Содержание:
TOC \o “1-3” Введение PAGEREF _Toc454294981 \h 2
1. Обзор существующих принципов построения сетей PAGEREF _Toc454294982
\h 3
1.1. Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС) PAGEREF _Toc454294983
\h 3
1.2. Классификация ЛВС PAGEREF _Toc454294984 \h 3
1.2.1. По расстоянию между узлами PAGEREF _Toc454294985 \h 3
1.2.2. По топологии PAGEREF _Toc454294986 \h 3
1.2.3. По способу управления PAGEREF _Toc454294987 \h 4
1.2.4. По методу доступа PAGEREF _Toc454294988 \h 5
1.3. Структурированные кабельные системы (СКС) PAGEREF _Toc454294989
\h 8
1.3.1. Хронология развития стандартов СКС PAGEREF _Toc454294990 \h 8
1.3.2. Витая пара PAGEREF _Toc454294991 \h 11
1.3.3. Волоконно-оптический кабель PAGEREF _Toc454294992 \h 12
1.3.4. Горизонтальная кабельная система PAGEREF _Toc454294993 \h 17
1.3.5. Рабочее место, телекоммуникационный шкаф PAGEREF _Toc454294994
\h 19
1.3.6. Коммутационное оборудование PAGEREF _Toc454294995 \h 20
1.3.7. Коннекторы PAGEREF _Toc454294996 \h 30
1.3.8. Каблирование на основе волоконно-оптического кабеля PAGEREF
_Toc454294997 \h 34
1.4. Типы устройств Fast Ethernet PAGEREF _Toc454294998 \h 35
2. Проект построения ЛВС на основе Fast Ethernet PAGEREF _Toc454294999
\h 38
2.1. Выбор топологии для проекта PAGEREF _Toc454295000 \h 38
2.2. Выбор оборудования для проекта PAGEREF _Toc454295001 \h 41
2.2.1. Коммутатор для Административного здания PAGEREF _Toc454295002
\h 42
2.2.2. Коммутаторы для Гофрцеха 2 и Материального склада PAGEREF
_Toc454295003 \h 44
2.2.3. Концентраторы для Гофрцеха 1 и Печатного цеха PAGEREF
_Toc454295004 \h 45
2.2.4. Сетевые адаптеры для серверов PAGEREF _Toc454295005 \h 46
2.2.5. Сетевые адаптеры для рабочих станций PAGEREF _Toc454295006 \h
47
2.3. Выбор кабельной системы для проекта PAGEREF _Toc454295007 \h 48
3. Методика прокладки и монтажа кабеля, используемого в проектируемой
ЛВС PAGEREF _Toc454295008 \h 52
4. Методика расчета основных параметров оптического кабеля PAGEREF
_Toc454295009 \h 57
5. Оценка эффективности проекта и технико-экономические показатели.
PAGEREF _Toc454295010 \h 72
5.1. Оценка экономического эффекта от внедрения проекта PAGEREF
_Toc454295011 \h 72
5.2. Оценка стоимости внедрения проекта PAGEREF _Toc454295012 \h 73
5.3. Расчет срока окупаемости сети PAGEREF _Toc454295013 \h 75
5.4. Основные техникоэкономические показатели PAGEREF _Toc454295014 \h
75
6. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности PAGEREF _Toc454295015
\h 76
6.1. Общие сведения PAGEREF _Toc454295016 \h 76
6.2. Требования безопасности при эксплуатации лазерных изделий PAGEREF
_Toc454295017 \h 78
6.3. Требования по электробезопасности PAGEREF _Toc454295018 \h 81
6.4. Организация рабочего места оператора ЭВМ PAGEREF _Toc454295019 \h
81
7. Заключение PAGEREF _Toc454295020 \h 91
8. Литература PAGEREF _Toc454295021 \h 92
Введение
Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации
общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и
гибкости информационных сетей. Полоса пропускания в расчете на одного
пользователя стремительно увеличивается благодаря нескольким факторам.
Во-первых, растет популярность приложений World Wide Web и количество
электронных банков информации, которые становятся достоянием каждого
человека. Падение цен на компьютеры приводит к росту числа домашних ПК,
каждый из которых потенциально превращается в устройство, способное
подключиться к сети Internet. Во-вторых, новые сетевые приложения
становятся более требовательными в отношении полосы пропускания – входят
в практику приложения Internet, ориентированные на мультимедиа и
видеоконференцсвязь, когда одновременно открывается очень большое
количество сессий передачи данных. Как результат, наблюдается резкий
рост в потреблении ресурсов Internet – по оценкам средний объем потока
информации в расчете на одного пользователя в мире увеличивается в 8 раз
каждый год.
Противодействовать растущим объемам передаваемой информации на уровне
сетевых магистралей можно только привлекая оптическое волокно. И
поставщики средств связи при построении современных информационных сетей
используют волоконно-оптические кабельные системы наиболее часто. Это
касается как построения протяженных телекоммуникационных магистралей,
так и локальных вычислительных сетей. Оптическое волокно в настоящее
время считается самой совершенной физической средой для передачи
информации, а также самой перспективной средой для передачи больших
потоков информации на значительные расстояния. Волоконная оптика, став
главной рабочей лошадкой процесса информатизации общества, обеспечила
себе гарантированное развитие в настоящем и будущем. Сегодня волоконная
оптика находит применение практически во всех задачах, связанных с
передачей информации. Стало допустимым подключение рабочих станций к
информационной сети с использованием волоконно-оптического миникабеля.
Однако, если на уровне настольного ПК волоконно-оптический интерфейс
только начинает единоборство с проводным, то при построении
магистральных сетей давно стало фактом безусловное господство
оптического волокна. Коммерческие аспекты оптического волокна также
говорят в его пользу – оптическое волокно изготавливается из кварца, то
есть на основе песка, запасы которого очень велики. Стремительно входят
в нашу жизнь волоконно-оптические интерфейсы в локальных и региональных
сетях Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, Gigabit Ethernet, ATM. Настоящий
дипломный проект ставит своей целью показать возможности современного
оборудования для построения сетей в области волоконно-оптических
технологий, раскрыть технологические особенности планирования,
построения и эксплуатации волоконно-оптических сетей.
Обзор существующих принципов построения сетей
Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС)
Локальная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему,
позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к
сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и
другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена
территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями.
Классификация ЛВС
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.
По расстоянию между узлами
В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают
вычислительные сети:
территориальные – охватывающие значительное географическое
простран-ство;
среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и
глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы;
региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area
Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей – WAN
(Wide Area Network);
локальные (ЛВС) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в
пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или
сотен метров друг от друга, реже на 1…2 км);
локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
корпоративные (масштаба предприятия) – совокупность связанных между
собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно
предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных
зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети – основной вид
вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного
проектирования (САПР).
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet
(реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW)
переводится на русский язык как всемирная паутина);
это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие
интрасетей (Intranet) – корпоративных сетей в рамках Internet.
По топологии
Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от
топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной),
кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.
шинная (bus) – локальная сеть, в которой связь между любыми двумя
станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые
любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других
станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее
свойство называют широковещательностью);
кольцевая (ring) – узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к
каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу,
поочередно становятся доступными всем узлам сети;
звездная (star) – имеется центральный узел, от которого расходятся линии
передачи данных к каждому из остальных узлов;
иерархическая – каждое устройство обеспечивает непосредственное
управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.
а) б)
в)
г)
Рис. 1.1. Сетевые топологии
По способу управления
В зависимости от способа управления различают сети:
“клиент/сервер” – в них выделяется один или несколько узлов (их название
– серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие
функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них
работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру
распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов
(например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов
по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие
сети отличают также от централизованных систем, построенных на
мэйнфреймах;
одноранговые – в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под
клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий
некоторые услуги, а под сервером – объект, предоставляющий эти услуги,
то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и
сервера.
Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой
пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным
компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и
получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать
программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь
платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими
клиентами или сетевыми компьютерами.
По методу доступа
Типичная среда передачи данных в ЛВС – отрезок (сегмент) коаксиального
кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются
узлы – компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку
среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов
появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды
между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к
сети.
Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой
передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление
доступом к среде – это установление последовательности, в которой
станции получают доступ к среде передачи данных.
Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных
методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем
несущей и обнаружением конфликтов. Англоязычное название метода –
Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD).
Протокол CSMA/CD
Протокол CSMA/CD воплотил в себе идеи вышеперечисленных алгоритмов и
добавил важный элемент – разрешение коллизий. Поскольку коллизия
разрушает все передаваемые в момент ее возникновения кадры, то и нет
смысла станциям продолжать дальнейшую передачу своих кадров, коль скоро
они (станции) обнаружили коллизии. В противном случае, значительной была
бы потеря времени при передаче длинных кадров. Поэтому для
своевременного обнаружения коллизии станция прослушивает среду на всем
протяжении собственной передачи.
Основные правила алгоритма CSMA/CD для передающей станции.
Передача кадра:
Станция, собирающаяся передавать, прослушивает среду, и передает, если
среда свободна. В противном случае (т.е. если среда занята), переходит к
шагу 2. При передаче нескольких кадров подряд станция выдерживает
определённую паузу между посылками кадров – межкадровый интервал, причем
после каждой такой паузы перед отправкой следующего кадра станция вновь
прослушивает среду (возвращение на начало шага 1);
Если среда занята, станция продолжает прослушивать среду до тех пор,
пока среда не станет свободной, и затем сразу же начинает передачу;
Каждая станция, ведущая передачу, прослушивает среду, и, в случае
обнаружения коллизии не прекращает сразу же передачу, а сначала передает
короткий специальный сигнал коллизии – jam-сигнал, информируя другие
станции о коллизии, и прекращает передачу;
После передачи jam-сигнала станция замолкает и ждет некоторое
произвольное время в соответствии с правилом бинарной экспоненциальной
задержки, а затем возвращается к шагу 1.
Межкадровый интервал IFG (interframe gap) составляет 9,6 мкс, (12 байт).
С одной стороны, он необходим для того, чтобы принимающая станция могла
корректно завершить прием кадра. Кроме этого, если бы станция передавала
кадры непрерывно, она бы полностью захватила канал и, тем самым, лишила
другие станции возможности передачи.
Jam-сигнал (jamming – дословно глушение). Передача jam-сигнала
гарантирует, что ни один кадр не будет потерян, так как все узлы,
которые передавали кадры до возникновения коллизии, приняв jam-сигнал,
прервут свои передачи и замолкнут в ожидании новой попытки передать
кадры. Jam-сигнал должен быть достаточной длины, чтобы он дошел до самых
удаленных станций коллизионного домена с учетом дополнительной задержки
SF (safety margin) на возможных повторителях.
Коллизионный домен (collision domain) – множество всех станций в сети,
одновременная передача любой пары из которых приводит к коллизии.
