mreže sa optičkim vlaknima
DESCRIPTION
standardiTRANSCRIPT
Standardizovani sistemi i mreže sa optičkim vlaknima Autor Dragana Milosavljević, FTN Novi Sad. -- Obrada signala
U jednom od prethodnih tekstova opisane su karakteristike i načini upotrebe
mreža sa optičkim vlaknima. U ovom tekstu ćemodati pregled standardizovanih sistema i
mreža sa optičkim vlaknima. Optički sistemi i mreže počinju da se koriste u svim
aplikacijama u kojima su se do sad koristili bakar i mikrotalasi. Sa izuzetkom pasivne zvezde
i nekih CATV sistema, to su uglavnom point-to-point optičke topologije.
Ove primene uključuju spori prenos podataka, kao što je RS-232, RS-422, IEEE488, kružna
TV i u FM i u AM verziji, kablovska televizija u AM i nekim FM verzijama; brze mreže, kao što
su Fiber Distributed Data Interface (FDDI); veoma brzi prenosi podataka kao što su HiPPI,
Fiber Chanel, asinhroni mod prenosa (ATM); vremenski multipleks višestrukih signala,
multipleks talasnih dužina, produživači kanala kao što su HIPPI, ESCON i IBM 32xx protokoli;
srednje brze mreže podataka kao što su Ethernet i Token Ring; telefonske mreže: privatne i
SONET.
Standardne mrežeStandardne mrežeStandardne mrežeStandardne mreže
Neki od ovih sistema i mreža zasnovani su na nacionalnim ili internacionalnim standardima.
Danas postoji, ili je u razvoju osam standarda:
• Ethernet;
• Token Ring;
• FDDI;
• FDDI II;
• HiPPI;
• ESCON;
• Fiber Channel;
• SONET.
EthernetEthernetEthernetEthernet
Postoje tri standarda Ethernet optičkog sistema: 10Base-FL (Link), 10Base-FB (Backbone),
10Base-FP (Passive) (Slika 3). Svi koriste CSMA/CD Ethernet protocol. 10Base-FL i 10Base-FP
koriste asinhroni takt, dok FB koristi sinhronizovani, centralni takt. Ovaj standard specificira
optički kabel jezgra 62.5µm, ST-kompatibilne konektore i zahteve iz tabele 1.
FL standard se koristi za 2-km aktivne veze za konekciju repetitora i DTE. FL standard je
sledbenik FOIRL standarda. FB je sličan FL-u, ali zbog njegovog centralizovanog takta
dozvoljava kaskadno vezivanje većeg broja repetitora, u nekim slučajevima i više od 15.
Najjeftiniji pristup je FP, koji je pristup pasivnog čvora. 10Base-F standard sadrži sistem-
dizajn vodič i poredjenje koaksijalnog, FP i optičkog pristupa problemu.
Tabela 1. Optičke performanse za 10Base-FL
Slika 1. Tri Ethernet standarda
Token RingToken RingToken RingToken Ring
IEEE 802 komitet razvija standard za optiču implementaciju. Iako formalan standard ne
postoji, ovakvi proizvodi su raspoloživi još od 1988.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface)FDDI (Fiber Distributed Data Interface)FDDI (Fiber Distributed Data Interface)FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
Opšti opis: FDDI je jedan internacionalno prihvaćen standard za digitalni prenos, za LAN
mreže velike brzine. Standard je 75 % kompletan (Slika 2 i Tabela 2). FDDI dozvoljava
električni prenos podataka brzinom od 100 Mbps (Tabela 3). Električni signal je kodiran 4-
bitnom do 5-bitnom šemom, tako da je brzina protoka optičkih podataka 125 Mbps.
FDDI mreže mogu efektivno da rade sa brzinom električnog prenosa podataka od 100
Mbps, jedino ako sve stanice procesiraju FDDI protocol. Ako neke od stanica procesiraju
neki od protokola kao {to su Ethernet ili Token Ring, vreme prenosa će smanjiti efektivni
protok (Tabela 3).
Tabela 2. Četiri FDDI specifikacije
Slika 2. Struktura FDDI standarda
Tabela 3. Četiri brzine standarda FDDI
Topologija je dvostruki suprotno rotirajući prsten (Slika 3) sa maksimalnom udaljenošću
prenosa od 2000 m izmedju susednih stanica. Ovaj prsten može imati maksimalni obim od
100 km. Svaka stanica se ponaša kao signal generator; što znači, svaka stanica prihvata
optički signal od prethodne stanice u prstenu, konvertuje taj optički signal u električni,
obradjuje električni signal, i kreira novi optički signal koji šalje sledećoj stanici u prstenu.
Prema tome, FDDI mreža je serija veza od-tačke-do-tačke koje sačinjavaju prsten.
