Лекция: 30 сағат Практикалық: Лаборатория: 15 сағат обсөЖ: 45 СӨЖ: 45 Барлық сағат саны: 135 сағат

Лекция 10

Жоспар:

2. Кабельдер типтері және құрылымдалған кабельдік жүйелер.

3. Кабельдік жүйелер
Лекция мақсаты: Кабельдердің стандарттарына түсінік беру, тақырыпты пысықтау
1. Кабельдік байланыс құбырлары. Өндірісте пайдаланатын кабельдерді үш үлкен топтарға бөлуге болады:

• 
  сымдардың оралған жұптары негізіндегі кабельдер (twisted pair), олар экрандалған (shielded twisted pair, STP) және экрандалмаған (unshielded twisted pair, UTP) болып бөлінеді;
  
• 
  коаксиалды кабельдер (coaxial cable);
  

Кабельдің әр типінің өз артықшылықтары мен кемшіліктері болады, сондықтан кабель типін таңдауда шешілетін мәселенің ерекшеліктерімен қоса нақты желінің ерекшеліктерін, сонымен қатар қолданылатын топологияны да есепке алу керек. Қазіргі уакытта 1995 жылы қабылданған және барлық бұрынғы фирмалық стандарттарды алмастырған кабельдегі ЕІА/ТІА 568 (Commercіаl Building Telecommunications Cabling Standard) стандарт жүмыс істейді.

Экрандалған оралған жұп STP жайында айтар болсак, әрқайсысы кабельдің шағылысуының азаюы мүмкін, сыртқы электромагнитті кедергілерден қорғаныс үшін және сымдар жұптарының бір-біріне (қиылысқан нысаналар) өзара әсерлерінің кемуі үшін экранның металдық қорғандарына орналастырылады. Экрандалған оралған жұп экрандалмағаннан едәуір қымбат, ал оны қолдану кезінде арнайы экрандалған ажыратқыштарды қолда­ну керек. ЕІА/ТІА 568 стандартына сай экрандалған оралған жұптың STP толқындық кедергісі стандарты бойынша 150 Ом± 15% болуы керек. Сонымен қатар, экрандалған оралған жұптың толқындық кедергісі 100 Ом, бірақ мұндай жағдай өте сирек болады.

Экрандалмаған оралған жұптың сырткы электр маг­ниттік кедергілерден қорғанысының аздығымен, соны­мен қатар тыңдаудың қорғанысы аздығымен сипатталады. Тасымалданатын ақпаратты тартып алу байланыстық әдістің көмегімен, сонымен қатар кабель шығаратын электр магниттік өрістің радиолық түрде тартып алуына келтірілетін байланыссыз әдіс көмегімен де бо­луы мүмкін. Экрандалмаған оралған жұптың негізгі артықшылықтары - кабель сандарындағы ажырағыштардың өңделуінің жеңілдігі, сонымен қатар кабельдің басқа түрлерімен салыстырғандағы кез келген зақымдалуларды жөндеудің жеңілдігі. Қалған барлық сипаттамалары басқа кабельдерден де нашар. Мысалы, тасымалдаулардың берілген жылдамдығы кезінде сигналдың өшуі коаксиалды кабельдерге қарағанда жоғары. Егер аз кедергіден қорғанысты есепке алсақ, онда оралған жұп негізгі байланыс жолының едәуір аз (әдетте 100 м шегінде) екендігі түсінікті болады.

ЕІА/ТІА 568 стандартына сай экрандалмаған оралған жұп (UTP) негізгі кабель 7 категорияға бөлінеді:

- 1-категориялы кабель - бұл мәліметтерді емес, тек қана әңгімені тасымалдауға арналған кәдімгі телефондық кабель (оралмаған сымдар жұбы). Кабельдердің берілген түрінің параметрлері өте көп (толқындық кедергі, өткізу жолағы, қиылысқан нысана).