На рис. 1.2. проиллюстрирован процесс обнаружения коллизии применительно
к топологии ”шина”.
В момент времени t0 узел А начинает передачу, естественно прослушивая
свой же передаваемый сигнал. В момент времени t1, когда кадр почти дошел
до узла B, этот узел, не зная о том, что уже идёт передача, сам начинает
передавать. В момент времени t2=t1+(, узел В обнаруживает коллизию
(увеличивается постоянная составляющая электрического сигнала в
прослушиваемой линии). После этого узел В передаёт jam-сигнал и
прекращает передачу. В момент времени t3 сигнал коллизии доходит до узла
А, после чего А также передаёт jam-сигнал и прекращает передачу.
Рис. 1.2. Обнаружение коллизии в шине при использовании схемы CSMA/CD
стандарта Ethernet
По стандарту Ethernet узел не может передавать очень короткие кадры,
или, иными словами, вести очень короткие передачи. Даже если поле данных
заполнено не до конца, то появляется специальное дополнительное поле,
удлиняющее кадр до минимальной длины 64 байта без учета преамбулы.
Время канала ST (slot time) – это минимальное время, в течение которого
узел обязан вести передачу, занимать канал. Это соответствует передаче
кадра минимально допустимого размера, принятого стандартом Ethernet IEEE
802.3. Время канала связано с максимально допустимым расстоянием между
узлами сети – диаметром коллизионного домена.
Допустим, что в приведенном выше примере реализуется наихудший сценарий,
когда станции А и В удалены друг от друга на максимальное расстояние.
Время распространения сигнала от А до В обозначим через tp. Узел А
начинает передавать в нулевой момент времени. Узел В начинает передавать
в момент времени t1 = tp + ( и обнаруживает коллизию спустя интервал (
после начала своей передачи. Узел А обнаруживает коллизию в момент
времени t3 = 2tp – ( . Для того, чтобы кадр, испущенный А, не был
потерян, необходимо, чтобы узел А не прекращал вести передачу к этому
моменту, так как тогда, обнаружив коллизию, узел А будет знать, что его
кадр не дошел, и попытается передавать его повторно. В противном случае
кадр будет потерян. Максимальное время, спустя которое с момента начала
передачи узел А еще может обнаружить коллизию, равно 2tp – это время
называется задержкой на двойном пробеге RTD (round-trip delay). В более
общем случае, RTD определяет суммарную задержку, связанную как с
задержкой из-за конечной длины сегментов, так и с задержкой, возникающей
при обработке кадров на физическом уровне промежуточных повторителей и
оконечных узлов сети. Далее удобно использовать также другую единицу
измерения времени: битовое время BT (bit time). Время 1 BT соответствует
времени, необходимому для передачи одного бита, т.е. 0,1 мкс при
скорости 10 Мбит/с.
Стандартом Ethernet регламентированы следующие правила обнаружения
коллизий конечным узлом сети:
Узел А должен обнаружить коллизию до того, как передаст свой 512-й бит,
включая биты преамбулы;
Узел А должен прекратить передачу раньше, чем будет передан кадр
минимальной длины – передано 576 бит (512 бит после ограничителя начала
кадров SFD);
Перекрытие между передачами узлов А и В – битовый интервал, начиная с
момента передачи первого бита преамбулы узлом А и заканчивая приемом
узлом А последнего бита, испущенного узлом В, – должно быть меньше, чем
575 BT.
Последнее условие для сети Ethernet является наиболее важным, поскольку,
его выполнение ведет к выполнению и первых двух. Это третье условие
задает ограничение на диаметр сети. Применительно к задержке на двойном
пробеге RTD третье условие можно сформулировать в виде: RTD
Проект построения ЛВС на основе Fast Ethernet
Выбор топологии для проекта
Выбор используемой топологии зависит от условий, задач и возможностей,
или же определяется стандартом используемой сети. Основными факторами,
влияющими на выбор топологии для построения сети, являются:
среда передачи информации (тип кабеля);
метод доступа к среде;
максимальная протяженность сети;
пропускная способность сети;
метод передачи и др.
В данном проекте ставится задача связать административный корпус
предприятия с четырьмя цехами посредством высокоскоростной сети со
скоростью передачи данных – 100 Мбит/сек.
Рассмотрим вариант построения сети: на основе технологии Fast Ethernet.
Данный стандарт предусматривает скорость передачи данных 100 Мбит/сек и
поддерживает два вида передающей среды – неэкранированная витая пара и
волоконно-оптический кабель. Для описания типа передающей среды
используются следующие аббревиатуры, табл. 2.1.
Таблица 2.1.
Название Тип передающей среды
100Base-T Основное название для стандарта Fast Ethernet (включает все
типы передающих сред)
100Base-TX Неэкранированная витая пара категории 5 и выше.
100Base-FX Многомодовый двухволоконный оптический кабель
100Base-T4 Витая пара. 4 пары категории 3, 4 или 5.
Правила проектирования топологии стандарта 100Base-T
Следующие топологические правила и рекомендации для 100Base-TX и
100Base-FX сетей основаны на стандарте IEEE 802.3u
100Base-TX
Правило 1: Сетевая топология должна быть физической топологией типа
«звезда» без ответвлений или зацикливаний.
Правило 2: Должен использоваться кабель категории 5.
Правило 3: Класс используемых повторителей определяет количество
повторителей, которые можно каскадировать.
Класс 1. Можно каскадировать до 5 включительно концентраторов, используя
специальный каскадирующий кабель.
Класс 2. Можно каскадировать только 2 концентратора, используя витую
пару для соединения средозависимых портов MDI обоих концентраторов.
Правило 4: Длина сегмента ограничена 100 метрами.
Правило 5: Диаметр сети не должен превышать 205 метров.
100Base-FX
Правило 1: Максимальное расстояние между двумя устройствами – 2
километра при полнодуплексной связи и 412 метров при полудуплексной для
коммутируемых соединений.
Правило 2: Расстояние между концентратором и конечным устройством не
должно превышать 208 метров
План территории предприятия приведен на рис. 2.1. Также известны
расстояния между объектами с учетом допусков на разводку кабеля по
зданиям (Табл. 2.2) и количество рабочих станций, которые необходимо
подключить к сети (Табл. 2.3).
Таблица 2.2. Расстояния между объектами
Расстояние между Административное здание
По территории вдоль опор подвесных линий передачи (метров) Допуск на
разводку кабеля по зданиям (метров) Итого
(метров)
Печатный цех 203 +70 273
Гофрцех 1 256 +70 326
Гофрцех 2 472 +70 542
Материальный склад 445 +65 510
Таблица 2.3. Распределение подключаемых рабочих станций по объектам
Объект Количество подключаемых станций Тип подключения
10Мбит
коммутируемое 100Мбит 100Мбит коммутируемое
Административное здание 3 1* - 2**
Печатный цех 2 - 2 -
Гофрцех 1 4 - 4 -
Гофрцех 2 8 - 8 -
Материальный склад 2 - 2 -
*- для подключения концентратора уже существующей сети.
**- для подключения серверов.
Как видно из таблицы 2.2, расстояния между объектами слишком велики для
витой пары (физического интерфейса 100Base-TX) и, следовательно, для
соединения этих объектов необходимо оптическое волокно. Так как между
административным зданием и гофрцехом 2 расстояние превышает 412 метров
– то для их соединения необходимо использовать полнодуплексное
соединение (коммутатор – коммутатор). То же самое относится и к
соединению административного здания с материальным складом (см. табл.
2.2).
которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней
магистрали коммутатора. Пример построения сети, использующей такую
структуру, приведен на рисунке 2.2. Преимуществом такой структуры
является высокая производительность магистрали. Так как для коммутатора
производительность внутренней шины или схемы общей памяти, объединяющей
модули портов, в несколько Гб/c не является редкостью, то магистраль
сети может быть весьма быстродействующей, причем ее скорость не зависит
от применяемых в сети протоколов и может быть повышена с помощью замены
одной модели коммутатора на другую. Имитационное моделирование сети
Ethernet и исследование ее работы с помощью анализаторов протоколов
показали, что при коэффициенте загрузки в районе 0.3 - 0.5
начинается быстрый рост числа коллизий и соответственно времени ожидания
доступа. Также пропускная способность сети с коммутатором при повышенной
загрузке дополнительно увеличится из-за локализации трафика в пределах
отдельных сегментов.
Рис. 2.2. Структура сети со стянутой в точку
магистралью
В рабочих группах, располагающихся в цехах по территории предприятия
допустимо использование концентраторов, так как в основном все рабочие
станции будут работать с выделенными серверами, которые находятся в
административном здании, и не будет необходимости локализовывать трафик
между станциями рабочих групп.
Выбор оборудования для проекта
Выбор оборудования производится согласно таблицам 2.2 и 2.3. Итак, нам
необходимо выбрать коммутатор для административного здания, два
коммутатора для Гофрцеха 2 и Материального склада, и, 2 концентратора
для Гофрцеха 1 и Печатного цеха. Также необходимо выбрать сетевые
адаптеры для подключения рабочих станций и серверов.
Коммутатор для Административного здания
Должен соответствовать следующим требованиям:
обеспечение сопряжения с концентратором существующей сети со скоростью
передачи 10 Мбит/сек;
наличие как минимум 2 портов Fast Ethernet для подключения серверов;
наличие как минимум 4 портов 100Base-FX для подключения сегментов
рабочих групп;
высокое быстродействие внутренней шины.
Данным требованиям соответствует несколько моделей коммутаторов фирмы
Hewlett-Packard: HP ProCurve Switch 1600M и HP AdvanceStack Switch 800T.
Технические характеристики моделей коммутаторов приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4. Технические характеристики коммутаторов
Характеристика HP ProCurve Switch 1600M HP AdvanceStack Switch 800T
Порты 16 портов RJ-45 с автоопределением скорости 10/100Base-TX
1 открытый модульный слот
1 RS-232C DB-9 консольный порт 4 порта 10/100Base-TX
4 открытых трансиверных слота
1 RS-232C DB-9 консольный порт
Модули HP ProCurve Switch 10/100Base-T Module (J4111A)
HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (J4112A)
HP ProCurve Switch Gigabit-SX Module (J4113A)
HP ProCurve Switch Gigabit-LX Module (J4114A)
HP ProCurve Switch 10Base-FL Module (J4118A) HP AdvanceStack 100Base-TX
UTP Transceiver(J3192C)
HP AdvanceStack 100Base-FX Fiber-optic Transceiver(J3193B)
Память и процессор буфер 8 Мб для 10/100 портов
буфер 2 Мб для Gigabit порта
RAM/ROM емкость 12 Мб
Flash память: 2 Мб
Процессор: Intel i960JD - 66 MHz буфер 512 Кб (100Mb порты)
буфер 256 Кб (10Mb порты)
RAM/ROM емкость: 8 Мб
Flash память: 1 Мб
Процессор: Intel i960JF - 25 MHz
Производитель-ность Задержка: 8µs
Пропускная способность: 3.87 миллионов пакетов в сек (64 байтных)
Пропускная способность внутренней магистрали: 3.5 Гбит/с
Емкость таблицы адресов: 10,000 Задержка:
Методика прокладки и монтажа кабеля, используемого в проектируемой ЛВС
В данной работе проектируется территориально распределенная сеть,
связывающая несколько зданий. Строительство подвесных
волоконно-оптических линий связи - современная альтернатива
коллекторным, траншейным и прочим "подземным" оптическим трактам.
Основные отличия от традиционных (коллекторных):
минимум в 1.5 раза более низкая стоимость;
низкая стоимость обслуживания (в разы);
высокая скорость восстановления серьезных разрушений;
Для правильной прокладки оптического кабеля необходимо выполнить ряд
действий:
Разработка подготовительных мероприятий. В процессе подготовки к
строительству изучается проектная документация и трасса линии в натуре.
При этом особое внимание обращают на места ввода кабеля в здание,
прокладку кабеля по воздушным опорам и стенам зданий.
Проект производства работ. По результатам изучения проектной
документации и ознакомлением с трассой линии составляется проект
производства работ, который содержит сетевой график с указанием сроков и
последовательности выполнения отдельных видов работ.
Подготовка кабеля к прокладке и испытания. Все строительные длины кабеля
перед прокладкой подвергаются полной или частичной проверке. Кабели,
поступившие к месту прокладки с внешними дефектами, такими как: вмятины,
пережимы, обломанные концы, - подвергаются полной проверке. При полной
проверке производится: внешний осмотр барабанов, проверка целостности
оптических волокон путем просветки электрическим фонарем, испытания на
герметичность оболочки, измерение затухания оптических волокон.
Изготавливаемые в настоящее время оптические кабели имеют на длинах волн
1,3 и 1,55 мкм средние значения затухания 0,3…1 дБ/км и дисперсии
0,1…0,3 нс/км*нм для градиентных волокон. В реальных оптических волокнах
отклонения этих параметров увеличиваются из-за воздействия множества
случайных факторов, к которым относятся: неоднородности в конструкции
волокна; сторонние примеси в материале сердцевины и оболочки; отклонение
профиля показателя преломления от оптимального; флуктуации микроизгибов
волокон в процессе их укладки в оптический кабель и прокладки;
неоднородности, возникающие в местах соединения волокон. В результате
параметры передачи реальных волокон содержат случайные составляющие,
абсолютные значения которых обычно невелики, но их относительные
отклонения от средних значений ввиду малости последних могут иметь
большие значения. Большие относительные колебания дисперсии градиентных
волокон обусловлены в основном отклонениями профиля показателя
преломления от оптимального. Случайные относительные колебания затухания
от средних значений на строительных длинах составляют 30…50%. Отклонения
дисперсии могут достигать 50…80%.
Прокладка кабеля по стенам зданий и подвеска на опорах. При монтаже
территориально распределенных сетей, связывающих несколько зданий,
приходится прокладывать кабель по стенам зданий – следовательно
необходимо защитить кабель от механических повреждений стальным угловым
профилем или желобом на высоте до 3 метров от поверхности земли. Если
кабель прокладывается по стенам зданий, имеющих карнизы или другие
выступающие части, стараются проложить кабель под ними, чтобы защитить
его от механических повреждений, возможных при сбрасывании с крыши льда
и снега. Способ крепления на опоре подвесного самонесущего кабеля
приведен на рис. 3.1.
Рис.3.1. Крепление самонесущего кабеля
Особенности прокладки ОК обусловлены меньшими допустимыми значениями
тяговых усилий, радиусов изгибов ОК, снижением габаритных размеров и
массы ОК по сравнению с аналогичными значениями этих величин для обычных
электрических кабелей (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Сравнение монтажных параметров кабелей
Параметр Значение параметра кабеля
оптического электрического
Допустимое тяговое усилие, Н 600…1200 500…30000
Минимально допустимый радиус изгиба, см 20…30 10…80
Диаметр кабеля, мм 10…15 10…80
Масса кабеля, кг/км 80…160 95…6400
Строительная длина кабеля, м 500…2000 260…500
Монтаж оптических кабелей. Монтаж ОК является наиболее ответственной
операцией, предопределяющей качество и дальность связи по оптическим
кабельным линиям. Соединение волокон производится как в процессе
производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий.
При монтаже ОК должны быть обеспечены: высокая влагоустойчивость
сростка, надежные механические характеристики на разрыв и смятие, и
стабильность характеристик сростка при длительной эксплуатации.
Соединение волокон механическим сплайсом (МС). МС – это прецизионное,
простое в использовании, недорогое устройство для быстрой стыковки
обнаженных многомодовых и одномодовых волокон в покрытии с диаметром 250
мкм – 1 мм посредством специальных механических зажимов. Стеклянный
капилляр, заполненный иммерсионным гелем, обеспечивает вносимые
потери
1 – внешний ВОК
2 – гермоввод для крепления кабеля
3 – разделанные волокна ВОК
4 – корпус
5 – сплайс-пластина
6 – место для крепления на стену
7 - комплект для защиты сварки
8 – место сварки
9 – волокно pig-tail-а
10 – коннектор pig-tail-a
11 – оптическая переходная розетка
Рис.3.3. Схема разделки оптических волокон внутри ОРК
Методика расчета основных параметров оптического кабеля
Геометрические параметры кабеля
:
. (4 – 1)
Если показатель преломления оболочки выбирается всегда постоянной
величиной, то показатель преломления сердцевины в общем случае может
зависеть от радиуса. Распространение света по волокну можно объяснить на
основе принципа полного внутреннего отражения, вытекающего из закона
преломления света Снеллиуса:
, (4 –2)
- угол преломления.
). Из закона Снеллиуса легко найти этот критический угол падения:
(4-3)
Если угол падения на границу раздела меньше критического угла падения
(луч 2), то при каждом внутреннем отражении от границы вся энергия
возвращается обратно в сердцевину благодаря полному внутреннему
отражению.
Лучи, траектории которых полностью лежат в оптически более плотной
среде, называются направляемыми. Поскольку энергия таких лучей не
рассеивается наружу, они могут распространяться на большие расстояния.
вводимого в волокно излучения из свободного пространства, при котором
свет испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по
волокну, формулой:
(4 – 4)
и указывают соответствующее значение числовой апертуры для каждого
поставляемого типа волокна. Для волокна со ступенчатым профилем легко
получить значение числовой апертуры, выраженное через показатели
преломления:
(4 – 5)
, значение которой максимально на оси и падает до 0 на границе
сердцевины и оболочки. Для градиентного волокна с параболическим
показателем преломления, формула ХХХ, определяется эффективная числовая
апертура, которая равна
(4 – 6)
- максимальное значение показателя преломления на оси.
Нормированная частота. Другим важным параметром, характеризующим
волокно и распространяющийся по нему свет, является нормированная
частота V, которая определяется как
(4 – 5)
где d - диаметр сердцевины волокна.
Номенклатура мод. При более строгом рассмотрении процесса
распространения света по волокну следует решать волновые уравнения
Максвелла. Именно в этой трактовке лучи ассоциируются с волнами, причем
различные типы волн – решения уравнений – называются модами.
Сами моды обозначаются буквами E и/или H с двумя индексами n и m. Индекс
n характеризует азимутальные свойства волны (число изменений поля по
окружности), а m – радиальные (число изменений поля по диаметру). По
оптическому волокну распространяются только два типа волн: симметричные
(E0m и H0m), у которых только одна продольная составляющая, и
несимметричные (смешанные) (Enm и Hnm), у которых две продольные
составляющие.
При этом, если преобладает продольная составляющая электрического поля –
Еz, то волна обозначается ЕНnm, а если преобладает продольная
составляющая магнитного поля Нz, то волна называется , то волна
называется НЕnm, Сопоставляя волновую теорию с геометрической оптикой,
следует отметить, что симметричные моды Е0m и Н0m соответствуют
меридиональным лучам, несимметричные моды Еnm и Нnm – косым лучам.
По волокну могут распространятся как только одна мода – одномодовый
режим, так и много мод – многомодовый режим. Многомодовый или
одномодовый характер идущего по волокну света коренным образом влияет на
дисперсию, а следовательно, и на пропускную способность волокна. Расчет
на основе уравнений Максвелла позволяет найти простой критерий
распространения одной моды: V(2,405 (точное значение константы в правой
части неравенства определяется первым нулем функции Бесселя I0(x)). Это
гибридная мода НЕ11. Отметим, что нормированная частота явно зависит от
длины волны света. В табл. 4.1 приведены значения нормированной
частоты, вычесленные по формуле (4-7).
Как видно из табл. (4.1), в одномодовом ступенчатом волокне при длине
волны света 1550 нм выполняется критерий (4-8), и поэтому
распространяется только одна мода. При длине волны 1310 нм критерий не
выполнен, что означает возможность распространения нескольких мод в
одномодовом волокне на этой длине волны. На практике, однако, волокно
помещается в кабель, который, будучи проложенным, имеет множество
изгибов. Особенно велики искривления волокна в сплайс-боксах.
Искривления волокна приводит к быстрому затуханию неосновных мод. Во
всех остальных случаях наблюдается многомодовый характер распространения
света. Отметим, что при длине волны 850 нм критерий (4-8) нарушается для
всех типов волокон. Таким образом, если вводить излучение длинной волны
850 нм в одномодовое волокно, то иметь место будет многомодовый режим
распространения света. Противоречия здесь нет. Дело в том, что
ступенчатое одномодовое волокно 8/125 предназначено для использования в
спектральных окрестностях двух длин волн: 1310 нм и 1550 нм, где оно в
истинном смысле проявляет себя как одномодовое.
Таблица (4.1). Значения основных оптических параметров волокон и
нормированной частоты V для различных длин волн.
№№ Оптическое волокно ( (нм)
Название и диаметр ? (%) n1 A 1550 1310 850
1 step MMF 200/240 - - 0,39* V=158,09 187,06 288,29
2 step MMF 100/140 - - 0,29* 58,77 69,54 107,18
3 grad MMF 62,5/125 2,1** 1,47** 0,28* 35,46 41,96 64,67
4 grad MMF 50/125 1,25** 1,46** 0,20* 20,26 23,98 36,95
5 step SMF (SF) 8,3/125 0,36** 1,468** 0,13* 2,187 2,588 3,990
Обозначения: step MMF (multi mode fiber) – ступенчатое многомодовое
волокно;
step SMF (single mode fiber) – ступенчатое одномодовое волокно;
grad MMF – градиентное многомодовое волокно;
- параметры волокон
** - параметры волокон, производимых фирмой Corning
Количество мод. Если при V(2,405 может распространятся только одна мода,
то с ростом v количество мод начинает резко расти, причем новые типы мод
«включаются» при переходе v через определенные критические значения,
табл. 4.2
Таблица 4.2. Номенклатура мод низких порядков.