Ova topologija kreira dve putanje toka podataka, od kojih svaka može podržavati brzinu
prenosa od 100 Mbps. Moguće je konfigurisati upravljački softver stanice tako da podržava
različite (suprotne) tokove podataka kroz te dve putanje. Kod ove upotrebe, mreža podržava
brzinu prenosa od 200 Mbps. Prema tome, ova konfiguracija ne podleže FDDI
specifikacijama.
Ova topologija ostvaruje jedan od četiri elemenata koji obezbedjuju pouzdanost FDDI
mreže. U slučaju prekida bilo koje veze izmedju susednih stanica, prsten će se sam
preusmeriti, obezbedjujući prvi element pouzdanosti (Slika 4).
Slika 3. Dvostruki suprotno rotirajući FDDI prsten
Slika 4. prespajanje u FDDI prstenu u slučaju kvara na kablu, konektoru ili stanici
Slika 5. sa više kvarova koji kreiraju izolovane pod-prstenove
Kako god, višestruki simultani kvarovi mogu kreirati odvojene pod-prstenove koji ne mogu
komunicirati jedan sa drugim (Slika 5). Ako FDDI mreža kontroliše neki složeni proces,
višestruki prekidi će dovesti do gubljenja kontrole nad procesom. Optički prekidač za
premošćavanje u FDDI adresira ovaj problem i obezbedjuje drugi element pouzdanosti
mreže. Pokretni optički prekidač za premoštavanje je aktiviran za vreme kvara na stanici.
Kada je prekidač aktiviran, stanica je isključena iz prstena i optički signal prolazi kroz
stanicu (Slike 6 i 7) bez uobičajene konverzije signala iz optičkog u električni i nazad u
optički signal. Kada je prekidač za premoštavanje aktiviran, optički signal može putovati i do
4 km izmedju aktivnih stanica.
BrojBrojBrojBroj stanica. Broj čvorova.stanica. Broj čvorova.stanica. Broj čvorova.stanica. Broj čvorova. Maksimalni broj stanica na jednom FDDI prstenu je 500. Po
definiciji FDDI stanice, stanica može biti ili ne može biti čvor. Ako je FDDI stanica
koncentrator sa šesnaest portova, svaki od ovih portova može se povezati na sporiju “legacy”
mrežu. Sa konfiguracijom konektora i 100 čvorova, ili korisnika, sa “legasy” mrežom, jedan
FDDI prsten može podržati više od 46600 korisnika ili čvorova.
Upotrba FDDI mreže.Upotrba FDDI mreže.Upotrba FDDI mreže.Upotrba FDDI mreže. FDDI najbolje zadovoljava u sledećim primenama:
• Interkonekcija sporih LAN mreža
• Interkonekcija brzih terminala
• Back end ili host-to-host konekcije
Slika 6. Stanica sa dva priključka i prekidačem za premoštavanje
Slika 7. Tok optičkog signala sa optičkim prekidačem za premoštavanje
Tabela 4. Specifikacije za prelazak na FDDI
Ove tri upotrebe opravdavaju ulaganja u relativno skup optoelektronski interfejs. Zbog
visoke cene, FDDI mreža nije pogodna kao lokalna mreža. Specifikacije za FDDI kabel: FDDI
kabel sadrži optičko vlakno i konektore opisane u tabeli 4.
Pet tipova stanica i četiri fizičkih topologija.Pet tipova stanica i četiri fizičkih topologija.Pet tipova stanica i četiri fizičkih topologija.Pet tipova stanica i četiri fizičkih topologija. FDDI definiše pet tipova stanica: stanica sa
dvostrukim priključkom, koncentrator sa dvostrukim priključkom, stanica sa jednostrukim
priključkom, koncentrator sa jednostrukim priključkom (Slika 8), i stanica sa jednostrukim
priključkom i dvostrukim kućištem. Stanica sa dvostrukim priključkom , ili priključak A
klase, je povezan direktno na prsten. Jednostruki priključak, ili priključak klase B, mora biti
priključen na stanicu klase A po proiritetu pristupa prstenu. Ovih pet tipova stanica
omogućavaju visok stepen fleksibilnosti dozvoljavajući konfigurisanje prstena u bilo kom
tipu fizičke mreže: prsten (Slika 3), bus (Slika 9), zvezda (Slika 10) i/ili stablo (Slika 11).
Slika 8. Četiri od pet tipova FDDI stanica
Slika 9. FDDI bus mreža
Slika 10. FDDI zvezda mreža
Stanica sa jednostrukim priključkom i dualnim kućištem (Slika 12) obezbedjuje treći
element pouzdanosti mreže. Ovaj tip stanice izgleda kao stanica sa dvostrukim priključkom,
ali funkcioniše kao stanica sa jednostrukim priključkom. Kao i stanica sa dvostrukim
priključkom, ovaj tip stanice ima dva para predajnik-prijemnik. Kao kod stanice sa
jednostrukim priključkom, ovde je samo jedan par predajnik-prijemnik aktivan. U slučaju
otkaza primarne putanje povezane na mrežu, sekundarni par predajnik-prijemnik postaje
aktivan. Primarni i sekundarni par su povezani na mrežu na različitim lokacijama.
Slika 11. FDDI stablo mreža
Upotreba koncentratora u FDDI mreži obezbedjuje četvrti element pouzdanosti mreže.
Otkako koncentratori poseduju inteligenciju da premoste stanice u kvaru, takve stanice ne
obaraju mrežu (Slika 13). Zbog te povećane pouzdanosti, postoji trend ka povećanoj
upotrebi koncentratora u FDDI mrežama.
Slika 12. Peti tip stanice:Stanica sa jednostrukim priključkom i dualnim kućištem
Slika 13. Električno premoštavanje u FDDI koncentratoru
FDDI IIFDDI IIFDDI IIFDDI II
FDDI II je višestruki standard za prenos glasa i video signala preko FDDI mreže. Nastao je
pod pokroviteljstvom IEEE 802.6 standarda. Standardi su razvijeni od strane X3T9.5
Standards Committee. Bilo je očekivano da će FDDI II biti unapredjen sposobnošću kružnog
manevrisanja u odnosu na osnovni FDDI. FDDI bi bio kompatibilan sa FDDI II ali obrnuto ne
bi važilo.
Industrija je, očigledno, izgubila interesovanje za FDDI II u korist ATM-a (asynchronous
transfer mode). ATM kao što je očekivano, snabdeva mnoge od servisa prvobitno
predvidjenih da budu snabdevani od strane FDDI II.
HiPPIHiPPIHiPPIHiPPI
HiPPI (high speed parallel processor interface) bio je standard razvijen za koaksijalne
kablove. HiPPI je pogodan za brze prenose izmedju masivnih paralelnih procesora, računara i
brzih memorijskih uredjaja i unutar grupe radnih stanica. Ovaj standard specificira brzinu
prenosa od 800-1,600 Mbps na udaljenosti od 25m.
Da bi prevazišli ovo ograničenje udaljenosti, četrdeset industrijalaca je izbacilo jedan ad
hoc standard za HiPPI optički produživačkanala. Produživači proizvedeni da podrže ovaj ad
hoc standard su interoperativni i kompatibilni. Ovaj proizvod povećava udaljenost prenosa
do 40 km.
U početku, HiPPI vlakno je bilo komunikaciona veza od tačke do tačke. Kao takvo, nije bilo
namenjeno za upotrebu u mrežama. Medjutim, veze izmedju HiPPI i FDDI, HiPPI i ATM, i
HiPPI i SONET, postoje. Dodatno, HiPPI unakrsni prekidači su postali dostupni, omgućavajući
HiPPI-u da bude upotrbljen u produženim mrežama.
ESCONESCONESCONESCON
ESCON (Enterprise Sistems Connection) je podrška optičkim sistemima i kanal za IBM
računare. Ovaj kanal se koristi za komunikaciju sa perifernim kontrolnim jedinicama. Ove
jedinice kontrolišu brze periferne uredjaje, kao što su drajveri za magnetnu traku i disk
drajveri.
ESCON specificira ESCON konektore: 200 Mbps, 8dB optička snaga, 1325 nm izvor
svetlosti, spektralna širina od 150 nm, daljina prenosa 3km sa 62.5 µm vlaknom, (ili prenos
na udaljenosti 2 km sa 50µm-skim vlaknom), i prenos na udaljenosti do 9 km sa dva
usmerivača. Upotreba jednomodnog vlakna i laserskih dioda dozvoljava prenos na
udaljenosti i do 60 km. Usmerivač je aktivni elektronski podsistem koji usmerava zahtev od
strane računara do odgovarajuće periferale.
Fiber ChannelFiber ChannelFiber ChannelFiber Channel
Fiber Channel je razvojni standard dizajniran da podržava podesiv (265.6, 531.25, 1062.5
Mbps), nezavisan od protokola, brz prenos podataka na velike udaljenosti (175 m-10 km,
Tabela 5). Fiber Channel podržava oba kanala (od-tačke-do-tačke) i mrežne veze. SC
konektori su specificirani.
Tabela 5. Fiber Channel mogućnosti
SONETSONETSONETSONET
SONET (Sinhronous Optical Netnjork) je internacionalni razvojni standard za povezivanje
privatnih i javnih mreža. SONET zahteva jednomodno vlakno za postizanje brzine prenosa od
51.84 Mbps (OC-1) do 9.952 Gbps (OC-192). Maksimalna brzina će biti 13.22 Gbps.
SONET ima šest prednosti:
• Dozvoljava asinhronim LAN mrežama da pristupe sinhronim javnim mrežama.