• 
  2-категориялы кабель - бұл жиілік жолағы 1 МГ ке дейінгі мәліметтерді тасымалдау үшін арналған оралған жұптардан жасалған кабель. Кабель қиылысқан нысана деңгейіне тестіленбейді. Қазіргі кезде өте сирек қолданылады.
  
• 
  3-категориялы кабель - бұл жиілік жолағы 16 МГ ке дейінгі мәліметтерді тасымалдау үшін арналған кабель, ол бір метр ұзындыққа 9 орамдық сандардан тұратын оралған жұптан құрылады. Кабель барлық параметрлерге тестіленеді және оның толқындық кедергісі 100 Ом болады. Бұл - жергілікті желілер үшін стандартпен нұсқаланған кабельдердің өте жеңіл түрі.
  
• 
  4-категориялы кабель - бұл жиілік жолағы 20 МГц ке дейінгі мәліметтерді тасымалдау үшін арналған кабель. 3-категориядан айырмашылығы аз болғандықтан, сирек қолданылады. 4-категориялы кабель барлық параметрге тестіленеді және оның толқындық кедергісі 100 Ом болады. Кабель желілердегі жұмыс үшін ІЕЕЕ 802.5 стандарты бойынша өңделеді.
  
• 
  5-категориялы кабель - қазіргі кездегі жиілік жолағы 100 МГц-ке дейінгі мәліметтерді тасымалдауға есептелген ең мүлтіксіз кабель. Бір метр ұзындыққа кем емес оралған жұптан тұрады (бір пұтқа 8 орамнан). Кабель барлық параметрге тестіленеді және оның толқындық кедергісі 100 Ом. Оны Fast Ethernet және FDDI типті жоғары жылдамдықты желілерде қолдану ұсынылады
  
• 
  6-категориялы кабель - бұл жиілік жолағы 200 МГц-ке дейінгі мәліметтерді тасымалдау үшін арналған кабельдің түрі.
  
• 
  7-категориялы кабель - бұл жиілік жолағы 600 МГц ке дейінгі мәліметтерді тасымалдау үшін арналған кабельдің түрі.
  

Стандартпен анықталатын тағы бір спецификалық параметр - бұл өткізу жолының жақындау шегіндегі қиылысқан нысананың шамасы (NEXT - Near End Cross Talk).

Оралған жұптардың жалғануы үшін барлығына белгілі телефондарда (RJ-ll) қолданылатын, бірақ өлшемдері бойынша үлкен RJ-45 типті ажыратқыштар (коннекторлар) қолданылады. RJ-45 ажыратқыштардың 8 контактілері болады. Кабельге ажыратқыштар арнайы қосылған аспаптардың көмегімен жалғанады. Мұнда ажыратқыштың алтындатылған инелі контактілері әр сымның изоляциясын теседі, сондай-ақ, желілерінің арасына кіреді және сенімді де сапалы жалғануды қамтамасыз етеді.

Оралған жұптар жиірек мәліметтерді бір бағытта тасымалдау үшін, яғни «жұлдызша» және «сақина» типті топологияларда қолданылады.

Кабельдер сыртқы жамылғының екі типімен шығарылады:

• 
  поливинилхлоридті жамылғыдағы кабель (ПВХ, PVC) арзан және эксплуатацияның қолайлы шарттарымен салыстырыла жұмыс істейтін кабель үшін арналған;
  
• 
  тефлонды жамылғыдағы кабель өте қымбат және эксплуатацияның қатал шарттарына арналған.
  

Стандарттармен қатаң түрде анықталмаған, біра желінің жұмыс қабілетіне айтарлықтай әсер ете алатын кез келген кабельдің тағы бір маңызды параметрі – бұл кабельде тараудың жылдамдығы, яғни кабельдегі сигналдың таралуының ұзындық бірлігі есебімен кідірісі. Қазіргі кездегі көптеген кабельдердің кідіріс шамасы 5 нс/м-ді құрайды.

Оралған жұп негізінде кабельге кіретін сымдардың әрқайсысы, ереже бойынша, изоляцияның өз түсіне ие болады, ол ажыратқыштың өңдеулігін, кабельдің соңы әр түрлі бөлмелерде орналасқан және аспаптар көмегімен бақылау қиын болған жағдайларда айтарлықтай азайтады.

