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

  

Анализ событий на рефлектограмме

И. Н. Панов

Оптические рефлектометры (Optical Time Domain Reflectometers — OTDR) применяют для определения характеристик волоконно-оптического кабеля, включая местонахождение дефектов, повреждений и уровень общих потерь сигнала на определенном участке кабеля.

Рефлектометр подает в оптическое волокно мощный оптический импульсный сигнал и измеряет сигнал, пришедший обратно в результате отражений и обратного рассеяния. Для генерации тестовых сигналов в этом приборе используются импульсные лазерные диоды, а для обнаружения и измерения обратного сигнала — высокочувствительные оптические измерители мощности, например лавинные фотодиоды.

Базовые понятия

При передаче исходного импульса по волокну основная часть светового пучка движется вперед, но из-за микродефектов в волокне небольшое количество света рассеивается в разных направлениях, претерпевая многократное отражение. Небольшая часть рассеянного света направляется обратно (это и есть обратное рассеяние) и попадает в рефлектометр. Измеряя уровень обратного рассеяния, прибор регистрирует события, приводящие к ослаблению исходного импульса при его движении по волокну.

По мере движения по волокну импульс затухает из-за потерь, связанных с рассеянием, ослаблением на дефектах в местах сварки волокон, стыков кабеля и т. п. Ожидаемое затухание импульса на единицу длины кабеля указывается в характеристиках кабеля и называется коэффициентом затухания. Как правило, эта величина измеряется в дБ/км и зависит от длины волны, модальных характеристик источника сигнала и свойств самого кабеля. Ожидаемое затухание сигнала на определенном участке кабеля (например, в месте соединения) измеряется в дБ и зависит от точности совмещения сердцевин волокон на стыках, качества полировки торцов волокна и прочих факторов.

Полную версию данной статьи смотрите в 14-ом номере журнала за 2006 год.

Отражениями Френеля называют значительные по величине отражения света назад (в сторону рефлектометра), вызванные резкими изменениями коэффициента преломления волокна. Наиболее часто такие отражения бывают вызваны дефектами соединений, разрывами кабеля, его сильными изгибами, трещинами и дефектами на торце волокна. Отношение мощности отраженного света (за вычетом естественного обратного рассеяния) к мощно-сти исходного импульса называется коэффициентом отражения. Он указывается в дБ и выражается отрицательным значением для пассивных оптических систем. Чем ближе это значение к нулю, тем выше отражение (и ниже качество соединения).

Еще одна измеряемая величина — оптические возвратные потери (Optical Return Loss — ORL). Они характеризуют общее количество потерь, связанных с отражением Френеля и обратным рассеянием по всей длине тестируемого кабеля. Эти потери указываются в дБ и для пассивных оптических систем обычно выражаются положительным значением.

Оптические рефлектометры показывают результаты измерений в виде графика (рефлектограммы) зависимости количества отраженного и рассеянного света от длины кабеля (рис. 1). Большинство рефлектометров на основе анализа рефлектограммы формируют таблицы с данными о расположении и характеристиках событий.

Преимущество рефлектометров перед обычными измерителями потерь заключается в том, что рефлектометры способны локализовать место отражений и аномальных потерь в оптическом волокне. Кроме того, они позволяют оптимизировать прокладку кабеля, выдавая данные по уровню потерь в каждом отдельном сегменте. С их помощью можно обнаружить отдельный плохой сегмент или стык, даже если все остальные сегменты и стыки канала передачи работают идеально. Рефлектометры очень удобны тем, что обеспечивают полноценную диагностику при подключении только с одного конца кабеля. На сегодня они являются важнейшими инструментами диагностики волоконно-оптических сетей и устранения неполадок в них.

