Компоненты для построения бортовых и полевых локальных волоконно-оптических сетей

Статьи

Интенсивное внедрение высокопроизводительного вычислительного оборудования на борт космических аппаратов, воздушных и морских судов, а также полевых мобильных комплексов вооружения вызывает необходимость создания высокопроизводительных волоконно-оптических сетей, отвечающих специфическим требованиям аэрокосмического, морского и полевого применения.

lp.jpgПрокофьева Л.П. к.т.н., профессор,
заслуженный конструктор РФ, генеральный директор ЗАО «Центр ВОСПИ».
vv.jpgЩербаков В.В.
к.т.н.,
технический директор ЗАО «Центр ВОСПИ».



dl.jpgФайнберг Д.Л.
чл. корр. МАИ,
главный инженер
ЗАО «Центр ВОСПИ».



Локальные волоконно-оптические сети специального назначения

Прогресс развития всех видов радио-электронной аппаратуры, используемой в составе средств вооружения, идет по пути широкого внедрения быстродействующей вычислительной техники и перехода на цифровые методы передачи и обработки информации. С повышением производительности спецвычислителей растет и объем информации, передаваемой между абонентами локальной сети. Сегодня проводные сети практически исчерпали свои скоростные возможности, и необходим переход на волоконно оптические средства передачи информации, обладающие практически неограниченными резервами. Немаловажными преимуществами волоконно-оптических сетей является также их невосприимчивость к электромагнитным помехам, отсутствие собственного излучения, высокая грозостойкость, малый вес и энергопотребление.

Применение в условиях авиационного или морского борта накладывает жесткие требования на компоненты, применяемые в этих локальных сетях: расширенный рабочий температурный диапазон, высокая влагостойкость, стойкость к линейным, ударным и вибрационным нагрузкам, повышенные требования по надежности и долговечности. В ряде применений повышенные требования надежности и безотказности связаны с невозможностью проведения ремонта в течение всего планового срока службы изделия.

Особые требования предъявляются к компонентам полевых быстроразвертываемых локальных сетей: протяженность линий для них может достигать десятка километров, требуется возможность развертывания и обслуживания в любую погоду, в условиях дождя, грязи, пыли, песка, снега, обледенения.

Компоненты локальных волоконно-оптических сетей

Основными компонентами локальных волоконно-оптических сетей являются:

  • оптоэлектронные приемные и передающие модули;
  • волоконно-оптические кабели;
  • оптические соединители;
  • конверторы среды различных протоколов;
  • сетевые коммутаторы различных стандартов.

 

В течение последних лет ЗАО «Центр ВОСПИ» в кооперации с рядом предприятий проводило комплексную разработку элементов высокоскоростных локальных волоконно-оптических сетей: авиационных, морских и полевых, отвечающих жестким требованиям военных стандартов. Разработаны и освоены в производстве:

Оптоэлектронные приемные ПРОМ-ЦФ01-2-L, передающие ПОМ-ЦЛ01-2-L и приемо-передающие ПРПОМ-ЦФЛ012-L модули стандартов Fibre Channel и Gigabit Ethernet.pompromprpom.jpg

Они обеспечивают скорость передачи до 1,25 Гбит/с и отвечают требованиям авиационного борта:

  • диапазон рабочих температур от -60 до +60ºC;
  • повышенная влажность - до 100%;
  • пониженное давление - 15мм рт. ст.;
  • соляной туман;
  • стойкость к ударам (15g), акустическому шуму 160 дБ;
  • среднее время наработки на отказ – не менее 200 000 час.

Кабель бортовой авиационный оптический марки ОК-БС14:

  • волокно многомодовое градиентное 50/125;
  • диапазон рабочих температур от -65 до +85ºC, до +125ºC в течение 30 минут;
  • допустимое растягивающее усилие -100 Н (при монтаже 300 Н);
  • допустимый радиус изгиба -20 мм (при монтаже -12 мм);
  • не распространяет горение;
  • срок службы при нормальных условиях не менее 200 000 час.

Оптические соединители ОС144Е ЦСНК 430421.019ТУ:

  • количество контактов 2, 4, 8, 24;optsoed.jpg
  • количество сочленений 500;
  • вносимые потери – не более 0,3 дБ;
  • обратные отражения – не более -30 дБ;
  • диапазон рабочих температур от -65 до +85ºC;
  • герметичность (скорость утечки воздуха при перепаде давления 1 кг/см2 - не более 2 л/ч);
  • срок службы – 30 лет.

