BANJA LUKA COLLEGE BANJA LUKA Miloša Obilića 30.
SEMINARSKI RAD IZ RAČUNARSKI MREŽA
OPTIČKI KABAL
Predmetni nastavnik: Prof. Bojanić Radmila
Student: Broj indeksa:
Banja Luka, januar 2011.god. SADRŽAJ:
Uvod....................................................................3 Karakteristike komunikacionh medija................4 Osnove umrežavanja, hardware i software.........5 Pasivna mrežna oprema......................................5 Koaksijalni kabal................................................6 Upredene parice..................................................7 Optički kabal-istorija..........................................7 Optički kabal-fizički opis...................................8 Prenos podataka kroz optička vlakna.................9 Vrste optičkih vlakana........................................9 Karakteristike optičkog vlakna..........................10 Odabir optičkog vlakna......................................10 Prednosti i mane optičkih kablova.....................11 Zaključak............................................................11 Literatura............................................................12
2
UVOD
Danas kada su računari relativno dostupni svakom i uz to su izuzetno moćni,umrežavanje povećava efikasnost i smanjuje troškove poslovanja. Osnovni razlozi za umrežavanje su: - zajedničko korišćenje informacija - zajedničko korišćenje hardvera i softvera „Bežična komunikacija” može zvučati kao trendovska sintagma u industriji, ali tehnologija za prijenos podataka putem žične infrastrukture i dan-danas ima dominantnu ulogu. Njena pouzdanost i mogućnost efikasnog prijenosa podataka još su uvijek relevantni. Određivanje tipa prijenosnog medija koji je najpogodniji za željeni projekt podrazumijeva jasne proračune, razumijevanje okruženja projekta, kao i korisničkih zahtjeva. Ne postoje univerzalna rješenja. „Informacijsko-komunikacijski zahtjevi za različite integrirane sisteme mogu biti jako različiti ako se radi o kompleksu kampusa, integriranom sistemu odmarališta ili infrastrukturi za metro. Izbor medija postaje sve složeniji, posebno za velike projekte koji uključuju hiljade kontrolnih i pristupnih tačaka i podsistema. Kako bi se procijenile prednosti i mane različitih bežičnih prijenosnih medija, potrebno je uzeti u obzir zahtjeve i ograničenja samog projekta, kao i ona finansijska”, napominje Thong Hsi, šef odjela za integrirane komunikacije u kompaniji ST Electronics. Najvažnije je pronaći pravi prijenosni medij na temelju okruženja sistema. Kućna instalacija može biti jednostavna, dok prijenos za potrebe javnog prijevoza može uključivati mnoge različite medije.
3
KARAKTERISTIKE KOMUNIKACIONIH MEDIJA
Karakteristike prenosnih puteva predstavljaju jedan od najvažnijih elemenata sa aspekta projektovanja mreža za prenos podataka.Troškovi linije veze su najčešće dominantni u ukupnim troškovima komunikacija na velika rastojanja, za razliku od mreža za komunikaciju na mala rastojanja kod kojih troškovi komunikacione opreme mogu biti značajniji. Upravo je to i razlog da se pri projektovanju telekomunikacionih mreža posebna pažnja posvećuje izboru prenosnih (transmisionih) medijuma. Karakteristike komunikacionih medija koje određuju njihovu efikasnost i mogućnosti su: brzina, smer, način i tačnost prenosa. Najbitnija karakteristika komunikacionog medija je njegova transmisiona brzina, tj. brzina prenosa poznata pod imenom kapacitet prenosnog kanala koja se u slučaju prenosa podataka izražava u bitima u sekundi (bps). Brzine prenosa komunikacionih medija su sve veće, naročito što se tiče optičkih vlakana, gde brzine prenosa dostižu od 100 Mbps do 2 Gbps. U SAD je započelo formiranje globalne telekomunikacione strukture koja podržava gigabitske brzine i koja je zasnovana na tehnologiji optičkih vlakana i digitalnom prenosu informacija. Potrebu za povećanjem brzine prenosa uslovio je porast broja korisnika telekomunikacionih usluga, kao I potreba za prenosom multimedijalnih sadržaja.
