局域网监控技术局域网传输介质、网络传输介质、光纤光缆详细介绍

一、光纤
1、概述

光纤主要分为两类：单模光纤(Single-mode Fiber)：一般光纤跳线用黄色表示，接头和保护套为蓝色；传输距离较长。多模光纤(Multi-mode Fiber)：一般光纤跳线用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色；传输距离较短。

光纤使用注意！光纤跳线两端的光模块的收发波长必须一致，也就是说光纤的两端必须是相同波长的光模块，简单的区分方法是光模块的颜色要一致。一般的情况下，短波光模块使用多模光纤（橙色 的光纤），长波光模块使用单模光纤（黄色光纤），以保证数据传输的准确性。
光纤在使用中不要过度弯曲和绕环，这样会增加光在传输过程的衰减。光纤跳线使用后一定要用保护套将光纤接头保护起来，灰尘和油污会损害光纤的耦合。

SFP: Small Form Factor Pluggable
SFF: Small Form Factor
XFP: 10 Gigabit Small Form Factor Pluggable
MU: Miniature Unit
LC: Lucent Connector
SC: Subscriber Connector
FC: Fiber Connector
MTRJ: ‘MT’ ferrule, Register Jack latch
ST: Straight Tip

光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm~50mm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm~10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。其结构如图1所示。陆地上的光纤通常埋在地下1米处，有时会受到地下小动物的破坏。在靠近海岸的地方，越洋光纤外壳被埋在沟里。在深水中，它们处于底部，极有可能被鱼类咬坏或被渔船撞坏。

2、分类 :光纤主要分以下两大类:

1）传输点模数类

传输点模数类分单模光纤(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。

2)折射率分布类

折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。折射率分布类光纤光束传输如图2所示。

3、连接方式

光纤有三种连接方式。首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光，但是它使重新配置系统很容易。第二，可以用机械方法将其接合。方法是将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。可以让光纤通过结合处来调整，以使信号达到最大。机械结合需要训练过的人员花大约5分钟的时间完成，光的损失大约为10%。第三，两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。融合方法形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，但也有一点衰减。对于这三种连接方法，结合处都有反射，并且反射的能量会和信号交互作用。

4、发送和接收

有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性，如下表。

项目 LED 半导体激光
数据速率: 低 高
模式: 多模 多模或单模
距离: 短 长
生命期: 长 短
温度敏感性: 较小 较敏感
造价: 低造价 昂贵

光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。

5、接口

目前使用的接口有两种。无源接口由两个街头熔于主光纤形成。接头的一端有一个发光二极管或激光二极管（用于发送）。另一端有一个光电二极管（用于接收）。接头本身是完全无源的，因而是非常可靠的。另一种接口被称作有源中继器(active repeater)。输入光在中继器中被转变成电信号，如果信号已经减弱，则重新放大到最强度，然后转变成光再发送出去。连接计算机的是一根进入信号再生器的普通铜线。现在已有了纯粹的光中继器，这种设备不需要光电转换，因而可以以非常高的带宽运行。

二、光缆

光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点:

(1)频带较宽。(2)电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开的光缆需要再生和重发信号。(3)衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。(4)中继器的间隔较大,因此可以减少整个通道中继器的数目,可降低成本。根据贝尔实验室的测试,当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为10—8,可见其传输质量很好。而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。

在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为了实现双向通信,光缆就必需成对出现,一个用于输入,一个用于输出。光缆两端接光学接口器。安装光缆需格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头,通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起,确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。光纤的类型由模材料(玻璃或塑料纤维)及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光纤缆有:

·8.3μm 芯、125μm 外层、单模。
·62.5μm 芯、125μm外层、多模。
·50μm 芯、125μm外层、 多模。
·100μm 芯、140μm外层、多模。

三、 光纤通信系统及其构成

1、光纤通信系统

光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。(a)·光源是光波产生的根源。(b)·光纤是传输光波的导体。(c)·光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。(d)·光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理。

