- Максимальная дальность приёмопередатчиков в оптических линиях связи
- Километрическое (погонное) затухание оптического кабеля – понятие, значение, измерение
- Типичные значения километрического затухания (нормы затухания) на различных длинах волн.
- Сравнение оптоволоконных и медных кабелей
- Одномодовое и многомодовое волокно
- Требования к качеству кабеля
- Стандарты, использующие оптоволоконные кабели 10 GbE
- Различие кабелей для внутренней и внешней прокладки
- Характеристики оптоволоконного кабеля
- Максимальная дистанция для передачи данных
- Активные и пассивные патч-корды
- Стандарты Ethernet, использующие медные кабели
Максимальная дальность приёмопередатчиков в оптических линиях связи
Одной из основных характеристик, которая интересна потребителям приёмопередатчиков MlaxLink, является, конечно, дальность. Но парадокс заключается в том, что, как раз, дальность, в волоконно-оптических системах связи – параметр очень условный… Что это значит? Давайте разберёмся:
Ни для кого не секрет, что связь может быть только тогда, когда мощность передатчика такова, чтобы, преодолев сопротивление среды, сигнал достиг приёмника, имея достаточную мощность, чтобы приёмник смог его расшифровать. В нашем случае – сигнал несет луч лазера, концентрированный, когерентный пучок света, на сегодня, самый быстрый способ передачи сигнала, известный человечеству. Свет от далеких звёзд, в космосе, проходит фантастические расстояния — миллиарды световых лет и все равно достигает Земли, потому что распространяется в космическом вакууме. На Земле, такие условия, к сожалению, воссоздать невозможно. Даже самые совершенные материалы, используемые для производства оптических кабелей, не позволяют достичь параметров, сопоставимых с вакуумом.
Лазерный луч в оптическом волокне подвергается различным физическим воздействиям – ослабляется, рассеивается. Гораздо слабее, чем, например, в атмосфере, но он ограничен объективными физическими законами. Каковы же эти ограничения?
В статье «Технология CWDM простыми словами: О модулях и мультиплексорах» мы уже касались того, что даже оптическое волокно, среда неоднородная, и пропускает через себя свет разных длин волн не одинаково – какие то «цвета» лучше, какие-то хуже. На бытовом примере, это напоминает ситуацию с противотуманными фарами – желтый свет в атмосферном воздухе с водяной взвесью распространяется дальше, чем другие цвета света. Так и в случае с технологиями ВОЛС, когда мы говорим о диапазоне длин волн вне пределов восприятия человеческого глаза (850-1610 нанометров), также разные «цвета» распространяются по-разному.
Еще одним фактором, вносящим неопределённость, являются различные дефекты оптического волокна и особенности трассы: изгибы, повреждения, сварки, коннекторы и т.п. нюансы, предсказать которые просто невозможно – каждая оптическая трасса имеет свой набор этих дефектов.
Также, для понимания «неопределённости» характеристики «дальность модуля», следует рассмотреть и сам модуль. Главной характеристикой, влияющей на его дальность действия, является «Оптический бюджет» модуля. Это разница между мощностью передатчика и чувствительностью приёмника. Традиционно эти параметры измеряются в децибелах – не будем в этой статье подробно разбирать понятие «Децибел», и почему передатчик может иметь отрицательное значение в децибелах – лучше Википедии, мы это не сделаем.
Итак, берем из технической спецификации модуля параметр «Мощность передатчика» (нижнюю его границу), а также «Чувствительность приёмника». Вычитаем из второго первое, и получаем «Оптический бюджет модуля». Затем берем документацию на оптический кабель, используемый в конкретной линии – и видим там значение «Затухание на километр» для определённых длин волн. Умножаем значение для нужных длин волн, на длину трассы, и получаем идеальное расчетное затухание на ней. Почему идеальное? Потому что есть еще особенности и дефекты трассы, предсказать которые достаточно сложно. В реальности затухание на конкретной трассе, можно объективно оценить, только с помощью рефлектометра.
Как же производители, и MlaxLink в том числе, могут маркировать модули километражем? Все просто – берется идеальное расчётное затухание, добавляется некий, выбираемый каждым производителем по своему запас на дефекты трассы и, исходя из этого, модули маркируются как 3 км, 20 км, и так далее.
В большинстве случаев – на расстояниях до 80 км, на среднестатистических трассах, этого вполне достаточно. 97% потребителей могут смело ориентироваться на маркировку более-менее известных производителей, и проблем не возникнет. 3% это владельцы либо очень протяженных трасс – более 100 километров — либо трасс-инвалидов, много раз переваренных, поврежденных, и т.п. С короткими, но «плохими» трассами, разбираться, в принципе, нет смысла – это все очень индивидуально, и, как правило, их владельцы, осведомлены, об этом. А, вот, протяженные трассы, стоит рассмотреть подробно.
