Almaty, K. Karmysov st., 76/2
Mon-Fri 8:30-17:30

Современные методы тестирования "темных" волокон

На этапе ввода в эксплуатацию волоконно-оптической линии связи обязательным является выполнение комплекса измерений ее параметров согласно утвержденной программе с целью проверки соответствия характеристик всех компонентов спецификациям производителей, а также анализа качества выполненных работ (целостность канала, отсутствие повреждений, нормы затухания и т.д.).

В настоящей статье мы хотим поделиться своими знаниями и опытом в этой области. Несмотря на существование единой рекомендации МСЭ по паспортизации ВОЛС (ITU-T G.650.3 "Методы тестирования проложенных одномодовых волоконно-оптических кабелей"), каждый тест можно выполнять несколькими способами с помощью различных приборов. Рекомендация ITU-T G.650.3 предписывает осуществлять следующие виды измерений для всех волокон:

 

Уровень 1 – общий:

  • инспекция торцевой поверхности коннектора,
  • затухание в канале,
  • потери на сварных соединениях, их местонахождение, однородность волокна и длины участков.

 

Уровень 2 – проверка качества услуг или скоростей передачи данных:

  • спектральное затухание,
  • ПМД,
  • ХД.

 

Далее мы рассмотрим различные аспекты, относящиеся к перечисленным выше видам измерений (общие концепции и оптимальные методики), и представим ряд инструментов для их осуществления, предлагаемых компанией "EXFO Inc." (Канада).

 

Инспекция коннектора

Перед началом тестирования необходимо очистить и занести в исполнительную документацию каждое разъемное соединение волокон.

 

График разъемного соединения волокон

 

Многолетний анализ показывает, что большая часть неисправностей, возникающих на ВОЛС, связана с состоянием коннекторов. Выше представлены данные анкетирования вла-дельцев сетей связи и организаций, занимающихся их строительством, проведенного "NTT Advanced Technologies".

Инспекция и чистка торцевой поверхности коннектора являются важной составляющей любого теста, описанного в настоящей статье. Грязь, пыль, микрочастицы, жиры и прочие вещества, попадающие на торец ферула, негативно влияют на качество передаваемого по волокну сигнала – тем сильнее, чем выше скорость передачи. Визуальный контроль ферула остается лучшим решением, но находится в сильной зависимости от квалификации специали-ста, вследствие чего дефекты могут остаться незамеченными. Поэтому мы рекомендуем про-водить инспекцию с применением программного анализа по принципу "годен/негоден", чтобы снизить влияние человеческого фактора.

Идеальным будет использовать автоматический видеомикроскоп FIP-430B c интегрированным ПО ConnectorMax2, соответствующим стандартам IEC и IPC. Этот прибор самостоя-тельно центрирует и фокусирует изображение, превращая сложный измерительный процесс в простую и быструю одноэтапную функцию, доступную даже неопытному персоналу.

 

Сравнение стандартного прибора для инспекции и FIP-430B


Процедура:

  1. выберите нужный переходник, соответствующий типу коннектора, волокна, патчкорда и/или адаптера в распределительной панели;
  2. нажмите клавишу «Снимок» на микроскопе, начнется автоматическое тестирование и фокусировка;
  3. изображение будет проанализировано автоматически, диодный индикатор на видеомикроскопе покажет результат "годен/негоден", при значении "годен" информация сохраняется в память, и коннектор готов к использованию, при значении "негоден", даже если причиной является повреждение ферула, коннектор следует почистить и повторно проинспектировать.

 

Сигналы индикатора

Схема FIP Controls


Для эффективной чистки оптических коннекторов необходимо использовать специальные приспособления и материалы – от безворсовых салфеток до кассетных очистителей.

 

Потери на соединениях и неоднородности

Для измерения этих параметров согласно IEC 61280-4-2 требуется применение метода рефлектометрии, основанного на оценке обратного рассеяния оптической мощности как функции расстояния.

Детальный анализ рефлектограмм позволяет точно вычислять полное затухание и суммарные возвратные потери в канале и на всех его компонентах, включая затухание на участках волокна, потери на сварных соединениях, вносимые и возвратные потери коннекторов. Дополнительно могут быть выявлены существенные несовпадения параметров волокон на различных участках и другие проблемы – например, изгибы волокон.

Обычно измерение рефлектометром осуществляется на каждом волокне в обоих направлениях как минимум на двух длинах волн, на которых впоследствии в волокне будет передаваться сигнал.

 

Схема передачи сигнала

 

Для систем с CWDM, использующих оптические фильтры, важно убедиться, что нужная длина волны со стороны заказчика попадает на нужный порт мультиплексора/демультиплексора. Для эффективного тестирования цепи и проверки правильности подключения длин волн передачи и приема необходимо задействовать прибор с длинами волн CWDM. Петлевое соединение на дальнем конце позволяет проверить прямой и обратный каналы за один тест.

Новейшим этапом развития рефлектометрии является технология iOLM, суть которой состо-ит в проведении измерений на различных длинах волн импульсами различной мощности, что увеличивает точность результатов. Все полученные трассы сравниваются и интегрируются для построения полной и легко читаемой карты оптического канала, как на рисунке ниже:

 

Карта оптического канала


Процедура:

  1. в случае iOLM достаточно использовать короткую компенсационную катушку (50 м или меньше) вне зависимости от длины линии и потерь в ней, катушки рекомендуется подключать к коннекторам на обоих концах, чтобы характеристика канала получилась максимально реалистичной;
  2. проинспектируйте и тщательно очистите нужный коннектор и подключите его к порту рефлектометра;
  3. выберите тестовые длины волн, если применяется катушка, отметьте это в настройках;
  4. нажмите клавишу "Измерить" для калибровки катушки и оценки длины волокна, затем нажмите "Старт";
  5. результаты будут отображены в следующем виде:

 

Результаты процедуры

 

Детальный iOLM-анализ всей протяженности оптического канала обеспечивает оценку по принципу "годен/негоден" следующих параметров:

  • полная длина канала,
  • затухание на каждом участке и общее,
  • полные потери в канале,
  • возвратные потери в канале,
  • потери на сварных соединениях,
  • потери на коннекторах,
  • отражение на коннекторах,
  • существенные несовпадения параметров волокон на различных участках.

 

Потери на соединениях обоих типов и макроизгибы, влияющие на качество работы линии, четко выявляются и отображаются на карте с обозначением величины и способа решения проблемы. По завершении теста окно результатов наполняется информацией о потенциальных проблемах, могущих привести к перебоям в работе системы связи:

 

Тип неисправности

Диагностика

Устранение

Плохое разъемное соединение

Плохое разъемное соединение

Коннектор или адаптер панели поврежден, загрязнен или плохо подсоединен

Проинспектировать и очистить

Макроизгиб

Макроизгиб

Чрезмерный изгиб волокна

Проинспектировать волокно в этом месте с помощью VFL, устранить изгиб

Плохое сварное соединение

Плохое сварное соединение

Чрезмерные потери на неотражающем событии

Проинспектировать волокно в этом месте с помощью VFL, провести повторную сварку

 

Результаты двунаправленного тестирования iOLM могут быть просмотрены прямо на приборе, усреднение величин разъемных и неразъемных соединений и различных типов соединенных друг с другом в линии волокон повышает уверенность в оптимальности проведенных измерений:

 

Результаты двунаправленного тестирования iOLM

 

Измерение мощности

Тест готовности системы обычно проводится в ходе пуско-наладочных работ с помощью анализатора оптического спектра. Эти приборы способны идентифицировать даже близкорасположенные в DWDM длины волн и определять шумы и соотношения «сигнал/шум» в них. Но при CWDM в подобном анализе нет необходимости, поскольку длины волн значительно удалены друг от друга, усиление отсутствует и вводимая в волокно мощность невелика. Проверка рефлектометром каждой длины волны как отдельного оптического канала невозможна из-за того, что система уже функционирует. Обычного измерителя мощности для такой задачи также недостаточно, так как он не умеет различать длины волн. Поэтому здесь рекомендуется применять анализатор оптических каналов или контроллер каналов.

Контроллер содержит фиксированный набор фильтров, каждый из которых обрабатывает определенную длину волны, выдавая отчет в виде гистограммы – уровень мощности для каждого спектрального канала. Подобрав прибор под сеть одной конфигурации (например, CWDM), его с большой вероятностью нельзя будет использовать для другой (DWDM), тем более учитывая постоянную эволюцию компонентов.

Анализатор представляет собой более гибкую версию контроллера. Он автоматически сканирует весь диапазон длин волн, составляя подробную таблицу мощностей каждого существующего в волокне спектрального канала, и может эксплуатироваться при любой конфигурации – DWDM, CWDM и гибридной.

Хотя большинство спектроанализаторов есть сложные комплексные устройства, приборы EXFO, снабженные функцией исследования сети, очень просты при тестировании.

 

Тестирование с помощью EXFO

 

Дисперсия

Эффекты поляризационной модовой и хроматической дисперсий не могут быть игнорированы во время пуско-наладки или устранения неисправностей в системе связи.

ПМД вызывается дефектами волокна и оказываемыми на него механическими нагрузками, как природными (шторм, землетрясение), так и производственными (раскопки, вибрация от техники). ПМД может быстро менять свою величину и не зависит от длины волны, ее измерение следует применять с запасом. ПМД невозможно компенсировать, но ее влияние могут частично смягчать некоторые современные технологии, например, когерентная передача сигналов на скорости 100 Гбит/с.

Причиной ХД служит обычная световая дисперсия в среде, когда лучи одной длины волны распространяются быстрее, чем лучи другой. Величина ПМД четко определяется для конкретного волокна и потому легко компенсируется.

 

Дисперсия

Существует несколько методик анализа дисперсии, для небольших магистральных и городских линий связи экономически наиболее выгодным является одностороннее тестирование, сходное с технологией рефлектометрии. Этот вариант проще и быстрее остальных, поскольку оба теста выполняются одним специалистом на одном приборе без перемещения с сайта на сайт, отключения оборудования и смены настроек. Он идеален для CWDM-систем, которые обычно не превышают 150 км и не содержат усилителей. Односторонний анализатор ХД/ПМД, как правило, дополнительно оценивает оптическую длину канала, что можно использовать для проверки результатов iOLM и качества волокна путем вычисления коэффициентов обоих дисперсий, как функции расстояния. Образцом такого прибора служит модуль FTB-5700 (см. рисунок выше).

 

Мультисервисное тестирование 100 Мбит/с – 100 Гбит/с

Операторы связи, планирующие внедрение 100-гигабитных скоростей в существующую сетевую инфраструктуру, сталкиваются с необходимостью проведения широкого экспертного анализа состояния оптических магистралей с точки зрения совместимости с высокоскоростными сервисами. При этом учитываются:

  • возможность наращивания емкости до 100 Гбит/с через 10 и 40 Гбит/с,
  • экономическая эффективность всех решений, включая измерительные,
  • долгосрочная совместимость со стратегией заказчика.

 

FTB-2

 

Самая востребованная стандартизированная методика тестирования многих услуг по всем критериям соглашения об уровне сервиса (SLA), Y.165 (EtherSAM), включает следующие тесты:


Тест конфигурации услуги (профиля):

  • назначение: проверить сетевую конфигурацию каждого сервиса (уровень скорости, форма сигнала и QoS),
  • выполнение: для каждого сервиса текущий тест достигает и превышает заданную скорость передачи информации (CIR), все ключевые индикаторы производительности (KPI) сравниваются с пороговыми значениями.

 

Тест производительности услуги:

  • назначение: проверить QoS каждого сервиса и соблюдение SLA,
  • выполнение: все сервисы генерируются на CIR, при этом фиксируются все KPI.

Также применяется RFC 2544:

  • общепринятая, но не стандартизированная методика, включает анализ пропускной способности, задержек и пиков активности,
  • рроверяет размеры всех кадров на полной скорости, получая надежные результаты и проводя безошибочную сертификацию линии.

 

Другой распространенный метод – EtherBERT:

  • тестирование перерывов предоставления услуги,
  • измерения на физическом и канальном уровнях.

В процессе работы необходимо осуществлять вставку и мониторинг ошибок (битовых, маркеров, кодировки), контроль маршрутных карт, слежение за расфазированием.

 

Документирование результатов измерений

Создание и ведение постоянной исполнительной документации есть обязательная составляющая процесса эксплуатации сети, помогающая быстрому устранению неисправностей и поддержанию инфраструктуры в соответствии с современными спецификациями. ПО Fast Reporter 2 проводит групповую обработку отчетов, генерирует и сохраняет их, а также заносит итоги тестирования в объемную базу данных.

 

Интерфейс

 

Документирование результатов измерения важно по следующим причинам:

  1. визуальное отображение сетевой топологии, помогает при новом строительстве,
  2. возможность убедиться в поддержании оптимальной производительности системы,
  3. снижение числа аварий благодаря своевременному обнаружению деградаций,
  4. поддержка различных отчетов для быстрой оценки состояния различных регионов,
  5. сравнение волокон внутри кабеля, кабелей внутри пучка и т.д. для поиска точек с наилучшей пропускной способностью.

 

Дополнительно ПО Fast Reporter 2 выполняет следующие задачи:

  • двунаправленный анализ рефлектограмм,
  • детектирование дублирующих измерений,
  • легкость идентификации результатов, указывающих на падение производительности,
  • комбинирование итогов по различным длинам волн и направлениям в легкий для прочтения формат iOLM,
  • отдельный просмотр кабелей, волокон и элементов iOLM для быстрой диагностики,
  • добавление новых конфигураций к ПО ConnectorMax2,
  • данные по ХД и ПМД.

 

Система мониторинга оптических волокон

Контроль кабелей и волокон в сети должен быть постоянным. Для этой задачи лучше всего использовать удаленные тестовые блоки (RTU), размещенные в ключевых узлах и вместе с центральным сервером формирующие систему мониторинга состояния ВОЛС (NQMSfiber). Снабженная интеллектуальными функциями управления сигнализацией, генерирования отчетов, выписывания нарядов на устранение неисправности и схематическим отображением статусов, она позволяет интегрировать все процессы по обслуживанию инфраструктуры в существующую систему управления, а также поддерживает ведение исполнительной документации с привязкой к географическим картам GIS.

 

Карта

 

  • Мониторинг работоспособности и целостности каналов в режиме 24/7 с тестированием в реальном времени.
  • Легкость наращивания: начиная с одного самостоятельного RTU в конкретной точке и далее до целой системы без необходимости менять оборудование.
  • Профилактический анализ: более глубокая оценка волокон с выявлением тенденций, могущих повлиять на производительность в будущем.
  • Снижение эксплуатационных затрат и улучшение времени восстановления сети из-за оптимизированного и превентивного обнаружения неисправностей.
  • Гибкие настраиваемые отчеты, отправляемые различными способами по установленному расписанию заданным группам пользователей.
  • Оценка производительности оптического кабеля на конкретном участке или даже по конкретному заказчику.

 


Полную информацию об оборудовании и аксессуарах для тестирования волоконно-оптических сетей связи Вы найдете в соответствующем разделе нашего сайта.