Optična vlakna proti bakreni: Proračun povezave odloča o zanesljivosti

Stopite na katero koli mesto namestitve in sčasoma boste slišali isto pritožbo: dolžina je precej manjša od 100 m, kabel je ocenjen za hitrost, vrata stikala so pravilna -, poročilo o potrdilu pa se vrne kot neuspešno ali pa optična povezava prekine vsakih nekaj minut pod obremenitvijo. V brošuri prodajalca je pisalo, da bi to moralo delovati. Zakaj torej ne?

Iskren odgovor je, daoptični kabel proti bakrenemu kabluje napačno vprašanje za začetek. Oba medija bosta prenašala signal. Kar odloča o tem, ali določena ethernetna povezava dejansko deluje - pri 1G, 10G ali več -, je proračun fizične-plasti: nabor merljivih vrednosti dB za slabljenje, presluh, povratno izgubo in rezervo šuma. Če se te številke ne zaprejo, nobena izbira kabla ali oddajnika ne bo rešila povezave. Če se zaprejo z zadostnim prostorom za glavo, lahko kateri koli medij deluje brezhibno.

Ta priročnik je napisan za inženirje, inštalaterje in omrežne integratorje, ki že vedo, kaj sta Cat6A in OS2, in želijo razumeti, kaj se dejansko dogaja znotraj kabla, kako brati certifikacijsko poročilo ali podatkovni list oddajnika in zakaj se lahko dve "enaki" povezavi na terenu obnašata popolnoma različno.

Kako baker in vlakna prenašajo signal na fizični ravni

Temeljna razlika med bakrom in optičnimi vlakni ni "električno proti optičnim" -, to je uokvirjanje iz učbenikov, in vam ne pomaga pri določanju velikosti povezave. Koristna razlika jekako vsak medij ne uspeko pritiskate na frekvenco, razdaljo ali okoljski stres.
 

Baker: uravnoteženi diferencialni pari pod frekvenčno obremenitvijo

Bakreni kanal Ethernet prenaša vsak signal kot napetostno razliko med dvema prevodnikoma sukanega para. Zvijanje ni kozmetično -, temveč glavni razlog, zakaj medij deluje pri gigabitnih hitrostih. Vsak zasuk enako poveže oba prevodnika s katerim koli zunanjim virom hrupa, tako da motnje-načinov v običajnem načinu na sprejemniku izničijo. Čim močnejša in doslednejša je stopnja zvijanja, boljša je zavrnitev.

Cena, ki jo plačate, je, da vsak parameter postane-odvisen od frekvence. Ko so se hitrosti etherneta dvignile (Cat5e se je povzpel na 100 MHz, Cat6 ga je podvojil na 250 MHz, Cat6A spet na 500 MHz), so se hkrati poslabšale tri okvare: povečala se je vstavljena izguba, preslušavanje blizu-konca (NEXT) je bilo bolj agresivno združeno med pari, prekinitve impedance na konektorjih pa so odbile več energije nazaj proti oddajniku. Številčenje kategorij kablov je v bistvu frekvenčna ocena - višje kategorije so zasnovane tako, da ohranjajo te tri okvare pod nadzorom pri višjih delovnih pasovih.

Vlakna: popolni notranji odboj brez električnega šuma

Vlaknena žica omeji svetlobni impulz na stekleno jedro tako, da ga obda z oblogo z nekoliko nižjim lomnim količnikom. Svetloba, ki zadene mejo pod dovolj plitkim kotom, se odbije nazaj v jedro - popolni notranji odboj - in se širi po dolžini vlakna kot voden val. Ker je nosilec fotonski tok, ne elektronski tok, vlakno nima praga električnega šuma, ni dovzetnosti za elektromagnetne motnje in ne potrebuje diferencialne signalizacije.

