Optički komunikacijski kabel

UTP kabel neizostavna je komponenta pri povezivanju korisnika na sustav. No brzine prijenosa ne zadovoljavaju u komunikaciju između pojedinih uređaja sustava kada se želi ostvariti velika brzina zajedničke osnove cjelokupnog sustava (okosnica - backbone) ili velika brzina korisnika prema nekakvom sustavu baze podataka. Tada se korisiti optički vod (optovod) - svjetlovod. Sve je raširenija uporaba svjetlovoda zbog njegove ogromne otpornosti na vanjske elektromagnetske utjecaje, tim više što je cijena koštanja po metru dužine svjetlovoda sve manja. Tehnologija izrade vrlo je različita. No prevladavaju dvije osnovne grupe svjetlovoda razmatrano prema načinu prijenosa svijetla kroz svjetlovod:

• Prijenos s jednom zrakom (LASER) - velike udaljenosti i jaki svjetlosni izvor
• Prijenos sa snopom zraka (LED, VCSEL) - male udaljenosti i značajno slabiji i jeftiniji svjetlosni izvor

Da bi se optički vodovi (Fiber Optic - FO) mogli uporabiti u komunikacijama mora se električni signal pretvoriti u optički i obratno. To radi svjetlovodni pretvornik - TRASCEIVER. Kako se kroz jedan optički vod može istovremeno ostvariti komunikacija samo u jednom smjeru znači da za komunikaciju treba jedan svjetlosni predajnik koji će emitirati električne impulse pretvoriti u optičke i emitirati ih u svjetlovod, i prijamnik na drugoj strani koji će optičke impulse vratiti u električni oblik. Komunikacija je SIMPLEX. Za dvosmjernu komunikaciju trebaju DVA optička voda i jedan par vodova omogućava FULL-DUPLEX komunikaciju. Stoga se i optički konektori za povezivanje svjetlovoda mogu naći u simplex (ST konektor) ili u duplex izvedbi (dva LC i SC međusobno povezana konektora).

Kao izvor svijetlosti koristi se LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation), LED dioda (Light Emitting Diode) ili VCSEL laser (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers). Laser je najskuplje rješenje i koristi se kod optičkih vodova uže jezgre gdje se svjetlosna zraka pod nultim kutom 'ubacuje' u svjetlovod. Koristi se jedna radna frekvencija svijetlosti i ovaj mod rada nosi oznaku jednomodni (SM). Ostala rješenja koriste svjetlovode sa širom jezgrom u koji se svjetlosna zraka 'ubacuje' pod kutom i koristi se jedna od više mogućih radnih frekvencija svijetlosti te se ovaj mod naziva multimodni (MM).

• SM (Single Mode) - Svjetlovod ima jezgru promjera puno manjeg nego što je plašt, radna valna duljina zrake svijetla usporediva s promjerom jezgre te nema rasprostiranja više zraka. Svjetlost se propagira s jednog kraja svjetlovoda na drugi samo putem jedne zrake koja se giba centralnom osi. Svjetlovod radi u jednom - najnižem modu te se zove jednomodni svjetlovod (OS1). Ostvaruju se veliki dometi po vodu te služi za povezivanje u WAN konfiguraciji. Nedostatak je skup predajnik - LASER (oko deset puta od LED). Laser je vrlo jak izvor te nije preporučljivo gledati u svjetlovod.
  
  
• MM (Multi Mode) - Svjetlovod ima jezgru koju osvjetljava LED dioda koja ima širok snom emitiranja i propagirat će se samo zrake (više njih) koje su 'ušle' pod takvim kutom da je ostvariva totalna refleksija. Dakle, izvor svijetla je jeftiniji, ali kako se propagira više zraka, nakon određene udaljenosti njihov zbroj se u konačnici zbrka, te se ova tehnologija koristi za kraće veze, na primjer unutar lokalne mreže. VCSEL je izvor po osobinama između lasera i LED, ima uži snop od LED. Koristi se više radnih frekvencija te se zato naziva multimodni svjetlovod (OM1, OM2, OM3, OM4).

Svjetlovodi se sastoje od tri osnovna dijela:

• Jezgra - optički provodljiv materijal, svjetlosni kanal, s manjim indeksom loma prema obodu glede 'kanaliziranja' rasprostiranja svjetlosne zrake duž jezgre.
  
  
• Plašt - optički materijal dosta manjeg indeksa loma od jezgre (optički rjeđe sredstvo od jezgre), kako bi se ostvarila totalna refleksija na graničnom sloju između jezgre i plašta i time održalo rasprostiranje zrake unutar jezgre. To znači da zraka ne može 'upasti' u jezgru pod bilo kakvim kutom.
  
  
• Omotač - ima isključivu svrhu da mehanički zaštiti dva prethodna sloja i ne mora biti optički provodan. Može sadržavati nosivi vodič (sajlu) za svjetlovode koji se montiraju nadzemno, na primjer između zgrada.

Primjer III

Način rada pojedinih vrsta optičkog voda.

