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

  

Спецификация и выбор оптического волокна, применяемого в СКС

А. А. Трусов

Появление гигабитовых приложений послужило стимулом к развитию оптических волокон (предназначенных для использования в ЛВС) в областях их производства, спецификации и стандартизации.

В большей степени это относится к многомодовым волокнам, которые изначально разрабатывались для использования их со светодиодами, и вследствие этого у них обнаружились определенные недостатки при работе с источниками излучения, применяемыми в оборудовании Gigabit и 10 Gigabit Ethernet.

Полную версию данной статьи смотрите во 6-ом номере журнала за 2003 год.

В связи с совершенствованием многомодовых волокон сегодня на рынке оптических кабелей представлено множество продуктов, имеющих разные характеристики, торговые марки и цены.

Как показывает практика работы со слушателями курсов, которые я веду, не всегда специалисты, отвечающие за выбор оптического кабеля для реализации сетевого проекта, в состоянии определить волокно, необходимое для решения задач, поставленных перед ними заказчиком. Одной из проблем, затрудняющих такой выбор, как раз и является очень уж широкое предложение многомодового кабеля (даже от одного производителя). Но все же основная проблема связана с неустоявшимися требованиями к спецификации широкополосных многомодовых волокон, предназначенных для совместного применения с источниками излучения, которые используются в интерфейсах Gigabit Ethernet. Целью данной статьи является попытка разобраться в этой проблеме и дать советы по выбору многомодового волокна.

Gigabit Ethernet

В начале 1996 г. ведущие производители сетевого оборудования организовали альянс Gigabit Ethernet, членами которого сегодня являются уже более ста компаний. Позднее был принят стандарт IEEE 802.3z, специфицировавший требования к трансиверам Gigabit Ethernet. Он определяет два оптических интерфейса: 1000Base-SX, ориентированный на работу по многомодовому волокну в диапазоне 850 нм, и 1000Base-LX, предназначенный для работы по многомодовому или одномодовому волокну в диапазоне 1310 нм. Здесь важно подчеркнуть, что Gigabit Ethernet стал первым стандартом, регламентирующим использование полупроводниковых лазеров для передачи сигнала по многомодовому волокну. (Далее эту эстафету принял стандарт 10 Gigabit Ethernet, в котором тоже предусмотрена работа как по одномодовому, так и по многомодовому волокну.) Это повлекло за собой возникновение ряда проблем, которые будут рассмотрены ниже.

Имевшиеся на момент появления гигабитовых протоколов 1000Base-LX и 1000Base-SX обычные многомодовые волокна поддерживали передачу данных по этим протоколам на расстояние, не превышавшее 550 м. В то же время длина оптического канала связи на многомодовом волокне, согласно требованиям международного стандарта СКС ISO/IEC11801, может достигать 2000 м.

Прокладка кабельных трасс длиной от 550 до 2000 м может потребоваться для организации магистральных соединений СКС внутри зданий и между ними. Стоит также отметить, что новые приложения (для СКС), обеспечивающие очередной скачок в скорости передачи данных, в первую очередь применяются именно на магистральных соединениях.

Необходимость обеспечить передачу данных с использованием технологии Gigabit Ethernet по многомодовым кабелям на расстояние до 2000 м подтолкнула производителей оптического волокна к совершенствованию технологий производства этих волокон. Их усилия не были напрасными, и на рынке появились широкополосные многомодовые волокна, речь о которых пойдет ниже.

Оптические излучатели

Стандартные ограничения на длину оптических линий на базе обычных многомодовых волокон (не более 160—550 м) обусловлены главным образом высоким уровнем дисперсии при использовании их с лазерными источниками излучения. Это явление получило название дифференциальной модовой задержки (DMD) и уже подробно описано во многих зарубежных и отечественных публикациях. Дело в том, что процесс производства обычных многомодовых волокон с применением имевшихся на момент появления протоколов Gigabit Ethernet технологий, допускает наличие в них некоторых дефектов. Они сосредоточены вблизи центра сердцевины волокна и практически не сказываются на его характеристиках при использовании со светодиодами. Однако в оборудовании Gigabit Ethernet 1000Base-X применяются другие источники излучения — полупроводниковые лазеры, которые по своим оптическим характеристикам принципиально отличаются от светодиода. Они обеспечивают направленное когерентное излучение по центру сердцевины волокна. При этом в интерфейсе 1000Base-SX используется обычно лазер поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором (VCSEL). Этот недорогой источник излучения обусловил высокую экономическую эффективность передачи данных со скоростью 1000 Мбит/c в диапазоне 850 нм и ускорил внедрение технологий Gigabit Ethernet в ЛВС. По своим оптическим характеристикам он незначительно уступает полупроводниковым лазерам торцевого излучения, применяющимся в интерфейсе 1000Base-LX для работы в диапазоне 1310 нм, но намного проще последних в изготовлении и по своей стоимости близок к светодиодам (табл. 1).

Однако VCSEL имеет и недостатки. Он не обеспечивает тех направленности и когерентности излуче-ния, которые достижимы с помощью лазера торцевого излучения, и его использование вместе с одномодовым волокном нецелесообразно. В данной статье все разнообразие лазеров торцевого излучения не рассматривается, и вся их совокупность обозначена одним термином — “лазер”.

Тем не менее VCSEL обеспечивает более направленное по сравнению со светодиодом излучение. Следствием этого является то, что основная доля оптической мощности передаваемого сигнала распространяется не по всей сердцевине градиентного многомодового волокна, как в случае с применением светодиода, а сконцентрирована вблизи центральной ее части, где, как уже говорилось, у обычных многомодовых волокон имеются дефекты (в виде неоднородности показателя преломления). Это и приводит к образованию эффекта DMD. Еще большая направленность и более узкий диапазон излучения характерны для лазеров торцевого излучения, что усиливает названный эффект. Чтобы избежать его возникновения, в стандарте 1000Base-LX предусмотрено использование так называемых МСР-шнуров (Mode Conditioning Patch-cords), конструктивные особенности которых позволяют вводить излучение лазерного источника не по оси волокна, а со смещением на 10—15 мкм от нее.

Характеристики, спецификация и классификация многомодовых волокон

Вследствие отмеченных выше дефектов сердцевины обычных многомодовых волокон ожидаемого специалистами увеличения их коэффицента широкополосности, обусловленного оптическими характеристиками лазерных источников, не произошло.

И перед производителями оптических волокон встала задача разработки технологий производства, которые обеспечивали бы более качественную проработку сердцевины многомодового световода, особенно вблизи ее оси, что, в свою очередь, позволило бы снизить уровень модовой дисперсии при работе с лазерными источниками. Многие производители успешно решили эту задачу и наряду с обычными многомодовыми волокнами стали выпускать широкополосные, которые по сравнению с обычными обеспечивают передачу трафика по протоколам Gigabit Ethernet на расстояние вдвое, втрое и более превышающее регламентируемую стандартами на эти протоколы длину кабельных каналов.

При этом перед производителями широкополосных волокон возникла новая проблема — как специфицировать их? Она связана с тем, что характеристики многомодового волокна по одному из основных параметров передачи данных — коэффициенту широкополосности — они вынуждены указывать в соответствии с действующей стандартной процедурой оценки полосы пропускания многомодовых волокон с использованием светодиода. Данная процедура регламентируется документом IEC 60793-1-C2A Международной электротехнической комиссии.

При использовании вышеуказанной процедуры характеристики широкополосности обычного и широкополосного многомодовых волокон получаются одинаковыми. Действительно, в случае применения светодиода качество сердцевины волокна вблизи ее оси практически не сказывается на уровне модовой дисперсии и, как следствие, на коэффициенте широкополосности. В то же время с использованием источников, обеспечивающих более направленный ввод света в волокно, применяемых в оборудовании Gigabit Ethernet, широкополосные волокна имеют в несколько раз больший коэффициент широкополосности. Производители нашли выход в том, что наряду с коэффициентом широкополосности стали дополнительно указывать максимальные расстояния, на которые возможна передача данных с использованием определенных приложений по кабелю определенного типа.

Так, например, выглядит спецификация многомодовых волокон компании Nexans (табл. 2), разработавшей собственную технологию производства широкополосных волокон под названием APVD (Advanced Plasma and Vapor Deposition). Она обеспечивает лучшую проработку градиентной структуры сердцевины многомодового волокна. Своему широкополосному волокну компания присвоила торговую марку GIGAlite II.

Как видно из представленной спецификации, обычное и широкополосное (GIGAlite II) волокна имеют одинаковые характеристики по коэффициенту широкополосности, что обусловлено стандартной процедурой тестирования этих волокон с использованием светодиода. Но для приложений, работающих на источниках типа полупроводниковых лазеров, дополнительно указывается максимальная длина канала связи в зависимости от типоразмера волокна (отношение диаметров его сердцевины и оптической оболочки). Из табл. 2 также видно, что широкополосные волокна марки GIGAlite II компании Nexans обеспечивают передачу трафика по оптическим протоколам Gigabit Ethernet на расстояние, превышающее стандартные ограничения (до 550 м).

Между тем не все производители специфицируют свое волокно таким образом. Израильская компания Teldor для своего широкополосного многомодового волокна марки Premium характеристики по коэффициенту широкополосности вообще не указывает (табл. 3). Полагаю, что делается это для того, чтобы не вводить в замешательство потребителя, у которого может возникнуть вопрос: зачем платить дополнительные деньги за это волокно, если по коэффициенту широкополосности оно ничем не отличается от обычного? Кроме того, зачем указывать полосу пропускания волокна со светодиодом, в то время как оно предназначено для использования с лазерными источниками? Однако данный подход, по моему мнению, не вполне оправдан, так как часто приходится слышать вопрос: а будет ли многомодовое волокно, предназначенное для лазера, так же успешно взаимодействовать со светодиодом? Для своего широкополосного волокна компания указывает то расстояние, на которое будет передаваться 1-Гбит/с трафик, и по сравнению с дальностью передачи по обычному волокну оно также значительно больше.

Такое положение дел подтолкнуло организации, ответственные за определение процедур тестирования оптических волокон, к использованию лазерных источников для оценки коэффициента широкополосности многомодовых волокон. Необходимость в этом возникла еще и потому, что лазерные источники, как уже говорилось, применяются в оборудовании 10 Gigabit Ethernet.

Сегодня многомодовые волокна СКС уже нормируются по коэффициенту широкополосности с использованием лазерных источников, но пока это делается только для одной категории волокон — ОМ3. Надо отметить, что, согласно международному стандарту СКС ISO/IEC 11801, оптические волокна классифицируются по категориям (подобно классификации медного кабеля: чем выше категория волокна, тем лучше его характеристики передачи данных). Во второй (последней на сегодняшний день) редакции этого стандарта определены три категории многомодового волокна — ОМ1, ОМ2 и ОМ3 — и одна категория одномодового — OS1. Для каждой категории задаются максимально допустимое затухание и минимально допустимый коэффициент широкополосности. Важно отметить, что классификация многомодовых волокон осуществляется исключительно на основе их характеристик передачи, а не по типоразмеру, хотя определенная зависимость между ними, безусловно, есть.

Поскольку ко всем трем категориям многомодовых волокон вышеназванным стандартом предъявляются одинаковые требования по затуханию (3,5 и 1,5 дБ/км при длине волны 850 и 1300 нм соответственно), то фактически многомодовое волокно классифицируется только по коэффициенту широкополосности. На данный момент для волокон категорий OM1 и OM2 он нормируется только с использованием светодиода, но эти волокна можно применять и вместе с лазерными источниками.

С использованием полупроводниковых лазеров, как отмечалось, нормируются характеристики только волокна категории ОМ3. При этом важно подчеркнуть, что волокно этой категории имеет единственный типоразмер — 50/125 мкм. Определение этой дополнительной категории (в предыдущей редакции стандарта ISO/IEC 11801 ее не было) волокон обусловлено тем, что по своим характеристикам волокна категории ОМ3 предназначены для поддержки передачи данных по технологиям 10 Gigabit Ethernet в диапазоне 850 нм, как наиболее экономически эффективном в ЛВС.

Важно отметить, что волокна, которые классифицируются стандартом ISO/IEC 11801 по категориям ОМ1 и ОМ2, могут быть как обычными, так и широкополосными. И многие производители, предлагая сегодня волокна всех трех категорий, в своих спецификациях наряду с характеристиками волокна указывают, какой категории соответствует та или другая его марка (см. табл. 2).

Что касается стандарта 10 Gigabit Ethernet, то в представленных выше спецификациях оптических волокон (см. табл. 2, 3) подразумевается самая недорогая его модификация — 10GBase-SR/SW. Вообще же оборудование 10 Gigabit Ethernet сегодня производится уже достаточно широко. Этот стандарт был принят летом 2002 г. Основной средой передачи 10-Гбит/с трафика является одномодовое волокно, но для рынка локальных сетей, где для достижения успеха огромное значение имеет экономическая эффективность решения при небольшой (для оптических технологий) длине линии, стандартом регламентируется и передача названного трафика по многомодовому волокну. При планировании сети может оказаться полезной табл. 4, составленная специалистами компании Nexans. На ее основе можно определить максимальную длину канала связи 10 Gigabit Ethernet на базе волокна определенной категории.