Кабель бортовой соединительный оптический КЕФС.203733.001ТУ на основе оптических вставок соединителя ОС144Е и кабеля ОК-БС14:

  • диапазон рабочих температур от -65 до +85ºC;
  • длина до 100 м;
  • средний срок службы не менее 12 лет.kbso_art.jpg

Применение многоконтактных оптических соединителей ОС144Е с установочными размерами, отвечающими стандарту MIL-38999, использующих принцип оптических контактов, позволяет упростить технологию монтажа бортовых сетей: одноволоконный оптический кабель, предварительно армированный оптическими контактами в заводских условиях, сначала прокладывается по трассе, а затем его оптические контакты устанавливаются в корпус многоконтактного соединителя. Использование оптических контактов позволяет разделить по времени и месту операции армирования волокон оптических кабелей, монтаж кабелей на объекте и окончательную сборку корпусов соединителей.

Принцип оптических контактов упрощает, а зачастую оказывается единственно возможным способом монтажа сложных оптических трасс на борту, поскольку сначала прокладываются одиночные оптические кабели, зачастую по разным направлениям и лишь затем объединяются в общие корпуса.

Использование оптических контактов расширяет также возможности изменения и модернизации существующих трактов, поскольку позволяет производить замену корпусов соединителей, не трогая проложенные бортовые оптические кабели.

В ряде случаев целесообразно заводское изготовление законченных многоканальных оптических жгутов, конструкция которых определяется конкретными условиями применения.

Оптический контакт соединителя ОС144Е имеет в своем составе керамический наконечник диаметром 2,5 мм, применяемый в большинстве типов современных телекоммуникационных соединителей, что позволяет использовать без дополнительных переходников стандартные измерительные приборы.vilko.jpg

Применение волоконно-оптических кабелей на борту объектов в настоящее время существенно ограничено отсутствием доступного для потребителей одноконтактного оптического соединителя, отвечающего требованиям жестких условий применения.

В настоящее время на завершающей стадии находится разработка оптического соединителя, соответствующего стандарту FC/PC по присоединительным размерам и использующего в своей конструкции оптический контакт КО18SGS (KO18SGL), применяемый в соединителе ОС144 Е.

Такая конструкция соединителя позволит распространить преимущества соединителя с оптическими контактами на одноконтактный соединитель типа FC.

Разработанные под требования авиационного борта элементы с успехом используются и для морских применений при монтаже внутри отсеков.katushko.jpg

Для локальных волоконно-оптических сетей полевых развертываемых систем завершена разработка активного полевого волоконно-оптического кабеля. Его использование позволяет избавиться от разъемных оптических соединений, эксплуатация которых в полевых условиях сопряжена с проблемами. Оба конца полевого волоконно-оптического кабеля оканчиваются многоконтактными электрическими вилками, надежно работающими в жестких полевых условиях. Преобразование в оптический сигнал происходит в дуплексном электронно оптическом конверторе, размещенном в герметичном корпусе соединителя.

Скорость передачи по активному полевому волоконно-оптическому кабелю может достигать 1 Гбит/с, дальность связи – до 1 км с возможностью наращивания до 10 км.

Для полевых развертываемых сетей в 2010 г. завершается разработка полевого кабеля ТУ 3576-014-24118545-2010, отличающегося более стабильными механическими свойствами в диапазоне температур от -60 до +80ºC, светлой окраской внешней оболочки, уменьшающей перегрев на солнце, и обладающего продольной герметичностью.ptr.jpg

В тех случаях, когда протяженность кабельных линий превышает 200-250 м, приходится использовать оптические вставки с оптическими соединителями, чтобы избежать слишком громоздких и тяжелых катушек для ручного развертывания. Для этого разрабатывается 4-х контактный полевой оптический соединитель с повышенными требованиями по герметичности, КЕФС.203733.006 (срок окончания разработки - 2010 г.).

Конверторы среды и сетевые коммутаторы

Основными технологиями высокопроизводительных информационных систем являются стандарты Fibre Channel и Gigabit Ethernet. Fibre Channel завоевывает все большую популярность у разработчиков военных систем и используется для модернизации авиационных систем. Fibre Channel успешно используется там, где необходима высокая пропускная способность связи периферийного оборудования с процессором обработки, например, для передачи видеоданных.

За базовую скорость передачи взято значение 1,0625 Гбит/с. Недостатком технологии Fibre Channel является сложность в реализации аппаратных и программных средств из–за наличия в стандартах множества дополнительных функций, вызванных необходимостью обеспечить канальную связь для различных видов оборудования.

Для обеспечения работы в системе Fibre Channel (FC) ЗАО «Центр ВОСПИ» разработаны и серийно выпускаются модуль конвертора и модуль коммутатора.modul.jpg

Модуль конвертера среды передачи FC (МК-1 КЕФС.469135.050 ТУ) предназначен для эксплуатации в составе цифровых высокоскоростных волоконно-оптических каналов обмена информацией.
Модуль осуществляет преобразование среды передачи сигнала с витой пары на оптику и последующее обратное преобразование.

