Современный подход к сертификации оптических трактов в ЦОД по уровню 2 (Tier 2)

Количество оптических портов неуклонно растет и если мы говорим о высокоскоростных центрах обработки данных, то без оптики в них не обойтись. Для экономии места, удобства монтажа и обслуживания многие линии строятся с использованием многоволоконных кабелей оконцованных разъемами MPO/MTP. Это ведет к росту количества запросов о том, как правильно выполнить приемо-сдаточное тестирование и сертификацию одномодовых и многомодовых оптических трактов.

Стандарт ISO14763-3 регламентирует двухуровневую модель сертификации каналов связи. И если с Уровнем 1 (Tier 1) проблем нет – на рынке есть решения от компании Psiber, то Уровень 2 (Tier 2) вызывал вопросы, так как он подразумевает использование оптического рефлектометра.

Источники лазерного поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL) при передаче не полностью заполняют сердцевину многомодового волокна. Светодиодные источники света (LED) при передаче переполняют сердцевину многомодового волокна. Требования Encircled Flux (EF) заданы в стандарте ISO/IEC 11801 и ISO/IEC 14763-3. Соответствие этим стандартам требует использования модовых EF фильтров для повышения повторяемости при сертификации многомодовых трактов, включая измерение удельного затухания (дБ/км), потерь в тракте (дБ), а также потерь в разъеме и сварке (дБ).

Низкие бюджеты потерь для каналов 10, 40 и 100Гбит/сек предъявляют более строгие требования к качеству монтажа, что в свою очередь требует использования именно Уровня 2 при приемо-сдаточных испытаниях и постановки на гарантию. Из-за более высоких погрешностей при тестировании, возникающих из-за характера распространения оптического излучения (правильного заполнения сердцевины волокна во время тестирования), тестирование многомодовых трактов является более сложным, чем одномодовых и требует использование модовых фильтров.

По мере роста сетевых скоростей и как следствие уменьшения бюджета потерь растет важность обеспечения идеального состояния торцевой поверхности оптических разъемов и портов. Хотя конкретно в данной статье осмотр волокна с помощью оптических видеомикроскопов подробно не рассматривается, внедрение правильных методов осмотра и очистки торцевой поверхности всех соединителей играет важную роль и является предпосылкой для успешного выполнения всех задач, обсуждаемых ниже. И об этом следует обязательно помнить!

Проблемы повышения качества тестирования

Сегодня можно выделить следующие наиболее важные проблемы тестирования по Уровню 2:

• точность измерений в многомодовых линиях,
• сокращение времени тестирования многоволоконных трактов (MPO/MTP),
• возможность проведения измерений по Уровню 2 техническими специалистами любой квалификации,
• эффективное устранение неисправностей кассет MPO.

Давайте рассмотрим каждую из этих проблем более подробно.

Точность измерений в многомодовых тракта, а именно высокая повторяемость результатов измерений

Несмотря на то, что за последние годы были достигнуты значительные улучшения, эта проблема сохраняется с самого начала появления каналов связи на основе многомодового оптического кабеля в начале 1980-х годов. Проблема заключается в том, что достижение правильных условий заполнения многомодового волокна всегда было затруднительным. Правильные условия заполнения относятся к полному заполнению волокна передаваемым светом, но без переполнения его сердцевины. Тестирование волокон с недостаточным заполнением приводит к занижению значения потерь, в то время как в условиях переполнения потери завышаются.

С 2012 года в качестве более точного стандартного метода установления оптимального распространения оптического излучения в многомодовых волокнах внедряется новое поколение модовых фильтров - Encircled Flux (EF). Она позволяет получать более точные значения потерь в волоконных линиях при тестировании. Также это единственный метод, который позволяет получать повторяемые и точные значения вносимых потерь в оптическом волокне (в местах сварки, разъемных соединений или изгибов волокна) при использовании оптического рефлектометра (OTDR).

Однако внедрение фильтров EF связано с целым рядом собственных проблем и с дополнительными сложностями. Подобные сложности являются недостатком для практического использования в реальных условиях. Чтобы большинство современных тестеров (комплектов для тестирования оптических потерь и оптических рефлектометров) соответствовало стандартам EF, в линию между передатчиком тестера и тестируемым волокном необходимо поместить внешний формирователь моды EF и установку опорного значения необходимо делать также вместе с фильтром, подключенным к источнику оптического сигнала. После установки опорного значения фильтр от порта источника отключать нельзя. EF фильтры стоят не дешево, но они позволяют добиться повторяемости результатов и обезопасить монтажную компанию от претензий заказчика в будущем, а заказчик получит точные, истинные значения потерь в многомодовом оптическом тракте.

Сокращение времени тестирования для многоволоконных трактов

По мере увеличения количества оптических кабелей в центрах обработки данных, использование трактов с разъемами MPO/MTP стали промышленным стандартом. Исторически тестирование каждой волоконно-оптической линии MPO выполнялась вручную с использованием кабелей-разветвителей. Такие кабели имеют симплексные соединители на одном конце и многоволоконный соединитель MPO на другом конце.

Здесь показана тестовая установка, в которой используется как модовый фильтр EF, так и оптический коммутатор MPO 1 x 12 (на 12 волокон). EF фильтр обеспечивает точные, соответствующие стандарту условия передачи, а оптический коммутатор сокращает время проведения тестирования.

Для тестирования каждого оптического тракта тестер поочередно подключается к каждому из симплексных волокон. Это означает, что при проверке тракта с MPO каждое волокно должно дождаться своей очереди подключения к порту тестирования. Ручное тестирование каждой 12-волоконной линии MPO обычно занимает 40 минут. Хотя это, возможно, и допустимо при проведении небольшого количества тестов, но при тестировании большого количества волоконно-оптических трактов MPO затраты времени становятся значительными. Например, тестирование стойки из 48 12-волоконных MPO может занять в общей сложности 32 часа (48 МРО x 40 минут на каждый МРО = 1920 минут = 32 часа).

Возможность проведения измерений по Уровню 2 техническими специалистами любой квалификации

Интерпретация полученных с помощью рефлектометра результатов может стать сложной задачей даже для опытных пользователей, но особенно она сложна для тех, кто имеет недостаточную подготовку и опыт. Примерно 50 процентов всех ошибок измерения с помощью оптического рефлектометра обусловлены неправильными настройками диапазона измерения, длины волны, длительности импульса, времени усреднения, или неправильной интерпретацией рефлектограммы.

Задача заключалась в автоматизации большинства настроек тестирования и упрощении представления результатов, что позволило бы практически любому специалисту, независимо от уровня его подготовки, эффективно их использовать.

Эффективное устранение неисправностей кассет MPO

В передающем и принимающем сетевом оборудовании по-прежнему преимущественно используются симплексные и дуплексные соединения. Для них требуется переход с разъема MPO на индивидуальные симплексные или дуплексные тракты. Самым распространенным из используемых в настоящее время методов является применение кассеты MPO с внутренней разводкой волокон.

Подобные кассеты могут создавать проблемы, во-первых, из-за количества разъемов в каждой из них, и, во-вторых, из-за небольшой длины волокон внутри кассеты между оптическими разъемами. Чтобы выявить проблемы в кассете с конкретным разъемом, необходим оптический рефлектометр с высоким разрешением и очень малой «мертвой зоной» измерения затухания (приблизительно 1 метр).

Комплексное решение проблемы

Обозначенные выше проблемы требуют эффективного и рационального решения, которые влекут изменения в приборах для сертификации оптических трактов по Уровню 2 (стандарт ISO14763-3). Имейте в виду, что описанные здесь технологии и методы не обязательно могут быть реализованы любым рефлектометром, которые предлагается на рынке. Описанный ниже подход реализован компанией Viavi Solutions, которая не известна на рынке структурированных кабельных систем, но имеет очень большой опыт и багаж знаний в области рефлектометрии в сетях операторах связи.

Точность измерений в многомодовых тракта, а именно высокая повторяемость результатов измерений

Во время тестирования специалисты могут устанавливать между рефлектометром (или другим тестовым источником) и тестируемым волокном модовый фильтр EF. Это устройство формирует излучаемый сигнал в соответствии с требованиями EF до того, как этот сигнал попадет в тестируемое волокно.

С другой стороны, на рынке доступны некоторые рефлектометры со встроенными модулями, обеспечивающими соответствие требованиям EF. Использование оптического рефлектометра с таким модулем исключает необходимость во внешнем модовом фильтре EF, что упрощает работу измерителя и повышает точность измерения потерь.

Эта схема для тестирования включает в себя рефлектометр со встроенным EF фильтром и оптический коммутатор 1 x 12. Тестируемая линия связи включает в себя две 12 волоконных кассеты MPO. Внутри каждой кассеты волокно имеет длину менее 1 метра. Поэтому используемый рефлектометр должен обладать высоким разрешением и характеристиками, необходимыми для устранения неисправностей и проверки кассет MPO.

Эффективное устранение неисправностей кассет MPO

С некоторыми рефлектометрами в качестве дополнительного устройства можно использовать оптические коммутаторы MPO 1 x 12 волокон. Коммутатор устанавливается в разрыв линии между рефлектометром и MPO кассетой тестируемой линии. Далее две кассеты соединяются 10 метровым коммутационным шнуром МРО-МРО и добавляется гидра с другой стороны, чтобы учесть потери в симплексном разъеме второй кассеты. Управление оптическим коммутатором с рефлектометра легко организуется по соединению micro-USB. Такая схема позволяет быстро и качественно оценить состояние кассет.

Сокращение времени тестирования для многоволоконных трактов

Фактические результаты тестирования показывают, что внедрение встроенного в линию оптического коммутатора способно сократить время тестирования более чем наполовину. Другим преимуществом является уменьшение износа тестовых кабелей в 12 раз (при использовании 12-волоконных соединителей MPO), поскольку исключает необходимость повторных подключений во время тестирования.

Возможность проведения измерений по Уровню 2 техническими специалистами любой квалификации

Способность оптического рефлектометра преобразовывать результаты в простую схему линии с иконками и описание проблем практически устраняет необходимость в просмотре рефлектограммы специалистом. Отображаемая рефлектометром упрощенная схема позволяет оценить состояние линии связи по методу «Годен/Негоден». При этом выделяются любые неисправности и четко разъясняются значения измерения, а также вероятные причины неисправности. При использовании Enterprise Smart Link Mapper (E-SLM) компании Viavi Solutions специалисты могут загружать предварительно настроенные конфигурации, а также предоставлять работающим «в поле» специалистам инструкции по использованию сценариев.

Повышение эффективности тестирования в ЦОД

Хотя каждое из описанных в данной статье решений по отдельности обеспечивает серьезное улучшение тестирования, некоторые из решений можно объединять для еще большей экономии времени, повышения точности и улучшения производительности.

Например, на одном из рисунков в этой статье показано комбинированное использование оптического рефлектометра, встраиваемого в линию модового фильтра EF и оптического коммутатора для быстрого и точного тестирования многоволоконных линий. На рисунке передающее и принимающее волокно используются непосредственно перед и сразу же после тестируемой линии, что позволяет также оценивать потери во всех соединениях.

На данном рисунке представлен разработанный компанией Viavi Solutions интерфейс Smart Link Mapper (E-SLM). Полученные с помощью оптического рефлектометра результаты измерений преобразуются в простую для восприятия и понимания схемы линии. Специалисты, использующие оптический рефлектометр с модулем E-SLM, не должны знать, как читать рефлектограммы.

Более высокое разрешение и минимальные «мертвые зоны» в сочетании с оптическим коммутатором обеспечивают лучшее в своем классе решение даже для самых требовательных высокоскоростных приложений в центрах обработки данных.

Описанные в этой статье преимущества значительно упрощают процесс сертификации оптических трактов с использованием многоволоконных разъемов по Уровню 2 в соответствии с требованиями стандарта ISO14763-3, позволяя более эффективно проводить приемо-сдаточные испытания и получать точные повторяемые результаты. Что позволит сдать объект в срок и заказчику получить высокоскоростные каналы связи для безошибочной передачи данных на скоростях до 100 Гбит/сек.

См. также:

• Сложности использования оптических соединителей MPO в центрах обработки данных (ЦОД)

• Самые популярные оптические рефлектометры в России

• Как выбирать пассивные оптические компоненты?