СКС (структурированная кабельная система)

При проектировании структурированных кабельных систем (СКС) часто возникают ситуации, когда необходимо объединить два или несколько достаточно удаленных друг от друга сегментов сетей или требуется подключить удаленное на значительное расстояние оборудование. Другими словами – возникают ситуации, когда использовать соединение нескольких сегментов с помощью медного кабеля витая пара не обеспечивает необходимую пропускную способность на заданном расстоянии.

     В таких случаях при проектировании магистральных подсистем структурированной кабельной системы в качестве магистрального кабеля используются волоконно-оптические кабели (ВОК). Основные преимущества волоконно-оптических кабелей перед линиями на основе медных пар очевидны – это низкий коэффициент затухания, позволяющий строить участки линий связи на большие расстояния, а так же высокая полоса пропускания, ограниченная только возможностями оконечного активного оборудования, составляющая на сегодняшний день 10 Гбит/с и выше. Уже сейчас есть решения у производителей для 40 и 100 Гбит/с.

      При введении в СКС оптических сегментов, на этапе проектирования необходимо определиться с тем, какой тип оптических кабелей необходимо использовать в тех или иных условиях. Основные вопросы, которые решает проектировщик, при построении волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и критерии выбора в ходе разработки проекта СКС:

• Какой тип и категорию оптоволокна применять на данном объекте?
• Какой кабель выбрать — кабель с плотным или свободным буфером?
• Какой тип внешнего покрытия волоконно-оптического кабеля выбрать?

Выбор типа оптоволокна — одномодовое или многомодовое оптическое волокно

В названии типа волокна ест корень «модовое» и это не случайно. Чтобы понять, что такое «мода», вспомним принцип работы оптического волокна (рисунок 1). Сейчас мы не будем рассматривать множество защитных слоев, а рассмотрим только среду передачи. Оптическое волокно состоит из двух частей с различными коэффициентами преломления – сердцевины (б) n_с и оболочки (а) n_о. При n_с> n_о существует такой угол падения, при котором луч, проходящий через сердцевину волокна испытывает полное отражение от границы раздела с оболочкой. При размерах сердцевины, значительно больших, чем длина волны луча (рисунок 1 верхняя картинка), возможно множество траекторий (мод), а при диаметре сердцевины близких к длине волны – только одна (рисунок 1 нижняя картинка).

При передаче светового импульса через многомодовое оптическое волокно (рисунок 1-1) луч проходит по нескольким путям различной длины. Поэтому на приемной стороне импульс «расплывается», и при попытке отправки пакета сигналов на слишком большое расстояние приемная аппаратура может просто не различить один сигнал от другого. Этот эффект называется «расширением задержки» (delay spread), и именно он в наибольшей степени ограничивает дальность и полосу пропускания для многомодовых систем. Этот эффект называется межмодовой дисперсией. При использовании одномодовых волокон, луч движется по одной единственной траектории (рисунок 1-1), поэтому в них этот эффект отсутствует, и дальность связи ограничивается только затуханием сигнала и возможностями протокола связи.

     В связи с указанными особенностями, существуют рекомендации по применению различных типов волокон в зависимости от длины сегмента и используемого приложения. Например, для Gigabit Ethernet, при длине сегмента до 550 м можно использовать многомодовый кабель, а до 2 км и выше – одномодовый. Для 10 Gigabit Ethernet 10GBase_SR/SW при длине сегмента до 300 м можно использовать многомодовый кабель категории ОМ3, свыше 300 метров – одномодовый кабель.

       Другая сторона выбора между одномодовыми и многомодовыми волокнами – стоимость портов активного оборудования. Несмотря на то, что стоимость одномодовых кабелей несколько ниже, передатчики для одномодового волокна значительно дороже (приемники в обоих случаях используются одинаковые) передатчиков для многомодового волокна.

Выбор оптического кабеля с плотным или свободным буфером

Волокно в кабеле со свободным буфером (рисунок 2) защищается базовым покрытием и располагается в достаточно жестком пластиковом модуле, имеющим значительный внутренний диаметр и заполненном гидрофобным гелем.

      Модуль может быть уплотненным, то есть содержащим несколько волокон, или неуплотненным – одно. Для повышения прочности на растяжение, в модуль могут закладываться еще и капроновые нити. Модуль защищает волокна от внешних механических воздействий. Кабель, как правило, состоит из нескольких модулей, силовых элементов, защищающих от растяжений, сжатий, усадки и резких перегибов, а так же внешнего покрытия. Межмодульное пространство, как правило, так же заполнено гидрофобным гелем. Для такого типа кабелей нежелательны многочисленные изгибы и механические напряжения, в том числе вертикальная прокладка. Кроме того, при сращивании и терминации необходимо исключить возможность проникновения влаги и веществ, способных взаимодействовать с наполнителем.