Коаксиалды кабельдер. Коаксиалды кабель дегеніміз - бір-бірімен диэлект­рик қабатымен (ішкі изоляциямен) бөлінген және жалпы сыртқы жамылғыға орналасқан орталық сым мен металдық қорғаннан құралған электрлік кабель.

Коаксиалды кабель жақын уақытқа дейін өте кең таралған, бұл оның жоғары кедергіге тұрақтылығымен, сонымен қатар оралған жұпқа қарағанда мәліметтерді тасымалдаудың жоғары рұқсат етілетін жылдамдығымен (500 Мбит/с дейін) және тараудың үлкен қашықтықтарымен (1 км-ге дейін және жоғары) сипатталады. Оған желіні тыңдау үшін механикалық түрде жалғану өте қиын, ол сонымен қатар өте аз электр магнитті шығуларды таратады. Бірақ, коаксиалді кабельді өңдеу және жендеу оралған жұпқа қарағанда айтарлықтай қиынырақ, ал бағасы жоғары (оралған жұп негізгі кабельмен салыстырғанда 1,5-3 есе қымбат). Кабель соңындағы ажыратқыштарды орнату да қиын. Сондықтан қазір оны оралған жұпқа қарағанда сирек қолданады.

Коаксиалды кабельдің негізі «шина» типті топологиялы желілерде көп қолданылады. Мұнда кабель сандарында сигналдардың ішкі шағылысуын болдырмау үшін терминаторлар орнатылуы керек және терминаторлардың біреуі (тек қана біреуі) жерге қосылуы керек. Жерге қосылусыз металдық қорған желіні сыртқы электромагнитті кедергілерден қорғамайды және желімен тасымалданатын ақпараттың сыртқы ортаға шығуын төмендетпейді. Бірақ, қорғанды екі немесе одан да көп нүктелерде қосса, онда желілік жабдық қана емес, желіге жалғанған компьютерлер де істен шығуы мүмкін. Терминаторлар міндетті түрде кабельмен сай келуі қажет, яғни олардың кедергілері кабельдің толқындық кедергісіне сай келуі керек. Мысалы, 50 омдык, кабель қолданса, онда ол үшін 50 омдық терминаторлар сай келеді.

Коаксиалды кабель сирек «жұлдыз» және «пассивті жұлдыз» топологиялы желілерде қолданылады. Бұл жағдайда сәйкес келу мәселесі айтарлықтай жеңілдетіледі.

Кабельдің толқындық кедергісі қосарланған құжатталуда нұсқаланады. Жергілікті желілерде жиі 50 омдық (мысалы, RG-58, RG-11)және 93 омдық (мысалы, RG-62) кабельдер қолданылады. Телевизиялық техникада кең таралған 75 омдық кабельдер жергілікті желілерде қолданылмайды.

Коаксиалды кабельдің екі негізгі түрі бар:

• 
  жіңішке (thin) кабель, оның диаметрі 0,5см, иілгіш болып келген;
  
• 
  жалпақ (thick) кабель, диаметрі 1 см, иілгіш болып келген.
  

Коаксиалды кабельдің маңызды параметрі болып оның сыртқы жамылғысыныда типі есептеледі. Берілген жағдайда non-plenum (PVC), plenum кабельдері де қолданылады. Тефлонды кабель поливинилхлоридтіден қымбат. Әдетте, жамылғы типін оның боялуы арқылы айыруға болады (мысалы, PVC кабелі үшін Belden фирмасы сары түсті, ал тефлонды үшін қызғылт сары түсті колданылады).

Коаксиалды кабель сигналының таралу кідірісінің әдеттегі шамасы кабель үшін 5 нс/м, ал жалпақ үшін 4,5 нс/ құрайды.

Коаксиалды кабель екілік экранмен нұсқаулы (бір экран екіншісінің ішінде орналасқан және бір-бірінен изоляцияның қосымша қабатымен бөлінген). Мұндай кабельдердің кедергіден қорғанысы күшті және әдеттегілерден шамалы қымбат тыңдаулардың қорғанысы болады.

