Коммерческий успех СКС во многом стал возможен благодаря минимизации количества разновидностей линейных кабелей, которые допускались для применения в составе информационной проводки: за исключением короткого четырехлетнего периода действия первой редакции американского стандарта TIA/EIA-568 их выбор ограничивался электропроводными изделиями из витых пар и волоконно-оптическими кабелями.
Электропроводную медножильную технику предполагалось использовать на уровне горизонтальной подсистемы и при передаче на большие расстояния сигналов низкоскоростных приложений. Волоконно-оптические тракты были ориентированы на применение в магистральных подсистемах и для подключения систем хранения данных.
Любой тракт передачи СКС образован линейными и шнуровыми кабелями, которые соединяются между собой и подключаются к активному сетевому оборудованию с помощью разъемов. Тип последних на уровне пользовательского интерфейса фиксируется стандартами.
ЭВОЛЮЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ СКС
Коммутационное оборудование должно обеспечивать высокую результирующую технико-экономическую эффективность. Количественное сравнение различных вариантов группового коммутационного оборудования осуществляется на основе ряда критериев, одним из которых является плотность конструкции, то есть число портов на одну стандартную единицу высоты (1U). Достигаемая плотность в значительной степени зависит от типа задействованных разъемов.
Первым разъемным соединителем оптической подсистемы СКС был ST. Типовая плотность портов (из расчета двух волокон на порт коммутационного оборудования) составляла 8/1U для наиболее популярного 19-дюймового стандарта. Такое небольшое количество портов обусловливалось необходимостью наличия свободного пространства, чтобы при выполнении коммутации можно было удержать байонетную гайку большим и указательным пальцами. Если перейти на двухрядное расположение розеток со смещением рядов на половину межрозеточного расстояния, этот параметр можно увеличить вдвое.
В середине 90-х годов ST начал постепенно вытесняться SC. Главное достоинство последнего — возможность формирования дуплексной вилки, применение которой позволяло радикально решить проблему соблюдения полярности оптических трактов, а также обеспечивало более удобное одновременное подключение пары оптических волокон (простое линейное движение: схема push-pull). Кроме того, поскольку для SC не требовалось дополнительное свободное пространство вокруг розетки, плотность портов удалось увеличить — по меньшей мере до 16/1U при однорядном расположении розеток и 32/1U при двухрядном.
Разработка LC как разъема третьего поколения была предпринята с целью:
- дальнейшего наращивания плотности конструкции;
- достижения прямой взаимозаменяемости панельной части по посадочным местам с розеткой модульного разъема RJ45;
- обеспечения однотипных процедур коммутации с медножильной подсистемой.
Поставленная задача была решена за счет:
- перехода на центрирующие наконечники диаметром 1,25 мм;
- использования пластикового корпуса уменьшенных размеров;
- применения фиксирующей защелки рычажного типа по образцу вилок модульных разъемов витопарных?кабелей.
Типовая плотность конструкции 19-дюймовых полок с разъемами LC — 96/1U.
Аббревиатура LC была образована от словосочетания Link Control. Зачастую она расшифровывается как Lucent Connector (лаборатории Белла после разделения AT&T вошли в состав компании Lucent Technologies) и Little Click — маленькая защелка, что указывало на отличительные признаки: небольшие размеры и характерный звук при подключении.
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ LC
Первые образцы серийных LC устанавливались только на многомодовые кварцевые световоды. Затем, после достижения требуемой точности фиксации волокна в наконечнике, были внедрены одномодовые разъемы, для которых применялись все возможные виды полировок, в том числе в APC-варианте. Внешне они отличались только цветом пластмассы корпуса. С целью использования в системах промышленной автоматизации LC адаптирован для установки на кварц-полимерные и полимерные волокна, хотя в этой сфере он не получил большого распространения.
Центрирующий наконечник LC смонтирован по плавающей схеме, удерживается в переднем положении обычной нажимной цилиндрической пружиной и почти полностью скрыт в пластиковом корпусе. Пара одиночных вилок образуют дуплексное изделие. Для объединения вилок применяются различные методы, по-разному решается также задача одновременного воздействия на фиксирующие защелки при отключении вилки от розетки.
Розетки (адаптеры) имеют традиционную конструкцию. Однако для изготовления трубчатого разрезного центратора используется иной материал (фосфористая бронза для многомодовых изделий и керамика для одномодовых). Другое отличие состоит в способе крепления в коммутационном устройстве: оно может осуществляться как за выступающие фланцы с помощью винтов, так и по бесфланцевой схеме с помощью пластиковых защелок.
