Cabluri de transmisie a datelor

Cabluri de transmisie a datelor

1 Cablul coaxial

    Cablurile coaxiale constau dintr-un singur fir de cupru in lungul axei cablului. Acest fir este separat de stratul protector exterior de un izolator din spuma sau alt dielectric. Un scut conductiv acopera cablul. In mod uzual un alt strat izolator este aplicat intregului cablu - acesta nu are nimic de-a face cu capacitatea de transmisie a cablului. Datorita constructiei cablului, coaxial, frecvente foarte inalte pot fi transmise fara scurgeri in afara. De fapt, duzini de canale TV, fiecare de cite 6MHz largime, pot fi transmise de un singur cablu.
    Faptul ca, cablul coaxial - sau coax - poate suporta o largime de banda foarte mare nu a fost trecuta cu vederea de catre tipii de la CATV. Un lider al industriei CATV a spus, acum citiva ani, 'Avem mai multa largime de banda printr-un accident fata de telefonie care o are cu un scop.'. Intradevar, este corect; punerea unui canal telefonic pe un cablu coaxial nu este deloc o incercare.    Performantele sunt strans legate de diametrul si grosimea cablului. Se mai deosebesc si prin impedanta: RG-8 si RG-11 au 50 ohmi si diametru de 1 inci, RG-58 are 50 de ohmi si este un cablu mai subtire iar RG-59 are 75 ohmi, este mai ieftin si e folosit pentru versiuni Ethernet de banda lata.
    Avantaje: ecranarea le face mai rezistente la interferentele electromagnetice, retelele cu acest tip de cablu sunt utilizate de peste 20 de ani si deci sunt cunoscute si ieftine, sunt mai durabile.
    Dezavantaje: nu sunt total invulnerabile la interferentele electromagnetice si ar trebui evitata folosirea lor in medii in care exista zgomot de natura electrica, sunt rigide.

Figura 3: Cablul coaxial

    De obicei cablul coaxial se instaleaza de la dispozitiv la dispozitiv , utilizand fie conectoare in T care unesc segmente de cablu (in cazul cablului coaxial subtire) , fie dispozitive cu mufe 'vampir' ce se ataseaza la cablu (in cazul cablului coaxial gros)
Caracteristici ale cablului coaxial :
    -cost-creste cu diametrul si compozitia conductorilor.Cablul coaxial subtire este relativ ieftin , mai ieftin decat STP sau decat UTP categoria 5.
    -usurinta de instalare-relativ simpla , dar modificarile ulterioare mai dificile;
    -capacitatea-poate suporta rate de transfer situate intre capacitatea cablului torsadat si capacitatea fibrei optice.(uzual 10 Mbps);
    -atenuarea-mult mai scazuta decat la orice cablu torsadat;
    -imunitate-modul de constructie reduce mult interferentele.
    Segmentele trebuie sa aiba maxim 185m lungime.Standardul cere ca segmentele multiple sa fie totusi legate prin repetoare.

2 Cablul cu perechi de fire torsadate (rasucite)

  Sunt cabluri formate din perechi de fire de cupru izolate si rasucite pentru a anula efectul trecerii curentului electric prin doua fire paralele.
Exista trei tipuri de cable torsadate:
    -neprotejate (unshielded-UTP)

-  neprotejate (unshielded-UTP)

-protejate(shielded-STP)

    UTP-este format dintr-un set de cabluri torsadate intr-o simpla teaca de plastic .Este cablul cel mai utilizat.Sunt 5 categorii iar 3 si 5 sunt cele mai uzitate.Categoria 5 de UTP prevede cateva imbunatatiri precum si un numar mai mare de rasuciri pe unitatea de lungime si o izolatie mai puternica.Cablurile se folosesc de cele mai multe ori cu mufe RJ-45. OB
Caracteristicile cablului UTP:
    -cost-este extrem de scazut in comparatie cu alte medii de transmisie;
    -usurinta de instalare-echipamentul de instalare este ieftin , usor de utilizat si larg disponibil.Este usor de gestionat si reconfigurat;
    -capacitatea-suporta rate de transfer de la 1 la 100 Mbps pe distante de pana la 100m
    -atenuarea-toate firele de cupru sufera o atenuare rapida , distantele uzuale fiind de cateva sute de metrii;
    -imunitatea la interferente-este scazuta , iar dispozitivele externe pot intercepta semnalele din fire.