Smer prenosa, kao sledeća karakteristika komunikacionih medija, može da bude simpleksan, poludupleksan i dupleksan. Kod simpleksnog prenosa komunikacija se odvija u samo jednom smeru. Ovaj prenos je jednostavan i relativno jeftin. Primeri za ovaj prenos su: radio i TV difuzija, javni sistemi oglašavanja i slično. Kod poludupleksnog prenosa komunikacija se odvija u oba smera, međutim ne istovremeno. Znači, u posmatranom trenutku poruka može da se prenosi u samo jednom smeru. Primer za poludupleksni prenos je radio veza u kojoj korisnici mogu da primaju i da emituju, ali ne mogu da rade istovremeno, znači u posmatranom trenutku mogu ili da govore ili da slušaju. Kod dupleksnog prenosa komunikacija se odvija u oba smera istovremeno. Primer za korišćenje dupleksnog prenosa je telefon Način prenosa može da bude asinhroni i sinhroni Asinhroni prenos karakteriše emitovanje ili primanje samo po jednog alfanumeričkog znaka (karaktera). Prijemni uređaj zna kada znak počinje I kada se završava na osnovu start bita koji prethodi poslatom znaku i stop bitu koji sledi iza svakog poslatog znaka. Ovaj vid prenosa je po svojoj prirodi neefikasan jer zahteva start i stop bitove kod svakog znaka kao I zbog praznog vremena između prenosa znakova. Asinhroni prenos se koristi samo za prenos podataka relativno malim brzinama Sinhroni prenos karakteriše slanje grupe znakova kao kontinualni niz bitova, a prenosom upravlja signal za sinhronizaciju koji inicira uređaj koji šalje. Da bi se izbegao gubitak ili dobitak bitova, predajnik i prijemnik moraju da budu u potpunoj sinhronizaciji, što se postiže slanjem posebnih znakova koji se nazivaju sinhro bitovi i koji prethode bloku podataka. Pomoću ovih sinhrobitova prijemni uređaj se sinhronizuje sa predajnikom. Sinhroni prenos se koristi za prenos podataka velikim brzinama.
4
Tokom prenosa podataka različiti događaji, kao što su vremenske nepogode, električne interferencije i slično, mogu da prouzrokuju da jedan ili više bitova bude "ispušteno" tokom prenosa i da tako bude oštećena celovitost informacije. Tačnost prenosa se može ustanoviti na osnovu bitova parnosti, koji predstavljaju kontrolnu sumu koja se dodaje na otpremnoj strani linije znaku i/ili bloku znakova. Radi verifikacije tačnosti prenosa, na prijemnoj strani linije se ispituju i verifikuju bitovi parnosti kako bi se utvrdilo da li su tokom prenosa izgubljeni neki bit ili bitovi.
OSNOVE UMREŽAVANJA, HARDWARE I SOFTWARE
Kao osnovne elemente računarske mrežne komunikacije možemo izdvojiti: 1. komunikacioni kanal (vod) 2. hardver računara 3. operativni sistem 4. korisničke procese (aplikacije)
Elementi računarskih mreža
PASIVNA MREŽNA OPREMA Pasivna mrežna oprema predstavlja najjednostavniju komponentu računarskih mreža. Atribut “pasivna” potiče od ciljne karakteristike komponenti ove kategorije da nad mrežnim saobraćajem ne izvrše nikakvu izmenu.
Pasivne komponente mreže čine: - utičnice - kablovi - paneli za prespajanje i za završavanje kablova ( patch panel ) - kablovi za prespajanje ( patch cabel ) - rek ormani - kanalice za vođenje kabla Za prenos signala između računara većina današnjih mreža koristi kablove koji 5
se ponašaju kao mrežni prenosni medijumi. Postoji mnogo različitih tipova kablova koji mogu da se primene u različitim situacijama. Većina današnjih mreža koristi tri osnovne vrste kablova: - koaksijalne kablove - kablove sa upredenim paricama ( twistedpair ) - optičke kablove Kroz upredene parice i koaksijalni kabl prenose se električni signali, dok se kroz optička vlakna prenose signali u vidu svetlosnih impulsa. Za ispravan rad mreže potrebno je da se kablovski sistem (kablovi i priključni elementi) formira od komponenti koje zadovoljavaju određene tehničke standarde. Kablovi koji se koriste u jednoj mreži zavise od više parametara: - binarni protok - pouzdanost kabla - maksimalnu dužinu između čvorova - zaštitu od električnih smetnji - podužno slabljenje - tolerancije u otežanim uslovima rada cenu i opštu raspoloživost kabla - lako povezivanje i održavanje
KOAKSIJALNI KABAL Koaksijalni kablovi su u jednom periodu bili najrasprostranjeniji mrežni medijum za prenos podataka, i to iz više razloga: relativno su jeftini, laki, fleksibilni I jednostavni za rad. U svom najjednostavnijem obliku, koaksijalni kabl se sastoji od bakarne žice u sredini, oko koje se nalazi najpre izolacija, a zatim sloj od upletenog metala (širm) i, na kraju, spoljašnji zaštitni omotač. Bakarni provodnik (žica) u sredini kabla prenosi elektromagnetne signale koji predstavljaju kodirane računarske podatke.
UPREDENE PARICE Kabl sa upredenim paricama ( twisted pair cable ) se sastoji od parova izolovanih bakarnih žica koje su obmotane (upredene) jedna oko druge. Upredanje se vrši u
6
cilju otklanjanja elektromagnetnih smetnji. Broj uvrtaja po metru čini deo specifikacije tipa kabla jer što je broj uvrtaja po metru veći, veća je otpornost kabla na elektromagnetne smetnje. Grupe parica se obično nalaze u zaštitnom omotaču i zajedno sa njim čine kabl.
OPTICKI KABAL – ISTORIJA Optičko vlakno nameće se kao najperspektivniji prijenosni medij, jer je davno uočen ogroman informacijski kapacitet kojeg omogućuju prijenosni sistemi koji rade na frekvencijama elektromagnetskih talasa svjetlosti (kapacitet prijenosa informacija razmjerno raste s radnom frekvencijom sistema). Brz napredak optičkih komunikacija bio je ograničen s dva čimbenika: realizacijom primopredajnih komponenata optičkog komunikacijskog sistema i izradom optičkih vlakana pogodnih za prijenos informacija. Optička vlakna se danas sve više upotrebljavaju za veze na velikim udaljenostima na kopnu i pod morem, u lokalnim mrežama u poslovnim zgradama, industrijskim objektima, bolnicama, transportnim sistemima, na plovnim objektima, itd. Savremeno zanimanje za optičke komunikacije potieče iz 1960. godine, kad je prvi put prikazan laser (engl. Light Amplification by Stimulated Emission of R adiation – pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja, izvor koherentnog monokromatskog zračenja.) kao efikasan izvor elektromagnetskih talasa (svjetlosti) čije su frekvencije bile za oko 104 puta više od najviših radiokomunikacijskih frekvencija tada u upotrebi. Teškoće s prvim laserima su bile njihova nepouzdanost, glomaznost i neodgovarajuća izlazna snaga. Ti su problemi uveliko riješeni pronalaskom poluvodičkog lasera 1962. godine. Tako je otvoren put za korištenje ogromnih kapaciteta prijenosa s optičkim vlaknima. Projektanti u računarskoj industriji su veoma ponosni na brzinu kojom se razvija računarska industrija. Personalni računar (1981, IBM) radio je sa takt signalom od 4,77MHz. Dvadeset godina kasnije personalni računar radi sa takt signalom od 2GHz. Povećanje brzine rada je dvadeset puta po dekadi. U istom periodu prenos digitalnih podataka između geografski udaljenih lokacija je sa 56kb/s došao na 1Gb/s. Povećanje je 125 puta po dekadi, a verovatnoća greške je sa 10-5 je došla skoro na nulu. Sa današnjom tehnologijom izrade optičkih vlakana propusni opseg dozvoljava brzinu od 50 000Gb/s (50Tb/s). Ograničenja koja trenutno postoje su posledica nemogućnosti da se na većim brzinama izvrši konverzija električnog u optički signal. Sa druge strane centralna procesorska jedinica je dostigla svoje granice. U trci između računarstva i komunikacija, komunikacije su za sada pobedile. Posledice suštinski neograničenog opsega (ali ne i niske cene) još nije potpuno prihvatila generacija projektanata koja je naučila da razmišlja sa ograničenjima koja su postavili Nikvist i Šenon za žičane medije.