Нормированная частота V Числомод Nm Тип мод
0-2б405 1 НЕ11 – основная мода (единственно допустимая для одномодового
волокна
2,405-3,832 4 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21
3,832-5,136 7 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31
5,136-5,52 9 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41
5,52-6,38 12 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02,
Е02, НЕ22
6,38-7,02 14 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02,
Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51
7,02-7,59 17 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02,
Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51, НЕ13, ЕН12, НЕ31
7,59-8,42 19 НЕ11, Н01, Е01, НЕ21, НЕ12, ЕН11, НЕ31, ЕН21, НЕ41, Н02,
Е02, НЕ22, ЕН31, НЕ51, НЕ13, ЕН12, НЕ31, ЕН41, НЕ61
При больших значениях V количество мод Nm для ступенчатого волокна можно
оценить по формуле:
(4-8)
Значение этого выражения может быть как целым, так и дробным. В
действительности же число мод может быть только целым и составлять
величину от одной до нескольких тысяч.
Количество мод для градиентного оптического волокна с параболическим
профилем сердцевины:
(4-9)
(a – радиус сердцевины, b – радиус оболочки) определяется так:
(4-10)
Длина волны отсечки (cutoff wavelength)
Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну
распространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр
характерен для одномодового волокна. Если рабочая длина волны меньше
длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения
света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии –
межмодовая дисперсия, ведущий к уменьшению полосы пропускания волокна.
Различают волоконную длину волны отсечки ((CF) и кабельную длину волны
отсечки ((CСF). Первая соответствует слабо напряженному волокну. На
практике же волокно помещается в кабель, который при прокладке
испытывает множество изгибов. Кроме этого, сильные искривления волокон
происходят при их укладке в сплайс-боксах. Все это ведет к подавлению
побочных мод и смещению (CСF в сторону коротких длин волн по сравнению с
(CF. С практической точки зрения кабельная длина волны отсечки
представляет большой интерес.
Волоконную длину волны отсечки можно оценить как теоритически, так и
экспериментально. Теоритически легко это сделать для ступенчатого
одномодового волокна – на основании выражений (4-7), (4-8) и (4-9)
получаем (CF=(dNA/2,405=1,847dn1(? .
(CСF, в отличие от (CF, можно оценить только экспериментальным образом.
Одним из практических методов измерения длин волн отсечки (CF и (CСF
является метод передаваемой мощности. Сравнивается измеренная переданная
спектральная мощность в зависимости от длины волны для образца
одномодового волокна длиной 2 м с аналогичным параметром, полученным на
образце многомодового волокна. Строится кривая
дБ (4-11)
где Аm – разница затуханий; Ps – мощность на выходе одномодового
волокна; Pm – мощность на выходе многомодового волокна.
Многомодовое волокно является эталонным. При этом один и тот же источник
излучения с перестраиваемой длиной волны используется как для
одномодового, так и для многомодового волокна. Строится кривая Am(?),
рис (4.1), длинноволновый участок которой экстраполируется кривой (1).
Строится параллельная прямая (2), отстоящая ниже (1) на 0,1 дБ. Точка
пересечения прямой (2) с кривой Am(?) соответствует длине волны отсечки.
Рис.4.1. Определение длины волны отсечки.
Условия измерения должны соответствовать рекомендациям TIA/EIA и CCITT.
Концы волокна очищаются от защитного покрытия, скалываются – угол скола
не должен превышать 2(. Диаметр светового пятна от источника излучения –
200 мкм; числовая апертура вводимого излучения 0,20; полная ширина
спектра излучения ( 10 нм, измеренная на полумаксимуме; измеряемый
диапазон длин волн от 1000 нм до 1600 нм с шагом 10 нм.
При измерении длины волны отсечки волокна (CF образец волокна должен
иметь длину 2 м и располагаться таким образом, чтобы образовывалась одна
петля радиусом 140 мм, рис 4.2а. Не должно быть дополнительных изгибов
волокна с радиусом, меньшим 140 мм. Экспериментально измеренная длина
волны отсечки волокна близка к теоритическому значению, которое можно
получить из критерия (4-7), если обратить его в равенство.
При измерении кабельной длины волны отсечки (CСF тестируемый образец
волокна должен иметь длину 22 м. Большая часть волокна свертывается и
располагается на катушке с радиусом не меньше, чем 140 мм, что
моделирует кабельные эффекты. Затем делается по одной петле диаметром 76
мм на расстоянии 1м от каждого конца волокна для моделирования эффекта
изгиба волокна в сплайс-боксах, рис. 4.2б. И, наконец, в средней части
делаются две дополнительные петли радиусом, меньшим 140 мм.
а)
б)
Рис.4.2. Размещение волокна.
а) при определении (СF ; б) при определении (CСF
Затухание.
Волокно характеризуется двумя важнейшими параметрами: затуханием и
дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия
распространяемого сигнала в волокне, тем больше может быть расстояние
между регенерационными участками или повторителями.
На затухание света в волокне влияют такие факторы, как: потери на
поглащении; потери на рассеянии; кабельные потери.
Потери на поглощении и на рассеянии вместе называют собственными
потерями, в то время как кабельные потери в силу их природы называют
также дополнительными потерями, рис. 4.3.
Рис. 4.3. Основные типы потерь в волокне.
Полное затухание в волокне (измеряется в дБ/км) определяется в виде
суммы:
(=(int+(rad=(abs+(sct+(rad (4-12)
Потери на поглощении (abs состоят как из собственных потерь в кварцевом
стекле (ультрафиолетовое и ультракрасное поглощение), так и из потерь,
связанных с поглощением света на примесях. Примесные центры, в
зависимости от типа примесей, поглощают свет на определенных (присущих
данной примеси) длинах волн и рассеивают поглощенную световую енергию в
виде джоулевого тепла. Даже ничтожные концентрации примесей приводят к
появлению пиков на кривой потерь, рис 2.7. Следует отметить характерный
максимум в районе длины волны 1480 нм, который соответствует примесям
ОН- . Этот пик присутствует всегда. Область спектра в районе этого пика
ввиду больших потерь практически не используется.
Собственные потери на поглощении растут и становятся значимыми в
ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше
1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста
потерь, связанных с инфракрасным поглощением, рис. 4.4.
Потери на рассеянии (sct. Уже к 1970 году изготавливаемое оптическое
волокно становится настолько чистым (99,9999 %), что наличие примесей
перестает быть главенствующим фактором затухания в волокне. На длине
волны 800 нм затухание составило 1,5 дБ/км . Дальнейшему уменьшению
затухания препятствует так называемое рэлеевское рассеяние света.
Рэлеевское рассеяние света вызвано наличием неоднородностей
микроскопического масштаба в волокне. Свет, попадая на такие
неоднородности, рассеивается в разных направлениях. В результате часть
его теряется в оболочке. Эти неоднородности неизбежно появляются во
время изготовлении волокна.
Потери на рэлеевском рассеянии зависят от длины волны по закону (-4 и
сильней проявляются в области коротких длин волн, рис 4.4.
Рис.4.4. Факторы, влияющие на затухание в области длины волны 1500 нм
(по материалам фирмы Corning Optical Fiber)
Длина волны, на которой достигается нижний предел собственного затухания
чистого кварцевого волокна, составляет 1550 нм и определяется разумным
компромиссом между потерями вследствие рэлеевского рассеяния и
инфракрасного поглощения.
,.где (ОН(() отражает пик поглощения на примесях ОН с максимумом при
1480 нм, а первое и последнее слагаемые соответствуют рэлеевскому
рассеянию и инфракрасному поглощению соответственно ( Кrel=0,8мкм4дБ/км;
С=0,9дБ/км; k=0,7-0,9мкм; данные приведены для кварца). На рис 4.5.
приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с
указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов
затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и 1550 нм, и пик
поглощения на длине волны 1480 нм) для современных одномодовых и
многомодовых волокон.
Рис. 4.5. Собственные потери в оптическом волокне.
Кабельные (радиационные потери) (rad обусловлены скруткой, деформациями
и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных
оболочек, а также в процессе инсталляции ВОК. При соблюдении ТУ на
прокладку кабеля номинальный вклад со стороны радиационных потерь
составляет не больше 20% от полного затухания. Дополнительные
радиационные потери появляются, если радиус изгиба кабеля становится
меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации на ВОК.
Дисперсия и полоса пропускания.
По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также
полезный информационный сигнал. Импульсы света, последовательность
которых определяет информационный поток, в процессе распространения
расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают
перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.
. Обычно дисперсия нормируется в расчете на 1 км, и измеряется в пс/км.
Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами,
рассматриваемыми ниже:
различие скоростей распространения направляемых мод (межмодовой
дисперсией (mod),
направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией
(w),
свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией (mat).
Рис. 4.6. Виды дисперсии.
Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно
передать по волокну. Результирующая дисперсия ( определяется из формулы:
(4-13)
Межмодовая дисперсия.
Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости
распространения у мод, и имеет место только в многомодовом волокне. Для
ступенчатого многомодового волокна и градиентного многомодового волокна
с параболическим профилем показателя преломления ее можно вычислить
соответственно по формулам:
, (4-14), (4-15)
где Lс – длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5 км,
для градиентного – порядка 10 км).
Изменение закона дисперсии с линейного на квадратичный связано с
неоднородностями, которые есть в реальном волокне. Эти неоднородности
приводят к взаимодействию между модами, и перераспределению энергии
внутри них. При L>Lc наступает установившейся режим, когда все моды в
определенной установившейся пропорции присутствуют в излучении. Обычно
длины линий связи между активными устройствами при использовании
многомодового волокна не превосходят 2 км и значительно меньше длины
межмодовой связи. Поэтому можно пользоваться линейным законом дисперсии.
Вследствие квадратичной зависимости от ( значения межмодовой дисперсии у
градиентного волокна значительно меньше, чем у ступенчатого, что делает
более предпочтительным использование градиентного многомодового волокна
в линиях связи.
На практике, особенно при описании многомодового волокна, чаще
пользуются термином полоса пропускания. При расчете полосы пропускания W
можно воспользоваться формулой :
W=0,44/( (4-16)
Измеряется полоса пропускания в МГц км. Из определения полосы
пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничения на дальность
передачи и верхнюю частоту передаваемых сигналов. Физический смысл W –
это максимальная частота (частота модуляции) передаваемого сигнала при
длине линии 1 км. Если дисперсия линейно растет с ростом расстояния, то
полоса пропускания зависит от расстояния обратно пропорционально.
Хроматическая дисперсия.
Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной
составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и
в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в
одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.
Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления
волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна
входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины
волны:
(4-17)
Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента
распространения моды от длины волны:
, (4-18)
где ведены коэффициенты М(() и N(() удельные материальная и волноводная
дисперсии соответственно, а (( (нм) – уширение длины волны вследствие
некогерентности источника излучения. Результирующее значение
коэффициента удельной хроматической дисперсии определяется как
D(()=М(()+N((). Удельная дисперсия имеет размерность пс/(нм км). Если
коэффициент волноводной дисперсии всегда больше нуля, то коэффициент
материальной дисперсии может быть как положительным, так и
отрицательным. И здесь важным является то, что при определенной длине
волны (примерно 1310(10 нм для ступенчатого одномодового волокна)
происходит взаимная компенсация М(() и В, а результирующая дисперсия
D(() обращается в ноль. Длина волны, при которой это происходит,
называется длиной волны нулевой дисперсии (0. Обычно указывается
некоторый диапазон длин волн, в пределах которых может варьироваться (0
для данного конкретного волокна.
Фирма Corning использует следующий метод определения удельной
хроматической дисперсии. Измеряются задержки по времени при
распространении коротких импульсов света в волокне длиной не меньше 1
км. После получения выборки данных для нескольких длин волн из диапазона
интерполяции (800-1600 нм для MMF, 1200-1600 для SF и DSF) делается
повторная выборка измерения задержек на тех же длинах волн, но только на
коротком эталонном волокне (длина 2 м). Времена задержек, полученных на
нем, вычитаются из соответствующих времен, полученных на длинном
волокне.
Для одномодового ступенчатого и многомодового градиентного волокна
используется эмпирическая формула Селмейера: ((()=А+В(2+С(-2.
Коэффициенты А,В,С являются подгоночными, и выбираются так, чтобы
экспериментальные точки лучше ложились на кривую (((). Тогда удельная
монохроматическая дисперсия вычисляется по формуле:
(4-19)
где (0=(С/В)1/4 – длина волны нулевой дисперсии, новый параметр S0=8B –
наклон нулевой дисперсии (размерность пс/(нм2 км), а ( – рабочая длина
волны, для которой определяется удельная хроматическая дисперсия.
Для волокна со смещенной дисперсией эмпирическая формула временных
задержек записывается в виде ((()=А+В(+С(ln(, а соответствующая удельная
дисперсия определяется как
(4-19)
со значениями параметров (0=е-(1+В/С) и S0=C/(0, где ( – рабочая длина
волны, (0 – длина волны нулевой дисперсии, и S0 – наклон нулевой
дисперсии.
Хроматическая дисперсия связана с удельной хроматической дисперсией
простым соотношением (chr(()=D(()((, где (( – ширина спектра излучения
источника. К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование
более когерентных источников излучения, например лазерных передатчиков
((((2 нм), и использование рабочей длины волны более близкой к длине
волны нулевой дисперсии. В табл. 4.3. представлены дисперсионные
свойства различных оптических волокон.
Табл. 4.3. Дисперсия оптических сигналов в различных оптических
волокнах.
Тип волокна (, нм Межмодовая дисперсия, пс/км
(mod Удельная хроматическая дисперсия, пс/(нм км)
D(() Результирующая удельная полоса пропускания, МГц км, W=0,44/(
((=2 нм ((=4 нм ((=35 нм
MMF
50/125 850 4141) 99,63) 958 766 125
1310 414 1,0 1062 1062 1050
1550 414 19,2 1058 1044 540
MMF
62,5/125 850 9732) 106,74) 441 414 114
1310 973 4,2 452 452 450
1550 973 17,3 451 450 384
SF
8/125 1310 0 120000 61000 6900
1550 0 17,5 12600 6300 720
DSF
8/125 1310 0 21,26) 10400 5200 594
1550 0 120000 6500 7400
– на основе формулы (4-14), (=0,013, n1=1,47
2) – на основе формулы (4-14), (=0,02, n1=1,46
3) – на основе формулы (4-19), (0=1297(1316 нм, S0(0,101 пс/(нм2 км)
4) – на основе формулы (4-19), (0=1322(1354 нм, S0(0,097 пс/(нм2 км)
5) – на основе формулы (4-19), (0=1301,5(1321,5 нм, S0(0,092 пс/(нм2 км)
6) – на основе формулы (4-19), (0=1535(1565 нм, S0(0,085 пс/(нм2 км)
Технические характеристики взяты у волокон, производимых фирмой Corning
Для того, чтобы при передаче сигнала сохранялось его приемлемое качество
– соотношение сигнал/шум было не ниже определенного значения-необходимо,
чтобы полоса пропускания волокна на длине волны передачи превосходила
частоту модуляции. Ниже приводятся пример расчета допустимой длины
сегмента с использованием табл. 4.3.
Расчет: Стандарт Fast Ethernet для многомодового волокна. Оптический
интерфейс 100Base-FX предполагает кодировку 4В/5В с частотой модуляции
125 МГц. При использовании светодиодов с ((=35 нм (1310 нм) удельная
полоса пропускания для волокна 62,5/125 составляет 450 МГц км, и при
длине оптического сегмента 2 км будет 225, что больше 125 МГц, то есть с
точки зрения дисперсии, протяженность в 2 км является допустимой, что
находится в полном соответствии со стандартом Fast Ethernet на
многомодовое волокно.
Слабая зависимость полосы пропускания многомодового волокна (например
62,5/125) от спектральной ширины источника излучения, работающего на
длине волны 1310 нм (450 МГц км при ((=35 нм, и 452 МГц км при ((=2 нм),
объясняется незначительной долей хроматической дисперсией по сравнению с
межмодовой в силу близости рабочей длины волны к длине волны нулевой
дисперсии. Таким образом, технические требования к спектральной полосе
оптических передатчиков для работы по многомодовому волокну на длине
1310 нм обычно слабые.
Градиентное многомодовое волокно.
Широко используются два стандарта многомодового градиентного волокна –
62,5/125 и 50/125, отличающиеся профилем сердцевины, рис. 4.7.а.
Соответствующие спектральные потери для типичных волокон показаны на
рис. 4.7.б.
В табл. 4.4. приведены основные характеристики многомодовых градиентных
волокон двух основных стандартов 50/125 и 62,5/125.
Отметим, что полоса пропускания на длине волны 1300 нм превосходит
соответствующее значение на длине волны 850 нм. Это объясняется
следующим образом. Дисперсия, которая определяет полосу пропускания,
состоит из межмодовой и хроматической составляющих.
Рис.4.7.а. Многомодовые градиентные волокна; профили показателей
преломления волокон 50/125 и 62,5/125/
Рис.4.7.б. Многомодовые градиентные волокна; характерные кривые
спектральных потерь мощности.
Таблица 4.4. Значения параметров градиентных многомодовых волокон.
Параметры Градиентно многомодовое волокно
MMF 50/125 MMF 62,5/125
Номинальное затухание на длине волны 850 нм (дБ/км) (2,4 (2,8
Номинальное затухание на длине волны 1300 нм (дБ/км) (0,5 (0,6
Максимальное затухание на длине волны 850 нм (дБ/км) (2,5 (3,0
Максимальное затухание на длине волны 1300 нм (дБ/км) (0,8 (0,7
Полоса пропускания на длине волны 850 нм (МГц км) (400 (200
Полоса пропускания на длине волны 1300 нм (МГц км) (800 (400
Длина волны нулевой дисперсии, (0 (нм) 1297-1316 1332-1354
Наклон нулевой дисперсии, S0 (пс/(нм2 км)) (0,101 (0,097
Диаметр сердцевины, d (мкм) 50,0(3,0 62,5(3,0
Числовая апертура, NA 0,200(0,015 0,275(0,015
Рабочий диапазон температур –60С(-+85С( –60С(-+85С(
Вносимое затухание в температурных пределах –60С(-+85С( на длинах волн
850 нм и 1300 нм (дБ/км) (0,2 (0,2
Вносимое затухание в температурных пределах –10С(-+85С(, влажности до
98% на длинах волн 850 нм и 1300 нм (дБ/км) (0,2 (0,2
Стандартная длина волокна, поставляемого на катушке (м) 1100-4400
1100-8800
Диаметр оболочки (мкм) 125,0(2,0 125,0(2,0
Радиальное отклонение сердцевины относительно оболочки (мкм) (3,0 (3,0
Диаметр защитного покрытия (мкм) 245(10 245(10
Отклонение сердцевины от окружности (5% (5%
Тестовое усилие на разрыв (Гн/м2) (0,7 (0,7
Эффективный показатель преломления neff на длине волны 850 нм 1,4897
1,5014
Эффективный показатель преломления neff на длине волны 1300 нм 1,4856
1,4966
Если межмодовая дисперсия слабо зависит от длины волны – в соотношениях
(4-14), (4-15) зависимостью показателя преломления от длины волны можно
пренебречь, то хроматическая дисперсия пропорциональна ширине спектра
излучения. Коэффициент пропорциональности D(() при длинах волн в
окресности 1300 нм ((0) близок к нулю, в то время как на длине волны 850
нм примерно равен 100 пс/(нм2 км). Специфика использования многомодового
волокна такова, что обычно в качестве передатчиков используются
светоизлучающие диоды, имеющие уширения спектральной линии излучения
благодаря некогерентности источника примерно (( ( 50 нм, в отличии от
лазерных диодов с уширением (( ( 2 нм и меньше. Это приводит к тому, что
хроматическая дисперсия на длине волны 850 нм начинает играть
существенную роль наряду с межмодовой дисперсией. Значительно уменьшить
хроматическую дисперсию можно при использовании лазерных передатчиков,
имеющих значительно меньшее спектральное уширение. Воспользоваться этим
преимуществом лазерных передатчиков можно только при использовании
одномодового волокна в окнах прозрачности 1310 нм и 1550 нм, когда
полностью отсутствует межмодовая дисперсия и остается только
хроматическая дисперсия.
Выводы: на основании приведенной методики был произведен расчет полосы
пропускания многомодового градиентного кабеля 62.5/125, откуда видно,
что он пригоден для использования в данном проекте.
Оценка эффективности проекта и технико-экономические показатели.
Оценка экономического эффекта от внедрения проекта
При внедрении локальной вычислительной сети будут повышаться текущие
эксплуатационные расходы, однако, так как производительность труда
служащих возрастет, то будет происходить экономия фонда оплаты труда.
Однако для обслуживания и управления работой сети необходимо нанять
специалистов, для чего необходимо предусмотреть статью расходов на
заработную плату (см. табл. ХХХ). Рассчитаем чистую экономию фондов
оплаты труда после внедрения проекта по формуле:
Эфот2 = Эфот – Зфот,
где Эфот – годовая экономия фондов оплаты труда,
Зфот – затраты на заработную плату обслуживающему персоналу.