1. Cablu bifilar torsadat neecranat (UTP Unshielded twisted-pair ).
Eliminarea ecranului duce la scaderea pretului si a rigiditatii cablului. Adaptarea cablurilor UTP pentru transmisii de date a inceput in anul 1980. Pentru atingerea performantelor cerute aceste cabluri au fost impartite in 5 clase:
 - transmisii vocale;
 - ransmisii cu viteza redusa pentru sisteme de alarme;
 - transmisii cu rate pana la 16 Mbps;
 - utilizabile la rate de pana la 20 Mbps;
 - transmisii de pana la 100 Mbps.
Instalarea corecta a cablurilor de tipul 5 costa considerabil mai mult decat instalarea tipurilor inferioare de cabluri UTP.
Avantaje: sunt cele mai ieftine tipuri de cabluri, au o rigiditate redusa, metodele de instalare sunt similare celor utilizate la realizarea retelelor telefonice.
Dezavantaje: sunt potential foarte vulnerabile la interferente, necesita protectie suplimentara impotriva defectelor mecanice.

2.Cablu bifilar torsadat ecranat.
Acest cablu consta din doua fire izolate care sunt rasucite ul in jurul celuilalt. Acest lucru duce la reducerea emisiilor de perturbatii EMI. In multe implemen tari cablurile bifilare torsadate includ mai multe perechi de fire. Dintre avantaje sunt de mentionat: rezistenta la interferente electromagnetice, latime de banda mare, durabilitate.
Dezavantaje: nu sunt total imune la interferentele electromagnetice, pot fi rigide.
Cablurile bifilare torsadate sunt inca utilizate, dar au devenit mai putin populare. Cablurile ecranate au cazut in dizgratie datorita costului lor ridicat si al rigiditatii, care adesea afecteaza mult prea   repede traseele firelor.

    Astazi se pune accentul pe cablurile bifilare torsadate neecranate.
STP-este cablu torsadat izolat suplimentar de o folie protectoare.Este utilizat de exemplu in retelele IBM si Apple.
Caracteristicile cablului STP:
    -cost-este moderat de scump , fiind mai scump decat UTP , dar mai ieftin decat cablul coaxial gros sau fibra optica;
    -usurinta de instalare : este mai dificil decat UTP.Se folosesc conectori speciali si tehnici speciale de instalare.Este mai dificil chiar decat cablu coaxial , dar se pot folosi cabluri preconfigurate.
    -capacitatea : se pot realiza transferuri de pana la 500 Mbps la 100m.Cea mai utilizata rata este de 16 Mbps;
    -atenuarea: similara cu UTP;
    -imunitatea la interferente: sporita fata de UTP , dar este scazuta;
    Specificatiile au fost publicate in 1990.Sistemul opereaza cu 2 perechi de fire , o pereche pentru receptia semnalului si alta pentru transmisie.Cele 2 perechi trebuie torsadate pe o unitate de lungime in functie de semnalul transmis .Modul de conectare al cablului este dat mai jos:

    Segmentele multiple de perechi torsadate comunica prin intermediul unui HUB multiport.Un HUB cu 5 porturi este reprezentat in figura de mai jos:

    Sistemul a fost desenat pentru a permite segmente de aproximativ 100m lungime cand folosim fir telefonic torsadat pereche 'voice grade' modern ce se gaseste in EIA/TIA categoria 3.Standardul de cable EIA/TIA recomanda un segment de 90 m lungime intre echipamentele terminale defir si priza de birou ,lasand 10 m de cablu pentru acomodarea cablelor de cale la fiecare capat al link-ului, etc.
    Daca se foloseste cablu Categoria 5 de inalta calitate atunci se poate lucra foarte bine ata pe 10 Mbps cat si pe 100 Mbps.
    Semnalele de transmisie si receptie al fiecarei perechi sunt polarizate ,un fir al perechii transporta semnal (+) , celalat (-).
    Se poate folosi si conector 'Telco' cu 50 de pini pentru HUB-uri.
    Cand conectam 2 MAU torsadate pe un segment ,pini de transmisie al conectorului trebuie sa fie la pinii de receptie al celuilalt si invers.
    Daca un singur segment este conectat la 2 computere putem face semnalul 'crossover' construind un cablu special de 'crossover' cu pinii de transmisie al clipsului dintr-un capat al cablului legat cu pinii de receptie al clipsului de la celalt capat al cablului si invers.