Модуль может использоваться для увеличения расстояния соединения между двумя устройствами с выходами Fibre Channel на витую пару посредством оптического кабеля без снижения производительности, а также для передачи информации через области воздействия электромагнитных помех. Скорость передачи данных 1 Гбит/с. Способ передачи пакетов – «на лету». Содержит индикатор «связь» для каждого порта, индикатор питания.

Модуль коммутатора FC (МКС-8/1000 КЕФС.469135.052 ТУ) предназначен для эксплуатации в составе цифровых высокоскоростных волоконно-оптических каналов обмена информацией. Модуль коммутатора обеспечивает организацию полнодуплексной связи восьми с восьмью абонентами.

Скорость передачи данных 1 Гбит/с. Используется технология коммутации с промежуточным хранением. Содержит индикатор «связь» для каждого порта, индикатор питания.

Gigabit Ethernet (GE) является одной из высокоскоростных существующих komm.jpgтехнологий для организации сетевого взаимодействия. Она опирается на все те же компоненты Ethernet, с которыми проектировщики и сетевые администраторы хорошо знакомы, и уже сейчас имеет шансы в течение следующих нескольких лет стать самой быстрой связующей технологией для локальных сетей наземного, авиационного и морского применений.

Технология Gigabit Ethernet масштабируема и способна обеспечить весьма эффективную структуру от узла к узлу. Кроме того, миграция от существующих сетей к Gigabit Ethernet относительно проста. Стандарт 1000Base-T поддерживает технологию автосогласования между устройствами, работающими на разных скоростях - 100 или 1000 Мбит/с, что дает возможность поэтапного перехода к новым возможностям нового оборудования. Пользователи могут продолжать пользоваться Fast Ethernet, а при возникновении необходимости перейти к гигабитным скоростям. Благодаря этому Gigabit Ethernet обеспечивает безболезненный способ развития сети. Для обеспечения работы в сети Gigabit Ethernet (GE) ЗАО «Центр ВОСПИ» разработаны и серийно выпускаются модуль конвертора и модуль коммутатора.

Модуль конвертера среды передачи GE (МК-2 КЕФС.469135.051 ТУ) предназначен для эксплуатации в составе цифровых высокоскоростных волоконно-оптических каналов обмена информацией.

Модуль осуществляет преобразование среды передачи сигнала с витой пары на оптику и последующее обратное преобразование. Модуль может использоваться для увеличения расстояния соединения между двумя устройствами с выходами Gigabit Ethernet на витую пару посредством оптического кабеля без снижения производительности, а также для передачи информации через области воздействия электромагнитных помех. Скорость передачи данных 1 Гбит/с. Способ передачи пакетов – «на лету» (максимальная задержка 0,4 мкс). Поддерживает полу- или полнодуплексное соединения, по порту 1000Base-T автоматическое определение режима передачи. Поддерживает автоматическое кроссирование при подключении MDI-X кабеля. Содержит индикатор «связь/активность» для порта 1000Base-T, индикатор «связь» для порта 1000Base-LX, индикатор питания.

Модуль коммутатора GE (МКС-10/1000 КЕФС.469135.053 ТУ) предназначен для эксплуатации в составе цифровых высокоскоростных волоконно-оптических каналов обмена информацией.

Модуль коммутатора Gigabit Ethernet содержит 8 портов 10/100/1000Base-T и 2 порта 1000Base-LX и обеспечивает организацию полнодуплексной связи десяти абонентов по топологии «Звезда».komm2.jpgСкорость передачи данных по каждому электрическому порту 10, 100 или 1000 Мбит/с, по оптическим портам – 1000 Мбит/с. Девятый порт может работать по выбору в режиме 10/100/1000Base-Т или 1000Base-LX. Используется технология коммутации с промежуточным хранением. Управление потоком данных в полнодуплексном и полудуплексном режимах (при скорости передачи 1 Гбит/с порты работают только в полнодуплексном режиме). Поддерживает протокол автосогласования скорости работы (Auto–Negotiation) портов. Поддерживает автоматическое кроссирование при подключении MDI-X кабеля. Содержит индикаторы «связь/активность», «связь 1000» для каждого порта, питания. На всех портах имеется защита от импульсных выбросов напряжения и токов.

Все изделия предназначены для работы в жестких условиях эксплуатации для наземного, авиационного и морского применений:

  • диапазон рабочих температур от -60 до +60ºC;
  • повышенная влажность - до 100%;
  • пониженное давление - 15мм рт. ст.;
  • соляной туман;
  • стойкость к ударам (15g), вибрации (17g);
  • ускорению (10g), акустическому шуму 160 дБ.