Standardizovani sistemi i mreže sa optičkim vlaknima

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.

  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.

  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

  IEEE 802 komitet razvija standard za optiču implementaciju. Iako formalan standard ne postoji,  ovakvi proizvodi su raspoloživi još od 1988.

  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.

  Broj  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.

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. 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 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.

  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.

  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 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

   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).

  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. 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 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. To su brojni standardi za proizvode koji se koriste u vojne svrhe.

Tabela 6. NEC kategorije optičkih kablova