3 Fibra optica

     Fibra optica este cel de-al treilea mediu de transmisie, si este incontestabil mediul cel mai cautat. In timp ce transmisia pe cupru utilizeaza frecvente in domeniul MHz, transmisiile pe fibra utilizeaza frecvente de un milion de ori mai mari. Acesta este un alt mod de a spune ca diferenta predominanta dintre undele electromegnetice si undele luminoase este frecventa. Aceasta diferenta permite viteze de transmisie de magnitudini imense. Vitezele de transmisie de ordinul a 9.9 Gbps au devenit comune in industria de azi. La aceasta viteza intregul set de 15 volume ale Enciclopediei Britannica poate fi transmis in mult sub o secunda.
    Punerea fibrelor, masurate in mile, costa inca ceva mai mult decit intinderea cuprului. Oricum, masurate in circuite, nu exista asemanare; fibrele cistiga detasat. Totusi, daca o bucla locala este trasa la o locuinta exista putina justificare pentru a instala fibre - nu va fi nevoie de mai mult de unul sau doua-trei circuite. Aceasta realizare a dus la o tranzitie in gindirea noastra. La timp scurt dupa comercializarea fibrelor, am vorbit de fibra - pina - acasa (FTTH). S-a realizat apoi ca este nevoie putina de a instala fibra pentru ultimile citeva sute de yarzi, asa ca industria s-a concentrat asupra fibra - pina - la - trotuar (FTTC). Intr-un astfel de sistem fibra va transmite o multime de canale la 'trotuar', de unde vor fi sparte si aplicate pe cupru care se duce apoi la case. In majoritatea cazurilor chiar si aceasta era prea mult si fibra - la -cartier (FTTN) este acum utilizata. Mesajul este clar: pune fibra cind este economic sa o faci, iar altfel bazeaza-te pe cupru.

Componentele cablului:

    -miez se utilizeaza de obicei sticla siliconic, datorita transparentei sale ridicate, dar au fost experimentate si unele cabluri cu miez din material plastic. Cablurile de sticla pot transporta semnale la distante de mai multi kilometri, ar fi necesar reimprospatarea acestora, in timp ce in cazul cablurilor cu miez de plastic distanta maxim este de aproximativ 100 de metri.
invelis izolator
    - inconjoara miezul, caracteristica sa este ca reflecta lumina inapoi in miez, reducandu-se astfel atenuarea semnalului;
manta
    - un invelia dur, realizat de obicei din Kevlar, care protejeaza cablul. Mai multe fibre optice pot fi plasate in interiorul aceleiasi mantale de cablu.

Caracteristici fibra optica :
    -cost este mai mare, dar scade rapid odata cu dezvoltarea tehnologiei
    -usurinta de instalare :datorita naturii cablurilor de fibra optica apar probleme deosebite la instalare.
    -capacitatea : suporta capacitati de la 100 Mbps la 2 Gbps pe distante cuprinse intre 2 si 25 km
    - atenuare: extrem de scazuta
    -imunitate: sunt imune la interferente electromagnetice , iar semnalele nu pot fi interceptate
    O ultima solutie este utilizata in multe zone si s-a dovedit adesea profitabila. Este o combinatie de fibra si cablu coaxial sau cum este cunoscuta hibridul fibra/coac (HFC). Asa cum am vazut coaxialul are o banda mai larga decit cuprul dar mai mica ca a fibrei. Astfel in 60% din casele din U.S. coaxialul de la CATV merge la case; legarea coaxialului la fibra pentru ultimii metri este tehnologic bine.
    Fibrele vin in citeva forme; primele doua si cele mai predominante sint multi-mod si mono-mod.

