1.4. Физические среды, используемые при построении общего канала передачи данных
Общий канал передачи данных в ЛКС (моноканал или поликанал) строится на базе некоторой физической среды, представляющей собой физический материал, по которому перемещаются сигналы определенной физической природы, несущие передаваемые данные. В качестве такого материала могут использоваться разные виды кабелей: симметричные (типа “витая пара”), коаксиальные, волоконно–оптические, а также эфир: радиоканалы, УКВ–каналы, микроволновые каналы, инфракрасные каналы. Рассмотрим краткие характеристики наиболее часто используемых сред–каналов.
Витая пара (twisted pair) состоит из оболочки (с экраном или без), внутри которой содержится одна или несколько пар свитых в виде спирали (скрученных) проводников (рис.1.7). Витые пары используются в стандартных телефонных соединениях и для организации низкоскоростных ЛКС с передачей немодулированных сигналов. Организуемый при этом моноканал обеспечивает передачу данных на расстояние 1,5–2 км с максимальной скоростью 3–5 Мбит/с. Витая пара представляет собой наиболее дешевый и доступный для массового пользователя способ соединения станций ЛКС. При этом витая пара может быть просто проложена на полу или по стене помещения. Основными недостатками данной среды являются простота несанкционированного доступа и ее низкая помехозащищенность. Для повышения последней рекомендуется использовать экранированную витую пару, что однако повышает ее стоимость. Наиболее часто витые пары применяются в кольцевых ЛКС.
Коаксиальный кабель (coaxial cable) состоит из внутреннего проводника, окруженного слоем изолирующего материала, внешней экранирующей поверхности, благодаря которой кабель практически не излучает помехи на любом расстоянии, и внешней защитной оболочки (рис.1.7). Коаксиальные кабели представляют собой наиболее массовую физическую среду передачи
данных, применяемую в качестве моноканала ЛКС. Такое положение объясняется их высокими технико–эксплуатационными параметрами, износо– и помехоустойчивостью при приемлемой стоимости. Различают широкополосные и узкополосные коаксиальные кабели. В ЛКС эти кабели должны использоваться в качестве моноканала в режиме электрически длинной согласованной линии связи. При этом должно учитываться так называемое волновое сопротивление кабеля (наиболее часто 75 или 50 Ом), что вызывает необходимость подключения на концах кабеля согласующих резисторов (терминаторов) с сопротивлением, равным волновому. Емкость такой линии связи не учитывается, а считается только погонная задержка распространения сигналов по кабелю. В случае, если кабель несогласован, – он работает в режиме электрически короткой линии связи, и при этом на задержку распространения сигналов в основном влияет емкость кабеля. В результате передатчик в линии связи может быть нагружен на большую емкостную нагрузку, что вызовет его неустойчивую работу из–за паразитных выбросов напряжения при перезарядке емкости кабеля. Длина кабеля в ЛКС в основном определяется затуханием сигналов и, если затухание достигает недопустимого значения, то необходимо установить повторитель сигналов, восстанавливающий их первоначальную форму.
В широкополосных кабелях:
применяют обычно 50–омные кабели (волновое сопротивление равно 50 Ом);
данные передаются со скоростью 300–550 Мбит/с;
погонная задержка распространения двоичных сигналов составляет от 2 до 5 нс/м.
В узкополосных кабелях:
применяют обычно 75–омные кабели (волновое сопротивление равно 75 Ом);
данные передаются со скоростью не более 50 Мбит/с.
В режиме согласования обеспечивается максимальная помехоустойчивость от всех видов внешних помех, что позволяет передавать сигналы со стандартными ТТЛ–уровнями на большие расстояния.
Волоконно–оптический кабель (fiber optic cable)–световод использует в качестве физической среды сверхпрозрачное стекловолокно. Простейший кабель (рис.1.7) состоит из кварцевой сердцевины диаметром 20–60 мкм, окруженной тонкой стеклянной пленкой со значительно меньшим коэффициентом преломления, чем сердцевина. Это позволяет отражать световые волны внутрь стеклянного волокна, не выпуская их наружу. С помощью этих кабелей можно передавать все виды информации: речь, данные, телевизионные изображения. Скорость передачи сигналов может составлять 2–3 Гбит/с. Если механические воздействия на кабель незначительны, то расстояние между станциями ЛКС может составлять 1,5–3 км. Затухание сигналов в световодах меньше, чем в коаксиальных кабелях. Волоконно–оптические кабели имеют небольшие размеры и хорошо защищены от различных помех, а также несанкционированного доступа. К их недостаткам можно отнести критичность к механическим воздействиям (перемещения, удар, вибрация, провис), высокую стоимость, сложность подключения новых станций и однонаправленность передачи сигналов по кабелю.
Инфракрасный канал (infrared link) удобен для передачи сигналов по каналам связи в пределах прямой видимости. Он образуется с помощью инфракрасных частот сигналов, передаваемых малогабаритными передатчиками и воспринимаемых очень чувствительными приемниками. Благодаря инфракрасным частотам канал нечувствителен к электромагнитным наводкам, которые излучаются силовыми электрическими блоками, электросварочными аппаратами и другими агрегатами в условиях производственных помещений. Этот канал может организовать взаимодействие между станциями ЛКС, находящимися на расстоянии до 3 км, со скоростью передачи данных 2–4 Мбит/с.