2、光纤通信系统的基本构成

3、光纤通信系统的主要优点有:(1)传输频带宽,通信容量大。(2)线路损耗低,传输距离远。(3)抗干扰能力强,应用范围广。(4)线径细,重量轻。(5)抗化学腐蚀能力强。(6)光纤制造资源丰富。

在网络工程中,一般用62.5μm/125μm规格的多模光纤,有时也用100μm/125μm和100μm/140μm规格的光纤。户外布线大于2公里时可选用单模光纤。在进行综合布线时需要了解的光纤的一些基本特性,现以AMP(安普)公司的光纤线缆产品为例说明。表1和表2分别为光纤性能指标和使用温度范围。表1 安普光纤线缆的特性

　 单模
(1310/1550nm) 多模50/125
(850/1300nm) 多模LSZH 50/125
(850/1300nm) 多模62.5/125
(850/1300nm) 多模扩展型
Grade 62.5/125
(850/1300nm)
室内光纤
最大衰减值
典型衰减值
带宽(MHZ/km)
0.7/0.7
0.5/0.5
--/--
3.5/2.0
2.6/1.1
400/400
3.5/2.0
2.6/1.1
400/800
3.5/1.0
2.9/0.9
160/500
3.5/1.0
2.9/0.9
200/600
室外光纤
最大衰减值
典型衰减值
带宽(MHZ/km)
0.5/0.4
0.4/0.3
--/--
3.5/2.0
2.6/1.1
400/400
3.5/2.0
2.6/1.1
400/800
3.5/1.0
2.9/0.9
160/500
3.5/1.0
2.9/0.9
200/600

表2 安普光纤的温度适用范围

室内和阻燃型 低烟及无毒气性能(LSZH)
室内光纤
贮存
应用
-40oC ~ +85oC (-40oF ~ +185oF)
-20oC ~ +85oC (-4oF ~ +185oF)
-10oC ~ +60oC (+14oF ~ +140oF)
-10oC ~ +60oC (+14oF ~ +140oF)
　 标准光纤 LSZH及铝外衣
室外光纤
贮存
应用
-40oC ~ +75oC (-40oF ~ +167oF)
-40oC ~ +75oC (-4oF ~ +167oF)
-20oC ~ +60oC (-4oF ~ +190oF)
-20oC ~ +60oC (-40oF ~ +190oF)

为了便于阅读以下的表格,先对直径、重量、拉力、弯曲半径作如下解释:(a)·直径:单位用mm表示。(b)·重量:用kg/km表示。(c)·拉力:拉力单位用N(牛顿)。对拉力分两种情况说明:安装时最大为2700N;安装后,即长期为440N;(d)·弯曲半径:指光缆安装拐弯时的弯曲半径。

四、光缆的种类和机械性能
1. 单芯互联光缆
  (1) 应用范围: (a)·跳线。(b)·内部设备连接。(c)·通信柜配线面板。(d)·墙上出口到工作站的连接。(e)·水平拉线,直接端接。(f)·适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。

  (2)性能优点: (a)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。(b)·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。(c)·Aramid抗拉线增强组织,提高了对光纤的保护。(d)·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。(e)·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。(f)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。

2.双芯互联光缆
  (1)应用范围: (a)·交连跳线。(b)·水平走线直接端接。(c)·光纤到桌。(d)·通信柜配线面板。(e)·墙上出口到工作站的连接。(f)·适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。

  (2)性能与特点: (a)·光纤之间易于区分。(b)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。(c)·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。(d)·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。(e)·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。(f)·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。(g)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。

3.分布式光缆
  (1)应用范围: (a)·多点信息口水平布线。(b)·垂直布线。(c)·大楼内主干布线。(d)·从设备间到无源跳线间的连接。(e)·从主干分支到各楼层应用。(f)·适用于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头端接。

  (2)性能与特点: (a)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。(b)·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。(c)·按照EZA标准色码标识。(d)·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。(e)·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。(f)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。(g)·防护网可抵挡尖锐物损伤。

4.分散式光缆
  (1)应用范围: (a)·分散光缆组合。(b)·多根光纤交插连接,结构坚固。(c)·水平光纤到多站点出口,端接简单、直接。 ·适于环氧树脂光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头直接端接。

  (2)性能与特点: (a)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。(b)·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。(c)·2.4mm独立光纤辅单元,允许带套连接头端接。(d)·UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。(e)·设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。(f)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。(g)·走线方式高度灵活。(h)·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。

5.室外光缆4～12芯铠 装型与全绝缘类型
  (1)应用范围: (a)·园区中楼宇之间的连接。(b)·长距离网络。(c)·主干线系统。(d)·本地环路和支路网络。(e)·严重潮湿、温度变化大的环境。(f)·架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋、悬吊缆/服务缆。 

  (2)性能与特点:

(a)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。
(b)·900μm紧密缓冲外衣易于连接与剥除。(c)·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。(d)·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入。(e)·设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。(f)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。(g)·Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。(h)·聚乙烯外衣对紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。(I)·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯,又分铠装和全绝缘型。

6.室外光缆24～144芯铠装类型与全绝缘类型
  (1)应用范围: (a)·园区中楼宇之间的连接。(b)·长距离网络。(c)·主干线系统。(d)·本地环路和支路网络。(e)·严重潮湿、温度变化大的环境。(f)·架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋。 

  (2)性能与特点: (a)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。(b)·绝缘结构可避免雷击。(c)·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。(d)·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。(e)·设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。(f)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。(g)·Aramid抗拉线增强组织性能,提高对光纤的保护。(h)·聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。(i)·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室外光缆24～144芯光缆分全绝缘和铠装,规格有24、36、48、60、72、96、144芯7种.

7.单管全绝缘型室内/室外光缆
  (1)应用范围: (a)·在不需任何互联设备情况下,由户外延伸到户内,线缆具有阻燃特性。(b)·园区中楼宇之间的互连。(c)·本地线路和支路网络。(d)·严重潮湿、温度变化极大的环境。(e)·架空连接(和悬缆线一起使用时)。(f)·地下管道或直埋。(g)·悬吊缆/服务缆。

  (2)性能与特点: (a)·高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。(a)·LSZH的设计符合低毒、无烟的要求。(b)·套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。(c)·轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。(d)·设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。(e)·扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。(f)·Aramid抗拉线增强组织提高对了光纤的保护。(g)·聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。(h)·低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯.在进行综合布线时,应根据实际应用情况,参考光缆的应用范围和机械性能指标,选择合适的光缆产品。

PS:光端机介绍

光端机是把双绞线与光纤互连的设备，由于光纤可以传输较远的距离，在网络中连接两栋楼之间的网络的时候多采用光纤，在楼内再采用双绞线连接。这就需要一种设备能够把双绞线和光纤进行互连，并把电信号和光信号进行相互转换，这就是光端机。

光端机上连接着一对光纤，一根是接收、一根是改善，在接收的光纤头插座上标的是RCV，在发送的光纤头插座上标的是XMT，两栋楼的光端机的接口一定要连对，同一根光纤一端是插入“发送”插座，另一端就要接“接收”插座，一般连接2公里以内的距离使用的是多模光纤，超大型过2公里使用单模光纤，由于单模光纤使用激光器作为信号源，所以在连接光端机的时候一事实上要注意安全，千万不要用眼睛直接看光纤中射出的光线，这种激光束将会对人的眼睛有伤害，并在视网膜上留下斑点。使用做好接头的光纤，轻轻行入插座然后再旋转，直至接头上的卡口与插座扣紧。把光纤线插好后，再接入双较线。最后接上电源，正确连接了以后，TX LINK、FX LINK 等批示灯会亮起来。至此，光端机就连接好啦。。。