Slika* 3.6.20 Upad zrake svijetla u optički vod / Konektori. ( + / - )

Kako je riječ ipak o 'staklenim' komponentama, osim omotača, nije preporučljivo jako savijati svjetlovod. Izvedbe su vrlo raznolike, glede zaštite na mehaničko oštećenje, vlagu i toplotu. Slično dalekovodu unutar oklopa svjetlovoda može se postaviti i čelično nosivo pleteno uže. Jasno je da se ne smiju spajati svjetlovodi različite debljine jezgre. Moguće radne frekvencije izabrane su po kriteriju najboljeg rasprostiranja duž svjetlovoda, te se u praksi koriste svjetlosne zrake valne duljine 850 nm, 1300 nm, 1310 nm i 1550 nm, jer su mjerenja pokazala da je na ovim valnim duljinama najmanje gušenje, što spada u infracrveno područje. Na osobine rasprostiranja svjetla u MM svjetlovodu u velikoj mjeri utječe način promjene indeksa loma unutar jezgre (jezgra s blagom promjenom indeksa loma prema obodu), te promjena indeksa loma u području veze jezgre i plašta. Svrha promjene indeksa loma je da zrake koje 'upadaju' pod većim kutom dobiju na brzini rasprostiranja kako bi se smanjila razlika u vremenu pristizanja na odredište u odnosu na zrake koje su 'upale' pod manjim kutom. Na taj način postiže se bolje očuvanje oblika svjetlosnog impulsa tijekom rasprostiranja svjetlosnih zraka a time i veći komunikacijski domet.

Prema tablici nema velike razlike između OM1, OM2 i OM3 po radnim valnim duljinama, ali je velika razlika i vrsti materijala svjetlovoda i to u frekventnom opsegu, koji je značajno veći kod OM3. OM4 je SC-SC duplex 'patch' kabel za brzine komunikacije do 100 Gb, optimiziran za valnu duljinu od 850 nm. Dakle tehnologija izrade svjetlovoda je ključan čimbenik. Širina propusnog opsega svjetlovoda određena je područjem frekvencija, u kome se amplituda impulsa ne smanji više od polovine na jediničnu duljinu od 1 km.

Ovaj podatak koristi se za izračun mogućnosti uporabljivosti svjetlovoda po duljini. Uporabljivost tako za vrijednost 200 MHz - 1 km može biti 400 MHz - 0.5 km ili 100 MHz - 2 km i nadalje. Kraće optičko vlakno ima veći propusni opseg. Produkt definira mogućnost kvalitetnog prijenosa po svjetlovodu prema duljini. Najčešće se u lokalnoj mreži koristi OM3 optika i VCSEL izvor. Optički vod koji radi u ovom modu ima jezgru širine 50 µm i zbog potreba više takvih vodova u jednom smjeru glede povezivanja više ormara s uređajima izrađuju se s više optičkih niti, od 4 niti do 32 niti po vodu, pri čemu se kod više od 6 niti prave manji snopovi. Stoga se ovakav vod često naziva multimodni-multinitni optički vod. Konektori koji se koristi raznoliki su, a prikazani na prethodnoj slici su najčešći, s tim da se može odabrati simplex ST izvedba konektora ili duplex izvedba za LC i SC vrstu konektora. Konektori se spajaju sa za to posebnom grupom alata, a testiranje svjetlovoda zahtijeva složene instrumente. Testiranje ispravnosti UTP i FO vodova treba prepustiti firmama koje izvode postavljanje i povezivanje kablova za pripadne im uređaje.

SAŽETAK:

Zašto se svjetlovod spominje uz mrežnu karticu i UTP žičani kabel? Ogromna računalna moć sustava unutar jedne lokalne mreže traži sve brže komunikacije te veliku protočnost podataka između ključnih uređaja u okruženju. Dakle veliki su zahtjevi da bi se recimo ostvari vrlo brz pristup prema grupi poslužitelja. U tu svrhu u poslužitelje će se ugradit OPTIČKA mrežna kartica, osobito ako je riječ o sustavima za pohranu ogromne količine podataka (Data Storage System), odnosno SAN sustav (Storage Area Networks). Da bi se pojedine vrste svjetlovoda brzo razlikovale uvriježeno je i uz oznaku širine jezgre i plašta na kablu koristiti različitu boju zaštitnog omotača svjetlovoda. Tako su omotači svjetlovoda za SM obično žuti (OS1), za MM narančasti (OM2), plavi (OM3) i aqua (OM4), a za uporabu van zgrade imaju oklop crne boje s ugrađenom nosivom čeličnom žicom u oklopu.

Prethodno opisana mrežna kartica ne mora biti samo povlastica skupih poslužitelja. Obično PC računalo može postati njen 'vlasnik' ako se ukaže potreba da računalo ima vrlo brz dostup skladištu podataka. Naravno, optičke veze moraju pratiti i adekvatni uređaji koji komuniciraju preko svjetlovoda i koji u sebi imaju ugrađene TRANCEIVER-e, bilo kao dio uređaja ili kao sve popularniji modul kao što je SFP modul (Small Form-factor Pluggable Interface Converter). Ne samo da mrežna kartica ne mora biti za žičnu vezu, već može sadržavati kompletan sustav za bežičnu vezu, na primjer preko 802.11g standarda s ugrađenim primo-predajnikom i malom antenom. Ovaj oblik naročito je popularan kod prijenosnih računala, bilo kao ugrađeni sustav ili PCMCII kartica ili EXPRESSCARD ili USB dodatak.

Kako se i kod optičkih kabela primjenjuje Ethernet komunikacija, po istom načelu kao za žične veze oznake su 10Base-F, 100Base-FX ili 1000Base-LX. Kako su optičke komunikacije 'povlastica' profesionalaca, navedeno je dovoljno kao ilustracija.