Типы регистрируемых событий

Один из основных регистрируемых оптическими рефлектометрами типов событий — отражения Френеля, которые возникают от разъемных соединений, механических сплайсов, обрыва (конца) кабеля и стыков между разными его участками, а также от других участков с резким изменением коэффициента преломления. Разница между коэффициентом преломления различных типов волокна обычно мала, однако из-за микродефектов на стыках свет проходит через воздух, а поскольку коэффициент преломления в воздухе совершенно иной, то возникают ощутимые отражения. Трещины и дефекты сердцевины волокна представляют собой другую, реже встречающуюся причину возникновения отражений.

В отличие от отражений потери уровня сигнала обычно бывают связаны с дефектами сварных соединений и сильными перегибами кабеля. В таких местах уровень отражений Френеля мал или они не происходят вообще. Потери регистрируются в виде резкого скачка сигнала обратного рассеяния (см. рис. 1). Для их обнаружения необходимо, чтобы рефлектометр был способен фиксировать обратное рассеяние (его уровень должен превосходить уровень шума самого приемника рефлектометра).

Скрытое событие — это событие, возникающее так близко к предыдущему, что сигнал не успевает упасть до обычного уровня обратного рассеяния. Типичными источниками скрытых событий могут стать коммутационные шнуры.

Анализатор событий

Раньше расшифровкой рефлектограмм занимались только опытные специалисты. С увеличением мощности процессоров в тестовом оборудовании появилось программное обеспечение, упрощающее интерпретацию получаемых результатов. Оно постоянно совершенствуется, и поэтому работать с оптическими рефлектометрами становится все проще.

Например, программное обеспечение прибора OptiFiber компании Fluke Networks позволяет назначать пределы для определенных характеристик. Прибор сравнивает измеренные характеристики с заданными пределами и выдает для теста заключение “Пройден/Не пройден”. Это очень удобная функция, но ее эффективность зависит от того, насколько точно программный анализатор определяет характеристики событий.

В большинстве простых сетей этот прибор интерпретирует события очень точно. Однако в сложных случаях они могут истолковываться неверно или даже остаться незамеченными анализатором. Например, работая в автоматическом режиме, анализатор может не заметить сильный перегиб кабеля на расстоянии менее метра от соединения. В некоторых случаях пользователь способен сам заметить небольшую аномалию на рефлектограмме и постараться собрать дополнительную информацию о ней в ручном режиме.

Присутствие фантомов тоже затрудняет анализ.

Эхо и фантомы

Термины “эхо” (echo) и “фантом” (ghost) применяют для обозначения двух типов ложных событий, которые проявляются только на рефлектограмме. Эхо возникает при многократном отражении света (подробнее это явление описано ниже), а фантомы — в ситуации, когда промежуток времени между импульсами лазерного источника настолько мал, что энергия от одного импульса накладывается на трассировочный след другого. Такие фантомы могут возникать при тестировании многомодового кабеля длиной более 8 км и одномодового кабеля длиной более 30 км. Фантомы очень трудно отличить от реальных событий. Один из их признаков — большая дисперсия (уширение импульса) по сравнению с размером импульсов от реальных событий. Фантом может регистрироваться нестабильно, периодически то исчезая, то появляясь.

Как уже было сказано, эхо возникает на рефлектограмме в результате многократного отражения сигнала. События типа “отражение” можно представить в виде полупрозрачных зеркал, сквозь которые проходит большая часть света (сигнала), однако некоторая его часть отражается обратно в направлении рефлектометра. Дойдя до рефлектометра, какая-то часть сигнала отразится еще раз и пойдет обратно, потом отразится еще раз (на том же самом дефекте) и повторно “прибудет” к измерительному прибору. Если уровень повторно отраженного сигнала сравним с уровнем обратного рассеяния, то он будет заметен на рефлектограмме. Эхо появляется как событие на расстояниях, равных удвоенному (утроенному и т. д.) расстоянию до вызвавшего его события. Встречаются и более сложные пути отражения, и иногда очень трудно определить, какое событие послужило причиной возникновения эха.

На рефлектограмме эхо всегда появляется дальше от источника сигнала, чем вызвавшее его событие. Как правило, от реального события отражения эхо можно отличить по отсутствию признаков потери сигнала вокруг него. Однако учтите, что сильное отражение может вызвать обратное рассеяние, эхо от которого окажется значительно больше порога шума и будет заметно на рефлектограмме. В таких случаях эхо на рефлектограмме будет сопровождаться потерей уровня сигнала. Как правило, эхо обратного рассеяния сопровождается большим количеством шума.

На примере рефлектограммы (см. рис. 1) мы видим эхо, вызванное последовательным отражением сигнала от первого дефекта (отметка 100 м), порта рефлектометра и вновь от указанного дефекта. Обратите внимание, что на рефлектограмме эхо показано на отметке 200 м, т. е. вдвое дальше первого большого отражения. Кроме того, можно заметить, что рядом с эхом практически нет признаков потери сигнала.

Для минимизации эхо-сигналов необходимо очистить все соединения и проверить их качество и стыковку до начала тестирования. Это позволит минимизировать энергию отраженного сигнала и вероятность возникновения “громкого” эха. Убедитесь также в том, что совпадают тип волокна и диаметр сердцевины всех применяемых соединительных и коммутационных шнуров.

Подъем уровня сигнала

Ситуация, когда уровень обратного рассеяния после определенного события (например, связанного с прохождением сигнала через соединитель) выше, чем до него, вызывает подъем уровня сигнала на рефлектограмме. Подъемы часто отображают события, возникающие на стыках разных типов кабеля. На рис. 2 показан пример рефлектограммы с большим подъемом на отметке 100 м — в этом месте волокно с сердцевиной 50 мкм подключено к волокну с сердцевиной 62,5 мкм. Кроме того, подъемы могут появляться после мощных сигналов отражения, которые на рефлектограмме оставляют “хвост”.

Тест ChannelMap

Прибор OptiFiber может быть сконфигурирован таким образом, чтобы фиксировать только события, связанные с отражением. Соответствующий тест — ChannelMap — оптимизирован для поиска близко расположенных отражающих событий. Они показаны на карте в виде соединителей (рис. 3), хотя реально могут представлять собой механические сплайсы и другие отражающие объекты.

В тесте ChannelMap рефлектометр работает с максимальным разрешением и способен регистрировать многомодовые соединительные шнуры длиной всего 0,5 м и одномодовые шнуры длиной 1 м. В этом тесте события, связанные с потерей сигнала, не учитываются.

Влияние коэффициента преломления на результаты измерений

Коэффициент преломления вещества определяется отношением скорости распространения света в вакууме к скорости его распространения в этом веществе. Средний коэффициент преломления оптического волокна — 1,48. Это значит, что свет распространяется в нем со скоростью около 203 тыс. км/с. Рефлектометр определяет удаленность событий от начала кабеля по коэффициенту преломления волокна и интервалу времени, через который в рефлектометр поступает отраженный сигнал. Неправильная информация о коэффициенте преломления напрямую влияет на точность измерений.

Коэффициент преломления волокна близок к постоянной величине, однако он немного зависит от длины волны. Поэтому, если не задать точный коэффициент для всех длин волн, используемых для тестирования, результаты измерений при разных длинах волн будут разными. Одно и то же событие может быть зарегистрировано на разных расстояниях в ходе измерений 850-нм и 1300-нм импульсами. Такое случается довольно часто (и в целом вполне приемлемо), поскольку производители кабеля редко предоставляют полную информацию о коэффициентах преломления волокна на всех возможных длинах волн.

Чистота соединений и результаты измерений

Анализатор характеризует события по форме соответствующего им сигнала, уровню обратного рассеяния до и после события, а также по расположению события относительно других событий на рефлектограмме. Грязные и плохо отполированные разъемы отражают больше света, что сказывается на форме соответствующего событию сигнала, приводит к появлению “хвоста” и пр.

Кроме того, плохие разъемы могут служить источниками эха. Все это снижает точность работы анализатора.

Поскольку перечисленные факторы также снижают качество передачи данных, рекомендуется поддерживать чистоту всех разъемов и тщательно полировать концы волокна при его терминировании. Настоятельно рекомендуется чистить разъемы перед каждым соединением. Внутри корпуса разъема может накапливаться грязь и пыль, которые в момент отключения разъема могут попасть на торец волокна. В результате при следующем подключении разъема характеристики соединения могут резко ухудшиться. Кроме того, помните: даже если не производить никаких манипуляций с разъемами, то со временем качество соединений ухудшается.

Оптический рефлектометр может проверять качество соединений в начале каждого теста. Если результат плохой, скорее всего, требуется чистка соединений, ремонт или замена кабеля. Удовлетворительный результат означает, что тесты нужно проводить с особой тщательностью.

Параметры подачи сигнала

Результаты измерений, проведенных разными рефлектометрами, а также результаты измерений с помощью рефлектометра и обычных оптических ваттметров могут сильно отличаться друг от друга из-за различий в характеристиках подаваемого сигнала. Например, набор излучаемых мод зависит от конкретного лазера и меняется в процессе прохождения сигнала по кабелю. Чем дальше расположены моды от оси волокна, тем они сильнее затухают. Поэтому, чем больше внешних мод (мод высокого порядка) в подаваемом сигнале, тем больше будут измеренные потери.

Самое большое различие может оказаться между результатами тестирования, полученными с помощью рефлектометра с импульсным лазерным источником сигнала и с помощью оптического ваттметра, измеряющего мощность сигнала, который подается светодиодным источником (LED). Светодиодные источники перенасыщают волокно модами, тогда как лазерные источники недонасыщают его, генерируя только моды низкого порядка, которые распространяются ближе к сердцевине кабеля. В результате в одном и том же кабеле затухание сигнала от LED-источника будет больше, чем от лазерного.

В некоторых видах волокна присутствует дефект в центре сердцевины из-за особенностей процесса производства. Этот дефект может вызвать сильное затухание сигнала от источников, которые излучают свет точно по центру волокна. Лазеры — именно такие источники сигнала. Этот эффект можно минимизировать применением адаптеров и коммутационных шнуров со смещенным вводом сигнала. В настоящее время многие производители выпускают кабель, оптимизированный для лазерных источников сигнала (лазерный кабель), в таком кабеле гарантируется отсутствие подобных дефектов в сердцевине.

Основные характеристики рефлектометров

Способность рефлектометра правильно регистрировать и анализировать события в оптических волокнах и точно измерять затухание сигнала определяется такими его характеристиками, как длительность мертвых зон, динамический диапазон, максимально допустимая длина кабеля, точность измерения расстояния, порог обнаружения потерь, линейность измерений и разрешающая способность.

Мертвые зоны

Мертвой зоной рефлектометра называется время восстановления (хотя в действительности это расстояние), в течение которого сильное френелевское отражение маскирует последующие отражения (мертвые зоны для регистрации событий) или обратное рассеяние (мертвые зоны при измерении затухания). Анализатор событий не может получить полную информацию о событии, если оно происходит в пределах мертвой зоны за предыдущим событием.

Для минимизации длительности мертвых зон нужно уменьшить длительность импульса. Однако для максимально точного измерения затуханий, наоборот, длительность импульса следует увеличить, чтобы повысить уровень обратного рассеяния. Таким образом, процесс выбора длительности импульса всегда представляет собой некий компромисс.

Длина мертвых зон (в метрах или футах) — одна из важнейших характеристик рефлектометра, поскольку от нее зависит его способность обнаруживать события, расположенные рядом друг с другом, а также точность измерения затухания сигнала вблизи событий. Например, работая в режиме ChannelMap (на длине волне 850 нм), рефлектометр OptiFiber способен регистрировать все события, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга, и часть событий, расположенных на расстоянии 0,5 м друг от друга.

Максимальная длина кабеля

С программным обеспечением версии 2.0 уже упомянутый рефлектометр OptiFiber позволяет собирать рефлектограммы для кабеля длиной около 8 км. Однако на длине волны 850 нм уровень обратного рассеяния выходит за границы динамического диапазона примерно на отметке 4 км. При тестировании одномодового волокна максимальное расстояние составляет 60 км, но обратное рассеяние выходит за границы динамического диапазона на отметке 55—58 км.

Фактический максимум зависит от коэффициента преломления конкретного кабеля. Кроме того, уровень обратного рассеяния должен быть достаточным для измерений по всей длине волокна. Поэтому наличие событий с большой потерей сигнала приводит к сокращению максимально допустимой длины кабеля.

Точность измерения расстояния

На точность измерения расстояния влияет точность данных о коэффициенте преломления. Обычно номинальный коэффициент преломления, указанный производителем, немного отличается от фактического. Из-за этого при тестировании на волнах разной длины расстояние до одного и того же события может быть определено по-разному. Кроме того, нельзя забывать, что коэффициент преломления на разных участках кабеля может немного отличаться и длина волны лазера рефлектометра также определяется с определенной погрешностью. Как правило, для определения расстояния пользователь вручную помещает указатель на интересующее его событие, и это действие вносит наибольшую погрешность.

Для повышения точности определения расстояния необходимо, чтобы, во-первых, событие не было скрыто или затенено другим событием; во-вторых, уровень обратного рассеяния был заметно выше уровня шума; в-третьих, диаметр сердцевины был постоянен по всей длине тестируемого волокна (большие потери на стыке волокон с разными диаметрами сердцевины могут сильно исказить результаты измерений). Также следует учесть, что, чем дальше событие находится от рефлектометра, тем больше погрешность определения расстояния до него из-за дисперсии светового пучка.

***

Еще раз повторим характеристики, которые во многом определяют способность оптических рефлектометров обнаруживать разъемы, стыки и повреждения кабеля. Это длительность мертвых зон, динамический диапазон, максимально допустимая длина кабеля, точность измерения расстояния, порог обнаружения потерь, линейность измерений и разрешающая способность. За интерпретацию регистрируемых рефлектометром событий отвечает его программный анализатор, но в определенных обстоятельствах он может неправильно трактовать события. Понимание принципов работы рефлектометра и его программного анализатора позволит вам получить максимальную отдачу от применения этих тестовых средств.

 
Об авторе
Панов Игорь Николаевич,
региональный менеджер по продукции Fluke Networks
в России, СНГ, Восточной Европе 
Телефон: (916) 596-9828
E-mail: igor.panov@flukenetworks.com





  
14 '2006
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• Конец эпохи тотального ИТ-контроля

• Стратегии выживания системного администратора в малой компании

• Oracle предлагает Linux неуязвимый

инфраструктура

• Модификация процессоров помогает осуществлять виртуализацию

• Горячие проблемы ЦОДов

• Предпроект в строительстве ЦОДа

информационные системы

• Алхимия данных

• Как нам лучше всего назвать call-центр

• Практическая экономика контакт-центров

• XBRL устанавливает стандарт отчетности

• «Инфоком—2006»: от Москвы до Екатеринбурга

кабельные системы

• Аудио- и видеобалуны расширяют применение UTP-проводки

• Анализ событий на рефлектограмме

сети связи

• Выполнение программы «Тетрарус»

• Сетевое видеонаблюдение

защита данных

• Массированное вторжение похитителей персональной информации

• Поможет ли вам шифрование не потерять работу?

• Поставщики решений NAC готовятся к наступлению

• Не следует игнорировать приложения Open-Source

новые продукты

• Новый компактный медиашлюз I-Gate


• Калейдоскоп



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