Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Многомодовые оптические волокна и гигабитовые приложения

Вольфганг Ригер

Появление новых высокоскоростных приложений, таких, как Gigabit Ethernet (1000Base-T) и особенно 10 Gigabit Ethernet (10GBase-x), существенно ужесточило требования к характеристикам структурированных кабельных систем (СКС). Сначала была проведена ревизия стандартов ISO/IEC 11801, EN 50173 и EIA/TIA—568 в части электрической (медной) проводки. В них спецификации на проводку категории 5 были заменены спецификациями на линию Enhanced Category 5/Link Class D:2000 Systems. Такая линия поддерживает передачу гигабитового трафика по кабелю категории 5 при одновременном функционировании всех четырех его пар в дуплексном режиме. Затем началась работа над новыми стандартами на более широкополосные кабели и соединители категорий 6 и 7. Сегодня уже существуют последние версии проектов этих стандартов, которые находятся на стадии утверждения.

В настоящее время ясно, что для поддержания гигабитовых приложений не только медный кабель, но и оптическое волокно нуждается в более широкой полосе пропускания независимо от того, где оно применяется: на магистралях или в горизонтальной подсистеме СКС (решение Fiber to the Desk). Комитеты стандартизации активно работают над новыми спецификациями на многомодовое (ММ) волокно.

В данной статье рассмотрены основные причины повышения требований к волоконным световодам и отражение этого в новых стандартах на СКС, а также даны рекомендации по выбору типа волокна для конкретных приложений. В статье в основном рассматривается ММ-волокно, поскольку именно оно доминирует сегодня и будет доминировать в ближайшие годы в локальных инсталляциях.

Основные функциональные параметры многомодового волокна

Кабели на основе ММ-волокна диаметром 50/125 и 62,5/125 мкм уже давно применяются в СКС с целью обеспечения передачи данных с высокой скоростью и на довольно большие расстояния, что требуется для организации магистралей. Наиболее важными функциональными характеристиками ММ-волокна являются затухание и коэффициент широкополосности. Обе они определяются для длин волн 850 и 1300 нм, на которых работает боўльшая часть активного сетевого оборудования.

В табл. 1 представлены спецификации на градиентное ММ-волокно, содержащиеся в существующих стандартах на СКС: ISO/IEC 11801, EN 50173 и TIA/EIA—568. Этих характеристик вполне достаточно для обеспечения таких приложений, как Fast Ethernet, FDDI и ATM, необходимой полосой пропускания при любых стандартных длинах линий. Согласно существующим стандартам, максимальная длина кабельной линии для ММ-волокна равна 2000 м, а для одномодового (ОМ) волокона — 3000 м. Однако пропускную способность, достаточную для передачи более широкополосных сигналов Gigabit Ethernet, стандартное волокно обеспечивает только на меньших длинах линий — до 550 м.

Такое ограничение длины, которое по сути является отступлением от существующих стандартов, обусловлено не только недостаточной шириной полосы пропускания обычного ММ-волокна, но и спецификой работы новых светоизлучателей, используемых в трансиверах Gigabit Ethernet. В них вместо светодиодов, которыми оснащаются низкоскоростные интерфейсы Fast Ethernet, FDDI или ATM, применяются более быстродействующие недорогие лазеры типа VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) или обычные одномодовые лазеры, которые в дальнейшем будем называть просто лазерами.

Особенности светоизлучателей для ММ-волокна

В соответствии со стандартами Gigabit Ethernet излучатель типа VCSEL применяется для работы в коротковолновом окне прозрачности 850 нм (протокол 1000Base-SX), а лазер — в длинноволновом окне 1300 нм (протокол 1000Base-LX).

Эти излучатели имеют различную ширину диаграммы направленности, что сказывается на способе ввода светового пучка в волокно и на условиях распространения света. В итоге действующая (реальная) ширина полосы пропускания волокна оказывается зависящей от способа его возбуждения.

Из-за своей широкой диаграммы направленности светодиод дает самое большое световое пятно, диаметр которого нередко превышает диаметр самого волокна, и переполняет последнее световыми модами. Такой ввод светового сигнала назовем насыщающим возбуждением световода (Overfilled Launch). Диаграмма направленности излучателя типа VCSEL намного уже, поэтому степень заполнения волокна световыми модами меньше, чем в случае применения светодиода.

Лазер генерирует самый узкий сфокусированный пучок света и направляет его точно по центру ММ-волокна. Такой способ ввода излучения в волокно назовем лазерным возбуждением (Laser Launch).

Дифференциальная модовая задержка

Основная проблема с лазерным возбуждением состоит в том, что профиль показателя преломления обычного ММ-волокна, независимо от его диаметра (50/125 или 62,5/125 мкм), имеет провал строго по центру сердцевины. Он обусловлен наличием вблизи оси сердцевины небольших дефектов (неоднородностей), вызванных спецификой классической технологии производства волокна.

Отмеченный провал находится именно там, где распространяется основная энергия лазерного луча (рис. 1). Неодинаковые показатели преломления в зоне распространения луча приводят к образованию мод высокого порядка и в результате к дисперсии сигнала, т. е. его “размазыванию” во времени. Применительно к лазерному возбуждению ММ-волокна этот эффект называется дифференциальной модовой задержкой (DMD). Наличие дисперсии сигнала во временноўй области эквивалентно сужению полосы пропускания волокна в частотной области.

Из-за разных условий распространения светового сигнала существует большая разница между значениями ширины полосы пропускания для насыщающего возбуждения волокна и для лазерного. Можно показать, что при лазерном возбуждении обычное ММ-волокно не имеет необходимой полосы пропускания (при стандартных длинах линий) для поддержания протокола Gigabit Ethernet. Чтобы радикально решить эту проблему, производители начали выпускать ММ-волокна нового поколения (Laser Grade Multimode Fibers), которые имеют сглаженный профиль показателя преломления (рис. 2), и поэтому сужающий полосу пропускания эффект DMD в них отсутствует.

Смещенный ввод светового луча

Помимо оптимизации профиля показателя преломления волокна, существует и другой способ борьбы с эффектом DMD — смещение (относительно оси волокна) точки ввода оптического сигнала (Offset Launch). При этом боўльшая часть оптической энергии распространяется по световоду, минуя дефектную центральную часть обычного волокна, что уменьшает искажения сигнала и, как следствие, позволяет реализовать потенциально достижимую полосу пропускания.

Этот способ реализован в виде соединительного шнура с так называемым модовым преобразованием (Offset Launch Mode Conditioning Cable Assembly), предназначенного для подключения гигабитовых портов активного сетевого оборудования к кабельным линиям с ММ-волокном. Он представляет собой кабель, на одном конце которого установлен многомодовый дуплексный соединитель SC, а на другом — многомодовый и одномодовый соединители SC. В разрыв волоконной линии, соединяющей передающий порт (Tx) и многомодовый SC-соединитель, включено пассивное устройство, обеспечивающее смещенный ввод оптического сигнала из одномодового отрезка волокна в многомодовое волокно (рис. 3).

Оптимальное осевое смещение зависит от параметров волокна и для волокон диаметром 62,5/125 или 50/125 мкм находится в пределах 17—23 или 10—16 мкм соответственно. Поскольку оптимальное значение смещения должно выдерживаться с точностью порядка десятых долей микрона (иначе сильно ухудшаются функциональные параметры), рекомендуется приобретать шнуры с модовым преобразованием, выпущенные производителем, использующим стабильную прецизионную технологию производства. Эти шнуры предназначены для применения в уже установленных многомодовых магистралях. С их помощью можно реализовывать полосу пропускания, необходимую для передачи данных по технологии 1000Base-LX на расстояния до 550 м.

Новый стандарт ISO/IEC 11801 для волоконно-оптических линий

Учитывая требования технологии Gigabit Ethernet, Международная организация по стандартизации подготовила новые спецификации на волоконно-оптические подсистемы СКС, которые будут включены во второе издание стандарта ISO/IEC 11801. В нем оптические каналы различаются по классам (аналогично категориям медных линий). Речь идет о каналах следующих классов: OF300, OF500 и OF2000, поддерживающих приложения оптического класса на расстояниях до 300, 500 и 2000 м.

Кроме классов каналов, во втором издании этого стандарта определены три класса ММ-волокна — OM1, OM2 и OM3 — и один класс ОМ-волокна — OS1. Эти классы дифференцируются по затуханию и коэффициенту широкополосности. Согласно новому стандарту ISO/IEC 11801, предельно допустимое затухание сигнала в ММ-волокнах классов OM1, OM2 и OM3 при длинах волн 850 и 1300 нм составляет 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно, а для одномодового волокна класса OS1 при длинах волн 1310 и 1550 нм этот показатель равен 1 дБ/км. Определенный тем же стандартом минимальный коэффициент широкополосности для ММ-волокна представлен в табл. 2.

Многомодовое волокно нового поколения

В соответствии с новым стандартом рядом компаний разработаны и запущены в производство новые волокна со сглаженным профилем показателя преломления. Они хорошо подходят для передачи трафика Gigabit Ethernet и также способны поддерживать протокол 10 Gigabit Ethernet при длинах линий до 300 м. Одним из таких изделий является волокно 50/125µ Laser Grade, входящее в состав кабелей СКС AMP Netconnect фирмы Tyco Electronics. По своим характеристикам оно превосходит стандартное волокно класса ОМ2, поэтому определено как волокно класса OM2 Plus. При длинах волн 850 и 1300 нм его коэффициент широкополосности составляет 600 и 1200 МГц ґ км соответственно. (Примерно такие же характеристики имеют волокна нового поколения фирм Corning, Nexans и некоторых других производителей. — Прим. ред.) Для сравнения в табл. 3 приведены максимальные длины линий Gigabit Ethernet на базе волокна 50/125µ Laser Grade и стандартного волокна класса ОМ2.

Поскольку волокно класса OM2 Plus позволяет создавать линии Gigabit Ethernet длиной до 2000 м, оно полностью отвечает стандартам на СКС и является оптимальным решением для новых инсталляций. С этим волокном не требуется применения шнуров для смещенного ввода светового сигнала даже в случае использования технологии 1000Base-LX, что является еще одним аргументом в его пользу. Волокно класса OM2 Plus поддерживает также последовательную передачу трафика 10 Gigabit Ethernet на расстояния до 110 м и поэтому, по крайней мере во внутренних магистралях, является экономически выгодной альтернативой дорогому волокну класса ОМ3.

Технология 10 Gigabit Ethernet находится на пути к принятию соответствующего стандарта и поэтому тоже должна учитываться при проектировании СКС. В проекте стандарта на эту технологию определены последовательные интерфейсы, работающие с ОМ-волокном (предназначены для организации корпоративных сетей и сетей общего пользования); два интерфейса с волновым мультиплексированием — WDM (Wavelength Division Multiplexing), один из которых передает данные по ММ-волокну (подходит для создания внутренних магистралей), а другой — по ОМ-волокну (ориентирован на кампусные магистрали); последовательный 850-нм ММ-интерфейс (область его применения — внутренние магистрали и горизонтальная подсистема). Для работы с последним интерфейсом производителями кабелей было разработано новое ММ-волокно. По классификации EIA/TIA оно называется 850 nm Laser Optimized 50/125µ fiber, а по международному стандарту соответствует классу OM3. При насыщающем возбуждении и длинах волн 850 и 1300 нм его коэффициент широкополосности составляет 1500 и 500 МГц ґ км соответственно, а при VCSEL-возбуждении (длина волны 850 нм) он равен 2000 МГц ґ км. Для приложений 10 Gigabit Ethernet волокно типа 850 nm Laser Optimized 50/125µ fiber обеспечивает максимальную длину линии — до 300 м.

Реализация гигабитовых приложений на базе существующих СКС

Уже много лет обычное ММ-волокно применяется в магистралях локальных компьютерных сетей. Если в магистралях, построенных на ММ-волокне класса OM1 (62,5/125 мкм), планируется переход на гигабитовый протокол, то начинать его следует с проверки длин существующих линий. Все линии короче 275 м могут работать по протоколу 1000Base-SX. Большую дальность — до 550 м — можно обеспечить, если использовать протокол 1000Base-LX и смещенный ввод светового луча.

В случаях, когда установлено волокно класса OM2 (50/125 мкм) оба протокола (1000Base-SX и 1000Base-LX) применимы при длинах линий до 550 м; при этом последний протокол (1000Base-LX) следует использовать вместе со смещенным вводом луча. Если требуются линии большей длины, необходимо проложить новый кабель.

Рекомендации по выбору волокна

Выбор типа волокна (и волоконно-оптического кабеля) — это очень важный этап проектирования СКС. При этом необходимо исходить из требований внедряемого приложения. С помощью табл. 4 можно по типу приложения и требуемому классу канала (нужной длине) выбрать минимально допустимый класс волокна. Однако, учитывая неизбежное развитие сети, желательно отдать предпочтение более высокому уровню характеристик волокна, что, помимо улучшения характеристик оптической линии, позволит сэкономить расходы в будущем. При строительстве новых сетей разумно применять волокно классом не ниже OM2. Оно поддерживает технологию Gigabit Ethernet при длинах линий до 550 м (в случае применения протокола 1000Base-LX требуется смещенный ввод).

Защиту капиталовложений обеспечивает использование волокна класса OM2 Plus, которое позволяет достичь длины линии до 2000 м, что соответствует стандартам на СКС. К тому же, как уже говорилось выше, волокно этого класса не требует смещенного ввода светового луча, поэтому более высокая стоимость соответствующего кабеля (по сравнению с кабелем на основе волокна класса OM2) окупится довольно быстро, учитывая экономию на дорогих шнурах, смещающих ввод светового луча.

Если в будущем потребуется, чтобы проектируемая сегодня кабельная система поддерживала технологию 10 Gigabit Ethernet, то при длинах линий до 110 м следует применять ММ-волокно класса OM2 Plus, при длинах линий от 110 до 300 м — ММ-волокно класса OM3, а при длинах линий более 300 м — ОМ-волокно класса OS1.

Пока стандарт на технологию 10 Gigabit Ethernet еще не принят, ММ-волокно класса OM3, поддерживающее ее при длинах линий до 300 м, остается весьма дорогим. Полноценной альтернативой ему, особенно в кампусных магистралях, является одномодовое волокно класса OS1. В связи с этим сегодня наблюдается устойчивая тенденция к установке на магистралях гибридных кабелей, имеющих под одной оболочкой ММ- и ОМ-волокна. Хотя зачастую после прокладки такого кабеля ОМ-волокно не используется, оставаясь как задел на будущее, дополнительные инвестиции в него окупятся, поскольку приобретение и прокладка нового одномодового кабеля потребуют гораздо больших расходов. Ряд производителей кабелей, включая фирму Tyco Electronics, выпускают на заказ кабели с любой комбинацией многомодовых и одномодовых волокон.

Об авторе
Вольфганг Ригер,
директор по продажам
СКС AMP Netconnect
в странах Восточной Европы
Телефон представительства
в Москве: 926-5509





  
3 '2002
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• "Деловая сеть" финансово-промышленной группы

локальные сети

• Многомодовые оптические волокна и гигабитные приложения

• Современные коммутационные шнуры больше не являются слабым звеном

• Трудно ли выбрать подходящий коннектор?

корпоративные сети

• Как сэкономить на проектах интеграции CRM

• Руководство по выживанию с помощью ИТ

услуги сетей связи

• Открытая сервисная архитектура OSA

• Глобальные операторы: новые услуги и старые проблемы

системы учрежденческой связи

• Call-центры: задачи и решения

защита данных

• О совместной работе дизель-генератора и мощного ИБП

• Тестируем межсетевые экраны высокой готовности

новые продукты

• Пополнение в семействе PRIMEPOWER; ANS - платформа для быстрого старта; "Все в одном" для оптических сетей; Kirk dect-z 500: небольшая система для широкого применения;

только на сервере

• Тестируем Web-серверы "под ключ"


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх