punktów krosowych pomiędzy siecią światłowodową a siecią miedzianą, gdzie wymagane jest zastosowanie wielu urządzeń aktywnych wyposażonych w urządzenia nadawczo-odbiorcze typu wkładki (mini GBIC) SFP, SFP+, QSFP, konieczne jest przeprowadzenie stosownych kalkulacji w celu określenia, które medium transmisyjne będzie bardziej opłacalne. Wówczas musimy znaleźć odpowiedź czy zastosujemy medium światłowodowe oparte o okablowanie jednomodowe, czy o okablowanie wielomodowe?
• 3. Inne wytyczne/obostrzenia. W tym punkcie można wymienić wiele innych czynników, które determinują zastosowanie konkretnej technologii transmisji danych. Np.: wymóg kontynuacji zgodności medium z medium zewnętrznym operatora telekomunikacyjnego, wymóg odporności medium za zakłócenia elektromagnetyczne, wymóg minimalnej prędkości transmisji danych itp.

  W praktyce, budowa warstwy fizycznej sieci LAN na obiekcie wygląda tak, że kable światłowodowe układane są zazwyczaj jako budynkowe kable szkieletowe, czyli jako kable łączące budynkowe punkty dystrybucyjne z piętrowymi punktami dystrybucyjnymi. Natomiast w relacjach piętrowe punkty dystrybucyjne a gniazda telekomunikacyjne/gniazda PEL (punkty elektryczno-logiczne), układane jest okablowanie miedziane. Przejście z jednego medium transmisyjnego na drugie odbywa się poprzez zastosowanie dedykowanych urządzeń (media konwertery, przełączniki sieciowe) w puntach dystrybucyjnych. Tego typu rozwiązanie, gdzie łączone są dwa typy okablowania, pozwala na osiągnięcie dużych prędkości transmisji danych, np. 10Gb/s przy jednoczesnej oszczędności kosztów.

• 

  Niezawodna i szybka transmisja danych (do setek Gb/s)

  

  Brak zakłóceń od obcych pól elektromagnetycznych

  

  Brak możliwości uszkodzenia lub pożaru na skutek zwarć itp.

  

  Łatwa instalacja w kanałach teletechnicznych

  

  Mniejsze narażenie na kradzież w porównaniu do okablowania miedzianego – ze względu na brak „pożądanych” metali szlachetnych w konstrukcji kabla.

• 

  Duży zasięg transmisji do kilkuset kilometrów

  

  Brak wzajemnego zakłócania się

  

  Brak konieczności stosowania zabezpieczeń przepięciowych

  

  Lżejsza waga w stosunku do kabli miedzianych

• 

  Szerokie pasmo pracy - THz

  

  Brak możliwości podsłuchania transmisji

  

  Brak konieczności wykonywania ekranowania połączeń

  

  Możliwość wdmuchiwania do kanalizacji kablowej

•               Skontaktuj się z nami             
  

•  Do instalacyjnych kabli światłowodowych 
  

•        Wynajem testerów okablowania