Проектирование телекоммуникационной сети здания

 

     Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

     В зависимости от структуры проводников  — кабель применяется одно- и  многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а во втором — из нескольких.

     Одножильный кабель не предполагает прямых контактов  с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для  прокладки в коробах, стенах и  т. д. с последующим оконечиванием  розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

     В свою очередь многожильный кабель плохо  переносит «врезание» в разъёмы  панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручиваниях. Кроме того, многожильный провод обладает большим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (PatchCord), соединяющих периферию с розетками.

     Существует несколько категорий витой пары, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.

     Категории:

       CAT1 – полоса частот 0,1 МГц, одна пара проводников. Применяются только для передачи голоса или данных через модем.

       CAT2 – полоса частот 1 МГц, две пары проводников. Скорость передачи данных до 4 Мбит/с.

       CAT3 – полоса частот 16 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 10 Мбит/с и до 100 Мбит/с, при использовании технологии 100BASE-TX (длина кабеля не должна превышать 100 метров). Используется для построения телефонных и локальных сетей по технологии 10BASE-Т, 100BASE-TX.

       CAT4 – полоса частот 20 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с;

       CAT5 – полоса частот 100 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании двух пар. Используется для построения телефонных и локальных сетей по технологии 100BASE-TX.

       CAT5e – полоса частот 125 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании двух пар и 1000 Мбит/с, при использовании четырех пар.

       CAT6 – полоса частот 250 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 1000 Мбит/с. Применяется для построения сетей Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

       CAT6a – полоса частот 500 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи до 10 Гбит/с.

       CAT7 – полоса частот до 600-700 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи до 10 Гбит/с.

       При монтаже кабеля витой пары должен выдерживаться минимально допустимый радиус изгиба (8 внешних диаметров  кабеля) — сильный изгиб может привести к увеличению внешних наводок на сигнал или привести к разрушению оболочки кабеля.

       При монтаже экранированной витой пары необходимо следить за целостностью экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб приводит к разрушению экрана, что влечёт уменьшение сопротивляемости наводкам. Дренажный провод должен быть соединен с экраном разъема.

       В проектировании сети будет использоваться кабель витая пара типа UTP категории 5е в силу своей низкой стоимости и меньшего радиуса изгиба в сравнении с другими типами. [1]

       1.2 Коаксиальный кабель

 

       Не  так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке. Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоем металлической оплетки. 
Некоторые типы коаксиальных кабелей покрывает металлическая сетка - экран (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные. Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила-это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди. 
Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах. 
Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика. Конструкция кабеля приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Конструкция коаксиального  кабеля 

       Кабели  делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространённые категории кабеля:

       - RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;

       - RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2:

       - RG-58/U — сплошной центральный проводник,

       - RG-58A/U — многожильный центральный проводник,

       - RG-58C/U — военный кабель;

       - RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);

       - RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;

       - RG-11- магистральный кабель, практически  незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Этот вид кабеля можно использовать даже на расстояниях около 600 м. Укреплённая внешняя изоляция позволяет без проблем использовать этот кабель в сложных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S1160 с тросом, который используется для надёжной проброски кабеля по воздуху, например, между домами;

       - RG-62 — ARCNet, 93 Ом

       Существует  два типа коаксиальных кабелей:

       - тонкий коаксиальный кабель;

         - толстый коаксиальный кабель.

       Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

       Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 Ом. Толстый (thick) коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметреом около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet - популярной сетевой архитектуре. Медная жила толстого коаксиального кабеля больше в сечении, чем тонкого. Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500 м. Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство - трансивер (transceiver).

       Как правило, чем толще кабель, тем  сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, и, следовательно, его сложнее устанавливать. Это очень существенный недостаток, особенно если необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.[2]

       1.3 Оптоволоконный  кабель

 

       Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях.

       В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы. Кроме того, такие проблемы передачи информации по проводам как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, позволяя протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на много большие дистанции, достигающие 120 км.

       Оптическое волокно - чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое - для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность - волокнами из кевлара. Схема простейшего оптоволоконного кабеля представлена на рисунке 6. 

Рисунок 6  -  Конструкция оптоволоконного  кабеля 

       Существуют  два различных типа оптоволоконного кабеля:

       - многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

       - одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

       Суть  различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

       В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.

       В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30-50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2-5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5-20 дБ/км.

       Типичная  величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4-5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

       Оптоволоконные  кабели, как и электрические, выпускаются  в исполнении plenum и non-plenum.

       Оптоволоконный кабель идеально подходит для создания сетевых магистралей, и в особенности для соединения между зданиями, так как он нечувствителен к влажности и другим внешним условиям. Также он обеспечивает повышенную по сравнению с медью секретность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности.