...
...
...

Оптическое волокно и технология 10 Gigabit Ethernet

По мере того, как технология 10 Gigabit Ethernet (10GbE) начинает использоваться в оптических магистральных сетях передачи данных, физические ограничения оптического волокна ставят новые задачи перед разработчиками сетей. Межмодовая, хроматическая и поляризационная модовая дисперсия и другие нелинейные эффекты становятся главными факторами, ограничивающими длину канала связи 10GbE.
Как и для предыдущих поколений Ethernet, при проектировании сети 10 Gigabit Ethernet требуется четкое понимание возможностей волоконной инфраструктуры. Данная статья знакомит с сетевым стандартом IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet и описывает ключевые моменты, на которые необходимо обращать внимание при построении сетей 10 Gigabit Ethernet.

волокно

Существует два основных типа оптических волокон: многомодовое и одномодовое, преобладающие на рынке с 70-х годов и используемые в широком диапазоне сетевых технологий. В многомодовом волокне распространяющийся по сердцевине оптический сигнал представлен множеством мод, в то время как одномодовое волокно в нормальном режиме работы поддерживает распространение только одной моды.
В многомодовых волокнах время распространения сигнала вдоль волокна различно для разных мод, что выражается в уширении импульсов на выходе волокна – межмодовой дисперсии. Разность между временем распространения различных мод называется дифференциальной модовой задержкой (Differential Mode Delay, DMD). Межмодовая дисперсия ограничивает пропускную способность многомодового волокна, то есть, с одной стороны, максимальную возможную скорость передачи, с другой – максимальное возможное расстояние.
Оболочка волокна – это слой, который окружает сердцевину. Когда свет, введенный в сердцевину, достигает границы с оболочкой, он испытывает внутреннее отражение. Условие полного внутреннего отражения (когда весь свет, распространяющийся в сердцевине, остается в сердцевине) зависит от угла, под которым свет подает на границу сердцевины и оболочки, и показателя преломления материалов, из которых они изготовлены. Чтобы свет оставался внутри сердцевины волокна, показатель преломления оболочки (n2) должен быть меньше показателя преломления сердцевины (n1).


Рис. 1. Свет, вводимый в сердцевину волокна.

Волокна можно классифицировать по размерам сердцевины и оболочки. У одномодовых волокон диаметр сердцевины не превышает 8 мкм, у многомодовых диаметр он значительно больше и равен 50 мкм или 62,5 мкм. Соответственно, два стандартных типа многомодового волокна принято обозначать как 50/125 и 62,5/125. Последняя цифра соответствует внешнему диаметру волокна, который одинаков для многомодовых и одномодовых волокон.
С диаметром сердцевины соизмерим другой параметр оптического волокна – диаметр модового поля (Mode Field Diameter, MFD). MFD описывает распределение оптической энергии в волокне, показывая величину “эквивалентного” диаметра круга, внутри которого распространяется основная часть электромагнитного излучения. MFD всегда больше, чем диаметр сердцевины. Например, для одномодовых волокон он обычно лежит в пределах 8-10 мкм.
Одномодовое волокно, поддерживающее распространение только одной моды и поэтому не имеющее межмодовой дисперсии, имеет большую пропускную способность, чем многомодовое волокно. Это позволяет вести передачу на большей скорости и на большие расстояния. По этой причине одномодовые волокна используются, как правило, для протяженных линий связи, городских и региональных сетей.
В то же время, многомодовые волокна могут поддерживать высокие скорости передачи данных на небольшие расстояния. Больший диаметр сердцевины многомодового волокна упрощает ввод оптического излучения в волокно, а более мягкие требования к допустимым отклонениям для многомодового волокна позволяют уменьшить стоимость оптических приемо-передатчиков. Таким образом, многомодовое волокно преобладает в локальных и домашних сетях небольшой протяженности.