Годовая экономия от внедрения проекта определяется по формуле:
Эфот = N * H, где
N ( количество станций, подключенных к сети;
H ( экономия фондов при подключения одной станции.
Ежегодная экономия фондов при подключении одной рабочей станции
определяется по формуле:
, где
Х ( число служащих, пользующихся одной рабочей станцией (обычно 2-4);
К ( средневзвешенное число смен (1 – 2,5);
С ( средние ежегодные затраты на одного сотрудника;
Р ( относительная средняя производительность сотрудника, пользующегося
рабочей станцией (140 – 350%).
Расчет: Примем Х = 1, К = 1, С = 3000 у.е., Р = 150%. Имеем ежегодную
экономию от подключения одной рабочей станции Н = 1500 у.е..
Таким образом годовая экономия фондов оплаты труда составляет
Эфот = 16 * 1500 = 24 000 у.е.
Затраты на заработную плату обслуживающему персоналу (табл. 5.1)
Таблица 5.1. Смета на заработную плату обслуживающему персоналу.
Должность Количество Сумма заработной платы в год
Администратор сети 2 человека 3000
Системный программист 1 человек 3500
Итого 9500 у.е.
Теперь можно рассчитать чистую экономию фондов при внедрения проекта:
Эфот2 = Эфот – Зфот = 24 000 – 9 500 = 14 500 у.е.
Однако, при экономии на фондах оплаты труда, также происходит экономия
на налогах с фонда оплаты труда, которые составляют 39%.
Итого экономия на налогах с фонда оплаты труда:
Эн2 = Эфот2 * 0,39 = 14 500 * 0,39 = 5 655 у.е.
В итоге предприятие имеет прибыль в виде экономии фондов оплаты труда и
экономии налогов с фонда оплаты труда, которая составляет:
Пр = Эфот2 + Эн2 = 14 500 + 5 655 = 20 155 у.е.
Чистая прибыль предприятия: Пч = Пр – Нпр , где Нпр – налог на прибыль
( 33 % от суммы прибыли).
Пч = Пр – Нпр = Пр – Пр * 0,33 = 20 155 – 20 155 * 0,33 = 13 500 у.е.
Оценка стоимости внедрения проекта
Общие затраты на проектирование и создание сети определяются:
КLAN = К1 + К2, где
К1 ( производственные затраты;
К2 (капитальные вложения.
Оценим производственные затраты:
К1 = С1 + С2 + С3, где
С1 ( затраты на НИР и ТЗ;
С2 ( затраты на опытную эксплуатацию и внедрение;
С3 ( затраты на рабочий проект.
Смета производственных затрат приведена в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Смета производственных затрат
Производственные затраты Сумма
Затраты на НИР и ТЗ 200
Затраты на опытную эксплуатацию и внедрение 1000
Затраты на рабочий проект 200
ИТОГО 1400 у.е.
Имеем производственные затраты К1 = 1200у.е.
Смета затрат на капитальные вложения приведена в табл.5.3.
Таблица 5.3. Смета затрат на капитальные вложения.
Код Название Количество Цена Итого
J4120A HP ProCurve Switch 1600M (16 ports/1slot) 1 1983 1983
J4112A HP ProCurve Switch 100Base-FX Module (4 ports) 1 920 920
J3233B HP AdvanceStack 100Base-T Hub-12TXM 4 1001 4004
J3248A HP AdvanceStack 100Base-FX Switch Port Module 4 590 2360
D6692A HP 10/100Base-TX NightDirector/100 card 18 91 1638
Затраты на активное оборудование: 10905
ОКП-62,5-02-0,7-4 Кабель оптический подвесной mm 4х62,5/125 2000 1,77
3540
PT-M-1-SC/NC Pig Tail SC mm, 1m 36 5,95 214,2
DPC-M-3-SC/SC Dual Patch-cord SC mm, 3 м 10 25 250
EL2243.600 Rittal Шкаф 3ВЕ-600*212*415 стекл. дв., 3-секц. 4 338 1352
HD5-16T4-CK Патч-панель 16-ти портовая (T568A) 5-й категории (шт.) 3
126 378
0-0057819-2 UTP, Cat. 5, 4 pair, solid, 100MHz, PVC, for 15-years AMP
Warr., box (305m) 2 90 180
MMT0 (MINI TRUNKING) Короб 16 x 10mm (1м) Стандартная длина – 2,92м 200
0,98 196
MMT2 (MINI TRUNKING) Короб 25 x 16mm (1м) Стандартная длина – 2,92м 200
1,35 270
CT-5F-T4-(XX) Модуль CT-серии 5-й категории RJ45 (T568A) белый, в полной
комп. (шт.) 18 8,12 146,2
MB5008SC Распределительная коробка металл. до 8 портов SC 3 50 150
UCONN-WB-12 Распределительная коробка UCONN, 12 портов ST/FC/SC, сплайс
1 75 75
Затраты на пассивное оборудование: 6751,4
Итого: 17656,4
Вспомогательное оборудование и материалы 10% от стоимости всего
оборудования 0,1 1765,6
Итого: у.е.19422,0
Итого капитальные вложения К2 = 19 422у.е.
Таким образом общие затраты на проектирование и создание сети:
КLAN = К1 + К2 = 1400 + 19 422 = 20 822 у.е.
Расчет срока окупаемости сети
Теперь мы можем оценить срок окупаемости проекта:
Ток = КLAN / Пч = 20 822 / 13 500 = ~ 1,54 года или
~ 19 месяцев
Основные техникоэкономические показатели
Основные техникоэкономические показатели спроектированной сети приведены
в таблице 5.4.
Таблица 5.4. Основные техникоэкономические показатели проекта.
Основные характеристики Ед. изм. Проект
Технические
скорость передачи данных Мбит/сек 100 Мбит/сек
количество рабочих станций
16
топология
звезда
среда передачи данных
витая пара и оптическое волокно
пороговая граница коэфициента загрузки сети % 0,3…0,5
защищенность от перегрузок электропитания кВ 1,0 кВ электросеть
0,5 кВ сигнальная сеть
Эксплуатационные
возможность администрирования всей сети с одной рабочей станции
протокол SNMP
возможность мониторинга сети
протокол RMON
высокая надежность
пожизненная гарантия на все оборудование
Экономические
cтоимость внедрения проекта у.е. 20 822
экономия заработной платы (прибыль) у.е. 13 500
cрок окупаемости лет ~ 1,54
Вывод : Таким образом, предприятие внедрив сеть, будет иметь прибыль за
счет экономии фондов оплаты труда и за счет экономии на налоговых
отчислениях, и, окупит затраты на внедрение сети за ~ 19 месяцев.
Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
Разработанный проект локальной вычислительной сети содержит
оборудование, представляющее потенциальную опасность для здоровья
человека.
В состав оборудования проекта входят:
источники бесперебойного питания (ИБС);
активное коммутационное оборудование;
оптоволоконные трансиверы и конвертеры;
Питание ИБС и активного оборудования производится от сети переменного
тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Оптоволоконные трансиверы и
конвертеры генерируют монохроматическое остронаправленное излучение с
длиной волны ( = 1300 нм.
Возможные воздействия на организм человека могут быть следующие:
оптическое излучение непосредственно из лазера, а так же из ОВ;
возможность поражения электрическим током.
6.1 Общие сведения
Лазерное излучение: ( = 0,2 – 1000 мкм.
Основной источник – оптический квантовый генератор (лазер).
Особенности лазерного излучения – монохроматичность; острая
направленность пучка; когерентность.
Свойства лазерного излучения: высокая плотность энергии: 1010-1012
Дж/см2,
высокая плотность мощности 1020-1022 Вт/см2.
По виду излучение лазерное излучение подразделяется:
прямое излучение;
рассеянное;
зеркально-отраженное;
диффузное.
По степени опасности:
Неопасные для человека
Опасные
Биологические действия лазерного излучения зависит от длины волны и
интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится на
области:
ультрафиолетовая 0.2-0.4 мкм
видимая 0.4-0.75 мкм
инфракрасная:
ближняя 0.75-1
дальняя свыше 1.0
Опасные и вредные факторы при эксплуатации лазеров.
Вредные воздействия лазерного излучения.
термические воздействия
энергетические воздействия (+ мощность)
фотохимические воздействия
механическое воздействие (колебания типа ультразвуковых в облученном
организме)
электрострикционное (деформация молекул в поле лазерного излучения)
образование в пределах клетках микроволнового электромагнитного поля
Вредные воздействия оказывает на органы зрения, а также имеют место
биологические эффекты при облучении кожи.
Нормирование лазерного излучения.
CH 23- 92- 81
Нормируемый параметр — предельно – допустимый уровень (ПДУ) лазерного
излучения при (=0.2-20 мкм и кроме этого регламентируется ПДУ на
роговице, сетчатке, коже.
ПДУ — отношение энергии излучения, падающей на определенные участки
поверхности к площади этого участка [Дж/см2]
ПДУ зависит от:
длины волны лазерного излучения [мкм]
продолжительности импульса [сек]
частоты повторения импульса [Гц]
длительности воздействия [сек]
Меры защиты от воздействия лазерного излучения
Наиболее распространенным из технических мер являются :
экранирование (рабочее место, лазерное излучение)
блокировка, с помощью которых, лазер приводится в рабочее положение если
экран на месте.
Аппаратура контроля: лазерные дозиметры.
Инфракрасное излучение.
760 — 1500 н/м.
Поддиапазоны:
А — 760 нм — 540 мкм. коротковолновая область ИФ изл.
В — 1500 н/м — 3000 н/м длинноволновая область ИФ
С — свыше 3000 н/м
Истинным ИФ излучением являются нагретые поверхности.(( 0(С).
ИФ излучения играют важную роль в теплообмене человека с окружающей
средой ( терморегуляции организма человека.
В области А ИФ излучение обладает следующими вредными воздействиями :
Большая проникающая способность через поверхность кожи.
Поглощение кровью и подкожной жировой клетчаткой.
На органы зрения (хрусталик ( помутнение).
Воздействие ИФ излучения оценивается плотностью потока энергии на
рабочем месте.
Защита от воздействия ИФ излучения.
Снижение ИФ в источнике.
Ограничение по времени пребывания.
Защита расстоянием.
Индивидуальная защита.
Экранирование (тепло-изомерные материалы).
Воздушное душирование.
Вентиляция.
Приборы контроля ИФ
Актинометр (1 — 500) Вт/м2 .
Радиометры.
Спектрорадиометр.
Радиометр оптического излучения.
Дозиметр оптического излучения.
Требования безопасности при эксплуатации лазерных изделий
Под лазерными изделиями в последующем понимаем электронно-оптические и
оптические элементы, допускающие возможность выхода лазерного излучения
наружу.