В кабелях с волокнами с плотным буфером (рисунок 3) защитный слой образуется путем непосредственного выдавливания пластика вокруг волокна. Такая конструкция имеет более высокую стойкость к растяжениям, ударам и сжатиям, а так же допускает изгибы значительно меньшего радиуса, чем кабели с волокнами в свободном буфере. Минусы данного типа кабелей – плохо переносит влажность и значительные температурные колебания, хотя стали появляться модели, лучше приспособленные к таким условиям. Кроме того, кабели такого типа имеют больший диаметр и вес.

     Можно сделать вывод, что для прокладки внутри помещений идеальным решением является кабель с оптическими волокнами в плотном буфере, а в сложных климатических условиях больше подойдет кабель со свободным буфером.

Тип внешнего покрытия оптических кабелей

Одним из важнейших критериев выбора материала внешнего покрытия является его пожаробезопасность. Особенно это становится актуальным, в связи с трагическими событиями в Перми. На пожаробезопасность будет обращаться пристальное внимание различных контролирующих и проверяющих органов, а также этим вопросом могут быть обеспокоены собственники, сдающие офисы в аренду. Кстати, если что-то подобное произойдет в коммерческом офисном здании, то я не думаю, что кому-то захочется отвечать за проект, в котором будет запроектирован кабель с горючей оболочкой, которая выделяет при горении опасные для людей вещества.

     Напомню читателям, что в 2009 году был принят ГОСТ Р 53315-2009 «Кабельные изделия. Пожарная безопасность». Согласно этому документу, вся кабельная продукция на российском рынке должна пройти обязательную сертификацию и получить соответствующий класс пожаробезопасности. Подробнее про ГОСТ Р 53315-2009 читайте в этой новости Соблюдение правил противопожарной безопасности при проектировании и монтаже СКС. При сертификации учитываются такие параметры, как предел огнестойкости, предел распространения горения, показатель коррозионной активности продуктов горения и тления изоляции, показатель дымообразования и показатель токсичности продуктов горения. Кроме того, стандарт определяет максимальный уровень пожарной опасности кабелей при прокладке в определенных типах помещения.

     Второй критерий – механические свойства покрытия. Для прокладки в сложных условиях, например в трубах канализации или напрямую в грунт, обычно используется кабели с покрытием из полиэтилена высокой плотности (HDPE). Это довольно дорогостоящее покрытие, и поэтому используется, как правило, в кабелях высокой емкости. Более бюджетное покрытие выполняется из полиэтилена средней плотности (MDPE), которое так же имеет достаточно неплохие механические характеристики. Менее прочное покрытие из полиэтилена низкой плотности (LDPE), как правило, укладывается под броней кабеля, которая, в свою очередь покрывается слоем MDPE или HDPE.

     Для повышения механической прочности и стойкости к агрессивным средам, таким как масла, концентрированные щелочи, органические и минеральные кислоты, полиэтиленовая оболочка покрывается тонким (до 0,5 мм) слоем полиамида (РА). Кроме того, такое покрытие уменьшает коэффициент трения и облегчает укладку в трубопровод. Такая оболочка обычно имеет черный или оранжевый цвет. Возможны и другие материалы оболочек.

     Третий критерий выбора оболочки – необходимость защиты от грызунов. Такая защита обычно выполняется двумя путями – бронирование кабеля и добавления в оболочку отпугивающих веществ.

      Металлическая броня обычно выполняется либо в виде металлической ленты, свернутой в трубку, обычно гофрированной (повышает защиту от ударных нагрузок), либо из стальной проволоки (повышает допустимое усилие на растяжение). Наиболее дешевы, а поэтому более распространены, кабели с ленточной броней.

     В случае, когда металлическую броню использовать нельзя, применяется покрытие из полиамида, полипропилена или плотный слой стекловолоконных нитей, выполняющих роль силового элемента. Кабели с химической защитой от грызунов очень дороги, поэтому используются нечасто.

На что обратить внимание про проектировании магистрали СКС

Проектирование оптико-волоконных сегментов в магистрали СКС с характеристиками, близкими к требуемым на момент строительства – это неправильное расходование денежных средств. Технологии развиваются семимильными шагами, сети со временем имеют свойство расти, поэтому при проектировании волоконно-оптических линий связи очень важно заложить запас как по количеству оптических волокон, так и по пропускной способности. Правильнее построить один раз ВОЛС с запасом и перспективой расширения в будущем, чем потом ее перестраивать.