Приборы младшего класса предназначены для контроля непрерывности линии, а приборы среднего ценового диапазона позволяют определить уровень оптической мощности в линии. Серьезную же диагностику следует проводить с помощью оптических рефлектометров во временной области (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR). Это довольно дорогое оборудование. Если уровень мощности оказывается неудовлетворительным или рефлектометр выявляет точечную проблему, то первое, что нужно сделать, — очис-тить и проверить торцы оптических соединителей.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
При работе с оптикой всегда следует принимать меры предосторожности. Длины волн, используемые в оптических сетях, относятся к невидимому диапазону. Человеческий глаз воспринимает излучение определенного спектра: от фиолетового цвета (длина волны около 380 нм) до красного (около 750 нм) (см. Рисунок 1). Многие источники для оптических сетей оснащены лазерами, причем некоторые из них имеют очень большую мощность. Никогда не разглядывайте поперечный срез оптического волокна или конечную часть вилки оптического оборудования. Если какой-то оптический разъем не используется, его следует закрыть специальным колпач-ком — это убережет глаза от повреждения и одновременно защитит разъем от загрязнения.
Если необходимо визуально идентифицировать порт, то самый безопасный способ — направить конец оптического кабеля на лист белой бумаги либо поднести бумагу к месту оптического подключения. Никогда не смотрите прямо в соединение — всегда есть риск, что из него исходит невидимое излучение.
ТЕСТИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ
Непрерывность оптической линии и полярность парных оптических волокон можно проверить при помощи специальных фонариков, испускающих луч белого (или какого-либо другого) цвета. В последнее время особой популярностью пользуются очень яркие светодиодные устройства размером с брелок. Фонарики, специально предназначенные для использования в компьютерных сетях, оснащаются разными типами адаптеров: SC, ST и другие. Пучок света, как правило, сфокусирован лучше, чем в обычных фонарях (см. Рисунок 2), а цвет чаще всего используется красный, довольно яркий. Тем не менее, в них не применяются ни лампы накаливания, ни лазеры.
Еще один способ проверки непрерывности — применение специального источника видимого света для визуальной локализации неисправностей (Visual Fault Locator, VFL). Он оснащен лазером, который работает в видимом диапазоне спектра (см. Рисунок 3). Такие источники, как правило, не используют элементы накаливания, а основаны именно на лазере. Чаще всего применяются лазеры Класса II, функционирующие на длине волны 650 нм и испускающие красный свет.
Если в оптическом кабеле волокно повреждено, то источник VFL поможет выявить это место — свет будет пробиваться сквозь оболочку кабеля. К сожалению, в некоторых типах кабелей, защищенных специфическим покрытием, свет снаружи не виден.
ТЕСТИРОВАНИЕ ЗАТУХАНИЯ ИЛИ ОПТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ
Применительно к оптическим кабельным системам термины потери или затухание нередко используются как синонимы, хотя на самом деле потери могут быть следствием точечной неисправности. Совокупные потери мощности (затухание) в оптической линии определяются посредством специального прибора, состоящего из двух модулей: источника света и измерителя оптической мощности. Это оборудование часто так и называется — комплект для тестирования потерь оптической мощности (Optical Loss Test Set, OLTS).
Источник света, подключенный к одному концу линии, подает непрерывный сигнал на заданных длинах волн, а измеритель с фотоприемником, подключенный к другому концу, определяет оптическую мощность сигнала. Он оснащается светодиодом или лазером того же типа, что и используемые в сетевом оборудовании. Полученный результат измерения сверяется с бюджетом мощности, необходимым для поддержки конкретного приложения. Именно такую процедуру тестирования оптических линий предусматривают стандарты TIA и ISO. Приборы OLTS относятся к тестовым устройствам первого уровня (Tier 1).
ТЕСТИРОВАНИЕ РЕФЛЕКТОМЕТРОМ OTDR
Оптический рефлектометр во временной области (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR) выдает диаграмму (рефлектограмму), на которой показаны все точки отражения и отображается эффект обратного рассеяния мощного светового импульса, поданного в оптическую линию с одного конца.
Принцип работы рефлектометра схож с тем, который используется в тестах TDR в медной среде: он тоже фиксирует все обратные отражения. При прохождении луча через места соединения и сращивания, участки с переломленным или поврежденным волокном, точки перегиба кабеля или через конец оптической линии некоторая часть света отражается, возвращаясь к рефлектометру. В приборе на том же порту установлены фотоприемники с большим усилением для измерения величины отраженного сигнала. Кроме того, незначительная часть света отражается кристаллической структурой кварцевого стекла, из которого состоят оптические волокна. Это явление называется обратным рассеянием, а образующаяся в результате наклонная линия на рефлектограмме позволяет рассчитать затухание.
Внимательный анализ рефлектограммы позволяет идентифицировать такие точки на графике, как места соединения, обрывы, сращивания, резкие перегибы и другие события. Как и в случае теста TDR, задержку между моментом отправки сигнала и получением отражений можно перевести в расстояние до события. Рефлектограмма OTDR очень полезна, поскольку позволяет проверить, соответствуют ли качество монтажа и характеристики компонентов требованиям стандартов на кабельные системы, а также требованиям современных и будущих приложений. Рефлектометр позволяет оценить параметры каждого соединителя и сращивания. Согласно стандартам TIA и ISO, он относится к классу тестирующих устройств второго уровня (Tier 2).
ПРОВЕРКА ТОРЦА ВОЛОКНА
Специальные оптические или видеомикроскопы позволяют визуально проверить состояние торца волокна и убедиться, что на нем отсутствуют грязь и царапины, причем это касается и соединений в кабельных сегментах, и портов активного оптического оборудования. Как правило, такие микроскопы обеспечивают увеличение от 200х до 400х. Согласно недавно проведенному исследованию, до 80% проблем с волоконной оптикой возникает из-за загрязнений.
ТИПЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ
Многие знают, что существуют одномодовые и многомодовые оптические волокна, но на самом деле между ними имеются и другие различия. Опишем основные типы волокон.
Некоторые из ранее выпускавшихся многомодовых кабелей называли кабелями FDDI. Это поколение оптических кабелей имеет волокна со ступенчатым показателем преломления. При их изготовлении часто возникали неоднородности, дефекты и посторонние включения, а также вариации показателя преломления в сердцевине волокна. Такие волокна были предназначены для подключения оборудования со светодиодными источниками, которые испускали большое количество лучей (мод). Каждая мода — это отдельный путь луча в волокне, причем зачастую направленный не параллельно его оси, а под довольно большим углом. Чем больше угол, тем длиннее путь луча, и тем позже он достигает дальнего конца линии. Быстрее всего там окажется луч, идущий точно по оси волокна. В результате поданный на вход четкий импульс на выходе выглядит расплывшимся. Если импульсы подаются со слишком большой частотой, то на выходе соседние импульсы могут сливаться, и принимающему устройству не удастся их различить и отделить друг от друга. Это явление называется модальной дисперсией (дисперсией мод).
В следующем поколении кабелей использовались волокна с градиентным показателем преломления. В них состав кварцевого стекла слегка изменяется от ядра к оболочке, благодаря чему лучи, отклоняющиеся от центральной оси, снова направляются к ней. Луч, вошедший в волокно под углом, не отражается от оболочки резко и многократно, а движется по плавной синусоиде, порой даже не доходя до границы. В таком типе волокон модальная дисперсия гораздо меньше, и сигналы в них передаются на большее расстояние, чем в волокнах со ступенчатым показателем преломления.
Сейчас выпускаются многомодовые волокна, оптимизированные для применения с лазерными источниками света. В таких волокнах показатель преломления выверен еще строже. К ним можно подключать оптическое оборудование Gigabit Ethernet с лазерами VCSEL, и тогда при передаче сигналов возбуждается гораздо меньше мод, а модальная дисперсия оказывается еще ниже. На выходе сигналы расплываются мало, оставаясь четко различимыми, благодаря чему удается достичь высоких скоростей передачи.
Первые волокна, оптимизированные для применения с лазерными источниками, появились в середине девяностых годов, поэтому они не в состоянии поддерживать 10-гигабитные приложения. Более поздние волокна, изготовленные по усовершенствованной технологии, позволяют еще лучше контролировать показатель преломления. Они выпускаются с 1999 г. и гарантированно поддерживают 10-гигабитные приложения. Следует учитывать, что чем больше диаметр сердцевины, тем больше может быть мод, поэтому многомодовые волокна 62,5 мкм стали уступать место волокнам 50 мкм. В 50-микронном волокне мод меньше, и сигнал остается распознаваемым на большем расстоянии. По такому волокну данные передаются с более высокой
скоростью.
Одномодовое волокно претерпело похожие изменения. В таком волокне сердцевина настолько мала в диаметре, что для заданной длины волны в нем может быть только одна мода, и ее путь пролегает точно вдоль оси волокна. Исходная конструкция этих волокон обозначается как NDSF — одномодовое волокно с несмещенной дисперсией. Оно отлично работает на длинах волн 1300/1310 нм, однако на 1550 нм его использовать нельзя. Структуру волокна оптимизировали для поддержки длины волны 1550 нм, и новый тип назвали DSF — одномодовое волокно со смещенной
дисперсией.
Однако после появления оборудования DWDM со спектральным уплотнением каналов выяснилось, что волокна DSF имеют некоторые нежелательные нелинейности, и тогда была создана разновидность NZ-DSF — одномодовое волокно со смещенной ненулевой дисперсией. Сейчас разрабатываются и другие типы волокон, для чего применяются специфические материалы и новые конструкции, например, волокно PM поддерживает передачу поляризованного света.
Прежде чем внедрять в уже работающую волоконно-оптическую систему какие-либо новые приложения, сначала подробно изучите характеристики установленного волокна.
ТЕСТЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ
Тестирование оптического волокна подразумевает проверку полярности волокон, измерение длины и затухания. Другие параметры оптического волокна нельзя проверить в полевых условиях, поскольку для этого нужно специальное оборудование, которое есть только в исследовательских лабораториях.
Полярность волокон можно проконтролировать с помощью источника видимого света VFL или фонарика, а оборудование для измерения затухания OLTS или рефлектометр OTDR позволяет осуществлять тестирование обоих волокон в паре одновременно.
Длина определяется приборами OLTS, если у них есть такая функция, посредством меток на оболочке кабеля, а кроме того, любым рефлектометром, причем с очень высокой точностью.
Общее затухание в канале можно измерить как приборами OLTS, так и рефлектометром OTDR. Показания последнего позволяют рассчитать бюджет затухания в линии на основании информации о затухании для каждого обнаруженного события (см. Рисунок 4).
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕСТИРОВАНИЯ
Полярность волокон. Нарушение полярности нельзя считать неисправностью, поскольку задача тестирования заключается в маркировке волокон и объединении в пары согласно принятой в вашей сети схеме. Как правило, проверка полярности — один из этапов подготовки к тестированию затухания. Если источник света и измеритель не будут подключены к одному и тому же волокну, то провести измерение не удастся.
В некоторых сетях полярности волокон вообще не уделяется внимание. Если волокна расположены неверно, то, подключая активное оборудование, сетевой специалист просто меняет местами соединители. В случае отсутствия соединения сначала следует попробовать поменять местами волокна, подключенные к портам TX (передающему) и RX (принимающему). Как видим, проблема полярности решается очень просто и быстро.
Длина. Рефлектометр OTDR показывает полную длину канала, после чего ее можно сравнить со спецификациями для сетевых приложений, которые планируется внедрить. Иногда рефлектометр сообщает, что какая-то линия короче ожидаемой, и это может быть свидетельством обрыва кабеля
в трассе.
Если рефлектометра нет, придется обратиться к документации на систему или данным по ее сертификации, полученным при вводе в эксплуатацию. Кроме того, определить протяженность каждого оптического сегмента в системе можно по меткам длины на оболочке кабеля. Полученные значения следует сравнить со специ-фикациями на конкретное сетевое
приложение.
В любом случае обязательно проверьте коэффициент широкополоснос-ти для проложенного типа кабеля. Часто эту информацию приходится искать на маркировке кабеля и затем перепроверять ее по ограничениям на расстояние для данной сетевой технологии и кабеля с данным коэффициентом широкополосности.
Отрицательный результат теста по затуханию. Прежде чем искать неисправность, сначала проверьте следующее:
-
правильно ли указано в настройках тестера количество адаптеров и сращиваний в линии (это касается тестов, в которых прибор рассчитывает бюджет потерь волоконно-оптической линии);
-
правильный ли тип волокна выбран;
-
перед тестированием модули прибора должны пройти процедуру задания эталонного значения, причем эта операция должна выполняться при температуре последующего тестирования, после чего категорически запрещается отключать соединительные шнуры от передающих портов.
С помощью источника видимого света VFL проверьте, к тому ли волокну вы подключились. Как правило, это устройство выявляет все обрывы и участки с надломленным волокном (см. Рисунок 3).
Очистите все оптические соединения (вилки и розетки, включая порт вывода на конечном оборудовании) вдоль линии, в которой обнаружен сбой. Проверьте состояние торцов на каждом кабеле и шнуре — на них не должно быть ни грязи, ни царапин, ни сколов. Чтобы избавиться от некоторых типов загрязнений, иногда недостаточно просто протереть торец специальной салфеткой, смоченной
в чистящем спирте (см. Рисунок 5).
Каждый коммутационный шнур протестируйте с помощью комплекта OLTS, чтобы проверить затухание. Сначала установите эталонное значение с использованием коммутационного шнура хорошего качества, и тогда измерение для другого шнура должно дать результаты потерь, близкие к нулю. При любом отклонении надо выяснить его причину. Когда проблема то появляется, то исчезает, попробуйте изогнуть и пошевелить шнур во время тестирования. Если показатели меняются, проверьте, нет ли обрыва, участка с надломленным волокном, нарушения соосности волокон (под углом) или просвета между торцами соединителей. Не изгибайте волокна слишком сильно, чтобы не нарушить требования по радиусу изгиба.
При отсутствии рефлектометра OTDR следует прибегнуть к методу «разделяй и властвуй» — проводите тестирование последовательно, переходя все ближе и ближе к дальнему концу линии, пока не найдете неисправный участок. Сигналом послужит резкое изменение результатов измерения потерь, особенно если оно не соответствует ожидаемому изменению, скорректированному в соответствии с длиной предыдущего сегмента. В современных сетях затухание в самом кабеле пренебрежимо мало по сравнению с затуханием в точках соединения, поэтому в качестве ориентира можно использовать задаваемое стандартами предельно допустимое значение потерь (0,75 дБ) для каждого соединения.
В кабельной проводке найдется немало грязных или поврежденных соединений. После чистки всех торцов проведите тестирование заново либо воспользуйтесь рефлектометром для выявления некачественных соединений.
Диаметр сердцевины коммутационного шнура или отрезка волокна может не соответствовать другим компонентам линии. Если вы проверили и убедились, что все шнуры нужного типа, то наличие участков с другим диаметром сердцевины можно выявить с помощью рефлектометра.
Иногда в кабельной системе имеются плохо выполненные сварное или механическое соединения либо чрезмерно изогнутый кабель. Все подобные ошибки легко обнаружит рефлектометр.
Проверьте трассу кабеля. Нет ли острых углов или участков, где кабель свился кольцами или резко перегнулся? Не способствуют ли хомуты-стяжки появлению микроизгибов (см. Рисунок 6)?
Убедитесь, что в одномодовом тракте не оказался случайно многомодовый соединитель. Допуски при изготовлении одномодовых соединителей гораздо строже, чем для многомодовых: они обеспечивают соосность точнее, и, как следствие, потеря оптической мощности в таком соединении меньше. Кроме того, соединители и шнуры рассчитаны на ограниченное число подключений/отключений. Кабель или шнур, подключавшийся и отключавшийся многократно, начинает болтаться в разъеме, так что обеспечить правильное взаимное положение волокон уже невозможно. Подобные проблемы позволяет обнаружить рефлектометр OTDR.
Если сбой затрагивает единственное устройство, то часто причиной проблемы бывает передающий порт активного оборудования. Возможно, внутри скопилась грязь, либо выходная мощность передатчика недостаточна. Подключите к порту измеритель мощности из комплекта OLTS, а затем сравните полученную величину со значением мощности для соседних портов.
Игорь Панов — региональный менеджер по продукции и поддержке партнеров Fluke Networks в России и СНГ. С ним можно связаться по адресу: igor.panov@flukenetworks.com.