Для облегчения перехода от сетей старых типов к новым нередко устанавливаются переходные розетки, обеспечивающие в числе прочего миграцию на LC для разъемов старых типов с центрирующими наконечниками диаметром 2,5 мм.
В настоящее время LC — единственное дуплексное изделие, применение которого разрешается всеми без исключения действующими стандартами СКС (ISO/IEC 11801, TIA/EIA-568 и EN 50173) для формирования пользовательского интерфейса структурированной проводки.
За счет удачной конструкции, которая была подкреплена агрессивным маркетингом, LC быстро получил массовое распространение и сейчас входит в тройку наиболее распространенных типов оптических разъемов.
Следствием высокой популярности LC в отрасли стало то, что в задаваемом им форм-факторе реализован физический волоконно-оптический интерфейс большинства образцов активного сетевого оборудования. В частности, он нашел отражение в конструкции таких модулей, как SFP, SFP+, XFP, QSFP (в варианте BiDi для скорости 40 Гбит/с).
ПЕРВЫЕ УЛУЧШЕНИЯ
Несмотря на удачную конструкцию этого изделия, первый опыт его эксплуатации выявил ряд «детских» болезней. Их устранение не потребовало серьезной переработки исходного дизайна, а вносимые изменения ограничивались рационализаторскими предложениями.
Первоначально у LC не было защитного хвостовика (рис. 1, а), хотя у большинства серийных современных вилок он присутствует (рис. 1, б) и позволяет ограничить минимальный радиус изгиба кабеля шнура в точке входа в корпус. В зависимости от места установки хвостовики бывают обычными, укороченными, прямыми и изогнутыми (как правило, под углом 90°).
Рис. 1. Варианты исполнения вилок: а — первоначальное; б — с защитным хвостовиком; в — с модернизированным рычагом защелки |
Прочность пластикового корпуса недостаточна для некоторых областей эксплуатации. Исправляя этот недостаток, немецкая компания Euromicron в 2005 году выпустила LC с металлическим корпусом и задним круглым металлическим переходом на кабель. Пластиковая обойма, надетая на переднюю часть корпуса, исполняла главным образом функции идентификатора.
Швейцарская компания Diamond FO распространила свою технологию активной юстировки на наконечники диаметром 1,25 мм. Предлагаемое ею изделие имеет двухкомпонентную структуру: внутренний цилиндр из мельхиора, на который надета керамическая гильза. Такое исполнение позволяет максимально снизить потери на разъемном соединителе: не более 0,1 дБ для одномодовых компонентов.
У рычажного фиксатора имеется существенный недостаток: при подключенной вилке рычаг защелки глубоко входит внутрь розетки, и, когда вилку требуется отсоединить, нажимать на него неудобно. Для облегчения этой процедуры во многих изделиях на свободном конце рычага предусмотрен небольшой отгиб вверх (в направлении от корпуса вилки), тогда при коммутации он фиксируется подушкой большого пальца (при естественном хвате), а при отключении его можно подцепить ногтем.
Благодаря своим небольшим габаритам и линейной схеме подключения, LC хорошо подходит для применения в промышленных системах. Он устанавливается в защитные корпуса всех основных типов, а уровень применяемой защиты доведен до IP66 включительно. Общим для таких изделий является то, что рычаг защелки отжимается вниз с помощью внутреннего выступа защитного корпуса, а удержание разъема в собранном состоянии обеспечивают внешние элементы (накидная гайка, два боковых зацепа и т.?д.).
Переход на иммерсионную схему позволил отказаться от сложных традиционных процедур полевой клеевой установки вилок на волоконные световоды. Для достижения нужного уровня качества монтаж рекомендуется выполнять с использованием фирменного комплекта инструментов и средств визуализации дефекта посредством лазерной указки (например, систем Unicam компании Corning и Xpress Ultra LC компании OCC).
ФОРМИРОВАНИЕ ДУПЛЕКСНЫХ ВИЛОК
LC был создан и запатентован в одноволоконном варианте. На его корпусе, в отличие от SC, не предусматривались штатные элементы формирования дуплексной вилки. Одноволоконный LC популярен у операторов связи, так как массово используется при построении сетей доступа, реализованных на базе технологии PON. Различные кабельные изделия и приборные интерфейсы на основе симплексных компонентов LC неплохо востребованы при проведении измерений СКС.
Согласно стандартам, стационарные линии и тракты волоконно-оптической подсистемы СКС могут формироваться по дуплексной или многоволоконной схеме. Соответственно, для упрощения эксплуатации, вилки разъема LC тоже должны быть дуплексными. Кроме того, их подключение к розеткам следует осуществлять в правильной полярности.
С механической точки зрения LC обладает свойством симметрии только в одной плоскости, то есть обеспечивает естественную механическую блокировку ошибочного подключения.
Формирование дуплексной вилки может производиться в соответствии с несколькими схемами. Первые две предусматривают применение пружинящих крепежных обойм, которые в рабочем положении охватывают заднюю часть корпуса вилки LC, специально удлиненную для этого. Обоймы различаются только направлением ввода вилок: боковым или верхним (рис. 2, а и 2, б). В последнем случае, чтобы обеспечить нормальную ориентацию вилки, обойму после установки нужно повернуть на 180°. В целях повышения удобства эксплуатации кабельной системы обойма снабжается общей для рычагов защелок нажимной крышкой.
Рис. 2. Варианты формирования дуплексных вилок:
а — H-образная обойма; б — обойма шахтного типа; в — с корпусной обоймой и моноблочная вилка |
Определение фактической конфигурации всего изделия в соответствии с требованиями стандартов осуществляется за счет:
- окраски отдельных вилок в различные цвета;
- нанесения буквенных маркирующих индексов A и B на корпус обоймы.
Индексы в большинстве случаев указываются на нажимной крышке и иногда наносятся на боковую поверхность корпуса обоймы верхнего ввода.
При необходимости изменения полярности достаточно разжать губки обоймы и переставить вилки в другие гнезда.
Общая жесткость пружинящей крепежной обоймы относительно невелика, что приводит к «разбалтыванию» вилок в процессе эксплуатации. Для устранения этого недостатка применяют обоймы корпусного типа, которые состоят из основания и крышки: отдельные вилки устанавливают на основание, после чего крышку закрывают, фиксируя ее защелками.
Моноблочное изделие (рис. 2, в) отличается наличием общего литого корпуса, из которого выступают отдельные корпуса с рычажными фиксаторами, и фиксированной конфигурацией. Основными преимуществами последней считаются более крепкая, устойчивая конструкция и меньшая стоимость.
Отдельно укажем на то, что у моноблочной вилки и дуплексного изделия с корпусной обоймой похожий дизайн, отличия незначительны.
ЗАЩИТА ОТ НЕПРЕДНАМЕРЕННОЙ ОШИБОЧНОЙ КОММУТАЦИИ
Во избежание ошибочного подключения вилки к не предназначенному для нее оптическому порту конструкция LC была дополнена ключевым выступом (англ. keyed LC). Суть решения заключается в формировании на корпусе вилки одного или нескольких выступов, которые при подключении взаимодействуют с соответствующими вырезами в гнезде розетки. Корпуса элементов разъема окрашиваются в одинаковые цвета (принцип «цвет к цвету»), что позволяет контролировать правильность подключения (рис. 3, а).
Рис. 3. Решения по защите от ошибочной коммутации:
а —ключевой выступ; б — подвижный стержневой блокирующий элемент; в — подвижный корпус |
Механическая защита от отключения (решения класса security) достигается двумя основными способами. В первом случае предусматривается подвижный стержневой элемент, который в активном состоянии вводится под рычаг защелки и не дает ему опуститься вниз при нажатии. Во втором варианте подвижный компонент выполнен в виде корпуса, который в надвинутом вперед положении не дает нажать на рычаг, блокируя физический доступ к нему.
Корпус блокирующего механизма может быть неподвижным. Тогда для отключения необходимо воспользоваться ключом.
ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ
Рассматриваемые далее конструктивные элементы вводятся в состав разъема LC с целью решения двух основных задач. Они обеспечивают защиту:
- от попадания мощного лазерного излучения в глаза пользователей;
- от загрязнения оптически активных поверхностей волокна.
В первом случае применяется наружная крышка (рис. 4, а), во втором — используются различные внутренние крышки. Внешняя крышка обычно откидывается вверх вручную перед подключением вилки, внутренние элементы открываются под действием нажимающего усилия вилки.
Рис. 4. Элементы защиты гнезда розетки:
а — внешняя откидная дверца; б и в — внутренняя заслонка; г — подвижная заслонка для центратора |
Первый уровень защиты от пыли предотвращает попадание пылевидных частиц в гнездо розетки. Для этого устанавливается внутренняя подпружиненная заслонка, которая перекрывает доступ в гнездо. При вставленной вилке заслонка чаще всего опускается вниз. Компания Panduit предложила розетку, где этот защитный элемент сдвигается вбок. Угол установки специально несколько увеличивается и выбирается таким образом, чтобы при подключении ее толкал край корпуса (рис. 4, б), а не торец наконечника (рис. 4, в). Несколько большее усилие в данном случае полностью компенсируется заметным снижением рисков загрязнения.