OPTIČKI KABAL – FIZIČKI OPIS
Optička vlakna imaju cilindrični oblik i sastoje se od tri koncentrična dela: jezgra, presvlake i omotača. Jezgro je od stakla ili plastike (koje ima visok indeks prelamanja), presvučen je materijalom sa malo nižim indeksom prelamanja. 7
Presvlaka izoluje optiku i sprečava preslušavanje susednih optičkih vlakana. Treći sloj može da bude omotač jednom ili više optičkih vlakana. Omotač je obično napravljen od plastičnog materijala i zaštita je od vlage, mehaničkih oštećenja i drugih neželjenih uticaja u okruženju.
Optički kabal
Materijali za optička vlakna su: 1. Staklena vlakna (na bazi silicijum-dioksida) 2. Multikomponentna stakla (na bazi silicijskog, natrijevog, kalcijevog i borovog oksida) 3. Stakleno-plastična vlakna 4. Plastična optička vlakna
Optička svojstva materijala: 1. 2. 3. 4. 5.
Boja Prozirnost ili transparencija Lom Apsorpcija ili upijanje Refleksija ili odbijanje
PRENOS PODATAKA KROZ OPTIČKA VLAKNA Kod ove vrste kablova, optička vlakna prenose digitalne signale u obliku modulisanih svetlosnih impulsa. Kablovi od optičkih vlakana ne podležu električnim smetnjama, imaju najmanje slabljenje signala duž kabla i podržavaju izuzetno velike brzine prenosa podataka na velikim udaljenostima. Koriste se i u slučajevima kada LAN mreža treba da poveže više 8
objekata, gde se sa bakarnim kablovima mogu očekivati problemi sa uzemljenjem I atmosferskim pražnjenjima. Optičke veze osim velike brzine prenosa obezbeđuju i potrebno galvansko razdvajanje instalacija. Često se postavljaju u objektima, u slučajevima kada se predviđa veliki mrežni saobraćaj između spratnih razvoda u odnosu na centar mreže. Totalna refleksija kod prenosa kroz optičko vlakno
Sistemi prenosa sa optičkim kablovima se sastoje iz tri osnovna funkcionalna dijela, a to su predajnik (izvor svetlosti – LED ili laserska dioda), optičko vlakno I prijemnik (foto senzor). Standardni električni signal se dovodi na LED ili lasersku diodu koje vrše konverziju u svetlost, zatim se svetlost “ubacuje“ u optičko vlakno na čijem drugom kraju je prijemnik koji vrši opto-električnu konverziju posle koje se dobija standardni električni signal. Princip po kome se informacija prenosi po optičkom vlaknu bazira se na fizičkom fenomenu pod nazivom totalna refleksija. Svako optičko vlakno se sastoji iz jezgra koga čini taklo određenog indeksa prelamanja i omotača presvučenog preko jezgra. Ovaj omotač je takođe od stakla, ali ono ima drugu vrednost indeksa prelamanja. Svetlost se ubacuje u jezgro pod određenim uglom potrebnim da dođe do totalne refleksije, zbog koje se svetlosni zrak neprestalno odbija od granične površine jezgro/omotač putujući tako kroz vlakno do prijemnika.
VRSTE OPTIČKIH VLAKANA Optička vlakna mogu biti: 1. monomodna ( singlemode ) 2. multimodna (multimode )
Monomodna ( singlemode) su tanja i omogućavaju prostiranje samo jednog svetlosnog zraka. Multimodna (multimode ) koja su deblja i omogućavaju istovremeno prostiranje više zraka od više različitih izvora. U tehnološkom procesu je mnogo jednostavnije (a time i jeftinije) proizvesti vlakno većeg prečnika jezgra. To je razlog zbog kog se multimodna vlakna češće koriste. Pored toga, u veće jezgro je mnogo lakše “ubaciti“ svetlost iz izvora, pa su i predajnici jeftiniji jer svetlosni snop izvora ne mora biti toliko fokusiran kao u slučaju korišćenja monomodnog vlakna. Dakle, celokupni sistem baziran na multimodnom vlaknu je jeftiniji I takvi sistemi su danas dominantni kod lokalnih računarskih mreža. Sa druge strane, zbog većih rastojanja koja je potrebno premostiti, u telekomunikacijama su dominantna monomodna vlakna. Kod računarskih mreža svaki link (veza) zahteva dva vlakna – jedan za predaju a drugi za prijem.
9
KARAKTERISTIKE OPTIČKOG VLAKNA • • • • • •
Numerička apertura (numerička otvorenost) Disperzija Gušenje Širina propusnog opsega Vrijeme porasta Snaga niti
ODABIR OPTICKOG KABLA
Pri odabiru optičkog vlakna kao prijenosnog medija relevantni parametri su: - vrsta optičkog vlakna (jednomodno ili višemodno), - promjer jezgre, - raspodjela profila indeksa loma, - numerička apertura, - prigušenje u zadanom spektralnom području, - propusno područje, - čvrstoća, - osjetljivost na mikrosavijanje, - disperzija svjetlosnih impulsa
PREDNOSTI I MANE OPTICKIH KABLOVA Prednosti primjene optičkih vlakana su: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
malo slabljenje veliki propusni opseg imunost na smetnje tipa EMI imunost na smetnje tipa RFI bezemisioni protok informacija nemogućnost nedestruktivnog ometanja i prisluškivanja nepostojanje problema neadekvatnog uzemljenja 10
8. male dimenzije 9. mala težina Mane primjene optičkih vlakana: 1. visoka cijena kablova, linijske opreme i pratećeg alata i pribora 2. osjetljivost na mehanička dejstva
ZAKLJUCAK Optički kabl je vrsta kabla koji se koristi za prenos informacija optičkim putem. Tim kablom se prenosi svetlost (skup boja) različitih talasnih dužina.Mogoćnost tj. opseg propustljivosti je skoro neograničen (beskonačna). Baš zbog te sposobnosti, da ima veliki propusni opseg, tj da može da prenese veliku količinu informacija, optički kabal nailazi na veliku primenu u svim telekomunikacionim granama. Kada se kaže da optički kabal ima veliku propusnu moć, misli se na veliku propusnu moć u odnosu na njegovu veličinu prečnika koji se izražava u mikronima. Pomislili bi da je to idealno sredstvo za prenos informacija, kabal malog prečnika a velike propusne moći, ali nije baš tako, taj idealan prenosnik ipak ima jednu veliku manu, a to je gubitak svojih osobina usled preteranog savijanja, tj može se saviti samo do određenog ugla.
LITERATURA Mladen Veinović, Aleksandar Jevremović “Uvod u računarske mreže”, Beograd 2007. Andrews S. Tanenbaum, Računarske mreže, Mikro Knjiga, Beograd 2005 http://www.wikipedia.org/ http://www.fks.co.rs/fks/nova/tkl/optika/optika.htm
11
