Tytułem wstępu


Na początek może krótka deklaracja: nie jest to przyspieszony kurs czegokolwiek, raczej zbiór pewnych myśli i faktów związanych ze światłowodami i w szczególności kwestią wyboru odpowiedniej technologii czy systemu.

Technika światłowodowa już dość mocno zbliża się do klienta końcowego. Po boomie światłowodowym związanym z budową synchronicznych sieci szkieletowych dla molochów telekomunikacyjnych i jak się wydawało chwilowym zastoju, sieci optyczne atakują w sieciach telewizji kablowej, w rozbudowanych systemach monitoringu, przeciętnemu Kowalskiemu coraz częściej docierają do jego uliczki lub klatki schodowej aby w niedługim czasie zakończyć się gniazdem optycznym przy jego biurku.

Dzieje się to ze względu na unikalne właściwości czystego szkła kwarcowego, które to może przenosić impulsy światła na duże odległości, z dużą szybkością i niewielkim tłumieniem. Włókno światłowodowe o grubości 1/8mm jest tak wyprofilowane, aby promień światła w jego rdzeniu pozostał w nim na zasadzie całkowitego wewnętrznego odbicia. Płaszcz szklany otaczający rdzeń ma mniejszy współczynnik odbicia niż rdzeń, dzięki czemu działa jak lustro i prowadzi promień wewnątrz rdzenia. Ten natomiast jest wykonany ze szkła o czystości zapewniającej tłumienie nawet poniżej 0,2 dB na kilometr. Dla porównania kabel koncentryczny przy częstotliwości radiowej 1Mhz tłumi 100 i więcej dB na kilometr. Tycz liczb nie trzeba komentować.

Następna zaleta transmisji światłowodowej wynika z samej natury przesyłu sygnału poprzez światło- chodzi o odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i różnice potencjałów masy. Żaden rozrusznik samochodowy, urządzenie wysokoprądowe czy nawet piorun nie są straszne transmisji optycznej, to dość ważna kwestia, która potrafi utruć życie posiadaczom długich połączeń miedzianych. Światłowód może natomiast całkiem bezczelnie być prowadzony równolegle z liniami wysokiego lub średniego napięcia na słupach lub w ziemi.

Na dziś dzień możemy powiedzieć, że możliwości przesyłu danych po światłowodzie na dziesiątki kilometrów są ograniczone poziomem dzisiejszej elektroniki, nie zaś samym medium transmisyjnym, światłowody położone dzisiaj będą mogły byś wykorzystywane jeszcze przez sporo kolejnych lat.

Co do kosztów: zewnętrzny kabel światłowodowy z czterema włóknami jednomodowymi jest nadal droższy od miedzianego kabla koncentrycznego. Ale nie 4 razy! Tendencje natomiast wskazują, że miedź drożeje i nadal będzie, mówią, choć może łgają, że zasoby się kończą. Budulec światłowodów, szkło kwarcowe wykonuje się de facto z piasku, a tego na Saharze jest dostatecznie dużo, żeby okablować wszystko co się da i nie będzie groźby, że go zabraknie. Pożyjemy, zobaczymy.



Systemy monitoringu


W tym punkcie chciałbym przedstawić jak korzystając z dobrodziejstw połączeń i sieci światłowodowych zbudować rozsądny system monitoringu.

Zacznijmy może od systemu opartego o sieci LAN, te już istniejące jak i w opcji całkowicie nowej instalacji CCTV wykorzystującej sieć lokalną. Urządzenia monitoringu IP, abstrahując w tym miejscu od ich (licznych) wad i (również kilku) zalet, zdobywają coraz większą popularność w branży, na rynku dostępnych jest już wiele kamer IP, większość rejestratorów ma już interfejs sieciowy a także powstały zupełnie nowe urządzenia do monitoringu za pośrednictwem sieci komputerowej, jak np. nasz koncentrator video REX. Wszystkie one potrzebują tylko zasilania i są gotowe do wpięcia w sieć LAN. Tyle od strony monitoringu.

Transmisją pakietów IP poprzez światłowód zajmuje się para tzw. media konwerterów (spolszczając: konwerter mediów). Są to urządzenia zwykle niewidoczne dla sieci LAN w sensie logicznym oraz niezarządzalne a ich jedynym zadaniem jest przesył informacji w sieci lokalnej poprzez światłowód. Najważniejszymi parametrami konwerterów mediów są: prędkość przesyłu danych (100Mbit/s, 1Gbit/s, ...), maksymalny zasięg transmisji i typ światłowodu, z którym współpracują (jedno lub wielomodowy).


Do tego jeszcze ewentualnie switch lub router ethernetowy i jeśli dobrze oceniliśmy wymogi przepływności naszych urządzeń IP, możemy uruchamiać nasz nowy system monitoringu oparty o IP. Gratis: komputery w dwóch odległych punktach połączonych światłowodem automatycznie mają zapewnione połączenie sieciowe.

Dla porządku należałoby jeszcze wspomnieć, że niektóre bardziej zaawansowane (czyt. drogie) switche (lub routery) mają już opcję portu optycznego, czyli spełniają rolę switcha i media konwertera razem. Konkretniej jest to port pod konwerter światłowodowy typu moduł GBIC lub moduł SFP- małe urządzonko, które kupuje się osobno i dobiera do wymagań optycznych.



Tak, czy siak są to jednak dwa urządzenia do dobrania i zakupienia i ze względu na uniwersalność rozwiązania i koszty polecamy jednak użycie media konwerterów.


Jeżeli chcemy zbudować instalację opartą o sygnał PAL czy ogólniej o analogowy sygnał kompozytowy sytuacja jest o wiele prostsza. PAL nadal króluje jako standard telewizji przemysłowej, urządzenia są dopracowane, tanie i ogólnie dostępne. Często także możemy się spotkać z sytuacją, w której część struktury monitoringu już istnieje i działa w oparciu o PAL a transmisja sygnału po światłowodzie ma być tylko jego rozbudową.





Musimy w takim systemie zdać się na urządzenia dedykowane do transmisji sygnału video

po światłowodzie. Wybór tego typu urządzeń jest dość szeroki, oferują one przesył od jednego, poprzez kilka nawet do kilkunastu kanałów video, nierzadko z możliwością przesłania także danych sterujących w formacie RS-485 (np. do sterowania obrotnicami) w jedną lub dwie strony, czasem też z możliwością przesyłania dźwięku. Urządzenia takie nie sprawiają większych trudności w obsłudze, podłączamy odpowiednie sygnały i plug and play. Jednakże są to urządzenia (póki co!) jeszcze dość drogie. Przy takim systemie można oczywiście „przy okazji” zapewnić łącze sieci lokalnej. Jak najbardziej równolegle z instalacją monitoringu można poprowadzić światłowodowe przedłużenie lokalnej sieci komputerowej przy pomocy media konwerterów. Kable światłowodowe mają od czterech włókien w górę, co w zupełności powinno wystarczyć na transmisję video i LAN-u obok siebie.


Jednomodowy kontra wielomodowy i dlaczego...

Popatrzmy na tę enigmatyczną modowość z minimalną ilością wiedzy akademickiej oraz z punktu widzenia roku 2008 i wstecz:

W światłowodowym włóknie jednomodowym informacja biegnie pojedynczym promieniem świetlnym i basta. Dzieje się tak dzięki bardzo cienkiemu rdzeniowi, typowo 9 mikronów.


We włóknie wielomodowym rdzeń jest sporo szerszy, zwykle 50 do 62 mikronów i promieni światła „leci” już kilka: centralnie, zygzakiem, skosem i innymi pijanymi drogami nie wprost do domu, przez co powstają mikro-opóźnienia dotarcia poszczególnych promieni („modów”). Impulsy ulegają rozmyciu („dyspersja modowa”), zawęża się dostępne pasmo i dość ograniczony staje się maksymalny zasięg transmisji. Więc dlaczego w ogóle się je stosuje w transmisji na krótsze odcinki? I tu musimy cofnąć się nieco w czasie i do nadajnika.