Защита от попадания пыли в трубчатый центратор реализована американской компанией Sanwa. Для этого используется крышка, плотно прилегающая к входному обрезу трубки центратора и связанная с длинным стержневым толкателем. При установке вилки в розетку носик рычажной защелки упирается в толкатель, который за счет соответствующей кинематической связи сначала поворачивает крышку вверх, а затем при дальнейшей подаче вилки сдвигает ее назад по направляющим (рис. 4, г).
Выступающий из корпуса передний конец центрирующего наконечника затрудняет создание защитной крышки по образцу конструктивно похожих изделий LX.5 и F3000. Данный недостаток преодолен швейцарской компанией Huber + Suhner, создавшей на базе LC разъем Coverino LC. Кроме крышки, на корпусе вилки выполнен паз, с помощью которого можно, легко нажав на крышку розетки, откинуть ее и вставить вилку.
КОНКУРИРУЮЩИЕ РАЗРАБОТКИ
Как и любое достаточно сложное техническое изделие, разъем LC имел определенные недостатки. К таковым относятся:
- достаточно большие для миниатюрных разъемов габариты вследствие применения внешнего фиксатора рычажного типа, сильно выступающего вверх;
- плохо защищенный от загрязнений наконечник (заглубление его внутрь корпуса по образцу SC лишь частично решало эту проблему);
- некоторые недоработки эксплуатационного плана.
Данные недостатки вполне объективны: LC был одним из первых малогабаритных оптических разъемных соединителей. Не исключено, что он создавался в условиях спешки, так как параллельно велись разработки конкурирующего соединителя MU.
Все эти недочеты не были секретом. Например, чтобы уменьшить примерно на 15% площадь миделя дуплексной вилки, был предложен разъем LCmini, который отличался от прототипа уменьшенным (до 5,25 мм против 6,25 мм) расстоянием между осями центрирующих наконечников.
Стремление улучшить потребительское качество изделия привело к появлению других разработок, которые превосходили LC по отдельным или даже нескольким параметрам. Все малогабаритные разъемы можно разделить на элементы в одиночном (с возможностью формирования дуплексной вилки) и моноблочном вариантах (см. таблицу).
Сравнительные размеры малогабаритных разъемов |
Среди симплексных изделий, для которых предусмотрена возможность их сборки в вилку, отдельного упоминания заслуживает F3000, который имел защитную крышку для наконечника. Схожий по конструкции LX.5 обладал еще и заметно меньшими габаритами. Отдельно надо отметить, что розетка LX.5 позволяет подключать к ней LC.
Моноблочные соединители URM и CS сочетают в себе удобство использования и хорошие массогабаритные показатели. За счет перехода на общую для двух наконечников фиксирующую обойму площадь миделя у них примерно на 10% меньше, чем у лидировавшего ранее по этому параметру изделия MU. Недостаток моноблочной конструкции в виде невозможности перехода от прямого варианта разъема к скрещенному и наоборот не критичен для центров обработки данных, где смена полярности осуществляется с помощью известных методов, позволяющих работать с дуплексными шнурами одного вида.
Сильной стороной новейшей разработки CS являются наличие интегральной длинной центральной тяги для воздействия на механизм pushpull, а также совместимость пары этих вилок с перспективными трансиверами форм-фактора QSFP-DD. Таким образом, потенциально обеспечивается скорость 200 и 400 Гбит/с (в первом случае используется одна вилка, во втором — две). С учетом последнего свойства предусмотрены сдвоенные розетки для вилок горизонтального исполнения (вилки размещаются рядом по схеме side by side).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на 20-летнюю историю применения, LC как компонент коммутационного оборудования оптической подсистемы информационной проводки СКС еще далеко не исчерпал своих возможностей, не устарел морально и вполне соответствует современным требованиям. Он хорошо совместим со всеми разновидностями волоконных световодов, применяемых в различных СКС,?— от кварцевых с сердцевинами всех диаметров до полимерных.
Хотя исходная конструкция LC имеет ряд недостатков, их исправление не вызывает серьезных проблем, заметно улучшает потребительские качества соединителя и делает эксплуатацию кабельной системы более эффективной. Конкурирующие разработки не имеют каких-либо решающих преимуществ перед LC; последний проигрывает им только по одному параметру — примерно в 2,5 раза большей площади миделя дуплексной вилки.
Андрей Семенов, директор по развитию СУПР, профессор МТУСИ