Omejitve vlaken so drugačne narave. Dva prevladujoča na ravni podjetja staoslabitev(izguba optične moči na kilometer, v dB/km, predvsem zaradi Rayleighovega sipanja in majhnih absorpcijskih vrhov) indisperzija(koliko se oster impulz razširi v času, ko se širi). Disperzija je na voljo v dveh oblikah, ki sta v praksi pomembni: modalna disperzija v večmodovnem vlaknu, kjer različne poti žarkov pridejo ob različnih časih, in kromatska disperzija v eno-modnem vlaknu, kjer različne valovne dolžine v izvornem spektru potujejo z nekoliko različnimi hitrostmi. Jedro eno-modnega vlakna 9 µm je dovolj majhno, da podpira samo en način širjenja, kar v celoti odpravlja modalno razpršenost in je tehnični razlog, da eno-način doseže veliko dlje kot večmodni pri enaki hitrosti - glejOS1 proti OS2 eno-optično vlaknoza praktične razlike znotraj eno-družine načinov inOmejitve razdalje večmodnega vlakna OM1–OM5o tem, kako se velikost jedra in pasovna širina-izdelek razdalje pretvorita v resnični doseg.

Slabosti, ki dejansko omejujejo vsak kabel

Tržna kopija pravi, da je baker "občutljiv na elektromagnetne motnje", vlakna pa "imuna". To je res, vendar neuporabno za inženiring. Spodaj so specifične okvare, ki se pokažejo v resničnih poročilih o preskusih, z razponi dB, ki razlikujejo delujočo povezavo od obrobne.

Motnje bakrenega kanala

• Vstavljena izguba (IL):Moč signala se razprši kot izguba toplote in dielektrika vzdolž kanala. Glede naStandard IEEE 802.3 EthernetKanalni model razreda EA za Cat6A je v najslabšem-primeru vnesena izguba kanala pri 500 MHz omejena na blizu 49 dB na 100 m kanalu. Če ga presežete, se SNR sprejemnika zruši. Prekomerna dolžina je najpogostejši razlog za neuspeh IL; slabi zaključki so na drugem mestu.
• Near{0}}End Crosstalk (NASLEDNJI) in PSNEXT:Energija iz oddajnega para, ki se poveže s sosednjim parom na istem koncu kabla. NEXT je edini najobčutljivejši indikator kakovosti zaključka -, če odvijete več kot 13 mm parice na vtičnici, jo boste vidno poslabšali. Power Sum NEXT (PSNEXT) združi prispevke vseh treh drugih parov v par žrtev in to je vrednost, ki je pomembna za 10GBASE-T, ker standard poganja vse štiri pare hkrati.
• Povratna izguba (RL):Del oddane energije, ki se odbije nazaj v vir zaradi neusklajenosti impedance. TIA-568 omeji Cat6A RL okoli 19 dB pri nizkih frekvencah, padajoč s frekvenco. Preberite več o razlikovanju medvstavljena izguba v primerjavi s povratno izguboče želite pravilno razlagati sled potrdila.
• Alien Crosstalk (PSANEXT, PSAACRF):Spajanje enega kabla na sosednji kabel v istem snopu. Pod 10G se to ne meri; za 10GBASE-T je obvezen terenski test Cat6A in je parameter, ki je spodbudil uvedbo kategorije. Tesni snopi v vročem pladnju so tam, kjer se koncentrirajo tuje preslušane napake.
• ACR-F (prej ELFEXT):Navzkrižni-presluh na daljnem koncu, normaliziran na vstavljeno izgubo - v bistvu razmerje-in-navzkrižnim presluhom na skrajnem koncu. Pomembno za 10GBASE-T, vendar manj{7}}občutljivo na prekinitev kot NEXT.

Motnje vlaken

• Dušenje:Približno 0,35 dB/km za eno-način pri 1310 nm in 0,22 dB/km pri 1550 nm; 3,0–3,5 dB/km za večmodni OM3/OM4 pri 850 nm. Linearno z razdaljo, zaradi česar je proračune vlaken enostavno izračunati. Za globlji pogled na izvor izgube glejtevnesene izgube v optičnih omrežjih.
• Vstavljena izguba konektorja:Čist, pravilno parjenLC priključekdoda približno 0,3–0,5 dB. Fuzijsko spajanje doda približno 0,1 dB. Mehanski spoji dodajo 0,3–0,5 dB. Te številke se hitro kopičijo - topologija s štirimi-patch-paneli lahko porabi 2 dB proračuna, preden vlakno samo karkoli oslabi.
• Izguba Macrobend:Upogibanje vlaken pod najmanjšim polmerom upogiba omogoča, da svetloba uide iz jedra. Običajni enojni-način G.652.D izgubi približno 0,5–1 dB na obrat pri polmeru 15 mm pri 1550 nm. Upogib-neobčutljiva vlakna G.657 zmanjšajo ta radij na 7,5 mm ali manj.
• Mikroupogib in izguba napetosti:Bočni pritisk na kabel (preveč zategnjene kabelske vezice, ostre stisnjene točke) ustvarja majhne periodične motnje jedra, ki razpršijo svetlobo. Pogosto neviden očesu in zelo viden na OTDR sledi.
• Onesnaženost na koncu-lice konektorja:Soglasje v panogi je, da kontaminirane kon-ploskve ostajajo glavni vzrok za težave z optičnimi povezavami. Posamezen delec v območju jedra lahko poveča vneseno izgubo za 1 dB ali več in pri vstavitvi poškoduje parni obroček. Inšpekcijska merila so formalizirana vIEC 61300-3-35, ki razvršča štiri cone čelne-ploskve - A jedro, B obloga, C lepilo, D kontakt - s postopno ohlapnejšimi tolerancami proti zunanjemu robu.

Upoštevajte simetrijo: najhujši sovražnik bakra na ravni dostopa je kakovost zaključka (ki se prikaže kot napake NEXT in RL); najhujši sovražnik vlaken je čistost konektorja (kar se kaže kot vstavljena izguba). Pri obeh gre za napake pri izdelavi, ne za srednje napake.

Proračun povezave

Najpomembnejši stavek v tem članku:Zasnova optične povezave je urejena s proračunom optične moči, zasnova bakrene povezave je urejena s proračunom za električne izgube. Aritmetika se razlikuje, vendar je načelo enako - skupni predvideni dB mora preseči vsoto vseh izgub s preostalim delovnim robom.

Kako izračunati proračun optične moči

Proračun optične moči para oddajnikov je najslabša-razlika med najmanjšo izhodno močjo oddajnika in največjo (najmanj občutljivo) občutljivostjo sprejemnika:

Proračun optične moči (dB)=Najmanjša moč prenosa (dBm) − najmanjša občutljivost sprejemnika (dBm)

Za reprezentativen modul 10GBASE-LR SFP+ so proizvajalčeve-objavljene vrednosti v najslabšem-primeru približno:

• Najmanjša moč Tx: −8,2 dBm
• Najmanjša občutljivost Rx: −14,4 dBm
• Proračun optične moči: (−8,2) − (−14,4)=6.2 dB

Za 10GBASE-SR preko OM3, z Min Tx okoli –7,3 dBm in Rx občutljivostjo okoli –11,1 dBm, je proračun približno 3,8 dB. Zato ista hitrost 10G doseže 10 km v enojnem-načinu in le 300 m v OM3 - proračun je več kot 60 % manjši, večmodno dušenje na kilometer pa je približno desetkrat večje. Za podrobnejšo-ob-možnostih oddajnika-sprejemnika glejteeno-način SFP proti multimodu SFPinSFP proti SFP+.
 

Delujoč primer: Ali se bo povezava 7 km 10GBASE-LR zaprla?

Vzemimo scenarij resničnega kampusa: 7 km eno-načinovna povezava med dvema stavbama, z dvema povezovalnima kabloma LC (enim na koncu) in tremi fuzijskimi spoji vzdolž proge. Obračun izgube izgleda takole:

Povezava se zapre, vendar z le 1,45 dB prostora za glavo. To je dovolj za delovanje, vendar bi ga en sam umazan konektor, ki doda 1 dB izgube, potisnil v mejno stanje. V praksi inženirji obravnavajo 3 dB post-proračunske rezerve kot spodnjo mejo za-razred zanesljivosti proizvodnje. Za to posebno izvedbo je varnejša specifikacija optika z razširjenim-dosegom (10GBASE-ER, s proračunom približno 16 dB).

Ekvivalent bakra: najslabša-parna marža v certifikacijskem poročilu

Certificiranje Copper ne uporablja ene same kombinirane "proračunske" številke - namesto tega se vsak parameter (IL, NEXT, PSNEXT, RL, ACR-F) primerja z mejno črto-odvisno od frekvence pri preskusu kanala. Ustrezen ekvivalent "proračunske rezerve" jenajslabši-par marže: najmanjša razdalja v dB med izmerjeno krivuljo in mejno krivuljo standarda, kjer koli v območju premikanja.

Terenske izkušnje strokovnjakov za certificiranje kablov so dosledne v eni točki: povezavo Cat6A, ki prehaja z najslabšo-maržo v paru pod približno 1 dB, je treba obravnavati kot "uspešno, vendar tvegano". To so povezave, ki povzročijo občasne padce 10G, ko temperatura naraste, ko se sosednji kabli ponovno -zvijejo tesneje zaradi tujega presluha ali ko visoko-moč PoE segreje bakrene vodnike in spremeni njihove izgube. Potrdilo "PASS" je pravilno; operativna marža je preprosto prešibka.

Zakaj "10 Gbps" pomeni dve zelo različni stvari pri bakrenih in optičnih vlaknih

To je točka, ki jo večina primerjav vlaken-z-bakrom popolnoma zgreši. Doseganje 10 Gb/s prek bakrene sukane parice in doseganje 10 Gb/s prek optičnega para zahtevata popolnoma drugačen signalni inženiring, razlika pa pojasnjuje skoraj vse razlike v stroških, toploti in zanesljivosti med obema.

Zaključek je inženiring, ne trženje: 10GBASE-T izvleče obremenitev 10 Gbps iz bakrenega kanala 500 MHz z zlaganjem agresivnega DSP, več-nivojske modulacije in zmogljivega FEC na vrhu kabelske naprave. Standard deluje -, vendar samo zato, ker je kabelska instalacija zelo ozka toleranca. Optična vlakna pri 10G poganjajo preprosto dvo{9}}nivojsko signalizacijo prek medija z za rede velikosti več prostora, kot ga potrebuje simbolna hitrost. To je tudi razlog, zakaj se silicij 10GBASE-T bolj segreva, porabi 2–5× več energije kot 10G SFP+ in ima strožje omejitve temperature okolja pri gostih namestitvah stikal. Enak kompromis-je predmet10GBASE-T proti SFP+ 10GbEza oblikovalce, ki izbirajo med njimi.

Ta isti kompromis-se stopnjuje pri 25G in več. PAM-4 (uporablja se pri 25GBASE-T in na vsakem optičnem pasu PAM-4 do 400G) podvoji bitno hitrost na simbol za ceno približno 9,5 dB SNR navpičnega očesa -, zaradi česar 25GBASE-T baker obstaja na papirju, vendar je redek pri uvajanju, in zakaj višja hitrost Ethernet se je dejansko preselil na optična omrežja, vodila MPO in sprejemnike in sprejemnike z visoko gostoto.

Test in certificiranje: Kako dokažete, da bo povezava dejansko držala

"Plug it in ping it" ni testiranje. Povezava, ki pinga danes, lahko jutri odpove zaradi nihanja temperature. Certificiranje-standardov v panogi vam daje dokumentiran, sledljiv zapis-uspešno/neuspešno, ki temelji na pragu - in identificira obrobne povezave, ki so-samo-danes kandidati.

Certificiranje bakra (TIA-1152 / ISO 14763-4)

Terenski overitelj (Fluke DSX, EXFO MaxTester, Softing WireXpert) preleti kanal po ustreznem frekvenčnem območju in poroča glede na mejne črte standarda:

• Wiremap, dolžina, zakasnitev širjenja, poševnost zakasnitve
• Vstavljena izguba (IL) na par v primerjavi s frekvenco
• NEXT in PSNEXT na kombinacijo para glede na frekvenco
• ACR-F in PSACR-F na kombinacijo para glede na frekvenco
• Povratna izguba (RL) na par v primerjavi s frekvenco
• Upornost zanke DC in neuravnoteženost upora (kritično za PoE++ tipa 3/4)
• Za Cat6A: PSANEXT in PSAACRF (presluh tujkov) - obvezno za kvalifikacijo 10GBASE-T

Uporaben prednostni vrstni red pri branju poročila: najprej preverite testni standard in vrsto povezave (kanal proti trajni povezavi proti MPTL); nato poiščite najslabši-par marže za NEXT, PSNEXT in RL; nato preverite tuje preslušavanje, če bo povezava prenašala 10G. Čisto "PASS" z 6+ dB najslabšim-parom marže je soliden. "PASS" z rezervo pod 1 dB je težava, ki čaka, da se zgodi.

Certificiranje vlaken (stopnja 1 in stopnja 2)

Uporabljata se dva različna preskusna režima:

• Stopnja 1 - Komplet za testiranje optičnih izgub (OLTS):Vir svetlobe na enem koncu in merilnik moči na drugem, ki meri celotno dvosmerno vneseno izgubo pri delovnih valovnih dolžinah (običajno 850/1300 nm za večnačin; 1310/1550 nm za eno-način). Izmerjena izguba se primerja z izračunano dovoljeno izgubo, ki izhaja iz dolžine vlaken, števila konektorjev in števila spojev. To je enakovredno "ali smo ostali znotraj proračuna."
• Stopnja 2 - OTDR (reflektometer z optično časovno- domeno):Meritev-na podlagi impulza, ki ustvari sled dogodka-za-dogodkom celotne povezave - vsak konektor, spoj in makrolok je prikazan kot diskretni dogodek z izmerjeno izgubo in odbojnostjo. Potreben za trajne-garancije povezav na kritični infrastrukturi in nepogrešljiv za lokalizacijo napak v nameščenem obratu.
• Pregled čelne -ploskve (IEC 61300-3-35):Digitalni fiberskop razvrsti vsako končno stran-konektorja na cono. Za eno-optično vlakno standard prepoveduje kakršno koli prasko ali napako v območju jedra (cona A). Multimode je bolj prizanesljiv - praskam do 3 µm in dopustno je majhno število napak do 5 µm. Pred vsakim parjenjem je treba vsako vlakno-pregledati in po potrebi očistiti. Ni nobene izjeme, tudi za tovarniško{10}}patch kable neposredno iz vrečke.

  

Načini okvar: Kaj se dejansko pokvari na terenu

Uporabni so teoretični modeli oslabitve; dejanski načini napak, ki jih boste srečali na delovišču, so ožji. Tukaj je empirični ožji seznam, razvrščen glede na to, kako pogosto se vsak pojavi na resničnih instalacijah.

Napake bakrenega polja, razvrščene po pogostosti

1. Nesukani pari na koncu.Najpogostejša napaka pri certificiranju Cat6A. Standardi dovoljujejo samo približno 13 mm odvijanja priključka; mnogi monterji odvijejo 25 mm ali več. NEXT in PSNEXT se zrušita, zlasti na najvišjem koncu pometanja, kjer deluje 10GBASE-T. Popravek: ponovno -zaključite, ohranite zasuk čim bližje IDC-ju, kolikor je to fizično mogoče.
2. Prevelika dolžina kanala.Kabelska naprava je delovala dlje, kot je bilo načrtovano, in IL presega omejitev kanala 100 m. Pogosto stalna-težava s povezavami, kjer vodoravni potek in povezovalni kabli presegajo proračun. Popravek: skrajšajte tek, odstranite ohlapne zanke ali razdelite z vmesno navzkrižno-vezo.
3. Tuje preslušavanje v gostih snopih.Cat6A UTP, tesno povezan z dvajsetimi drugimi kabli Cat6A UTP v vročem pladnju, ne uspe PSANEXT -, čeprav vsaka posamezna povezava prestane preizkuse kanala ločeno. Popravek: povečajte razmik med kabli, uporabite F/UTP z ustrezno ozemljitvijo ali raz-razvežite del napeljave.
4. Nepravilno ozemljen oklopljen kabel.Namestitev F/UTP ali S/FTP, ozemljena samo na enem koncu ali ozemljena na referenco s potencialno razliko med koncema, lahko povzroči slabše obnašanje EMI kot UTP. Ščit namesto pregrade postane antena. Popravek: povežite vse oklopne odvode na isto ekvipotencialno ozemljitveno referenco po TIA-607.
5. PoE{0}}povzročen premik izgube.Visok{0}}zmogljiv PoE (tip 3 pri 60 W, tip 4 pri 90 W podIEEE 802.3bt) segreje vodnike. Vstavljena izguba je-odvisna od temperature - kabel, certificiran pri 20 stopinjah, lahko deluje za 5–10 stopinj topleje pod dolgotrajno obremenitvijo PoE++, kar zmanjša mejo. To redko povzroči popolno okvaro, vendar poslabša tanke-robne povezave.

Napake optičnega polja, razvrščene po frekvenci

1. Onesnažene končne strani-priključkov.Po industrijskem konsenzu prevladujoči vzrok za težave z optičnimi povezavami. Kožna olja, vlakna z oblačil, prah, prenesen s protiprašnih pokrovčkov, -ostanki kreme za roke - kar koli od tega v osrednjem območju razprši ali absorbira svetlobo. Tovarniško-nov povezovalni kabel neposredno iz vrečke ni zajamčeno čist. Popravek: pred vsakim spajanjem preglejte vsako končno-stran z uporabo fiberskopa 200× ali 400× in očistite po merilih IEC 61300-3-35. Polnovodnik po vrstah konektorjev za optična vlaknase podrobno sprehodi skozi geometrijo obročev in-sloge poliranja končnih ploskev.
2. Makroupogibanje.Kabelska vezica je preveč zategnjena, vlakna so ovita okoli ostrega vogala, ohlapnost je shranjena v tuljavi, ki je tesnejša od nazivnega najmanjšega polmera upogiba. Pogosto očem neviden; zelo viden na sledi OTDR kot-neodsevni dogodek z merljivo izgubo. Popravi: razbremenite zavoj; zamenjajte segment, če se izguba ne povrne. Thenavodila za namestitev optičnega kablapokriva najmanjši polmer upogiba in meje vlečne-napetosti glede na vrsto kabla.
3. Obraba in neporavnanost konektorja.Obrabljeni ali opraskani obroči zaradi ponavljajočih se vstavljanj v testnih okoljih ali kontaminacija, vdelana zaradi parjenja brez pregleda. Objemke ne držijo več jeder v koncentrični poravnavi. Popravek: zamenjajte konektor ali patch kabel.
4. Napačna vrsta vlakna ali neujemanje valovne dolžine.Mostiček OM3, vstavljen v eno-povezavo, ali optika 1310 nm, ki deluje v vlaknu, določenem za 1550 nm. Včasih povezava še vedno prepušča promet pri slabšem delovanju, kar prikrije težavo. Popravek: preverite vrsto vlakna, barvno kodo plašča (rumena za SMF, aqua za OM3/OM4, limeta zelena za OM5) in valovno dolžino oddajnika na obeh koncih.
5. Napake polarnosti v sistemih MPO/MTP.Zmeda polarnosti tipa A proti tipu B proti tipu C v hrbtenici z 12 ali 24 vlakni. Povezava se fizično poveže, vendar prenaša pare s prenosom. TheVodnik za izbiro MTP proti MPOgre skozi sheme polarnosti od-do-konca. Popravek: preverite polariteto pred zagonom; nosite adapter za polarnost za korekcijo polja.