Medienkonverter: Schlüsselpunkt in Telekommunikation und Netzwerk

Ethernet ist eine Netzwerktechnologie, die 1980 kommerziell eingeführt wurde und ihre erste Standardisierung 3 Jahre später (1983) als IEEE 802.3 Standard erhielt. Mit dieser Technologie können Geräte über Kabel miteinander verbunden werden, um ein lokales Netz (LAN), ein Weitverkehrsnetz (WAN) oder ein Großstadtnetz (WAN) zu bilden. Obwohl andere kabelgebundene Netzwerktechnologien wie Single Pair Ethernet (SPE) und Optical Fiber (OF) größere Vorteile als physikalische Übertragungsmedien bieten, ist Ethernet das Rückgrat der Netzwerktechnik geblieben. Die Technologie wird vor allem wegen ihrer Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Allgegenwärtigkeit, hohen Datenübertragungsraten und Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Netzanforderungen geschätzt.

Angesichts der Notwendigkeit, Ethernet, SPE und OF auf die effektivste Weise zu nutzen, wurden Medienkonverter (MCs) auf den Markt gebracht. Wie der Name schon sagt, sind Medienkonverter so konzipiert, dass zwei Geräte mit unterschiedlichen Übertragungsmedien miteinander kommunizieren können. Vereinfacht ausgedrückt, wird damit von einem Medium auf ein anderes umgeschaltet. Zum Beispiel, um die Verbindung von SPE zu Ethernet zu ermöglichen.

Arten von Medienkonvertern

1. Kupfer-zu-Glasfaser

Die häufigste Art von MCs ist Kupfer-Glasfaser. Sie wurden entwickelt, um das Kurzstreckenproblem bei der Datenübertragung über Kupferkabel zu lösen, wobei die Daten über Glasfasern übertragen werden, was wesentlich größere Entfernungen ermöglicht. In der Regel fungieren sie als Transceiver, die elektrische Signale in Lichtwellen für die Übertragung über Glasfasern umwandeln. Dieser Ansatz wird oft aus Sicherheitsgründen bevorzugt, da die Glasfaserkommunikation im Vergleich zu Kupferkabeln von Natur aus sicherer gegen das Abfangen von Daten ist. Da sowohl SPE als auch Standard-Ethernet auf Kupferkabeln basieren, kann die Integration von Kupfer-Glasfaser-MCs die Cybersicherheit in Netzwerkinfrastrukturen erheblich erhöhen.

Die folgenden Arten von MCs fallen unter diese Kategorie:

1.1 Ethernet zu Glasfaser

Diese Art von MC wandelt das Standard-Ethernet, IEEE 802.3, in Glasfaser um. Es gibt verschiedene MCs in dieser Kategorie, zum Beispiel Fast- und Gigabit Ethernet. Alle haben unterschiedliche Bitraten.

1.2 Ein-Paar-Ethernet auf Glasfaser

Single Pair Ethernet to fiber MCs adressieren den schwierigsten Aspekt von SPE und Standard Ethernet: die überbrückbare Distanz. Da 100 m für Standard-Ethernet und nur 15 m für SPE eine ernsthafte Einschränkung im industriellen IoT darstellen, werden SPE-zu-Glasfaser-Medienkonverter eingesetzt, um diese Distanz zuverlässig und kostengünstig auf mehrere Kilometer zu verlängern.

1.3 Seriell zu Glasfaser

Seriell-Glasfaser-Medienkonverter ermöglichen die Umwandlung serieller Protokolle wie RS232, RS422 oder RS485 in optische Signale zur Übertragung über Glasfaserkabel. Diese Konverter dienen als Brücke zwischen seriellen Kommunikationsgeräten und Glasfasernetzen und ermöglichen die Übertragung von Daten über viel größere Entfernungen und in schwierigeren Umgebungen als herkömmliche serielle Kupferverbindungen.

2. Faser-zu-Faser MC

Dieser Medienkonverter gewährleistet die Konnektivität zwischen Singlemode- und Multimode-Glasfasern sowie zwischen Single- und Dualfasern. Darüber hinaus können sie auch Glasfasernetze verbinden, die unterschiedliche Wellenlängen für die Datenübertragung verwenden. Sie können auch für Ethernet- und Zeitmultiplexanwendungen (TDM) eingesetzt werden und sind in der Regel protokollunabhängig.

2.1 Multimode to Single mode

Aufgrund ihres Kerndurchmessers, der zwischen 8 und 10,5 µm liegt, ist die Signaldämpfung bei optischen Singlemode-Netzen in der Regel gering. Daraus resultiert eine hohe Datenrate von 100 Gbps, die in einer Richtung über eine Strecke von bis zu 80 km erreicht werden kann. 

Im Gegensatz dazu können Multimode-Fasernetze mit Kerndurchmessern von 50µm oder 62,5µm Daten in mehr als eine Richtung übertragen. Aufgrund des größeren Kerndurchmessers sind Dispersion und Signaldämpfung in Multimode-Fasern im Vergleich zu Singlemode-Fasern höher. Es kann eine Datenrate von 10Gbps auf bis zu 500m erreichen.

Mit einem Multimode-zu-Singlemode-Faser-MC ist es möglich, ein Multimode-Fasernetz effektiv und zuverlässig zu erweitern, indem es in Singlemode und wieder zurück in Multimode umgewandelt wird.

2.2 Doppelfaser zu Einzelfaser MC

In einem Zweifasernetz werden zwei Glasfasern verwendet, eine für die Datenübertragung und die andere für den Empfang. Bei Einfaserverbindungen wird dagegen eine einzige Faser mit zwei Wellenlängen verwendet, eine für die Datenübertragung und die andere für den Empfang, wodurch Kosten und Ressourcen gespart werden. Wenn zwei duale Netze miteinander verbunden oder ein duales Netz erweitert werden soll, ist die kostengünstigste Lösung die Verwendung eines MC mit zwei Fasern zu einer Faser. Dadurch wird das Zweifasernetz in eine Einfaserverbindung umgewandelt.

Vorteile von Medienkonvertern

Erhöhtes Netzwerkpotenzial

MCs ermöglichen es, dass bestehende Verkabelungsinfrastrukturen neue Geräte aufnehmen können, ohne dass eine größere Aufrüstung erforderlich ist, so dass die bestehenden Infrastrukturen über ihr ursprüngliches Potenzial hinaus erweitert werden können.

Höhere Immunität des Netzes gegen Rauschen und Störungen

Die meisten MCs sind für die Übertragung kupferbasierter Technologien über Glasfaser ausgelegt. Damit sollen die Vorteile von Glasfasern genutzt werden, zu denen die vollständige Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen und elektromagnetischen Störungen gehört. Mit MCs kann Kupfer also die Vorteile von Glasfasern voll ausschöpfen.

Höhere Netzwerksicherheit

MCs mit einer optischen Verbindung führen zu einem sichereren Netzwerk, da es nicht einfach ist, optische Fasern anzuzapfen und im Vergleich zu Kupferdrähten unsichtbar zu bleiben. Daher sind die Daten vor unbefugten Personen geschützt.

Erhöhte Geschwindigkeit

Die Umwandlung von Kupfer in Glasfaser führt zu einer höheren Netzgeschwindigkeit, so dass die Nutzer ihre Aufgaben auf schnellstem Wege erledigen können.

Kosteneinsparung

Ohne MCs hätten Netze mit zwei oder mehr unterschiedlichen Medien vor der Zusammenschaltung eine vollständige Aufrüstung auf ein gemeinsames Medium erfordert. Die geringen Kosten von MCs sind die Investition wert, verglichen mit den enormen Kosten einer vollständigen Netzaufrüstung.

Höhere Übertragungsreichweite

Kupferbasierte Netze haben eine typische Übertragungsdistanz von über 100 m, was für einige Anwendungen zu kurz ist. Mit Kupfer-Glasfaser-MCs kann diese Distanz auf Kilometer verlängert werden, was für Netzwerke wie Campus-Netze von Vorteil ist.

Schlussfolgerung

Medienkonverter spielen eine entscheidende Rolle bei der Überbrückung der Kluft zwischen verschiedenen Kommunikationstechnologien und ermöglichen die nahtlose Integration von kupferbasiertem Single Pair Ethernet (SPE) und herkömmlichen Ethernet-Netzwerken mit Glasfaserinfrastrukturen. Durch die Verlängerung der Übertragungsdistanzen, die Verbesserung der Datensicherheit und die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen bewältigen Medienkonverter wichtige Herausforderungen in modernen Netzwerkumgebungen und ermöglichen es uns, die Vorteile der Glasfaser zu nutzen. Ihre Fähigkeit, Signale umzuwandeln und dabei die Leistung und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten, macht sie in vielen Branchen unverzichtbar, von der Automobilindustrie über die Fertigung bis hin zur Telekommunikation und intelligenten Infrastruktur. Da die Netzwerkanforderungen weiter steigen, wird der strategische Einsatz von Medienkonvertern auch in Zukunft eine wichtige Lösung sein, um eine effiziente, sichere und skalierbare Konnektivität für verschiedene Anwendungen zu gewährleisten.