стандартизация оптических волокон

В разработке стандартов для механических и оптических характеристик волокна, оптических кабелей и компонентов волоконно-оптических линий связи участвуют многие международные организации. Для основных оптических параметров волокна вводятся стандартизованные граничные значения, благодаря чему поставщикам и потребителям оборудования гарантируется взаимная совместимость устройств и соответствие инфраструктур, а производителям волокон предоставляется разумная гибкостью для модернизации и разработки новых продуктов. Помимо кабельных и механических свойств, в стандартах четко описаны такие важнейшие характеристики, как: для многомодового волокна – затухание и модовый диапазон на рабочих длинах волн, для одномодового волокна – затухание, хроматическая дисперсия и длина волны отсечки.
Перечислим основные организации, устанавливающие стандарты характеристик оптического волокна.
ISO, Международная Организация по Стандартизации (International Organization for Standardization).ISO включает в себя национальных членов, которые являются “наиболее представительными в области стандартизации в своей стране”, из более чем 90 государств. Для стандартизации характеристик оптического волокна ISO и IEC сотрудничают в нескольких Объединенных Технических Комитетах (JTC).
IEC, Международная Электротехническая Комиссия (International Electrotechnical Commission).IEC работает в области электроники и телекоммуникаций, ее деятельность охватывает более 50 стран. Существующий стандарт IEEE 802.3 для 10 Gigabit Ethernet ссылается на стандарт 11801 для соответствия оптического волокна техническим условиям, который, в свою очередь, ссылается на подробные требования к характеристикам оптических волокон IEC 60793-2.
TIA, Ассоциация Промышленности Средств Связи (Telecommunication Industry Association).TIA функционирует под началом Альянса Электронной Промышленности EIA (Electronics Industries Alliance) и сосредотачивает свои усилия на телекоммуникационной и информационной промышленности. Первоначально TIA была сформирована как консорциум независимых поставщиков услуг телефонной связи в США, но впоследствии расширила свою область деятельности. TIA обычно упоминается наряду с Национальным Институтом Стандартизации США ANSI (American National Standards Institute) при тестировании оптоволоконных систем.
ITU, Международный Союз Телекоммуникаций (International Telecommunications Union).ITU находится под покровительством Единой Национальной Системы Организаций (United Nations System of Organizations) и, как и ISO, включает в себя в качестве членов большое число суверенных государств. В данный момент в ITU представлено более 180 стран. ITU администрирует часто используемые документы стандартов для одномодовых волокон G.652-G.655, на которые ссылаются поставщики оптических телекоммуникационных систем и их потребители.

многомодовое волокно

Многомодовое волокно широко используется в локальных сетях организаций, когда расстояние между зданиями составляет не более двух километров. Широкое признание и проникновение на рынок многомодового волокна 62,5/125 произошло после включения этого типа волокна в стандарт FDDI, разработанный ANSI в конце 80-х годов, который сделал возможным его использование в кампусных сетях большего масштаба. Принятая в стандарте FDDI классификация многомодовых волокон впоследствии была перенесена на другие сетевые стандарты и в настоящее время широко используется в таких стандартах, как Fast Ethernet, ATM-155 и кабельном стандарте TIA/EIA 568-A.
Во время создания стандарта FDDI большое число серийно выпускаемых многомодовых и одномодовых волокон удовлетворяло его основному критерию – обеспечивать передачу данных на скорости 100 Мбит/с на расстояние 2 км. Если протяженность сегментов не превышает эту величину, то многомодовое волокно имеет определенное преимущество, поскольку обеспечивает низкую стоимость приемо-передатчиков. В Европе и России широкое распространение получил другой стандарт многомодового волокна 50/125, принятый позже и также поддерживаемый спецификациями ISO/IEC 11801 (общая укладка кабеля на территории заказчика).
На скоростях передачи до 622 Мбит/с (STM-4) многомодовое волокно может использоваться совместно со светодиодами (LED). На больших скоростях необходимо использовать лазеры, так как инертные по своей природе светодиоды не способны переключаться достаточно быстро. При этом на этапе разработки стандарта Gigabit Ethernet (GbE) было обнаружено негативное явление, выражающееся в том, что полоса пропускания многомодового волокна, измеренная с помощью лазера, оказывается меньше, чем полоса, измеренная светодиодом.
Причина этого явления – сильное рассеивающее действие на лазерное излучение со стороны неоднородностей, сконцентрированных на оси сердцевины многомодового волокна, и последующее появление большой дифференциальной модовой задержки DMD на приемной стороне. Чтобы уменьшить этот эффект (проявляющийся только для многомодового волокна) и достичь приемлемых расстояний для стандартов GbE и 10GbE, потребовалось создать спецификации, описывающие условия смещенного от оси ввода излучения от лазерного передатчика в волокно, а также разработать соответствующие требования к характеристикам приемника и волоконно-оптического кабеля.

многомодовое волокно и 10-Gigabit Ethernet

Стандарт IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet включает в себя последовательный интерфейс 10GBASE-S (S – short, означает короткую длину волны), сконструированный для передачи по многомодовому волокну на длине волны 850 нм. Таблица 1 содержит длины волн, полосы пропускания и максимальное расстояние для разных типов многомодовых волокон на скорости 10 Гбит/с. Технические проблемы, связанные с использованием лазерных источников излучения совместно с многомодовыми волокнами (описанные в предыдущей части статьи), значительно ограничили рабочий диапазон "многомодового FDDI волокна" для технологии 10GbE. Такое волокно имеет полосу пропускания 160 МГц*км на длине волны 850 нм и 500 МГц*км на длине 1300 нм.

Характеристика

Волокно 62,5 мкм

Волокно 50 мкм

Длина волны (нм)

850

850

850

850

850

Полоса пропускания, мин (МГц*км)

160

200

400

500

2000

Расстояние (м)

2-26

2-33

2-66

2-82

2-300

Таблица 1. Рабочий диапазон различного многомодового волокна в стандарте 10GBASE-S.

Для того, чтобы достичь с помощью многомодового волокна расстояний до 300 м (как описано в стандартах на укладку кабеля TIA/EIA-568 и ISO/IEC 11801), пришлось создать новую спецификацию волокна для стандарта 10GbE. Это новое волокно иногда называется “многомодовое 10 Gigabit Ethernet волокно” и является 850 нм, 50/125 мкм волокном, специально приспособленным для использования с лазером, имеющим эффективную полосу пропускания 2000 МГц*км. Это волокно подробно описано в стандарте TIA- 492AAAC. Его ключевое отличие от традиционных многомодовых волокон – дополнительные требования к DMD, обусловленные новым стандартом измерения DMD (TIA FOTP-220) и описанные в стандарте TIA-492AAAC. Как показано в таблице 1, сегмент с использованием этого волокна может достигать длины 300 м с интерфейсом 10GBASE-S. Большое количество ведущих производителей активно продвигают на рынок это новое многомодовое волокно для применения в решениях 10GbE.
Существуют два основных фактора, которые, вероятно, будут способствовать использованию нового “10-Gigabit Ethernet волокна”: популярность небольших (300 м или меньше) решений 10GbE и низкая стоимость интерфейсов 10GBASE-S по отношению к другим интерфейсам. Доказательство популярности недорогих, небольших 850 нм решений Ethernet легко видеть, глядя на количество проданных адаптеров типа 1000BASE-SX для Gigabit Ethernet. 1000BASE-SX работает на одномодовом волокне на расстояниях до 550 м и составляет большой процент от общего количества проданных GbE адаптеров.
Альтернативным решением является использование одномодового волокна с интерфейсами 10GBASE-L, 10GBASE-E или 10GBASE-LX4, последний из которых поддерживает как одномодовое, так и многомодовое волокно на расстояниях до 10 км и до 300 м соответственно.

одномодовое волокно

На сегодняшний день широко используются 4 различных типа одномодового волокна. Они описаны в таблице 2. Рекомендация ITU-T G.652, которая обычно считается стандартом для одномодового волокна, представляет большую часть всех существующих волокон. Рекомендация G.652 описывает как стандартное одномодовое волокно (IEC type B1.1), так и одномодовое волокно с низким пиком водяного поглощения (IEC type B1.3).
Технические характеристики стандарта 10 GbE базируются на использовании стандартного одномодового волокна B1.1 или B1.3 или, другими словами, в основном на рекомендации G. 652. Однако это не препятствует использованию других типов одномодовых волокон с интерфейсом 10GBASE-E, так как их использование потенциально может улучшить эксплуатационные характеристики сетей 10GbE.

стандартное одномодовое волокно IEC 60793-2 B1.1 & B1.3 / ITU G.652
Стандартное одномодовое волокно по сути представляет собой тонкую (5-8 мкм) сердцевину из стекла, легированного германием, окруженную более толстым слоем чистого стекла. Стандартное одномодовое волокно является основополагающим компонентом оптической телекоммуникационной инфраструктуры.
Почти все решения могут быть реализованы с помощью одномодового волокна, но оно оптимизировано для передачи сигнала на длине волны 1310 нм. Несоответствие эксплуатационных качеств со стандартами для одномодового волокна становится особенно значительным на высоких скоростях передачи (10 Гбит/с) и больших расстояниях (> 40км).
Одномодовое волокно с низким пиком водяного поглощения (IEC type B1.3) имеет такие же дисперсионные характеристики, как и стандартное одномодовое волокно (IEC type B1.1), но меньшее поглощение в области водяного пика (обычно 1383 нм). Поскольку никакой спецификации водяного поглощения для стандартного одномодового волокна (IEC type B1.1) не существует, поглощение в области 1383 нм может быть значительно больше, чем на 1310 нм.
За счет меньшего количества водяных примесей, вносимых в процессе изготовления, одномодовое волокно с низким пиком водяного поглощения (IEC type B1.3) обеспечивает все то же самое, что и стандартное одномодовое волокно, но к тому же поддерживает дополнительные длины волн между 1360 и 1460 нм.
Заметим еще раз, что стандарт IEEE 802.3ae для 10 Gigabit Ethernet описывает все эксплуатационные характеристики для стандартных типов одномодовых волокон (IEC type B1.1 и B1.3). Дополнительные типы волокон (например, DSF или NZDSF) могут давать преимущества, выходящие за рамки стандарта, но они не требуются для соответствия техническим характеристикам стандарта 10GbE.

волокно со смещенной дисперсией (DSF) – IEC 60793-2 B2 / ITU G.653
Волокно со смещенной дисперсией (DSF) было предложено в середине 1980-х и составляет очень небольшой процент от всего используемого одномодового волокна. К потребности в DSF привела разработка 1550 нм лазеров, излучение которых имеет меньшее поглощение в волокне, чем у 1310 нм лазеров. DSF позволяет оптическим сигналам распространяться значительно дальше без регенерации или компенсации благодаря уменьшенному значению коэффициента хроматической дисперсии.
DSF хорошо приспособлено для удовлетворения потребностей одноканальных оптических систем передачи. Но с появлением широкополосных оптических усилителей и волнового мультиплексирования (WDM), хроматические дисперсионные характеристики DSF стали вносить нежелательные эффекты в целостность многоволновых импульсов. В результате потребовался новый тип волокна - волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF). NZDSF фактически вывело из употребления DSF и, таким образом, DSF больше не предлагается на коммерческом рынке.
Волокно DSF не описано в стандарте IEEE 802.3ae.

одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки — IEC 60793-2 / B1.2 / ITU G.654
Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки создано для того, чтобы позволить передачу данных на большие расстояния с низким затуханием и возможностью использовать сигналы высокой мощности. Это волокно обычно используется для передачи в области 1550 нм благодаря большой величине длины волны отсечки (около 1500 нм).
Из-за высокой сложности изготовления одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки обычно намного дороже, чем другие одномодовые волокна. Оно используется практически исключительно в подводных решениях и его маловероятно встретить в ситуациях, когда применяются решения 10 Gigabit Ethernet.
Волокно со смещенной длиной волны отсечки не описано в стандарте IEEE 802.3ae.

волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) — IEC 60793-2 B4 / ITU G.655
Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) начали применять в середине 1990-х для устранения недостатков, связанных с использованием DSF при передаче на нескольких длинах волн. В этом волокне поддерживается ограниченный коэффициент хроматической дисперсии во всем оптическом диапазоне (обычно 1530-1625 нм), используемом в волновом мультиплексировании (WDM).
В первую очередь, введение NZDSF было направлено на нелинейный эффект, который называется четырехволновым смешением (FWM). Суть FWM заключается в том, что три волны, несущие различную информацию, могут генерировать сигналы на четвертой длине волны. Если используется эквидистантная схема расположения каналов (как в большинстве WDM систем), то сгенерированные шумовые сигналы могут частично перекрывать длину волны, несущую полезную информацию. NZDSF смягчает этот эффект, обеспечивая для всех длин волн в рассматриваемом диапазоне (1530-1625 нм) некоторую ограниченную дисперсию таким образом, чтобы сигналы на соседних длинах волн не перекрывались в течение больших промежутков времени.
Уменьшенная хроматическая дисперсия NZDSF также уменьшает и нежелательный вклад других нелинейных эффектов – фазовой автомодуляции (SPM) и перекрестной фазовой модуляции (XPM). NZDSF оптимизировано для передачи в диапазоне 1530-1625 нм, но поддерживает также некоторые конфигурации на длине волны 1310 нм с соответствующим типом лазеров и конструкцией системы.
Стандарт IEEE 802.3ae описывает NZDSF коротко: "Вероятно, волокно типа B4 (NZDSF) с положительной дисперсией может быть использовано для 10GBASE-E вместо B1.1 или B1.3 (стандартное одномодовое волокно). Для соответствия TP3 должна иметь место линия связи с использованием волокна B4 (NZDSF) с отрицательной дисперсией".
 

Название

ITU-T

IEC

Рабочий диапазон, нм

Описано в стандарте IEEE 802.3ae

Стандартное одномодовое волокно (с несмещенной дисперсией)

 G.652 

IEC 60793-2 (B1.1/B1.3)

1300-1324

Да

Волокно со смещенной дисперсией (DSF)

 G.653 

IEC 60793-2 (B2)

1500-1600

Нет

Волокно со смещенной длиной волны отсечки

 G.654 

IEC 60793-2 (B1.2)

1550-1625

Нет

Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF)

 G.655 

IEC 60793-2 (B4)

1530-1565 (С-диапазон)
1565-1625 (L-диапазон)

Да

Таблица 2. Используемые типы одномодовых волокон.

одномодовое волокно и 10-Gigabit Ethernet

Стандартное одномодовое волокно может использоваться практически в любых решениях. При небольшом числе длин волн, малых скоростях и дальностях передачи возможен выбор между одномодовым и многомодовым волокном, в зависимости от уровня сложности и стоимости, которые оператор желает получить. С увеличением числа длин волн, ростом скорости и дальности передачи одномодовое волокно становится единственным допустимым вариантом.

затухание

Для коротких участков волокна передача на длине волны 1310 нм остается привлекательной благодаря цене и доступности соответствующих лазеров. Несколько факторов, однако, побуждают к использованию передачи на больших длинах волн. На высоких скоростях передачи данных требования к чувствительности приемника обычно являются более строгими, что делает необходимым получение большей оптической энергии для поддержания низкой частоты ошибок. Из-за относительно высокого затухания на длине волны 1310 нм (см. таблицу 3) максимально возможные расстояния меньше по сравнению с 1550 нм. На больших расстояниях, которые превосходят допустимые пределы по чувствительности оптических приемников, сигналы в диапазоне 1550 нм могут быть усилены оптическим способом (обычно с использованием усилителей EDFA), что является невозможным на 1310 нм. В результате, передача на 1310 нм требует электрической регенерации, которая намного дороже, чем оптическое усиление.

Длина волны, нм

Максимальное затухание в волокне по стандарту IEC 60793-2, дБ/км

Обычное затухание в кабеле, дБ/км

1310

0,4

0,35

1550

0,3

0,25

Таблица 3. Затухание в стандартном одномодовом волокне в диапазонах 1310 и 1550 нм.

хроматическая дисперсия

Оптические импульсы, несущие цифровые данные, содержат в себе ограниченный спектр волн (а не только одну узкую длину волны). Так как различные длины волн распространяются в волокне с различной скоростью, отдельные компоненты импульса разделяются по мере его распространения по волокну. В конце концов, соседние оптические импульсы начинают перекрываться друг с другом и сигнал существенно искажается.
На 1310 нм затухание разрушает оптический сигнал, передаваемый по стандартному одномодовому волокну, еще до того, как хроматическая дисперсия становится проблемой. В результате, хроматическая дисперсия не является недостатком для передачи со скоростью 10 Гб/с в диапазоне 1310 нм по стандартному одномодовому волокну. Однако в диапазоне 1550 нм увеличенная хроматическая дисперсия в стандартном одномодовом волокне становится значительным сдерживающим фактором, обычно ограничивающим передачу 10 Gigabit Ethernet расстоянием в 40 км (хотя это зависит также от выбора передатчика).
На расстояниях, превышающих дисперсионные пороговые значения для стандартного одномодового волокна, требуется либо электрическая регенерация сигнала, либо оптическая компенсация дисперсии. Волокна DSF и NZDSF уменьшают хроматическую дисперсию в области 1550 нм, таким образом, увеличивается расстояние, на котором не требуется электрическая регенерация или оптическая компенсация дисперсии.

поляризационная модовая дисперсия

Постоянно упоминаемым потенциальным препятствием для использования решений 10 Гб/с является поляризационная модовая дисперсия (PMD), вносимая некоторыми волоконными инфраструктурами. Фактически PMD разделяет оптический сигнал на два идентичных сигнала, которые распространяются по волокну с различными скоростями. Если две компоненты значительно разделены в момент получения сигнала, передаваемая информация может оказаться значительно повреждена.
Большинство оптических волокон, соответствующих современным стандартам G.652 (стандартное одномодовое волокно) и G.655 (волокно с ненулевой смещенной дисперсией), подходят для передачи со скоростью 10 Гб/с в глобальных сетевых решениях. Однако у старых инфраструктур, особенно у тех, которые были созданы до 1990-х годов, существуют потенциальные недостатки. Недостаток требований к PMD в промышленных стандартах в то время сделал возможным большой разброс в характеристиках волокон в зависимости от производителей и использованных технологий. Хотя стандартизация PMD во многом решила проблему, значительное количество волокна, введенного в эксплуатацию до начала 1990-х, представляет собой потенциальную проблему для применения технологии передачи на скорости 10 Гб/с. Ситуация достаточно значительна и является для нескольких ведущих операторов основанием для того, чтобы требовать тестирования PMD в любой сети, рассматриваемой с точки зрения возможной работы на скорости 10Гб/с. PMD остается в фокусе внимания при разработке волокна под высокие скорости передачи (40 Гб/с и выше).

анализ конструкции волокна для сетей 10-Gigabit Ethernet

Основными факторами, влияющими на дизайн сетей 10 Gigabit Ethernet, являются:
Сетевая топология, которая включает в себя расстояния, потери на стыках и
количество соединений (т.е. энергетический потенциал линии связи).
Тип волоконного кабеля(одномодовое или многомодовое волокно) и эксплуатационные характеристикина определенной длине волны. Эксплуатационные характеристики определяются вносимыми потерями в канале (затуханием в кабеле) и модальным диапазоном (для многомодового волокна).
Использование специальных патч-кордов со смещенными коннекторами для подавления DGD, если они необходимы. 1310 нм решение WWDM, 10GBASE-LX4, требует использования этих специальных патч-кордов совместно с многомодовым волокном для достижения требуемых расстояний.
Реализация кабельной системы, совместимая с сетевыми устройствами Ethernet, основанными на светодиодах и лазерах, что позволяет осуществить интеграцию существующих 10 Мб/с и 100 Мб/с сетей, основанных на использовании светодиодов и 1 Гб/с и 10 Гб/с сетей, основанных на использовании лазеров.
Первым шагом при конструировании отдельных волоконных линий связи является определение энергетического потенциала. Эта величина (выраженная в дБ) определена в стандарте 10GbE для каждого оптического интерфейса. Таблицы для всех интерфейсов показаны далее в этой части статьи. Энергетический потенциал линии связи вычисляется, как разность между минимальной энергией, передаваемой в волокно, и минимальной чувствительностью приемника (см. рис. 2). Чувствительность приемника – это минимальная мощность, необходимая для поддержания требуемого соотношения сигнал/шум в определенных условиях эксплуатации. Энергетический потенциал линии связи определяет общую величину потерь из-за затухания и других факторов, воздействующих на распространение сигнала между передатчиком и приемником.


Рис. 2. Энергетический потенциал линии связи.

Энергетический потенциал линии связи используется для вычисления вносимых потерь и потери мощности. Вносимые потери – это основной параметр, определяемый для описания потерь в кабеле и соединителях (см. рис.3). Вносимые потери в канале состоят из определенных потерь в кабеле на каждом эксплуатационном участке, потерь в местах стыков и потерь на соединителях. Соединение состоит из пары состыкованных оптических разъемов. Обычно выделяется 1,5 дБ на потери на разъемах и местах стыков для многомодового волокна и 2 дБ для одномодового. В решениях 10-Gigabit Ethernet потери мощности определяются в соответствии с энергетическим потенциалом линии связи. Эти потери заставляют принимать в расчет такие эффекты, как дисперсия, которая может вызывать межсимвольную интерференцию и разрушать оптический сигнал.


Рис. 3. Волоконно-оптический кабельный канал.

Рабочие расстояния для 10 Gigabit Ethernet, которые даны в расположенных ниже таблицах, ограничиваются вносимыми потерями в канале, рабочим диапазоном кабеля для многомодового волокна и оптическими характеристиками приемопередатчиков (тип PMD). Расстояния больше 30 км в стандарте 10GBASE-E считаются "инженерными линиями связи", так как для поддержки столь больших расстояний затухание в кабеле должно быть меньше, чем максимальное затухание в стандартном одномодовом волокне (таблица 3). Следовательно, кабельные системы, проложенные на расстояния больше, чем 30 км, должны быть испытаны в эксплуатационных условиях для подтверждения соответствия их условиям по вносимым потерям не более 11 дБ (таблица 6). Измерение вносимых потерь производится в соответствии с методикой ANSI/TIA/EIA-526-14A/method B и ANSI/TIA/EIA- 526-7/method A-1. 

Параметр

10BASE-S

62,5 мкм MMF

50 мкм MMF

Модальный рабочий диапазон
на 850 нм (МГц*км)

160

200

400

500

1000

Энергетический потенциал
линии связи (дБ)

7,3

7,3

7,3

7,3

7,3

Рабочее расстояние (м)

26

33

66

82

300

Вносимые потери в канале1(дБ)

1,6

1,6

1,7

1,8

2,6

Потери мощности2(дБ)

4,7

4,8

5,1

5,0

4,7

Таблица 4. Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-S по стандарту IEEE Draft P802.3ae/ D5.0

1) Вносимые потери даны для длины волны 850 нм.
2) Потери мощности даны для длины волны 840 нм.

Параметр

10BASE-L

Энергетический потенциал линии связи (дБ)

9,4

Рабочее расстояние (км)

10

Вносимые потери в канале1(дБ)

6,2

Потери мощности2(дБ)

3,2

Таблица 5. Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-L по стандарту IEEE Draft P802.3ae/ D5.0

1) Вносимые потери даны для длины волны 1310 нм.
2) Потери мощности даны для длины волны 1260 нм. 

Параметр

10BASE-E

Энергетический потенциал линии связи (дБ)

15,0

Рабочее расстояние (км)

30

403

Вносимые потери в канале1(дБ)

10,9

10,9

Потери мощности2(дБ)

3,6

4,1

Таблица 6. Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-E по стандарту IEEE Draft P802.3ae/ D5.0

1) Вносимые потери даны для длины волны 1550 нм.
2) Потери мощности даны для длины волны 1565 нм.
3) Расстояния, большие, чем 30 км, должны быть испытаны в эксплуатационных условиях для подтверждения соответствия их условиям по вносимым потерям не более 11 дБ. Измерение вносимых потерь производится в соответствии с методикой ANSI/TIA/EIA-526-14A/method B и ANSI/TIA/EIA-526-7/ method A-1.

Параметр

10BASE-LX4

62,5 мкм MMF

50 мкм MMF

SMF

Модальный рабочий диапазон
на 850 нм (МГц*км)

500

400

500

-

Энергетический потенциал
линии связи (дБ)

7,5

7,5

7,5

8,2

Рабочее расстояние (м)

300

240

300

10000

Вносимые потери в канале1(дБ)

2,0

1,9

2,0

6,2

Потери мощности2(дБ)

5,0

5,5

5,5

1,9

Таблица 7. Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-LX4 по стандарту IEEE Draft P802.3ae/ D5.0

1) Вносимые потери даны для длины волны 1300 нм для многомодового и 1310 нм для одномодового волокна. Предполагается использование патчкорда со смещенным вводом излучения. Общие вносимые потери, включая затухание, связанное с использованием таких патчкордов, могут быть на 0,5 дБ выше, чем указано в таблице.
2) Потери мощности даны для длины волны 1269 нм. 

Волокно

62,5 мкм MMF

50 мкм MMF

SMF

МГц*км

1601

200

400

500

20002

-

SR/SW 850 нм

26 м

33 м

66 м

82 м

300 м

-

LR/LW 1310 нм

-

-

-

-

-

10 км

ER/EW 1550 нм

-

-

-

-

-

40 км

LX4 1310 нм

300 м @ 500 МГц*км3

-

-

-

-

10 км

Таблица 8. Волокно, поддерживающее стандарт 10GbE и соответствующие расстояния

1) Обычно называется "волокном FDDI".
2) Иногда называется "многомодовым волокном 10 Gigabit Ethernet". Подробно описано в стандарте TIA-492AAAC.
3) 62,5 мкм многомодовое волокно имеет модальный диапазон 500 Мгц*км на длине волны 1310 нм вместо 160 или 200 Мгц*км на 850 нм. Иногда называется "многомодовым волокном 10 Gigabit Ethernet". Подробно описано в стандарте TIA-492AAAC.
При проектировании линий связи 10GBASE-E длиной больше 30 км, когда кабель еще не проложен, производится расчет потерь в кабельной линии и проверка того, что общие потери в кабельных компонентах не превосходят 11 дБ, допустимых для 10GBASE-E (таблица 6). Потери в кабельной линии подсчитываются суммированием потерь в кабеле и потерь на разъемах и стыках. Затухание в кабеле рассчитывается как произведение длины линии связи на коэффициент затухания в волокне (дБ/км).
Как показано в таблице 9 (сценарий 1), если затухание в кабеле составляет 0.225 дБ/км, то затухание в линии связи длиной 40 км будет составлять 9 дБ (40 км х 0.225 = 9 дБ). Предполагая, что потери на разъемах и стыках для одномодового волокна составляют 2 дБ, общие потери будут равны 11 дБ (9 дБ + 2 дБ = 11 дБ), что является допустимым для стандарта 10GBASE-E (таблица 6). Подобные расчеты можно провести для сценариев 2 и 3.

Параметр

Сценарий 1

Сценарий 2

Сценарий 3

Максимальные потери в канале

11 дБ

11 дБ

11 дБ

Требуемые потери на затухание

0,225 дБ/км

0,257 дБ/км

0,3 дБ/км2

Потери на разъемах и стыках

2 дБ

2 дБ

2 дБ

Максимальное расстояние

40 км

35 км

30 км

Таблица 9. Пример расчета потерь в линии связи 10GBASE-E

1) Канал 10GBASE-E должен иметь затухание от 5 до 11 дБ. Если необходимо, для соответствия этому условию можно использовать аттенюаторы.
2) Это максимальное затухание в кабеле, разрешенное для одномодового волокна на длине волны 1550 нм согласно стандарту IEC 60793-2 (см. таблицу 3).

Ameet Dhillon, Extreme Networks, Chris DiMinico, CDT Corporation, Andy Woodfin, Corning Incorporated.


© Сетевые решения