Талшықты-оптикалық кабельдің құрылысы жеңіл және коаксиалды электрлік кабельдің құрылысына ұқсас, бірақ орталық мысты сымның орнына жіңішке шыны талшық (диаметрі 1-10 мкм шамасында), ал ішкі изоляцияның орнына - жарықтың шыны талшық шегінен шықпауын қамтамасыз ететін шыны және пластиктік жамылғы қолданылады. Берілген жағдайда шекарадан коэффициенттері әр түрлі екі заттың шекарасынан жарықтың ішкі толық шағылысу режимімен жұмыс істейміз (шыны талшыққа қарағанда төмен). Кабельдің металдық қорғаны болмайды, өйткені сыртқы электр магнитті кедергілерден экрандау талап етілмейді, бірақ кейде оны қоршаған ортадан механикалық қорғаныс ретінде қолданады (мұндай кабельді брондық деп атайды, ол бір жамылғы астында бірнеше талшықты-оптикалық кабельдерді біріктіре алады).

Талшықты-оптикалық кабельдің кедергіден қорғанысы және тасымалданатын ақпараттың құпиялылығы бойынша ерекше сипаттамалары болады. Ешқандай сыртқы электромагнитті кедергі жарықты сигналды принцип бойынша зақымдай алмайды, ал бұл сигналдың, өзі прин­ципті сыртқы электромагнитті шығуларды тудыра алмай­ды. Кабельдің мұндай типіне жалғану желіні рұқсатсыз тыңдау үшін практикалық түрде мүмкін емес, өйткені бұл кабельдің бүтіндігін бұзуды талап етпейді.

Мұндай кабельдің мүмкін өткізу жолағы кез келген электрлік кабельдердікінен жоғары шамаға 10¹² Гц-ке дейін жетеді. Бұл бір оптикалық талшық арқылы секундына бірнеше терабит ақпарат ағынын тасымалдаудың потенциалдық мүмкіндігін береді.

Талшықты-оптикалық кабельдің бағасы біртіндеп арзандауда. Бірақ берілген жағдайда бүтіндей алғанда желінің бағасын айтарлықтай арттыратын жарықтың сигналдарды электрлікке және керісінше түрлендіретін арнайы оптикалық қабылдағыштар мен таратқыштарды қолдану керек.

Жергілікті желілерде қолданылатын желіліктегі талшықты-оптикалық кабельдер сигналының өшуінің әдеттегі шамасы 0,32-0,3 дБ/км құрайды, ол төменгі жиілікті электрлік кабельдердің көрсеткіштеріне сәйкес келеді. Бірақ талшықты-оптикалық кабель жағдайында тасы­малданатын сигналдың жиілігі өскенде, өшу өте аз артады және жоғары жиілікте (әсіресе, 200 МГц-тен жоғары) оның артықшылықтары электрлік кабель алдында талассыз. Аз өшу 100 км-ге созылған ретрансляциясыз бөлінген түзулер салуға мүмкіндік береді.

Талшықты-оптикалық кабельдердегі сигналдың таралуының кідірісі өте көп тараған кабельдер үшін 4-5 нс/м құрайды.

Бір өткізгіштік қасиет есебіндегі мысты кабельмен салыстырғанда аз салмақты және аз көлемді болып келеді.

Жарылысқа және өртке қауіпсіз. Эксплуатация мерзімі ұзақ.

Бірақ талшықты-оптикалық кабельдердің кейбір кемшіліктері бар.

Олардың бастысы - өңдеудің жоғары қиындылығы (ажырағыштарды орнату кезінде микронды дәлдік болуы керек, шыны талшық сынығының дәлдігінен және оның жылтырының дәрежесінен ажырағыштықтың өшуіне байланысты). Ажырағышты орнату үшін дәнекерлеу немесе шыны талшықтағындай жарықтың сыну коэффициенті бар арнайы гельдің көмегімен желілеу. Сондықтан талшықты-оптикалық кабель жиірек екі жақ соңында керекті типті ажырағыштар орналасқан түрлі ұзындықты алдын ала кесілген кесектер турінде сатылады.

Талшықты-оптикалық кабельдер арқылы сигналдардың таралуын рұксат етсе де (ол үшін арнайы 2-8 каналға) таратқыштар шығарылады), ереже бойынша, оларды бір қабылдағыш және бір таратқыш арасында, бір бағытта ғана мәліметтерді тасымалдау үшін қолданады.

Талшықты-оптикалық кабельдер микрофондық әсер деп аталатын механикалық әсерлерге (ультрадыбыс) сезімталды болып келеді. Оны азайту үшін жұмсақ дыбысты жұтқыш жамылғыны қолданады.

Талшықты-оптикалық кабельдерді тек «жұлдызша» және «сақина» топологиялы желілерде қолданады. Берілген жағдайда сәйкестіктің және жерге қосудың ешқандай мәселелері жоқ.

Кабель желі компьютерлерінің идеалды гальваникалық бастауларын қамтамасыз етеді.

Талшықты-оптикалық кабельдердің екі түрлі типі бар:

- көпмодалы немесе мультимодалы, арзан, бірақ сапасы төмен кабель;

- бірмодалы кабель, қымбат, бірақ сипаттамасы жақсы.

Бұл типтер арасындағы негізгі ерекшеліктер кабельдегі жарық сәулелерінің өтуінің әр түрлі режимдерімен байланысты.

Бірмодалы кабельде практикалық түрде барлық сәулелер бір жолмен өтеді, нәтижесінде қабылдағышқа бір уақытта жетеді және сигналдардың пішіні зақымдалмайды. Бірмодалы кабельдің орталық талшықтың диаметрі 8-10 мкм және жарық толқынының ұзындығымен салыстыруға келеді (1300 мкм толқын ұзындығымен жарықты береді). Бұл жағдайда сигналдың дисперсиясы және шығыны өте маңызды емес, ол көпмодалы кабельді қолдану жағдайындағыдан гөрі сигналдарды өте үлкен қашықтықтарға тасымалдауға мүмкіндік береді. Бірмодалы кабельдер үшін жарық толқынының талап етілетін ұзындығымен ғана пайдаланатын лазерлік қабылдағыш- таратқыш қолданылады. Мұндай қабылдағыш-таратқыштар қымбат және ұзаққа шыдамайды.

Көпмодалы кабельде жарық сәулелерінің траекториясы көрінетін шашырау бар нәтижесінде кабельдің қабылдау соңында сигнал пішіні зақымдалады. Орталык талшықтың диаметрі 50 және 62,5 мкм, ол тасымалдаудың толқын ұзындығынан үлкен болады. Ішкі жамылғының диаметрі - 125 мкм (бұл кейде 50/125 және 62,5/125 деп белгіленеді). Тасымалдау үшін бірмодалы кабельмен салыстырғанда қабылдағыш-тараткыштар қызмет ету мерзімін арттыратын және бағасын арзандататын кәдімгі (лазерлі емес) жарық диод қолданылады. Көпмодалы кабельдегі жарық толқынының ұзындығы 850 нм немесе 1310 нм-ге тең. Кабельдің рұқсат етілген ұзындығы - 2-10 км. Қазіргі кезде көпмодалы кабель арзан және қолайлы болғандықтан, талшықты-оптикалық кабельдердің негізгі түрі болып табылады.
3. Ақпаратты жіберу ортасы ретінде әртүрлі кабельдер қолданылады:коаксальды кабель, экрандалған және экрандалмаған қос ширатпа негізінде жасалған кабель, оптикалы-талшықты кабель.Қысқа қашықтыққа (100 м-ге дейін) мәліметтер берудің ең кең тараған түрі экрандалмаған қос ширатпа.Ол локальдық желінің барлық жаңа стандарттары мен технологияларына қосылған және өтімділік жылдамдығы 100Мб/с (5 категориядағы кабельдерде).Оптикалы-талшықтыкабель локальды желімен қатар бүкіләлемдік магистральды білім беру желісінде де қолданылады.Оптикалы-талшықты кабель каналдан ақпаратты өте үлкен жылдамдықта (бірнеше Гб/с дейін) және өте алысқа (аралық сигналды күшейтпей-ақ бірнеше ондаған километрлерге) жібере алады.Есептеуіш желілерде ақпараттарды жөнелту үшін әртүрлі жиіліктегі электромагниттік толқындар – КВ, УКВ, СВЧ қолданылады.Бірақ әзірге радиобайланыс тек кабель жүргізу мүмкін болмай қалған жағдай да ғана қолданылып отыр, мысалы, ғимараттарда.Бұл электромагниттік сәулелендірудің негізінде жасалған желілік технологияның сенімсіздігінен туындайды.Ақпарат берудің бұл ортасы әлемдік канал құру кезінде кеңірек қолданылады-осының негізінде СВЧ диапазоны аумағында жұмыс істейтін спутниктік байланыс каналдары, радиоканалдар құрылған.

Кабельдік жүйені, яғни желінің түпнұсқасын тұрыс орнату өте маңызды.Соңғы жылдары мұндай сенімді негіз ретінде құрылымдалған кабельдік жүйелер жиі қолданылып жүр. Құрылымдалған кабельдік жүйелер (Structured Cabling System – SCS)-бұл коммутациялық элементтер жиыны (кабель, разъем, коннектор,кросстық тақташалар және шкафтар), сонымен қатар олардың бірлесіп қолданылуының әдіс-тәсілдері.Бұл бізге қалыпты әрі жеңіл таралатын, есептеуіш желілерде қолданылатын байланыс құрылымдарын құруға мүмкіндік береді.

Құрылымдалған кабельдік жүйелердің қасиеттері.

-Әмбебаптығы. Құрылымдалған кабельдік жүйелер жүйелі ұйымдасқан болса, локальды есептеуіш желідегі компьютерлік ақпараттарды жіберудің бірден бір ортасы бола алады.

-Қызмет мерзімінің ұлғайтылуы.Жақсы құрылымдалған кабельдік жүйенің ескіру уақыты 8-10 жыл болуы мүмкін.

-Жаңа тұтынушылар қосылған кезде және олардың орнын ауыстырған жағдайдағы құнының төмендетілуі.Кабельдік жүйенің құны көбінесе кабельдің бағасымен емес, онымен жүргізілген жұмыстың бағасымен бағаланады.

Кабельдердің екі үлкен класы бар:электрлік және оптикалық.Олардың айырмашылығы сигналды жіберу тәсілінде.Оптикалы-талшықты жүйенің ерекшелігі-кбельдің қымбаттығы (мыс кабельдермен салыстырғанда),сонымен қатар мамандандырылған орнатылатын элементтер (розетка,разъем, қосқыштар және т.б.).Шын мәнінде желінің құндылығы оптикалы-талшықты желідегі құрылғылардың құнымен өлшенеді.Оптикалы-талшықты желілер горизонтальды жоғары жылдамдықты каналдар үшін қолданылады, ал қазіргі кезде вертикальды байланыс каналдарында да жиі қолданылып жүр (этаж аралық байланыстарда).Оптикалы-талшықты кабельдер болашақта мыстан жасалған кабельдерге өте күшті бәсекелестік тудыра алады.Себебі мыс кабельдердің бағасы төмендемейді, өйткені оны жасау үшін таза мыс керек, ал жер қойнауындағы мыстың қоры оптикалы-талшықты кабель жасалатын кварцтық құмның қорынан әлдеқайда төмен.

Ресейдегі оптикалы-талшықты кабельді ұсынушылар- Mohawk/CDT, Lucent Technologies және AMP.

Бақыла сұрақтары:

1. Кабельдік байланыс құбырлары.

2. Кабельдер типтері және құрылымдалған кабельдік жүйелер.

3. Кабельдік жүйелер