Пять проблем при внедрении и эксплуатации сетей PON

При планировании и внедрении пассивной оптической технологии PON есть особенности, которые нужно продумывать заранее. Это позволяет предотвратить сложности на этапе монтажа и в ходе будущей эксплуатации системы.

Проблема 1: несовместимость прямой и угловой полировки

В оптических системах широко распространена прямая полировка UPC – на нее рассчитано большинство портов в активном оборудовании, с ней изготавливаются коннекторы оптических патч-шнуров и пигтэйлов. Для приложений, использующих прием и передачу по одному и тому же волокну, для защиты активного оборудования, чувствительного к обратным отражениям, была разработана угловая полировка коннекторов APC. Поскольку в технологии PON сеть строится на использовании одного волокна в обе стороны для приема и передачи для всех пользователей, производители оборудования PON предлагают компоненты с зелеными проходными адаптерами и портами, рассчитанными на угловую полировку. Это касается делителей (сплиттеров), пигтэйлов, по крайней мере, части портов активного оборудования на центральном узле (OLT, Optical Line Terminal), а иногда и абонентского оборудования ONT/ONU (Optical Network Terminal/Optical Network Unit). Топология пассивных оптических сетей подробно описана в статье «PON - пассивные оптические сети».

При этом прямая полировка UPC, выполненная машинным способом на современном оборудовании, для систем с умеренной длиной тоже дает приемлемые характеристики. Такая продукция доступна для заказа, ее тоже можно встретить в сетях PON.

Один и тот же производитель может предлагать оборудование как с портами APC (зеленого цвета), так и с портами UPC (синие). На рынке доступы одномодовые оптические шнуры SC и LC с обоими видами полировки. Коннекторы пигтэйлов и проходные адаптеры окрашены в такие же цвета. В результате возникает риск того, что в одной и той же системе окажутся компоненты и с полировкой APC, и с полировкой UPC.

Необходимо помнить, что коннекторы с полировкой APC не совместимы с коннекторами с полировкой UPC. К сожалению, форм-фактор портов для разъемов с разной полировкой одинаков, и физически предотвратить подключение шнура APC в порт UPC или наоборот невозможно. Было бы разумно в рамках одной и той же системы выбрать какой-то один тип разъемов и использовать именно его, причем как в активном оборудовании, так и в пассивных компонентах. Это избавит от лишней головной боли и пользователей, и обслуживающий персонал. По крайней мере, в зоне коммутации, где расположены порты, соединяемые оптическими шнурами, настоятельно рекомендуется обеспечить присутствие только одного типа портов и коннекторов – либо APC, либо UPC. Несмотря на то, что производятся и доступны для заказа гибридные шнуры, с разъемами с разной полировкой на концах, их применение многократно увеличивает риск неправильного подключения – по незнанию, по невнимательности, иногда из-за недостаточной освещенности.

В отличие от коннекторов и портов активного оборудования, пассивные проходные адаптеры APC и UPC имеют абсолютно одинаковую конструкцию. Они отличаются только цветом пластмассы, все физические параметры у них одинаковы. Проходник – всего лишь механическая конструкция для стыковки коннекторов, направляющая гильза, обеспечивающая соосность разъемов в соединении. Чисто технически можно было бы использовать синие проходники для стыковки зеленых коннекторов и наоборот, ведь главное, чтобы коннекторы были одинакового типа. Однако с точки зрения эксплуатации так поступать категорически нельзя, поскольку это создает риск стыковки разъемов с разной полировкой, что неминуемо приведет к их повреждению. Цветовая маркировка проходных адаптеров должна давать пользователю достоверную и однозначную информацию о том, какой разъем подключен с внутренней, невидимой стороны. Необходимо приучить весь персонал и пользователей, чтобы никто и никогда не подключал коннекторы к проходникам или портам не того цвета. И неважно, идет ли речь о портах в активном оборудовании или о чисто пассивных проходных адаптерах.

Проблема 2: несоответствие динамического диапазона активного оборудования бюджету затухания PON для разных длин волн

По мере совершенствования SFP-модулей поставщики оборудования PON все чаще говорят о том, что высокие оптические потери перестали быть проблемой. Некоторые из них утверждают, что даже если расстояние в сегменте велико, в нем много муфт и коннекторных соединений, то источники настолько мощны, а приемники настолько чувствительны, что сеть все равно будет работать. Тем не менее, каким бы ни был динамический диапазон передающего оборудования и чувствительность принимающего, нужно обязательно рассчитывать бюджет затухания, а затем сопоставлять с ним значения потерь, полученные при измерениях по факту. Подробно расчет бюджета описан в материале «Сертификация ВОЛС: измерение оптических потерь», однако в расчетах для систем PON есть нюансы.

В зависимости от производителя и типа оптического разъема максимально допустимыми потерями на коннекторном соединении считаются не 0.75 дБ, а, например, 0.4 дБ или 0.25 дБ, а иногда и меньше. На сварное соединение может отводиться не 0.3 дБ, а 0.1 дБ или даже 0.05 дБ. Это отражается на расчетах: пределы допустимых потерь становятся строже.

Нужно учитывать, что в сетях PON используются не только традиционные для одномодовых систем длины волн 1310 нм и 1550 нм, но и 1490 нм, и 1625 нм (особенно если речь идет о тестировании на «живой» сети). Погонное затухание для разных длин волн отличается, и если расчет бюджета выполнен для 1490 нм, а фактические потери измерены на другой длине волны, в цифры необходимо вносить поправку. Для пересчета потребуется обратиться к техническим данным производителя волокна. Например, для волокна Corning заявлены следующие показатели (для сравнения приведены требования стандартов к одномодовым волокнам типов A-C):

Обратите внимание на расхождение в численных значениях для разных длин волн – все это влияет на бюджет затухания.

Но главная особенность систем PON состоит в том, что в них используются сплиттеры, делящие общий нисходящий сигнал на всех пользователей. Деление сигнала эквивалентно очень большим потерям. Сплиттеры пассивны, мощность сигнала пропорционально уменьшается в силу самого факта разделения сигнала. Некоторая толика излучения утрачивается из-за неидеального конструктивного исполнения делителя, но основные потери зависят от кратности деления – на сплиттере 1:16 они примерно вчетверо выше, чем на 1:4, и т.д. Точные значения приводятся производителями в описании к конкретным моделям сплиттеров, но в среднем деление сигнала на два направления соответствует росту потерь на величину между 3 и 4 дБ.

Сплиттер вносит очень значимый вклад в совокупные потери в линии. Они обязательно должны учитываться в расчете бюджета затухания, по которому, в свою очередь, делается выбор активного оборудования.

Поскольку нисходящий поток (Downstream) использует длину волны 1490 нм, а восходящий поток (Upstream) – длину волны 1310 нм, расчет бюджета должен выполняться для обоих случаев. Полученные значения будут несколько отличаться. Так, для сегмента длиной 1 км (погонное затухание 0.25 дБ/км для 1490 нм и 0.35 дБ/км для 1310 нм), использующего сплиттер 1х32 (потери 18 дБ) и включающего 6 коннекторных соединений (потери 0.25 дБ на каждом), получим суммарные потери 19.75 дБ на длине волны 1490 нм и 19.85 дБ на длине волны 1310 нм. Если в системе использовались сварные соединения и пигтэйлы, потери на муфтах также необходимо включить в расчет. В результате получим максимально допустимые значения потерь в пассивной среде передачи.

Для выбора активного оборудования в расчет для надежности рекомендуется закладывать дополнительные 3 дБ – запас по мощности. Тогда значения составят соответственно 22.75 дБ и 22.85 дБ, и устройства OLT и ONT нужно будет выбирать с учетом этих величин. Важно: добавлять запас в несколько дБ можно только для выбора активного оборудования. Ни в коем случае нельзя искусственно расширять диапазон оптических потерь, считающихся приемлемыми при оценке пассивной среды передачи.

Проблема 3: нетривиальный выбор оборудования для тестирования/диагностики и использование фильтров

Сети PON строятся на одномодовом волокне, и с физической точки зрения для тестирования можно было бы применять те же устройства, что для СКС на основе одномода или магистральных линий дальней связи. Однако специфика технологии PON накладывает отпечаток на подход к тестированию, причем здесь инсталляторов подстерегает сразу несколько нюансов, которые обязательно нужно учитывать.

Совместимость тестеров с полировкой APC и UPC

Не все измерительные устройства имеют порты, совместимые с полировкой APC. По умолчанию с приборами для измерения потерь (OLTS, Optical Loss Test Set) и оптическими рефлектометрами во временной области OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) используются шнуры с прямой полировкой UPC. Для измерения не запрещается использовать дополнительные оптические шнуры и перемычки, чтобы перейти на другой интерфейс и тип полировки. Дополнительные элементы можно учесть в бюджете затухания и настройках, чтобы получить содержательные результаты измерения.

Однако можно воспользоваться тем, что к приборам, где в гнезде отсутствует прямой контакт с торцом коннектора (например, где на принимающем порту стоит собирающая линза), можно подключать разъемы как с полировкой UPC, так и с полировкой APC. Некоторые производители оборудования заявляют такую возможность в документации и руководствах пользователя. Так, например, выглядит подключение симплексного эталонного шнура SC/APC-SC/UPC к оптическим модулям DTX-SFM2 производства Fluke Networks. Какие-то дополнительные переходники или адаптеры для этого не требуются.

В устройствах OLTS, где есть разделение портов на принимающие и передающие, возможность подключения коннекторов APC к принимающему порту будет предоставляться все большим количеством производителей. Но необходимо строго следить за тем, чтобы по ошибке не подключить коннектор с полировкой APC к передающему порту!

В рефлектометрах один и тот же порт сочетает в себе функции, как источника, так и измерителя. На текущий момент штатным решением для рефлектометрического исследования систем с полировкой APC считается использование катушки подключения (согласующего кабеля) с коннектором UPC для подключения к прибору и коннектором APC для подключения к тестируемому сегменту.

Рекомендуется проверять совместимость с разъемами APC при выборе микроскопов и видеомикроскопов для оптических разъемов. При подключении такого коннектора физического контакта с видеокамерой внутри насадки видеомикроскопа нет, однако может иметь значение угол, под которым подается подсветка, и угол, под которым поверхность торца доступна для обзора.

Соответствие технических характеристик тестеров OLTS и рефлектометров OTDR особенностям сетей PON

Оборудование для тестирования сетей PON должно быть рассчитано на высокие значения потерь и, соответственно, обладать большим запасом по мощности. Если в СКС потери в одномодовых сегментах обычной конфигурации при длине 1 км составляют 2-3 дБ, то в сетях PON при такой же длине счет идет на десятки дБ. Пассивные оптические системы могут обладать даже большей протяженностью, и динамический диапазон тестера или рефлектометра приобретает ключевое значение.

Поскольку технология PON задействует длины волн 1310 и 1490 нм (а если ведется передача видео, то и 1550 нм), измерители оптических потерь OLTS должны уметь работать на всех этих длинах волн. Пересчет с одной длины волны на другую возможен, но прямые измерения – более надежный способ определения характеристик системы, что особенно важно на этапе сдачи-приемки системы.

В случае пропадания сигнала при эксплуатации сетей PON примерно найти проблемную область можно по тому, сколько пользователей оказалось без доступа. Если сбой массовый, проблему нужно искать в общем участке сети. Если единичный – в сегменте от сплиттера до пользователя. Однако для точного определения места сбоя в среде передачи все равно требуется рефлектометр. В пассивной сети сигнал от рефлектометра, прямой или отраженный, так или иначе, направится ко всем пользователям, поэтому целесообразно использовать для измерений не ту длину волны, на которой идет штатная передача сигналов активным оборудованием, а незадействованный диапазон. Для диагностики PON лучше выбирать модели OTDR, которые могут снимать рефлектограмму на длине волны 1625 нм – например, модели FOD или Greenlee (Greenlee 930XC-30F и другие с аналогичным функционалом). При этом система должна быть оснащена необходимыми фильтрами и иметь отводы, предусмотренные специально для подключения измерительного оборудования.

Применение фильтров

Чтобы излучение тестера OLTS или рефлектометра OTDR не влияло на работающие сегменты и при поиске неисправности не нарушало работу пользователей, не затронутых сбоем, недостаточно выбрать длину волны 1625 нм. Еще на этапе построения сети необходимо предусмотреть наличие фильтров, причем это единственный способ организовать тестирование без отрицательного влияния на текущую работу центрального и абонентского активного оборудования.

Проблема 4: сложности с масштабированием системы

При планировании системы PON в бюджете затухания учитываются характеристики сплиттера. Если центральное и абонентское активное оборудование уже выбрано и используется, а в делителях задействованы все отводы, то расширить систему впоследствии сложно. Ведь это повлечет за собой замену сплиттера (либо каскадирование их друг за другом), что неизбежно сопровождается увеличением потерь, причем на значительную величину. Если существующее активное оборудование в таких условиях не сможет обеспечить стабильную работу, его придется менять, а это сопряжено с большими расходами. Фактически, почти вся система, за исключением общего одномодового волокна и уже существующих пользовательских одномодовых сегментов, подвергнется изменению.

Можно было бы рекомендовать заложить на начальном этапе большой запас по мощности оборудования, чтобы позже расширить систему в несколько раз. Однако это сопряжено со слишком большими дополнительными затратами. Их нелегко окупить, поэтому на практике в систему PON возможности радикального расширения не закладываются, сплиттеры ставятся сразу на максимально возможное количество пользователей. Системы PON можно считать масштабируемыми лишь условно, в ограниченных пределах. И нужно понимать, что описанное ранее добавление 3 дБ в расчет требуется для надежной передачи в текущей конфигурации, а не как залог будущего расширения системы.

Проблема 5: поддержание радиуса изгиба, чистоты соединений и целостности волокон

В оптических системах любого типа всегда важно соблюдать требования к радиусу изгиба волокна и качеству (чистоте) оптических соединений. Это непосредственно влияет на характеристики системы и ее работоспособность. Как на этапе развертывания, так и в ходе эксплуатации систем PON обязательно должны использоваться средства для очистки волоконной оптики, микроскопы и видеомикроскопы. Неиспользуемые коннекторы в шнурах и сплиттерах обязательно должны быть закрыты защитными колпачками. Волокна и кабели аккуратно укладываются в трассах, полках и лотках – без резких перегибов, с защитой от деформаций и воздействия неблагоприятных внешних факторов.

В сетях PON все эти меры принимаются как для общего одномодового волокна, так и для каждого пользовательского сегмента. Вспомогательные устройства, которые облегчат работу, включают в себя средства для сухой и влажной очистки разъемов, оптические и видеомикроскопы, а также источники видимого света.

Выводы

При внешней простоте пассивные сети требуют применения серьезных знаний как на этапе проектирования, так и в ходе монтажа и эксплуатации. Любая из проблем, перечисленных в этой статье, способна привести к большим дополнительным затратам и свести на нет предполагаемую экономию за счет применения технологии PON, не говоря уже о потере времени.

Проектировщик уже на стадии предварительных расчетов должен держать в уме и бюджет затухания, и кратность сплиттеров, и характеристики активного оборудования, и типы полировки в портах и разъемах, и даже модели и комплектацию тестеров, которые впоследствии будут применяться монтажными подразделениями для проверки систем. Инсталляторы должны иметь необходимое техническое оснащение (инструментарий, приборы, расходные материалы и т.п.) и обладать достаточным опытом и знаниями, чтобы правильно выполнить монтаж и измерения. Специалисты по эксплуатации также должны иметь профессиональный уровень подготовки, поскольку любую, даже идеально спроектированную и установленную систему можно «убить» безграмотным обслуживанием и плохо организованной поддержкой.

Только если все факторы на всех этапах учтены, продуманы и согласованы между собой, итоговая система будет надежна и экономически эффективна.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:

• Сварочные аппараты для оптоволокна
• Оптические рефлектометры
• Оптические тестеры
• Инструменты для чистки оптических коннекторов, разъемов, волокон