• Kompatibilan je sa DS-3 i biće u medjuvezi sa T1 i T3.
• Korisnička oprema će biti standardizovana, pa se očekuje niža cena opreme sa većim
brzinama prenosa i lakšim iskorištavanjem.
• Upotreba sinhronog prenosa dozvoljava veći šum i dodaje druge mogućnosti, koje smanjuju
cenu mreže.
• Saglasnost sa SONET specifikacijama rezultuje u medjuoperativnosti i kompatibilnosti
izmedju oprema različitih proizvodjača.
• SONET mreža može se koristiti od početka do kraja iako je raspon mreže nekoliko hiljada
milja. Takva upotreba nije moguća ili nije pogodna sa opremom drugih proizvodjača.
U Evropi SONET je poznat kao SDH (Sinhronous Digital Hierarchy). SONET i SDH su
kompatibilni ali se ne poklapaju u potpunosti. SONET faza1, predstavljen 1984 bio je
odobren 1988. SONET faza 2 još je u razvoju. Faza 2 sadrži standardizaciju mrežnih poruka
i komandi, definicije potrebnih operativnih funkcija, protocol i skup poruka za operativne
kanale koji se koriste i analizu odstupanja indikatora. SONET specifikacije pojavile su se u
ANSI T1.1.5-1988., u ANSI T1.1.6-1988. i u Bellcore specifikacijama TA-TSY-000755
(glavna specifikacija), TA-TSY-000253 (system prenosa), i TR-TSY-000496 (dodaj / izbaci
multiplekser).
Drugi standardiDrugi standardiDrugi standardiDrugi standardi
Test standardi.Test standardi.Test standardi.Test standardi. Kako je svetlost suptilan medijum, sve izmerene veličine biće veoma
osetnjive na metod merenja. Zbog ove suptilnosti rezultati merenja kod svih optičkih
proizvoda zavise od metoda testiranja. Različite metode testiranja, rezultuju različitim
rezultatima. Poredjenje merenih vrednodti jednog proizvoda koji je testiram različitim
metodama je kao poredjenje jabuka i narandži. Na sreću, Asocijacija Elektronskih Industrija
je kreirala široku listu odobrenih test metoda.
Building Wiring Standards.Building Wiring Standards.Building Wiring Standards.Building Wiring Standards. TR 41 komitet pustio je u opticaj EIA/TIA-568A, standard za
ožičavanje koji sadrži optičke kablove. Ovaj dokument specificira 62.5/125 vlakno i SC
konektore kako za jednomodna tako i za višemodna vlakna. Ova specifikacija dozvoljava
upotrebu FC za jednomodne i ST za višemodne konektore.
NEC (National Electrical Code).NEC (National Electrical Code).NEC (National Electrical Code).NEC (National Electrical Code). NEC adresira zahteve za kablovima unutar zgrade. Ovi
zahtevi ograničavaju brzinu do tačke kada plamen počinje da se širi duž gorećeg kabla.
Dodatno ograničenje je i dim nastao prilikom zapaljenja kabla.
Testovi specificirani od strane NEC-a su: UL-1666 za riser-rated kablove i UL-910,
Steiner Tunnel test, za plenum-rated kablove. NEC je kreirao dva tipa kablova, od kojih
svaki ima tri nivoa performanse (Tabela 6). Ta dva tipa su: dielektrični (ili neprovodan) i
provodan. Dielektrični ili “N” tip sadrži neprovodne elemente. Provodni ili “C” tip sadrži
provodne elemente. Provodni elementi mogu biti provodnici, metalni oklop, ili metalni
snažni delovi. Trenutno postoji trend veće upotrebe kablova serije N. Razlog tome je
ograničen broj restrikcija u NEC-u za postavljanje ovih serija. C serije kablova imaju veći broj
restrikcija za postavljanje.
Vojni standardi.Vojni standardi.Vojni standardi.Vojni standardi. To su brojni standardi za proizvode koji se koriste u vojne svrhe.
Tabela 6. NEC kategorije optičkih kablova
Tekst je realizovan u sklopu prakse iz predmeta "Optoelektronika". Mentor projekta jeTekst je realizovan u sklopu prakse iz predmeta "Optoelektronika". Mentor projekta jeTekst je realizovan u sklopu prakse iz predmeta "Optoelektronika". Mentor projekta jeTekst je realizovan u sklopu prakse iz predmeta "Optoelektronika". Mentor projekta je mr mr mr mr
Miloš SlankamenacMiloš SlankamenacMiloš SlankamenacMiloš Slankamenac sasasasa Katedre za elektronikuKatedre za elektronikuKatedre za elektronikuKatedre za elektroniku na na na na FTNFTNFTNFTN----u.u.u.u.