Podobnie jak włókna mają swoją modowość, nadajniki również mogą świecić wąską, „jednomodową” wiązką lub świecą szeroko i rozsądna ilość światła może wpaść tylko w szerszy, wielomodowy rdzeń. Te pierwsze, lasery półprzewodnikowe jeszcze niedawno były sporo droższe od „wielomodowych” diod elektroluminescencyjnych LED. Dziś te różnica cenowe dość mocno się zacierają, sytuacja w instalacji światłowodowej powoli zmierza ku „normalności” w sensie takim, iż większość kosztów pochłania kabel i robocizna związana z jego ułożeniem.

Natomiast rynek, jak to rynek, ma swoją bezwładność i nadal reklamuje się rozwiązania wielomodowe jako te bardziej ekonomiczne.


Tymczasem, wróćmy do włókien: wielomodowe włókno jako to o szerszym rdzeniu ma w sobie o wiele więcej szkła o najwyższej czystości. Poza tym w celu poprawienia własności transmisyjnych stosuje się gradientowy profil zmiany współczynnika załamania światła między rdzeniem a płaszczem, z precyzyjnie określoną „gradientowością” tej zmiany. We włóknie jednomodowym leci, jeszcze raz to podkreślmy, jeden promień światła i żadne hocki-klocki typu gradient nie są zupełnie potrzebne. Co więcej średnica rdzenia jest co najmniej 5 razy mniejsza, co przekłada się na co najmniej 25 razy mniej tego najszlachetniejszego szkła w szkle.


Co za tym idzie: włókna jednomodowe są tańsze! i to sporo! Nawet wziąwszy pod uwagę ciągle jednak droższe nadajniki jednomodowe to w typowej instalacji po stu, najwyżej paruset metrach połączenie jednomodowe jest już tańsze!


Reasumując, możemy z pełną odpowiedzialnością stwierdzić, że przyszłość należy do włókien jednomodowych. Po pierwsze dlatego, że jest to technologia bardziej zaawansowana i do przesyłu tych setek milionów czy miliardów bitów na sekundę na większe odległości, rzędu 3-5km, włókno jednomodowe jest już jedynym rozwiązaniem, po wtóre ponieważ instalacje jednomodowe są już równie tanie, jeśli nie tańsze.

I może jeśli dodamy jeszcze angielskie określenie „future proof” (dosłownie: odporny na przyszłość, w sensie takim, iż za niedługi czas nadal nie będzie przestarzałe) to mamy już gotową odpowiedź w jakie systemy należy dziś inwestować.


Praktyczna instalacja światłowodowa


Zaczynając jakąkolwiek pracę, w szczególności instalację światłowodową pamiętajmy, że uruchamiając urządzenie aktywne mamy do czynienia ze światłem o sporej mocy, zwykle emitowanym przez laser. Typowe długości fali optycznej w transmisji danych: od 850nm do około 1650nm to bliska podczerwień, światła tego nie widać a może ono poważnie uszkodzić nasze oczy. Naprawdę więc nie warto patrzeć w nadajnik ani we włókno, bo nawet jeśli nie oślepniemy to i tak nic nie zobaczymy.


Wiedząc już jak oszczędzić pracy okulistom i psom-przewodnikom możemy przystąpić do instalacji.

Kwestia pierwsza: kultura obchodzenia się z kablami. Szkło generalnie jest kruche, czyste szkło kwarcowe ma dużo większą giętkość i plastyczność od szklanki z herbatą lub bez, lecz jednak włókno światłowodowe można złamać. Kable mają specyfikowany minimalny promień zgięcia i należy go przestrzegać, przy układaniu kabla wszelkie „kolanka” czy zagięcia dobrze gdyby były zaokrąglone. Zwykle nie mówi się o tym głośno, ale minimalny promień zgięcia oznacza takie zgięcie, przy którym pogarszają się właściwości transmisyjne (zakłócenie wewnętrznego odbicia, „wyciek” światła) nie zaś trwałe uszkodzenie włókna. Każdemu, kto nie miał w ręku światłowodu polecamy ułamać „gołą” końcówkę, np. od pigtaila aby zdobyć nieco wyczucia „ile można”.

Pamiętajmy także o higienie i czystości podczas instalacji, szczególnie spawania: ułamane fragmenty włókna mogą najzwyczajniej w świecie wbić się pod skórę, a że są bardzo cienkie (1/8mm) i kruche mogą dostać się do krwiobiegu i narobić więcej szkody niż klasyczna wbita drzazga. Aby więc nie angażować kolejnego już medyka warto trzymać porządek i wszystko co niepotrzebne wyrzucać tam, gdzie jego miejsce.

Przejdźmy do kabli, te poza liczbą włókien i ich typem (jedno lub wielomodowe) dość znacznie różnią się właściwościami mechanicznymi. W zależności od zastosowania kable dzielimy na:



Po wyborze odpowiedniego dla nas kabla musimy zdecydować się na jego zaprawienie odpowiednią końcówką. Wybór ten zwykle jest nam już narzucony chociażby poprzez standard końcówek, w którym wykonane są nasze urządzenia aktywne, jednakże przedstawmy najpopularniejsze złącza optyczne bez wchodzenia w szczegóły które lepsze a które droższe:










Aby zaprawić złącze w klasyczny sposób, chodzi o wklejanie na żywicę z polerowaniem i wypiekaniem, potrzeba dość dużo cierpliwości oraz warsztatu, nie polecamy takiej zabawy nikomu kto by chciał mieć zaprawione 4 końcówki czy nawet tuzin, sugerujemy pozostawienie tego procesu specjalizowanym firmom, które będą wklejać kilkadziesiąt czy kilkaset złączy dziennie. Dla celów detaliczno- instalatorskich polecamy zakupić prefabrykowane tzw. pigtaile z jednej strony zakończone złączem a z drugiej gołym włóknem. Jedyne co musimy z nimi uczynić to zespawanie go z włóknami kabla i gotowy kabel z zaprawionymi końcówkami.


OK, spawanie... Co by nie mówić jest to proces nieunikniony na dłuższą metę. Polega on w skrócie na zetknięciu dwóch włókien czołami i nadtopieniu ich łukiem elektrycznym, tak aby zostały trwale połączone. Dobrze wykonany spaw jest praktycznie niewidoczny dla światła. Spawanie wymaga dość dużych nakładów na start: koszt spawarki oscylujący między równowartością 5-letniego i nowego auta segmentu kompakt oraz kwalifikacje personelu, gdyż spawanie wymaga nieco umiejętności. Dość nową i ciekawą alternatywą są tzw. „spawy mechaniczne”, czyli mechanizm, który centruje włókna przylegające do siebie i ewentualne przerwy i niedoskonałości kompensuje optycznym żelem wewnątrz. „Spawy” wykonane taką techniką są o rząd wielkości gorsze (tłumienność, reflektancja) niż tradycyjne oraz droższe, ponieważ na każdej zespawanej parze włókien pozostaje mechanizm „spawu”, jednakże wspomniane wcześniej inwestycje początkowe są nieporównywalnie niższe! Co do parametrów optycznych takiego „spawu”, to nie są one wcale złe dla TV przemysłowej, w 99,9% instalacji będą one w pełni akceptowalne.


Mając już wybrany odpowiedni kabel zakończony odpowiednim złączem oraz przemyślany system, możemy skupić się już na bardzo praktycznych systemach okablowania. Jak wielu wyznaje i mają Świętą Rację: w okablowaniu musi panować porządek. I tu z pomocą przychodzi żelastwo w postaci przełącznicy z patch panelem.




Urządzenie to, montowane w szafach rackowych, pozwoli nam na łatwe zorientowanie się w całej instalacji, kable będą zakończone w sposób cywilizowany a spawy- bezpieczne. Na zdjęciu powyżej przełącznica wysuwana z panelem do adapterów SC, LC duplex i paru innych, kabel wchodzący poprzez przepust, kaseta spawów, adaptery wszelkie, patchcordy i pigtaile. Nie siejąc więcej konsternacji na zakończenie malutki słownik elementów połączeniowych dla instalacji światłowodowej: