Wprowadzenie do sieci światłowodowych

Transkrypt

Wprowadzenie do sieci
światłowodowych
Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze
opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie
niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła.
© Sergiusz Patela 2000 - 2002
Sieci światłowodowe
1. Sieci telekomunikacyjne (SDH, SONET)
2. Sieci komputerowe LAN, MAN, WAN (Ethernet, FDDI, ...)
3. Sieci „telewizji kablowej” (dystrybucyjne, analogowe lub
cyfrowe)
4. Sieci SAN (Fibre Channel)
5. Magistrale optyczne (MOST)
6. Światłowodowe systemy oświetlenia
7. Lokalne i rozległe sieci całkowicie optyczne (technologia
WDM)
8. Łączność optyczna w swobodnej przestrzeni (np. IRDA)
(c) Sergiusz Patela 1998-2003
2
Zasada działania i podstawowe pojęcia
Podstawowymi pojęciami koniecznymi do opisu komunikacji w sieciach i
między sieciami jest protokół (protocol) i warstwa (layer). Inne pojęcia:
ramka, metoda dostępu, kodowanie.
Protokół to zbiór reguł określających jak należy przygotować dane do
przesłania, jak nawiązać komunikację, kontrolować przesyłanie
wiadomości itd. Protokoły podlegają standaryzacji.
Opis protokołu - Model odniesienia OSI (Open System Interconnection)
przyjmuje warstwową strukturę protokołów. Dla komputerów
połączonych w sieci "warstwy" komunikują się pomiędzy sobą
3
Model odniesienia OSI
Urządzenie 1
Urządzenie 2
7.
Application
7.
Aplikacji
6.
Prezentacji
5.
Sesji
5.
Session
4. Transportowa
4.
Transport
3.
3.
Network
2. Łącza danych
2.
Data link
1. Warstwa fizyczna
1. Physical layer
6. Presentation
Sieciowa
4
Model odniesienia OSI - objaśnienia
Warstwa 7 - Aplikacji (zastosowań) - logowanie, poczta elektroniczna,
bazy danych, polecenia systemu operacyjnego
Warstwa 6 - Prezentacji - interpretacja danych, (de)kompresja,
emulacja terminali.
Warstwa 5 - Sesji - połączenie logiczne pomiędzy komputerami
(początek, koniec, synchronizacja). Aplikacje sieciowe korzystają z
usług tej warstwy. Np. NetBIOS ...
Warstwa 4 - Transportowa - przekazywanie danych pomiędzy
połączonymi systemami. Np. TCP/IP
Warstwa 3 - Sieciowa Przekazywanie danych przez sieć (lub sieci) od
nadawcy do adresata. Dane warstw 1-3 przetwarzane są w porcjach
zwanych pakietami
Warstwa 2 - Łącza danych Dane z warstwy 3 przygotowane są do
przesłania w formie ramki. Kontrola niezawodność przesyłanych danych
pomiędzy węzłami sieci. (np. protokoły Ethernet, Token Ring)
Warstwa 1 - Fizyczna. Transmisja danych. Okablowanie, napięcia,
poziomy sygnału, kodowanie, itd.
5
Technologie sieci LAN
1. Ethernet (802.3)
2. Token Ring (802.5)
3. FDDI (Ansi X3T12,
ISO-IEC 9314)
4. Fibre Channel, ...
6
Warianty sieci Ethernet 10 Mb/s - różne media i
formy transmisji
10Base5 - kabel koncentryczny (żółty), transmisja w paśmie podstawowym,
maksymalne długość segmentów 500 m, 10 Mbit/s .Gruby Ethernet, 100 stacji,
min. odległość 2.5 m.
10Base2 - kabel koncentryczny (RG58A/U) transmisja w paśmie
podstawowym, maksymalna długość segmentów do 185 metrów, 10 Mbit/s.
Cienki Ethernet, 30 stacji co 0.5 m (min.)
10Base-T - skręcona para przewodów (kabel symetryczny), maksymalna
długość segmentów do 500 metrów; prędkość transmisji 10 Mbit/s
1Base5 - skręcona para przewodów, maksymalna długość segmentów do 500
metrów, 1 Mbit/s
10Broad36 - kabel koncentryczny (RG59/U CATV), transmisja
szerokopasmowa, maksymalna długość segmentów do 3600 metrów, prędkość
transmisji 10 Mbit/s
10Base-F - światłowody (w tym sieć pasywna); prędkość transmisji 10 Mbit/s
7
• FO - fiber optic
FOMAU
FOMAU
10 Base FL
Fiber Optic
Repeater Hub
FOMAU
10BASE-FL - Ethernet na łączu światłowodowym
TX RX TX RX TX RX
FO link to another FO hub
• AUI - attachment
unit interface
10Base-FL segment
(2000 meter maximum)
• MAU - medium
access unit
• TX - transmitter
• RX - receiver
DTI
Ethernet
interface
TX RX
• DTI - data terminal
equipment
10Base-FL
FOMAU
AUI Cable
15-pin AUI
connector
Pełna izolacja galwaniczna - ważne przy łączach międzybudynkowych,
10x zwiększony zasięg
8
100Base-FX 100Mb/s Ethernet na łączu
światłowodowym
Class II 100Base-FX
Fiber Optic Repeater Hub
II
TX RX TX RX TX RX
DTE
100Base-Fx
Ethernet Interface
FO link to another FO
station or repeater hub
SC, ST or FDDI
Fiber Optic Connector
DTE - Data Terminal Equipment
9
10Base-F Możliwości stosowania różnych
światłowodów
Ethernet dopuszcza stosowanie różnych rodzajów światłowodów
(w standardzie wymieniono 62,5/125, 50/125, 80/125, 100/140).
Warunkiem podstawowym jest, że moc odbiornika zawiera się w
zakresie -27 ÷ -9 dBm.
Pasmo łącza ≥ 150MHz (1km, 850nm)
Ogólne zalecenie w odniesieniu do łącza światłowodowego:
1. Pasmo łącza ≥ 150MHz
2. Tłumienie łącza ≤ 9dB
10
10Mb/s Ethernet po światłowodzie - medium
transmisji
• Światłowodowy kabel wielomodowy (62,5/125).
• Dwa włókna, jedno do transmisji, drugie do przyjmowania danych.
• λ - 850 nm.
• Światłowodowe złączki ST (stnd. ISO/IEC "BFOC/2.5.”).
• Maksymalne całkowite straty linii 12,5 dB. Otrzymywany poziom
mocy rejestrowany przez MAU
• Segment (10Base-FL) do 2000m.
Uwaga (dodatkowa opcja przewidziana normą): dla światłowodu
jednomodowego zasięg 25 km.
11
100Mb/s Ethernet - medium transmisji
• Wielomodowy kabel światłowodowy 62,5/125
• Długość odcinka do 412m - wynika z czasu obiegu pakietu (round trip
timing)
• λ - 1350nm
• straty w linii <11dB
• dopuszczalne 3 rodzaje złączek:
• rekomendowana - dupleks SC, FDDI Media Interface Connector
(MIC) typu M, ST
• Kontrola łącza (oparta na standardzie sygnalizacji ANSI FDDI) - ciągła
transmisja sygnału kontrolnego, nawet przy braku ruchu w sieci.
Uwag (dodatkowe opcje przewidziane normą)i: standardowy zasięg
412m przy pół-dupleksie (hd), przy ful-dupleksie (fd) zasięg 2 km. Na
włóknie jednomodowym dopuszczalny zasięg 20 km.
12
Światłowodowa sieć pasywna 10Base FP
MAU
MDI
Gniazdko
naścienne
Gniazdko
naścienne
MAU
MDI
Patch panel
Gwiazda
pasywna
Segment światłowodowy
13
Zwielokrotnianie czasowe - ograniczenia
Tłumienie [dB/km]
• Typowa magistrala dzisiaj: zwielokrotnianie czasowe na jednej
długości fali. W łączu docelowym częstotliwości węzłów (1Gb/s)
sumują się
1Gb/s
1
2
3
1Mb/s1Mb/s1Mb/s
1000
1Mb/s
25 THz
0,2 dB/km
1,5 Długość fali [µm]
1Tb/s
1
2
3
1Gb/s1Gb/s1Gb/s
?
1000
1Gb/s
Tłumienie [dB/km]
•Zwiększanie szybkości w poszczególnych kanałach wymaga
zastosowania łącza o bardzo wysokiej częstotliwości.
25 THz
0,2 dB/km
14
1Tb/s
1
2
3
1Gb/s1Gb/s1Gb/s
?
1000
1Gb/s
Tłumienie [dB/km]
WDM - rozwiązanie problemów zwielokrotniania czasowego
25 THz
0,2 dB/km
15
Współczesny system światłowodowy typu WDM
Optyczne zwielokrotnianie kanałów zwiększa pojemność łącza.
XMTR
λ1
O
λ2
M
XMTR
U
λ
XMTR n X
OA
OA
OA
O λ1
D λ2
M
U λ
n
X
Det
Det
Det
System wielofalowy WDM:
Zalety
•Przezroczysty dla różnych przepływności i rodzajów modulacji
• Jeden wzmacniacz na włóknie dla wielu kanałów
• Odległość między regeneratorami 80-140km
Wady
• Akumulacja zniekształceń i szumów (dyspersja)
16
Schemat węzła sieci optycznej
λ1, λ2,..., λN
λ1
λ2
λN
Nadajniki
Odbiorniki
17
Przykładowa klasyfikacja sieci optycznej
(sieć jednostopniowa)
•
•
•
•
FT - FR, stały nadajnik - stały odbiornik
TT - FR, strojony nadajnik - stały odbiornik
FT - TR, stały nadajnik - stały odbiornik
TT - TR, strojony nadajnik, strojony odbiornik
Przykładowy opis węzła sieci:
• FTiTTj - RFiTRj
• CC - FTiTTj - FRmTRn
• Index dużą literąM oznacza ustaloną liczbę elementów
{F - fixed | T - tunable, T - transmitter | R - receiver}
CC - control-channel, informowanie o planowanym połączeniu
i - indeks wskazuje na liczbę nadajników/odbiorników w węźle
18
Przydzielanie kanałów/transmisji
(zwielokrotnianie czasowe i optyczne)
•3 stacje
•2 kanały
Czas dzielimy na 3 sloty (przedziały) powtarzające się cyklicznie
Nr. kanału t
t+1
t+2
0
(1, 2)
(1, 3)
(2, 1)
1
(2, 3)
(3, 1)
(3, 2)
19
Światłowodowa magistrala transmisji danych
(MOST)
MOST - Media Oriented Systems Transport – system
opracowany z myślą o zastosowaniach motoryzacyjnych
SP1 - elektronika
SP1
16.5 dB
SP2
SP3
SP2 – optyka
SP3 - optyka
< 2dB
< 2dB
Moduł
Moduł
20
Światłowodowy system oświetlenia
Oœwietlacz
reflektor
wspólny
koniec
filtr
tuleja,
oprawa
soczewka
œwiat ³owody
lampa
ko³o
barwne
Światłowodowy system oświetlenia zawiera trzy
podstawowe elementy:
• Źródło światła,
• Oprawiony pęk światłowodów,
• Końcówki, na na końcu każdego światłowodu w pęku.
21
Krótko-zasięgowy systemu komunikacji
optycznej w swobodnej przestrzeni
Optical signal
High speed
two-axis scanner
Electrical signal
Laser and
modulator
Acq. sequence and
comm. data in
Central
controller
Light output
Transmit
optics
Beam profile
control
Bearing
electronics
Scan
control
Switch
Pre
amplifier
Data format
and handling
Comm.
electronics
Imaging
lens
Light input
FPA (Bearing and
comm. detector)
22

Wprowadzenie do sieci światłowodowych

Transkrypt

Podobne dokumenty

Projektowanie lokalnej sieci światłowodowej

Święty kapłan-męczennik Sergiusz (Zacharczuk)

Lokalne sieci optyczne

Sieci światłowodowe

Technologia światłowodów włóknistych Kable światłowodowe

Ethernet optyczny - przykład światłowodowej sieci LAN 10BaseF i

Elementy pasywne

Wprowadzenie

Elementy aktywne

Modulatory światłowodowe

Detektory

Kompensacja

Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Optoelektronika II. Przyrządy fotoniki

Właściwości