Очевидно, что технологию 10 Gigabit Ethernet поддерживают многомодовые волокна всех трех категорий, но максимальная длина канала связи по многомодовому кабелю (300 м) достижима только с использованием волокна категории ОМ3. У компаний Nexans и Teldor, например, к этой категории относятся волокна марок GIGAlite 3 и LazerDor соответственно.

Выбор волокна

При выборе среды передачи данных по той или иной сетевой технологии заказчику и системному интегратору приходится принимать во внимание различные ограничения. Это и стандарты на СКС, призванные обеспечить поддержку широкого ряда сетевых технологий; это и стандарты на сетевые технологии, которые четко регламентируют максимальную длину кабельного канала связи в зависимости от характеристик используемого волокна и, кроме того, это спецификации производителей кабеля, которые предлагают продукты, по своим характеристикам превосходящие стандартные требования. Данная статья имеет целью обратить внимание читателя именно на последний случай. Активное оборудование Gigabit Ethernet, и тем более 10 Gigabit Ethernet, является достаточно дорогостоящим, и заказчику, безусловно, необходимо быть уверенным в том, что на смонтированных для него линиях связи оно будет работать эффективно. Но как быть, если нужная длина линий связи либо вплотную приближается к указанным в стандартах ограничениям, либо превосходит их?

В качестве ответа на этот вопрос хотелось бы привести некоторые рекомендации, предлагаемые производителями оптического кабеля для ЛВС. В тех случаях, когда расстояние, на которое необходимо передавать данные со скоростью до 1 Гбит/c, не превышает 300—550 м, выбор можно остановить на обычном многомодовом волокне, определившись только с его типоразмером. Когда же это расстояние превышает 500—550 м, но меньше 2 км, потребуется широкополосное многомодовое волокно. Ну, и, наконец, когда предполагается использовать технологии 10 Gigabit Ethernet при длине канала связи до 300 м, необходимо использовать волокно категории ОМ3. Если же требуемая длина канала связи превышает 300 м, следует задействовать одномодовый кабель.

Несколько слов надо сказать и о нем. Одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления, используемое в СКС, предназначено преимущественно для работы в диапазоне 1310 нм. Последний интересен тем, что хроматическая дисперсия в нем стремится к нулевому значению, а это позволяет добиться широкой полосы пропускания при не самых высоких потерях. Любопытно, что и это волокно может предлагаться производителями как обычное, так и под более “продвинутой” маркой. Например, компания Teldor для своего одномодового волокна под маркой Premium заявляет лучшие характеристики по затуханию по сравнению с обычным волокном (табл. 5).

В заключение хотелось бы отметить, что в случае использования оптических линий связи для организации внешних магистралей СКС монтаж таких линий обходится заказчику в кругленькую сумму и эти затраты порой сопоставимы со стоимостью самого кабеля и его компонентов или даже значительно превосходят ее. В этой связи инвестировать средства в линии связи, которые по своим характеристикам вплотную подходят к требуемым параметрам, представляется не совсем дальновидным решением, так как в этом случае не остается запаса для дальнейшего развития сети без последующего дополнительного монтажа более широкополосных линий связи.

Об авторе

Трусов Андрей Александрович,
старший преподаватель УЦ “Нексотель”
Телефон: (095) 277-1166
e-mail: andrt@sonet.ru

 





  
6 '2003
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Хот-спот Wi-Fi — "горячая" точка мира телекоммуникаций

бизнес

• Рынок СТК и Интернет-карт в Москве

• Тенденции развития российского рынка сотовой связи

инфраструктура

• Тестируем двухдиапазонные точки доступа для беспроводных ЛВС

• Уровень 7 работает на вас

• Решение транспортной проблемы Москвы — в руках связистов?

информационные системы

• Проблемы реализации ИТ-проектов на государственном предприятии

• Системы CRM осваивают новые профессии

• Приди и возьми!

• Ликвидируем утечки коммуникаций

сети связи

• Проверка качества каналов Интернет

• Качество VoIP: корреляция оценки MOS и R-фактора

• Как используются соглашения SLA

кабельные системы

• Еще раз об интероперабельности компонентов категории 6

• Спецификация и выбор оптического волокна, применяемого в СКС

• Стандарт на СКС для систем автоматизации зданий

новые продукты

• Четырехпроцессорный Storm; Онлайновые ИБП Vanguard; Системы удаленного присутствия In-Reach LX-4000S


• Калейдоскоп



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