Даже на хорошо проложенной трассе, из качественного волокна, протяжённостью в 100-150 километров, количество сварок, поворотов и прочих особенностей, возрастает многократно. А, следовательно, и доля их прибавки к расчетному затуханию возрастает значительно. Что это значит? Это значит, что длинные трассы, необходимо замерять, полагаться на маркировку производителей, на дальностях более 100 километров – опрометчиво, необходимо смотреть на оптический бюджет приёмопередатчика.
 |
| Длина волны | Нормы затухания в оптическом кабеле |
| 850 нм | 3 дБ/км |
| 1300 нм | 0,75 дБ/км |
| 1310 нм | 0.33 дБ/км |
| 1380 нм | 0.50 дБ/км |
| 1490 нм | 0.24 дБ/км |
| 1550 нм | 0.22 дБ/км |
| 1625 нм | 0.23 дБ/км |
Указанные в таблице значения могут отличаться в небольших пределах. Так, для сигнала, передающегося на длине волны 1550 нм нормальным считается километрическое затухание в пределах 0,18 – 0,23 дБ/км, а для сигнала на длине волны 1310 нм – допустимым будет затухание 0,32 – 0,36 дб/км.
Кроме того, километрическое затухание кабеля находящегося длительное время в эксплуатации зачастую будет больше аналогичного значения нового кабеля в катушке. К этому приводит совокупность причин: попадание воды в муфты и кабель, превышение допустимых радиусов изгиба кабеля и волокон в сплайс кассете и т д.
Измерить значение километрического затухания можно при помощи оптического рефлектометра. Для этого нужно выставить маркеры по краям ровного участка (между соседними событиями). Многие рефлектометры автоматически рассчитывают километрическое (погонное значение). Если такой возможности нет, то необходимо вручную определить расстояние между маркерами и потери в волокне между маркерами. После этого найти погонное значение по формуле:
А километрическое – километрическое затухание
Аab – потери на участке волокна, выделенном маркерами
Lab – протяженность участка волокна, выделенного маркерами
Источник
Сравнение оптоволоконных и медных кабелей
С увеличением скоростей интерфейсов чаще используются оптоволоконные кабели. На скоростях свыше 10Gb/s медные кабели и соединения показывают слишком большое затухание сигнала даже на коротких расстояниях, например в пределах одного шкафа.
Одномодовое и многомодовое волокно
Оптические волокна могут быть одномодовыми или многомодовыми. Одномодовое волокно обычно имеет сердцевину диаметром порядка 9 микрон, меньшие дисперсионные искажения, чем мультимодовое и может передавать данные на расстояние 80-100 километров или более, в зависимости от скорости передачи, трансиверов и размеров буферов коммутаторов.
Мультимодовое волокно имеет сердцевину диаметром 50 или 62.5 микрон и поддерживает дистанции до 600 метров. Дистанция также зависит от скорости передачи и используемых трансиверов.
В расчете на один метр, одномодовые и мультимодовые кабели стоят примерно одинаково. Однако, некоторые другие компоненты, требуемые для передачи по одномодовым кабелям стоят дороже, чем их мультимодовые аналоги.
Срок жизни оптических кабелей составляет 15-20 лет, поэтому при планировании сети нужно выбирать кабели, которые бы поддерживали устаревшие, актуальные и будущие скорости передачи данных. Следует также помнить, что прокладка новых кабелей может быть трудоемкой, особенно при монтаже в уже существующих сетях.
Существуют следующие обозначения оптоволоконных кабелей:
Мультимодовые: OM1, OM2, OM3, OM4.
Одномодовые: OS1 — для внутренней прокладки, OS2 — для внешней.
OM3 и OM4 — это новые мультимодовые кабели, которые поддерживают приложения 10GbE. Это единственные мультимодовые кабели, включенные в стандарт IEEE 802.3ba 40G/100G Ethernet, ратифицированный в июне 2010 года. Скорости в 40G и 100G достигаются путем соединения нескольких параллельно работающих каналов вместе. В стандарте определены расстояния в 100 метров для OM3 и в 150 метров для OM4 для 40GbE и 100GbE. Это только приблизительные оценки — настоящие устройства, поддерживающие 40GbE и 100GbE могут работать на меньших расстояниях. Кабель OM4 может работать в сетях 32GFC на расстояниях до 100 метров.
Кабели OM2, OM3, и OM4 (50 микрон), а также OS1 (9 микрон) обладают очень небольшим радиусом изгиба, при котором начинаются потери сигнала. Для обозначения этой особенности кабелей OM2, OM3 и OM4 используется термин BOMMF (Bend-optimized multi-mode fiber).
Одномодовые кабели OS1 и OS2 используются для передачи на дистанции до 10 000 м со стандартными трансиверами и могут использоваться для передачи на еще большие расстояния с использованием специальных трансиверов и коммутационной инфраструктуры.
Требования к качеству кабеля
Рабочий комитет по телекоммуникационным кабельным системам (TR-42) Ассоциации телекоммуникационной индустрии США (TIA) в 2012 году одобрил публикацию нового стандарта телекоммуникационной инфраструктуры для центров обработки данных TIA-942-A. Изменения были внесены для соответствия спецификации современным пропускным способностям и нормам энергоэффективности, а также согласованием с актуальными международными стандартами.
Самые важные изменения, касающиеся магистральных и горизонтальных соединений:
- Минимальное требование к медному кабелю — кабель категории 6. Для сетей Ethernet рекомендуется кабель категории 6a.
- Минимальное требование к оптоволоконному кабелю — OM3, рекомендуется использовать кабели категории OM4.
- Стандартный разъем для SFP-модулей — LC.
Стандарты, использующие оптоволоконные кабели 10 GbE
10 GBASE-SR — наиболее распространенный стандарт, использующий SFP+ с оптическим трансивером на скорости 10Gb. Считается кабелем «ближнего действия».
10 GBASE-LR — кабели «дальнего действия», используются кабели с одномодовым волокном.
Различие кабелей для внутренней и внешней прокладки
Кабели для внешней прокладки имеют дополнительную защиту от влаги и ультрафиолета. Существуют также универсальные кабели, сочетающие в себе защиту от влаги, ультрафиолета и огня для прокладки кабелей внутри и снаружи здания без дополнительных разрывов кабеля.
Характеристики оптоволоконного кабеля
| Кабель | Мультимодовость | Диаметр сердцевины | Длина волны | Коэффициент широкополосности | Стандартный цвет оболочки кабеля |
|---|---|---|---|---|---|
| OM1 | многомодовый | 62.5 микрон | 850нм, 1300нм | 200 MHz | Оранжевый |
| OM2 | многомодовый | 50 микрон | 850нм, 1300нм | 500 MHz | Оранжевый |
| OM3 | многомодовый | 50 микрон | 850нм, 1300нм | 2000 MHz | Цвет морской волны |
| OM4 | многомодовый | 50 микрон | 850нм, 1300нм | 4700 MHz | Цвет морской волны |
| OS1 | одномодовый | 9 микрон | 1310нм, 1550нм | нет | Желтый |
Максимальная дистанция для передачи данных
| Скорость | OM1 | OM2 | OM3 | OM4 |
|---|---|---|---|---|
| 1 Gbps | 300м | 500м | 860м | /// |
| 2 Gbps | 150м | 300м | 500м | /// |
| 4 Gbps | 70м | 150м | 380м | 400м |
| 8 Gbps | 21м | 50м | 150м | 190м |
| 10 Gbps | 33м | 82м | до 300м | до 400м |
| 16 Gbps | 15м | 35м | 100м | 125м |
Расстояния в настоящих конфигурациях обычно меньше, чем приведенные в таблице. Значения расстояний приводятся для мультимодовых кабелей с длиной волны 850 нм. Кабели с длиной волны 1300 нм поддерживают большие расстояния.
Активные и пассивные патч-корды
Пассивные патч-корды подходят для большинства интерфейсов. Но с увеличением скорости передачи данных пассивные патч-корды не обеспечивают передачи на достаточное расстояние и занимают слишком много места. Поэтому для высокоскоростных соединений, таких как 6Gbps SAS начинают использоваться активные патч-корды с медными кабелями. Активные патч-корды включают в себя компоненты для усиления сигнала и уменьшения шума. При этом можно использовать меньшие по размеру кабели, но увеличивать дистанцию передачи. Активные медные патч-корды дешевле и потребляют меньше электроэнергии, чем аналогичные с оптоволоконными кабелями.
Стандарты Ethernet, использующие медные кабели
1000BASE-T обычно используется в сетях 1Gb Ethernet и 1Gb iSCSI. Это витая пара с коннектором RJ-45. Для соединений используются кабели категорий Cat5e и Cat6.
10GBASE-T поддерживает траффик сетей 10Gb Ethernet и 10Gb iSCSI. Используется такой же кабель, как и в 1000BASE-T, только категории Cat6a. Максимальная длина кабеля — 100 метров. Кабели категории 6 также могут работать в сетях 10GBASE-T на расстоянии до 55 метров, но требуют предварительного тестирования.
10GBASE-CR — патч-корд Twinaxial кабеля или «Twinax» (также известный как DAC — Direct Attach Copper), самый популярный тип кабеля для сетей 10GbE, обжатый SFP+ трансиверами. Возможно использовать кабели длиной 1м, 3м, 5м, 7м, 8.5м и более. Самые распространенные — 3м и 5м.
10GBASE-CX4 — редко используемый стандарт. Данный тип кабеля и коннектор раньше активно использовались в технологии InfiniBand SDR / DDR.
Источник