Используемые лазерные изделия можно отнести к классу 1. Наиболее
безопасными как по своей природе (ПДУ облучения никак не может быть
превышен), так и по конструктивному исполнению являются лазерные приборы
класса 1. В связи с таким двойным подходом допустимые пределы излучения
(ДПИ) лазерных приборов класса 1 в спектральной области от 0.4 до 1.4
мкм, для которой возможно как точечное, так и протяженное повреждение
сетчатки, характеризуются значениями в двух аспектах — энергетическом (в
ваттах или джоулях) и яркостном.
Таблица 8.1.1 – Нормы излучения
Длина волны Мощность излучения
мкм Вт Вт м -2
1,3 5*10 -2 103
Физиологические эффекты при воздействии лазерного излучения на человека.
Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучение
любой длины волны, однако, в связи со спектральными особенностями
поражаемых органов и существенно различными предельно допустимыми дозами
облучения обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы
человека.
Воздействие лазерного излучения на органы зрения
Основной элемент зрительного аппарата человека — сетчатка глаза — может
быть поражена лишь излучением видимого (от 0.4 мкм) и ближнего
ИК-диапазонов (до 1.4 мкм), что объясняется спектральными
характеристиками человеческого глаза. При этом хрусталик и глазное
яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно
повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, на
несколько порядков понижает максимально допустимый уровень (МДУ)
облученности зрачка.
Невидимое УФ (0.270 0,3
20-25 40-60 0,2 не>28 не>70 0,3
Верхняя строка таблицы приводит данные для температуры наружного
воздуха не выше +10 град. С, нижняя – выше +10 град. C.
В помещении должно поддерживаться содержание:
кислорода – 21-22 об.%; озона – не более 0.1 мг/куб.м;
легких ионов – 1500-3000 положительных и 3000-5000 отрицательных в 1
куб. см. воздуха.
Для отделки интерьера недопустимо применение строительных материалов
содержащих органическое сырье: ДСП, декоративного бумажного пластика,
поливинилхлоридных пленок, моющихся обоев и др. Для обеспечения
надлежащего качественного (в т.ч. аэроионного и непыльного) состава
воздуха необходимы:
• систематические проветривания;
• влажная ежедневная уборка;
• ежемесячное протирание спиртом клавиатуры и экрана;
• наличие приточно-вытяжной вентиляции;
• установка увлажнителей;
• установка автономных кондиционеров в оконных рамах, число которых
определяется согласно расчету воздухообмена по количеству теплоизбытков
от машин, людей и солнечной радиации.
Для исключения дестабилизирующего микроклимат (и освещение) влияния
солнечной радиации на окнах должны быть предусмотрены шторы или жалюзи.
Пожарная безопасность
Предотвращение пожара достигается исключением образования горючей среды
и источников загораний. Пожарная защита реализуется:
• применением негорючих веществ и материалов;
• ограничением распространения пожара;
• созданием условий для эвакуации людей;
• применением противодымной защиты;
• применением пожарной сигнализации.
Для ликвидации пожаров применяются следующие средства пожаротушений:
• внутренние пожарные водоводы;
• огнетушители ручные и передвижные;
• сухой песок;
• асбестовые одеяла.
Пожарные краны устанавливают в коридорах и нишах на высоте1.35 м, где
также находится пожарный рукав с пожарным стволом. Применяются пенные
огнетушители ОХП-10, ОХВП-10 и углекислотные ручные огнетушители ОУ-2,
ОУ-5 и ОУ-8. Ручные огнетушители устанавливают в помещении из расчета 1
огнетушитель на 40-50 м площади, но не менее 2-х в помещении.
Для тушения электроустановок под напряжением применяются только
углекислотные огнетушители, так как электропроводность углекислоты
низка.
Для защиты людей от токсичных продуктов сгорания и дыма применяется
противодымная защита из вентиляторов и вентиляционных каналов.
Противодымная защита включается автоматически при срабатывании дымовых
автоизвещателей либо вручную от кнопок у пожарных кранов. Вытяжная
вентиляция при этом удаляет из помещения воздух с вредными примесями.
Статическое электричество
Для предотвращения образования и защиты от статического электричества
необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители, а полы должны
иметь антистатическое покрытие. Защита должна проводиться в соответствии
с Санитарно-гигиеническими нормами допускаемой напряженности
электростатического поля – ее уровень не должен превышать 20 кВ в
течение часа.
Излучения
Очень важным, волнующим и сложным является вопрос электромагнитного
излучения видеомонитора. Все большее число специалистов признают, что
они не обладают достаточным запасом знаний, чтобы с уверенностью
говорить о безопасности излучения дисплея.
Спектр излучения компьютера включает в себя рентгеновскую,
ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра, а также широкий
диапазон электромагнитных волн других частот. Опасность рентгеновских
лучей считается сейчас специалистами пренебрежимо малой , поскольку этот
вид лучей поглощается веществом экрана. Внимание исследователей в
настоящее время привлекают биологические эффекты низкочастотных
электромагнитных полей, которые до недавнего времени считались абсолютно
безвредными.
Защита программиста и окружающей среды от электромагнитных полей
До последнего времени точка зрения большинства государственных
медицинских учреждений и компаний, производящих компьютеры, сводилась к
тому, что низкочастотные поля видеодисплеев не представляют никакой
опасности. В отличие от ионизирующего излучения (например, рентгеновских
лучей) низкочастотные поля не могут расщеплять или ионизировать атомы,
то есть не обладают свойствами, которые способствуют возникновению
опухолей и других заболеваний. Считалось, что неионизирующее излучение
не может вредно влиять на организм, если оно недостаточно сильно, чтобы
вызвать тепловые эффекты или электрический шок. Однако результаты
лабораторных экспериментов говорят о другом. В ряде исследований было
обнаружено, что электромагнитные поля частотой 50 Гц могут инициировать
биологические сдвиги (вплоть до нарушения синтеза ДНК) в клетках
животных. Эпидемиологические исследования и работы другого рода
показали, что существует связь между нахождением в местах, где проходят
линии электропередач, и возникновением опухоли у детей. Особенно поразил
тот факт, что электромагнитные волны обладают необычным свойством:
опасность их воздействия совсем не уменьшается при снижении
интенсивности излучения, а некоторые электромагнитные поля действуют на
клетки лишь при малых интенсивностях излучения или на конкретных
частотах. Для снижения потенциально опасного излучения видеотерминалов
целесообразно предпринимать специальные меры защиты от низкочастотных
полей. Поскольку источник высокого напряжения дисплея – строчный
трансформатор – помещается в задней или боковой части терминала, уровень
излучения со стороны задней панели дисплея выше, причем стенки корпуса
не экранируют излучение. Поэтому пользователям следует находиться не
ближе чем на 1.2 метра от задних или боковых поверхностей соседних
терминалов.
Наблюдения и исследования последних лет выявили также целесообразность
установки в непосредственной близости от дисплеев горшков с кактусами,
присутствие которых снижает интенсивность вредное влияние
электромагнитного излучения дисплея.
Эргономика
Эргономика и эстетика производства являются составными частями культуры
производства, т.е. комплекса мер по организации труда, направленных на
создание благоприятной рабочей обстановки. В основе повышения культуры
производства лежат требования научной организации труда. Культура
производства достигается правильной организацией трудовых процессов и
отношений между работающими, благоустройством рабочих мест, эстетическим
преобразованием среды.
Эргономика – наука, изучающая функциональные возможности человека в
трудовых процессах с точки зрения физиологии и психологии в целях
создания орудий и условий труда, а также технических процессов, наиболее
соответствующих высокой производительности труда человека. Важнейшую
роль играет планировка рабочего места, которая должна удовлетворять
требованиям удобства выполнения работ и экономии энергии и времени
оператора, рационального использовании производственных площадей и
удобства обслуживания устройств ЭВМ.
Во время работы часто возникают ситуации, в которых оператор ЭВМ должен
за короткий срок принять правильное решение. Для успешного труда в таких
условиях необходимы рационально организованная окружающая среда,
ограничивающая работника от воздействия посторонних раздражителей,
которыми могут быть: мрачная окраска стен, неудобное расположение
сигнализации, клавиш управления. Поэтому всеми средствами нужно снижать
утомление и напряжение оператора ЭВМ, создавая обстановку
производственного комфорта.
Производственная среда, являющаяся предметным окружением человека,
должна сочетать в себе рациональное архитектурное и планировочное
решение, оптимальные санитарно – гигиенические решения (микроклимат,
освещение, вентиляция), научно обоснованную цветовую окраску и создание
высоко художественной системы интерьеров.
Программист работает с ПЭВМ в диалоговом режиме и основным источником
информации для него служит дисплей компьютера. Основные технические
характеристики дисплея представлены в таблице.
Ряд исследований, проведенных правительственными и частными
организациями разных стран, выявил связь между работой на компьютере и
такими недомоганиями, как астенопия (быстрая утомляемость глаз) и другие
болезненные ощущения в глазах, боли в спине, пояснице и шее, запястный
сидром (болезненное поражение серединного нерва запястья) и другие
нарушения в нервно-мышечном аппарате, стенокардия, стрессы и другие
неблагоприятные изменения функционального состояния нервной системы.
Зрительная функция программиста
По данным Национальной академии наук США, компьютеризация учреждений
привела к тому, что астенопия, или быстрая утомляемость глаз, стала
одной из наиболее частых жалоб пользователей компьютеров. По данным
отдела исследований в области оптометрии Нью-Йоркского университета
подтверждается статистически то, что пользователей видеотерминалов
постоянно преследуют такие заболевания глаз, как астенопия, «пелена
перед глазами», воспаление глаз, головные боли и двоение в глазах. Одно
из медицинских обследований, проведенных в штате Массачусетс, показало,
что у служащих, работающих на персональных компьютерах по 7 и более
часов в день, частота случаев астенопии и воспаления глаз на 72% выше,
чем у тех, кто проводит за компьютером меньше времени.
Основные технические характеристики дисплея.
Размер экрана по диагонали 31 см
Емкость экрана 2000-4000 символов
Способ формирования изображения Растровый с числом строк 25-50 и
числом символов в строке 80
Изображение Монохромное или цветное с растром от 320х640 до 1024х768
точек
Способ формирования символов Матрица 9х9 или9х12 точек
Частота кадровой развертки 50-72 Гц
Частота строчной развертки 15625-31250 Гц
Система строчной развертки Первый телевизионный стандарт
Уровень неиспользованного рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от
экрана Не более 100мкР/ч
Напряженность электростатического
поля на рабочем месте Не более 15 кВ/м
Данные клиники глазных болезней Школы оптометрии Калифорнийского
университета свидетельствуют о том, что у 2/3 пациентов , работавших на
видеотерминалах в среднем по 7 и более часов в день в течение 4-х лет,
наблюдаются проблемы с фокусировкой зрения.
Наконец, к возникновению астенопии и других глазных заболеваний может
привести и интенсивная работа с дисплеем программистов, не
подозревающих о наличии у них обычных дефектов зрения, которые требуют
постоянного напряжения глаз. Многие из этих заболеваний можно избежать с
помощью обычных или специальных очков, тогда как другие обязаны своим
существованием неудачной конструкцией рабочего места и присутствием
бликов на экране. Во всяком случае, пользователям персональных
компьютеров, даже имеющим нормальное зрение, не менее одного раза в год
необходимо проходить всестороннее обследование у окулиста.
Следует избегать того, чтобы терминал был обращен экраном в сторону
окна, поскольку интенсивная освещенность поля зрения может затопить
потоками света и размыть изображение оригинала на сетчатке глаза. Для
исключения бликов на экране, расположенным рядом с окном, рабочее место
и экран должны быть расположены перпендикулярно оконному стеклу.
Солнечные лучи не должны попадать и непосредственно в поле зрения
программиста. Основной поток естественного света должен быть слева.
Стена позади компьютера должна быть освещена примерно так же, как и
экран. Для уменьшения поглощения света потолок, верхние части стен и
оконные рамы следует окрашивать белым цветом (коэффициент отражения не
менее 0.7), стены и панели – умеренно-светлыми (светло-голубой,
-зеленый, -серый, -желтый, -бежевый) тонами (к.о. 0.5-0.6). Очень
светлая или блестящая окраска рядом или на рабочем месте может стать
источником причиняющих беспокойство отражений.
Избавиться от бликов на экране можно с помощью защитного сетчатого или
интерференционного фильтра, а также используя дисплеи, экран которых
имеет специальное антибликовое покрытие.
Организация рабочего места и режима работы
Какую бы тревогу не вызывали некоторые из отчетов и статистических
данных, следует иметь ввиду, что многие болезни, связанные с работой на
персональном компьютере, можно предотвратить. Ознакомившись с наиболее
распространенными причинами компьютерных «напастей» можно избежать их,
коренным образом изменив устройство рабочего места и привычный ритм
работы.
Сегодня специалисты в области эргономики уже поняли, что нельзя найти
идеальное положение, в котором можно пребывать и работать в течение
всего дня. Для большинства людей комфортабельным рабочим местом должно
быть такое, которое можно приспособить не менее чем для 2 позиций. При
этом положение кресла, монитора и клавиатуры должны каждый раз
соответствовать характеру выполняемой работы, антропологическим данным и
привычкам работника и исключать неудобные позы и длительные напряжения.
Например, многие считают, что для работы на компьютере больше всего
подходит вертикальное положение со слегка наклоненным вперед сидением.
Дисплей
Положение тела обычно соответствует направлению взгляда. Дисплеи,
расположенные слишком низко или под неправильным углом, являются
основными причинами появления сутулости. Уровень глаз должен приходиться
на центр экрана или 2/3 высоты экрана. Линия взора должна быть
перпендикулярна центру экрана, и оптимальное ее отклонение в
вертикальной плоскости должно находиться в пределах 5 град., допустимое
10 град. Оптимальный обзор в горизонтальной плоскости от центральной оси
экрана должен быть в пределах 15 град., допустимый 30 град. При
рассматривании информации, находящейся в крайних положениях экрана, угол
рассматривания, ограниченный линией взора и поверхностью экрана, должен
быть не менее 45 град. Чем больше угол рассматривания, тем легче
воспринимать информацию с экрана и меньше будут уставать глаза. Для тех,
кто носит очки, угол между направлением прямого взгляда и взгляда на
дисплей может быть больше. Расстояние от дисплея до глаз должно лишь
немного превышать привычное расстояние между книгой и глазами, т.е.
оптимально 60-70 см, допустимо не менее 50 см.
Например, для режима 25 строк по 80 символов на экране монитора
персонального компьютера IBM PC XT/AT при S=3 мм минимальное расстояние
L должно быть 51.6 см.
Кресло
Кресло должно иметь подлокотники и подъемно-поворотное устройство для
регуляции высоты сидения и спинки, а также угла наклона спинки.
Желательно, чтобы рельеф спинки кресла повторял форму спины. Высота
поверхности сидения должна регулироваться в пределах 40-50 см., угол
наклона спинки – в пределах 90-110 град. Ширина сидения должна быть 40
см, глубина – не менее 38 см. Высота опорной поверхности спинки – не
менее 30 см., ее ширина – не менее 38 см.
Материал покрытия должен обеспечивать возможность легкой очистки от
загрязнения. Поверхность сидения и спинки должна быть полумягкой, с
нескользящим, не электризующимся и воздухонепроницаемым покрытием.
Кресло следует устанавливать на такой высоте, чтобы не чувствовалось
давления на копчик (это может быть при низком расположении кресла) или
на бедра (при слишком высоком). Хотя большинство операторов ЭВМ
предпочитает сидеть несколько откинувшись назад, специалисты по
эргономике считают, что угол между бедрами и позвоночником должен
составлять 90 град.
Работающий за терминалом должен сидеть прямо, опираясь в области нижних
узлов лопаток на спинку кресла, не сутулясь, с небольшим наклоном головы
вперед (до 5-7 град.). Предплечья должны опираться на поверхность стола,
снимая тем самым статическое напряжение плечевого пояса и рук.
Клавиатура
Руки должны располагаться так, чтобы они находились на расстоянии
нескольких десятков сантиметров от туловища. Кресло и клавиатура
устанавливаются так, чтобы не приходилось далеко тянуться. При изменении
положения тела (например, с вертикального на наклонное) обязательно
следует переменить и положение клавиатуры. При этом удобно
воспользоваться регулируемой подставкой клавиатуры, но можно поставить
последнюю и на колени.
Кроме того, многие виды профессиональных заболеваний пользователей
компьютеров можно предотвратить, применяя так называемую
«переламываемую» клавиатуру, при использовании которой ладони во время
работы обращены друг к другу. Ряд исследований, проведенных в ФРГ,
показал, что благодаря такой конструкции заметно уменьшается нагрузка,
приходящаяся на верхнюю часть тела.
Рабочий стол
Длина стола (слева направо) должна быть не менее 70 см., ширина должна
обеспечивать место перед клавиатурой (не менее 30 см.) для расположения
записей, текста программы и др. Поверхность стола, на которой
располагаются клавиатура и тетрадь, должна иметь наклон 12-15 град.;
допускается и горизонтальная поверхность стола. Высота края стола,
обращенного к работающему за видеотерминалом, кресла или стула над полом
и ширина пространства для ног под столом должны приниматься в
соответствии с ростом программиста. Ширина пространства для ног под
столом должна быть не менее 50 см., глубина – не менее 45 см. Удобная
высота стола особенно важна в том случае, когда на нем располагается
клавиатура. Если стол слишком высок и его высоту нельзя изменить, а у
клавиатуры отсутствует или недостаточно высокая подставка, следует
повыше поднять сидение кресла, а под ноги подставить скамеечку или
что-то другое. Если стол слишком низок, нужно что-нибудь подложить под
его ножки.
Ритм работы
Согласно «Временным санитарным нормам и правилам для работников
вычислительных центров» при вводе данных, редактировании программ,
чтении информации с экрана непрерывная продолжительность работы с
видеотерминалом не должна превышать 4-х часов (при 8-часовом рабочем
дне). Для снижения напряженности труда необходимо по возможности
равномерно распределять нагрузку и рационально чередовать характер
деятельности.
Через каждый час работы положен перерыв на 5-10 минут, а через 2 часа –
на 15 минут. Один или несколько раз в час необходимо выполнять серию
легких упражнений на растягивание, которые могут уменьшить напряжение,
накапливающееся в мышцах при длительной работе на компьютере.
Не следует делать более 10-12 тысяч нажатий на клавиши в час (это
соответствует примерно 1700 слов) или 30 тысяч за 4 часа работы.
В целях профилактики и устранения переутомления и перенапряжения
желательно после окончания рабочего дня и во время больших перерывов
проводить сеансы психофизиологической разгрузки и снятия усталости.
Заключение
В данной работе была спроектирована высокоскоростная локальная
вычислительная сеть стандарта Fast Ethernet для предприятия ОАО
“Комсомолец”. Скорость передачи сети – 100 МБит/сек. Выбранная кабельная
система соответствует стандарту на построение структурированных
кабельных систем для промышленных зданий – ANSI/EIA/TIA – 586B. Основной
акцент при выборе кабельной системы сделан на волоконно-оптическую. Был
произведен подробный сравнительный анализ оборудования, предлагаемого
компанией Hewlett-Packard и на его основе выбран оптимальный состав
оборудования с учетом последующего расширения сети. Особое внимание в
проекте уделено выявлению возможных ограничений пропускной способности
сети и способам их устранения. Также в проекте были рассмотрены
мероприятия по монтажу и прокладке кабельной системы, по обеспечению
безопасности жизнедеятельности и произведен расчет техникоэкономических
показателей спроектированной сети.
Литература
“Линии связи” Учебник для высших учебных заведений И.И.Гроднев,
С.М.Верник 1988 “РиС”
“Волоконно-оптические сети” Инженерная энциклопедия Р.Р.Убайдуллаев 1998
Москва, “Эко-Трендз”
“Сети ЭВМ: протоколы стандарты интерфейсы ” Ю.Блэк Москва 1990,Изд-во
“Мир”
«Лазерная безопасность».Общие требования безопасности при разработке и
эксплуатации лазерных изделий. 1995 Москва Издательство стандартов
“Сети передачи данных” Д. Бертсекас, Р.Галлагер
Москва, 1989 Изд-во “Мир”
“Локальные сети ЭВМ” А.В. Гаврилов
Москва , 1990 Изд-во “Мир “.
Ларионов “Вычислительные комплексы, системы и сети” Москва 1987 “Финансы
и статистика”,
В более узком смысле в оптике под этим термином понимается зависимость
показателя преломления вещества от частоты световой волны
PAGE 1
PAGE 3
Стянутая в точку магистраль
?CF
(1)
(2)
0,1 дБ
Am
r=280 мм
L=2м
( 28 см
76 мм
76 мм
( 1 м
L=22 м
Затухание
Собственнные потери (int
Кабельные потери (rad
Потери на поглощении (abs
Потери на рассеянии (sct
Полные потери
(эксперимент)
1,0
0,5
0,3
0,2
0,1
0,05
0,03
0,02
Потери (дБ/км)
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 2,0
Длина волны (мкм)
Полные потери
(оценка)
Инфракрасное поглощение
Рэлеевское рассеяние
Ультрафиолетовое
поглощение
Потери на неоднородностях
Длина волны (мкм)
SMF MMF
1,8 2,8
0,55 1,0
0,35 0,8
0,20 0,6
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
Длина волны, ( (нм)
Затухание, дБ/км
Дисперсия
Межмодовая (mod
Хроматическая (chr
Волноводная (w
Материальная (mat
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
Относительный показатель преломления ( (%)
-60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60
Радиус (мкм)
62,5/125
50/125
Муфта
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