Asa cum se vede diametrul total pentru ambele este de aproape 125 mm (un micron este o milionime dintr-un metru). Totusi sticla pura care formeaza inima mediului de transmisie este intre 50 si 62,2 microni pentru fibrele multi-mod si aproape 8 pina la 10 mm pentru fibra mono-mod. Cineva ar gindi ca fibrele multi-mod vor avea o rata de transmisie mai mare; totusi adevarul este tocmai invers. Cu o fibra mono-mod doar o raza sau mod este transmisa pe canal si acest lucru face ca regenerarea semnalului in diferite puncte ale traseului sa fie mai simpla. De fapt fibrele mono-mod alcatuiesc majoritatea retelelor la mare distanta de azi.
    Marea capacitate a fibrelor optice face comunicatiile sa fie mult mai eficiente; cu toate acestea, directionarea a prea mult trafic printr-un singur fir creaza mai mare vulnerabilitate. Majoritatea intreruperilor in reteaua interurbana sunt rezultatul intreruperilor fizice in traseul fibrei.
    Vom prezenta mai jos un computer legat la un HUB repetor printr-un 10BASE-FL segment.

    Computer-ul este echipat cu o interfata Ethernet care are conector AUI cu 15 pini.Acest conector permite o conectare la un MAU de fibra optica extern (FOMAU) , folosind un cablu AUI standard.FOMAU-ul este conectat la repetor prin 2 fire de fibra optica .Un alt port al HUB-ului este conectat la un cablu de fibra optica care poate fi conectat la un alt HUB repetor pe fibra optica distant.
    In continuare se vor prezenta 3 modele de conectare in retea , din care primul este o conectare maximala.

