5. Характеристики проводных линий связи

Для практической реализации ВС наряду с ЭВМ необходимо иметь коммуникативную инфраструктуру, позволяющую объединить станции и различные устройства посредством специального оборудования в общую ВС. В настоящее время при построении локальных сетей достаточно широко используются линии связи на основе проводников (проводные линии связи). Такие линии связи стандартизированы и называются структурированной кабельной проводкой или кабельной системой.

Кабельные системы различаются по:

• внешнему виду;
• назначению;
• техническим характеристикам;
• цене.

Основные характеристики, по которым оценивается кабельная система:

• скорость передачи данных;
• стоимость кабельной системы;
• максимальная длина;
• надежность;
• простота монтажа и установки;
• технологичность в обслуживании.

В зависимости от типа проводника, используемого в кабельной системе, различают следующие виды:

• кабельная система на основе коаксиального кабеля;
• кабельная система на основе витой пары;
• кабельная система на основе оптоволокна.

Коаксиальный кабель (КК) - это электрический кабель, в котором центральный провод окружен изоляцией и металлическим экраном

    К бывает одножильным и многожильным в зависимости от количества медных жил в центральном проводе. Кроме того, КК различается по диаметру центрального провода на категории: толстый, средний и тонкий.

В зависимости от диаметра центрального провода изменяется волновое сопротивление. Эта характеристика определяет, как быстро будет затухать сигнал, передаваемый по кабелю: чем больше волновое сопротивление, тем быстрее затухает сигнал и тем меньше расстояние, на которое этот сигнал может быть передан. Самое маленькое волновое сопротивление у толстого коаксиального кабеля.

Как среда передачи информации коаксиальный кабель применяется в бытовой телевизионной технике, а также при реализации ВС. КК передает данные со скоростью от 1 до 10 Мбит/с. Некоторые кабельные системы на основе толстого КК могут обеспечить скорость от 1 до 2 Гбит/с при расстоянии до 1 км и имеют достаточно высокую защищенность, что гарантирует надежность передачи информации. Стоимость таких систем невысокая. Толстый КК может использоваться для прокладки линий на большие расстояния (до 10- 15 км).

Витая пара - это кабельная система, у которой два или большее количество проводов скручено с определенным количеством витков на единицу длины

Витая пара выполняется с целью уменьшения воздействия внешних электромагнитных полей. Витые пары бывают экранированные и неэкранированные, в основном используются экранированные. Скорость передачи данных до 100 Мбит/с при оптимальной длине кабеля до 200 м. С увеличением длины кабеля скорость и надежность существенно падают. Стоимость кабельной системы на основе витой пары достаточно низкая (немного превышает стоимость КК). Монтаж и установка, так же как и КК, осуществляется очень просто. Характеризуется высокой помехоустойчивостью и защищенностью, однако меньшей, чем у КК. В настоящее время витая пара используется повсеместно и практически вытеснила КК.

Оптоволокно - это кабельная система, состоящая из электронно-оптического волокна, выполненного в виде специальных кварцевых нитей. В линиях связи на основе оптоволокна применяют электромагнитные волны оптического диапазона. Из курса физики известно, что видимое оптическое излучение лежит в диапазоне длин волн 380-760 нм. Практическое применение в оптических волокнах получил инфракрасный диапазон, т. е. излучение с длиной волны более 760 нм.

Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна (ОВ) основан на отражении от границы сред с разными показателями преломления Оптическое волокно изготавливается из кварцевого стекла в виде цилиндров с совмещенными осями и различными коэффициентами преломления. Внутренний цилиндр называется сердцевиной ОВ, а внешний слой - оболочкой ОВ.

На рис. показан только один луч света, однако поскольку любой луч света с углом падения, превышающим критический, будет отражаться от стенок волокна, то большое количество лучей будут одновременно отражаться с различными углами. Каждый такой луч различается модой, а оптическое волокно, обладающее таким свойством, называется многомодовым.

Однако если уменьшить диаметр волокна до нескольких длин волн света, то волокно начинает действовать подобно проводнику света и свет может двигаться только по прямой линии, без отражений от стенок волокна. Такое волокно называется одномодовым. Оно стоит дороже, но может использоваться на больших расстояниях.

Современные одномодовые волоконные линии могут передавать данные со скоростью несколько гигабитов в секунду на расстояния до 30 км, В исследовательских лабораториях были достигнуты еще большие скорости на меньших дистанциях. Как показали эксперименты, с помощью мощных лазеров возможна передача данных по волокну длиной 100 км без повторителей, хотя и на меньших скоростях.

Технологически в центре отдельной оптоволоконной жилы располагается стеклянная сердцевина, по которой распространяется свет. В многомодовом стекловолокне диаметр сердечника составляет около 50 мкм, что примерно равно толщине человеческого волоса. В одномодовом волокне сердечник имеет диаметр от 8 до 10 мкм. Сердечник окружен покрытием из стекла с более низким, чем у сердечника, коэффициентом преломления для предотвращения выхода света из сердечника. Вокруг располагается пластиковая оболочка для защиты остекления. Оптоволоконные жилы обычно группируются в пучки, защищенные внешней оболочкой. В центре такого кабеля присутствует силовой элемент, защищенный диэлектриком. Силовой элемент используется для прокладки кабеля и придания ему жесткости.

Волоконно-оптические кабельные системы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей. К ним относятся: большая пропускная способность (от 500 Мбит/с до 10 Гбит/с), малое затухание сигнала, возможность использования на большие расстояния, малые масса и габаритные размеры, высокая помехозащищенность, надежная техника безопасности, практически отсутствующие взаимные влияния, относительно невысокая стоимость из-за отсутствия в конструкции цветных металлов. Недостатки: низкая технологичность в эксплуатации (в случае повреждения необходимо менять целый участок), высокая стоимость дополнительного оборудования при монтаже.