[Ausbildung] Grundlagen LWL

In dieser Ausbildungseinheit geht es darum, die Technologie LWL und die dazugehörige Technik Kennenzulernen und Mithilfe einer Übung und der Beantwortung von Fragen zu vertiefen.

Voraussetzungen

Strukturierte Verkabelung

Dauer

1 Tag

Themen

LWL, Netzwerk

Ablauf

Was ist eigentlich LWL?

Lichtwellenleiter (LWL), oder Lichtleitkabel (LLK) sind aus Lichtleitern bestehende und teilweise mit Steckverbindern konfektionierte Kabel und Leitungen zur Übertragung von Licht.

Das Licht wird dabei in Fasern aus Quarzglas oder Kunststoff (polymere optische Faser) geführt. Sie werden häufig auch als Glasfaserkabel bezeichnet, wobei in diesen typischerweise mehrere Lichtwellenleiter gebündelt werden, die zudem zum Schutz und zur Stabilisierung der einzelnen Fasern noch mechanisch verstärkt sind.
Physikalisch gesehen sind Lichtwellenleiter dielektrische Wellenleiter. Sie sind aus konzentrischen Schichten aufgebaut; im Zentrum liegt der lichtführende Kern, der umgeben ist von einem Mantel mit einem etwas niedrigeren Brechungsindex sowie von weiteren Schutzschichten aus Kunststoff. Je nach Anwendungsfall hat der Kern einen Durchmesser von einigen Mikrometern bis zu über einem Millimeter. Man unterscheidet Lichtwellenleiter nach dem Verlauf des Brechungsindexes zwischen Kern und Mantel (Stufenindex- oder Gradientenindexfasern) und der Anzahl von ausbreitungsfähigen Schwingungsmoden, die durch den Kerndurchmesser limitiert wird.

Multimodefasern, in denen sich mehrere tausend Moden ausbreiten können, haben ein stark strukturiertes Strahlprofil (siehe Bild rechts). In Monomodefasern, die einen sehr kleinen Kerndurchmesser haben, kann sich nur die sogenannte Grundmode ausbreiten, deren Intensität in radialer Richtung näherungsweise normalverteilt ist. Die Anzahl der auftretenden Moden beeinflusst die Signalübertragung, da jede Mode einen unterschiedlich langen Lichtweg nimmt. Deshalb zeigen Multimodefasern mit zunehmender Länge eine stärkere Signalverfälschung (Modendispersion) als Monomodefasern, die somit zur Signalübertragung über weite Strecken besser geeignet sind.
Lichtwellenleiter werden vor allem in der Nachrichtentechnik als Übertragungsmedium für leitungsgebundene Kommunikationssysteme bei Glasfasernetzen verwendet und haben hier, weil sie höhere Reichweiten und Übertragungsraten erreichen, die elektrische Übertragung auf Kupferkabeln in vielen Bereichen ersetzt.

Lichtwellenleiter werden aber auch vielfältig in anderen Bereichen eingesetzt, wie unter anderem

  • zur Übertragung von Energie als Lichtleitkabel für den flexiblen Transport von Laserstrahlung zur Materialbearbeitung und in der Medizin
  • für Beleuchtungs- und Abbildungszwecke unter anderem in Mikroskopbeleuchtungen, Lichtleitkabeln und Bildleitern in Endoskopen sowie zur Geräte- und Gebäudebeleuchtung und zu Dekorationszwecken
  • in der Messtechnik als Bestandteil faseroptischer Sensoren, an Spektrometern und anderen optischen Messgeräten.

Kopiert von <https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtwellenleiter>

Vor- und Nachteile

Vorteile

  • hohe Übertragungsraten (Gigabit- bis Terabit-Bereich, selbst in alten Installationen)
  • sehr große Reichweiten durch geringe Dämpfung (bis mehrere hundert Kilometer)
  • kein Nebensprechen (ungewollte Signaleinstreuung auf benachbarte Fasern)
  • keine Beeinflussung durch äußere elektrische oder elektromagnetische Störfelder
  • keine Erdung nötig- Verlegbarkeit in explosionsgefährdetem Umfeld (keine Funkenbildung)
  • Möglichkeit zur Signalübermittlung an auf Hochspannungspotential liegenden Komponenten, zum Beispiel bei Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
  • wesentlich leichter als Kupferkabel- wesentlich weniger Platzbedarf als Kupferkabel
  • Rohstoffe – im Gegensatz zu Kupfer – praktisch unbegrenzt verfügbar
  • keine Brandauslösung durch parasitäre elektrische Ströme (z. B. Blitz, Kurzschluss) möglich
  • geringere Brandlast im Vergleich zu Kupferkabeln durch kleineren Bedarf an Isolierung und geringere Wärmeentwicklung
  • hohe Abhörsicherheit

Nachteile

  • hoher Konfektionierungsaufwand (Installation durch Spezialfirmen)
  • Schwachstelle Steckertechnik (Verschmutzung, Justage)
  • relativ empfindlich gegenüber mechanischer Belastung
  • teure Gerätetechnik
  • aufwendige und komplexe Messtechnik
  • nicht einfach zu verlegen: Bei starker Krümmung kann die Faser im Kabel brechen
  • über einen LWL können Geräte nicht mit Strom versorgt werden, Power over Ethernet ist also nicht möglich

Mögliche Störungen. Dämpfung durch:

  • Spleiße (dämpfen um ca. 0,02 bis 0,2 dB)
  • Einschlüsse
  • Deformierung des Kernes dämpft um 2 bis 5 dB/km (Kompensation der Dämpfung in der Nachrichtentechnik durch Optische Verstärker möglich)
  • Unterschreitung der minimalen Biegeradien, ein Teil des Lichtes tritt über das Cladding aus und wird nicht mehr reflektiert.
  • Faserbruch (Unfallgefahr, insbesondere bei den dicken LWL für Hochleistungslaser)
  • Dispersion
  • Monomode-Faser: Dispersion kann jedoch durch dispersionskompensierende Fasern kompensiert werden, dadurch sehr großes Bandbreitenlängenprodukt.
  • Multimode-Faser: Dispersion ist entsprechend groß, daher ist das Bandbreitenlängenprodukt klein

Kopiert von <http://www.fcsonline.de/index.php/infos/vor-und-nachteile-von-lichtwellenleitern>

Übung: „Außenstandort“

1. Situation

Die Firma „WebAhead“, welche Webauftritte erstellt und betreut, hatte durch einen großen Kunden und viele Aufträge im Jahr 2011 große Gewinne und ist rasch gewachsen.
Nachdem auch mehrere Mitarbeiter eingestellt wurden, soll nun statt der verteilten Entwicklung in Privatwohnungen ein gemeinsames Büro eröffnet werden.
Aufgrund des zusätzlich erfolgten Zusammenschlusses mit der Marketingagentur „ThinkSpace“, welche 2 km entfernt ihr Büro hat, soll diese als Außenstandort dienen.

2. Auftrag

„WebAhead“ hat sie nun beauftragt, eine Lösung für ihr Netzwerk zu schaffen.
So soll es in ihrem Büro 2 Stockwerke und einen Keller geben.
Im Keller stehen Web-Server, Datenbank-Server, Mail-Server, Firewall und noch weitere Komponenten, die für ein funktionierendes Netzwerk benötigt werden. Hier erfolgt auch der Anschluss ans Internet.
Die jeweils 4 Büros und 2 Konferenzräume in den beiden Stockwerken sollen natürlich angebunden werden.
Eine direkte Leitung zum Serverraum von „ThinkSpace“ soll ebenfalls eingerichtet werden.
Das Netzwerk soll schnell, zukunftssicher, strukturiert, aber auch so günstig wie möglich sein.

3. Aufgaben

  1. Welche Server werden noch benötigt?
  2. Planen sie die Verkabelung der Komponenten von „WebAhead“!
  3. Planen sie die Anbindung von „ThinkSpace“!
  4. Suchen sie Preise und Namen der benötigten Komponenten und erstellen sie einen Kostenvoranschlag.

4. Hinweise

  • Sprechen sie nach jedem Arbeitsschritt mit dem Ausbilder.
  • Zeichentools wie draw.io haben sich als sehr geeignet erwiesen.
  • Excel auch.
  • Glasfaser sind das Thema, können aber in einigen Fällen auch unnötig teuer sein
  • Auch Betriebssysteme können kosten…
  • Ein Web-Server? Müsste der nicht irgendwie vom restlichen Netz abgetrennt sein?

5. Lösung

Musterlösung

Wichtig: Es gibt keine einzig richtige Lösung. Hier aber ein paar Hinweise und Zeichnungen.

Server

  • AD-Server
  • DNS-Server
  • DHCP-Server

Internes Netzwerk

Die strukturierte Verkabelung sollte klar erkennbar sein, auch alle Räume und Netzwerk-Komponenten sollten vorhanden sein.

LWL Übung: Internes Netzwerk
LWL Übung: Internes Netzwerk

Anbindung Außen

Hier ist wichtig, dass für LWL an „LWL-Router“ etc gedacht wurde

LWL Übung: Anbindung Außenstandort
LWL Übung: Anbindung Außenstandort

Preisliste

Hier gibt es keine Vorlage. Es soll aber eine Excel-Tabelle entstehen mit Gegenstand, Preis, Link und einer Summe über alles.

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Fragen

  1. Für was steht die Abkürzung LWL?
    Lösung

    LichtWellenLeiter

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  2. Welche 2 Grundsätzlichen Arten von LWL unterscheidet man?
    Lösung

    Singlemode und Multimode

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  3. Was ist der Haupteinsatzgrund für LWL in der Nachrichtentechnik?
    Lösung

    Höhere Reichweiten und Übertragungsraten

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  4. Wie ist eine LWL grundsätzlich aufgebaut?
    Lösung

    Im Zentrum liegt der lichtführende Kern, der umgeben ist von einem Mantel mit einem etwas niedrigeren Brechungsindex sowie von weiteren Schutzschichten aus Kunststoff.

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  5. Was sind einige Vorteile von LWL?
    Lösung

    Siehe Vorteile weiter Oben

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  6. Und einige Nachteile?
    Lösung

    siehe Nachteile weiter oben

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  7. Wie kann es zu Verlusten bei der Übertragung kommen?
    Lösung

    siehe Störungen weiter oben

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  8. Was sind Dispersionseffekte?
  9. Was für Steckertypen gibt es?
  10. Wie ist eine LWL-Strecke aufgebaut?
  11. Kann man LWL abhören? Wenn ja, wie?
  12. Was muss man beim Verlegen von LWL beachten?
    Lösung

    Biegeradius, Störende Effekte (siehe oben), Quetschungen

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