4 Comunicatii fara fir

    Comunicatiile fara fir reprezinta optiunea finala ca mediu de transmisie. Acestea imbraca diferite forme: microunde, sateliti sincroni, sateliti cu orbita joasa, celular, PCS (personal communications service), etc. Unele dintre acestea vor fi descrise mai in amanunt in cele ce urmeaza. In toate cazurile, totusi, un sistem fara fir ne scuteste de o infrastructura complexa de fire. In cazul satelitilor sincroni, transmisia poatea avea loc peste oceane si deserturi. Cu microundele nu este nevoie sa se implanteze cabluri, iar in teritoriile muntoase aceasta reprezinta un avantaj semnificativ. Celularul si PCS permit mobilitatea. Fiecare sistem prezinta avantaje si dezavantaje.
Primul sistem radio si de telefonie disponibil comercializat este cunoscut sub numele de serviciul de telefonie mobila imbuntatit (IMTS) a fost pus in functiune in 1946. Sistemul era destul de nesofisticat, dar nu exista nici aparatura electronica solida. Cu IMTS, un turn inalt de transmisie era inaltat aproape de centrul orasului. Se transmiteau si receptau mai multe canale alocate, de la antena din varful turnului. Orice instalatie cu o raza de actiune putea incerca sa prinda unul dintre aceste canale si o transmisie completa. Din nefericire numarul canalelor disponile nu au putut satisface nevoile utilizatorilor. Si, parca n-ar fi fost de ajuns, pe masura ce zona urbana se extindea, transmitatorul si receptorul primeau mai multa putere, accesibilitatea se extindea, si tot mai multi abonati nu reuseau sa obtina ton.
    Solutia acestei probleme a reprezentat-o celularul. Zonle urbane au fost impartite in celule de cativa kilometri diametru, fiecare celula operand intr-un set de frecvente (transmisie si receptie) diferite fata de frecventa celulelor adiacente. Deoarece puterea transmitatorului intr-o anumita celula a fost mentinuta la un nivel suficient pentru a deservi acea celula, acelasi set de frecvente putea fi folosit in mai multe locuri din oras. Incepand cu anul 1983, doua companii, o companie de cablu si alta denumita Tranportor Aerian, au primit licenta de a opera in fiecare teritoriu important.
    Doua caracteristici ale sistemelor celulare sunt importante prin utilitatea lor. Prima - sistemul controla hand-off. Atunci cand abonatii treceau dintr-o celula intr-alta, telefoanele lor de masina, in conjuncite cu echipamentul electronic sofisticat de pe site-ul celulei (cunoscut si ca statie de baza) si switching offices (cunoscute si ca MTSO) faceau transferul de la o frecventa la alta fara nici o pauza sesizabila. A doua -  sistemul era de asemenea proiectat sa localizeze abonatii, chemandu-i in fiecare celula. Atunci cand era localizat vehiculul in care se afla abonatul chemat, echipamentul ii repartiza un set de frecvente si conversatia putea incepe.
    Tehnologia de transmisie initiala folosita intre vehicule si amplasamentul celulei (site) era de natura analogica. Este cunoscut ca Serviciul Avansat de Telefonie Mobila (AMPS). Schema analoaga folosita s-a numit FDMA (Frequency Division Multiple Access).
    Dar era transmisiilor digitale incepea si multe companii care operau in acest domeniu au decis ca schema de transmisie digitala era de preferat. Rezultatul a fost TDMA (Time Division Multiple Access). In Europa, schema aleasa a fost adaptarea TDMA folosita in Statele Unite si a fost denumita Groupe Special Mobile. De atunci, numele a fost shimbat in GSM (Sistemul Global de Comunicatii Mobile).
    Ca si cum aceasta n-ar fi fost de ajuns, un alt treilea grup de companii a determinat ca o schema speciala cu spectru larg sau frequency-hopping ar fi si mai buna. Rezultatul a fost CDMA (Code Division Multiple Access). Deci exista cel putin patru scheme care pot fi folosite pentru comunicarea intre vehicul si site-ul celulei respective.Comunicatiile intre site si MTSO foloseau mai multe tehnici conventionale, precum microunde, fire de cupru sau fibra optica.
    Dezvoltarea continua a comunicatiilor celulare (in prezent sunt in jur de 20000 de inscrieri in fiecare zi) a determinat guvernul si industria din Statele Unite sa caute noi cai de satisfacere a nevoilor evidente nu doar pentru serviciile telefonice obisnuite, dar si pentru servicii si particularitati speciale, telefoane mai mici si folosirea telefoanelor celulare. Aceasta cercetare a condus la industria PCS. Au fost alocate benzi de frecventa aditionale in folosul lor, si decat sa le atribuie primilor veniti sau castigatorilor unei loterii, FCC le-a scos la licitatie printr-o procedura complicata care a adus trezoreriei US miliarde de dolari.
    Satelitii geosincroni reprezinta un alt mod de a furniza comunicatie wireless. Acesti sateliti, situati la 22300 mile deasupra pamantului, se rotesc in jurul pamantului o data la 24h - ca si pamantul. In consecinta, ele par stationare. Comunicatiile intre doua locuri pe pamant pot avea loc folosind acesti sateliti; o banda de frecventa este folosita pentru transmisia intr-un sens (uplink) iar cealalta pentru transmisia in celalalt sens (downlink). Asemenea sisteme de satelit sunt excelente pentru transmisia de date, dar lasa de dorit in transmisiile vocale. Aceasta se datoreaza distantei mari si timpului necesar pentru ca semnalul electric sa parcurga distanta Pamant-Satelit-Pamant. Acest timp este de aproximativ un sfert de secunda. Raspunsul de la abonatul apelat mai dureaza si el un sfert de secunda, iar jumatatea de secunda rezultata este sesizabila. Prin urmare, comunicatiile vocale sunt rareori directionate catre satelitii geosincroni.
    O alta tehnologie de telecomunicatie fara-fir este LEO (Low Earth Orbit Satellite System). LEO sunt sateliti care comunica direct cu telefoanele de pe pamant. Deoarece acesti sateliti sunt relativ josi - mai putin de 900 mile - ei se misca pe cer destul de repede.
    In sistemul LEO echipamentul de telecomunicatii de pe satelit se comporta foarte asemanator cu un site din sistemul celular. Prinde un telefon de pe pamant si il trece de obicei unui sistem de comutare terestru. Datorita vitezei satelitului este adesea necesar sa se inmaneze un apel unui al doilea satelit al doilea satelit care tocmai apare la orizont. Aceasta se aseamana cu sistemul celular, doar ca in acest caz site-ul este cel care se misca, nu abonatul.
    Numeroase sisteme sunt acum in faza de proiect si de fapt multi sateliti au fost deja lansati. Cel mai important este Iridium, creat de Motorola, care va utiliza 66 sateliti. Un al doilea sistem, numit Globstar, va utiliza 48 sateliti. Mai exista cel putin doua sau trei alte sisteme care sunt avansate, in faza de pregatire a lansarii.