Однонитевое волокно: когда использовать оптику BiDi, когда нет и как выбрать правильную пару

Однонитевое волокно — это метод оптоволоконной передачи, при котором как передаваемый, так и принимаемый трафик передается по одному оптическому волокну вместо обычных двух нитей. В сетях Ethernet это почти всегда выполняется с помощью трансиверов BiDi, иногда называемых двунаправленными или одноволоконными модулями SFP.

Если вам нужна короткая версия: однонитевое волокно имеет смысл, когда не хватает сердцевин волокна, когда прокладка нового кабеля через кабелепровод или через кампус обходится дорого или когда арендованная пара темных волокон уже разорвана. Это неподходящий вариант по умолчанию для-новой сборки структурированной кабельной системы, и он наказывает любую команду, которая не тщательно подбирает длины волн, оптический бюджет и совместимость коммутаторов перед заказом.

В этом руководстве рассказывается, как технология на самом деле работает с оптоволокном, когда следует выбирать ее вместо дуплексного волокна, в каких случаях она имеет тенденцию выходить из строя в полевых условиях, а также какие точные проверки должен выполнить инженер перед покупкой пары BiDi SFP или SFP+.

Что такое однонитевое волокно?

Одноволоконное волокно, иногда называемое одноволоконной-передачей или симплексной оптоволоконной передачей, использует одно оптическое волокно для одновременной передачи трафика в обоих направлениях.

Традиционная дуплексная волоконно-оптическая линия использует две нити: одна передает, другая принимает. Однонитевое оптоволоконное соединение заменяет эту пару одной нитью, разделяя два направления в области длин волн, а не в пространственной области. Если на каждом конце установлены правильные приемопередатчики, полнодуплексный канал Ethernet работает по одному физическому волокну.

Классический опубликованный пример — интерфейс 1000BASE-BX-D/U, определенный в стандарте IEEE 802.3ah: один конец передает на длине волны 1490 нм и принимает на длине волны 1310 нм, а противоположный конец передает на длине волны 1310 нм и принимает на длине волны 1490 нм. Вы можете прочитать базовые требования к физическому уровню вСтандарт Ethernet IEEE 802.3.

Однонитевое волокно против симплексного волокна против дуплексного волокна

Эти три термина постоянно путаются, особенно в закупочных билетах.

• Симплексное волокноотносится к кабелю, который физически содержит одну жилу волокна, обычно с одним разъемом LC, SC или FC на каждом конце.
• Дуплексное волокноотносится к кабелю, который содержит две жилы волокна, обычно заканчивающиеся парным разъемом.
• Однонитевое волокноописывает метод передачи: одна жила передается в обоих направлениях, независимо от того, является ли основной кабель технически симплексным патч-кордом или одной жилой более крупной магистрали.

Таким образом, однонитевое оптоволоконное соединение почти всегда использует симплексный патч-корд, но термин «симплекс» описывает кабель, а термин «однонитевое волокно» описывает оптическую схему.

Как работает однопрядное волокно

Передача BiDi и WDM внутри модуля

Большинство однонитевых волоконно-оптических каналов Ethernet используют передачу BiDi. BiDi — это сокращение от двунаправленного. Вместо разделения двух направлений путем выделения каждому отдельного волокна оптика BiDi разделяет их по длинам волн, используя небольшоймультиплексирование с разделением по длине волныфильтр внутри трансивера. Этот фильтр, часто называемый диплексером, объединяет исходящий лазерный и входящий сигналы на одном общем порту.

Одна из типичных пар выглядит так:

Вот почему однонитевое оптоволоконное соединение не может использовать два одинаковых модуля: оба диплексера будут ожидать передачи света одного и того же цвета, и соединение никогда не возникнет. Более глубокая разбивка диплексора и лазерной схемы описана в этой статье.Объяснение технологии трансивера BiDi.

Общие пары длин волн BiDi

Для разных скоростей и радиусов действия используются разные пары длин волн. В таблице ниже показаны комбинации, с которыми инженеры чаще всего сталкиваются в корпоративных сетях и сетях доступа.

Производители модулей не все используют одни и те же этикетки. Некоторые печатают «BX-U» и «BX-D» (восходящий и нисходящий), другие печатают напрямую «TX1310/RX1490». Смешение этикеток разных поставщиков — одна из самых простых ошибок при инвентаризации, поэтому перед заказом стоит стандартизировать наименование на складе.
 

Однонитевое волокно против двухнитевого волокна

При правильном проектировании как однонитевое, так и двухжильное волокно будут обеспечивать надежные соединения Ethernet. Правильный выбор зависит от того, чего не хватает: нитей волокна, времени, денег или сложности операций.

Выберите BiDi, если ограничением является количество волокон. Выбирайте дуплексную систему, когда стандартизация,-доступность запасных частей и простота оператора имеют большее значение.
 

Контрольный список выбора однопрядного волокна

Используйте этот контрольный список в качестве таблицы для принятия решений перед размещением заказа. Каждая строка представляет собой ситуацию, которая попадает на стол сетевого инженера с соответствующим вызовом.

Когда однопрядное волокно — правильный выбор

1. У вас ограниченное количество существующих волокон.

Самым убедительным аргументом в пользу однонитевого волокна является нехватка простого волокна. В линии связи здания-к-зданию может остаться одна неиспользованная жила в 12-жильном стояке, или желоб кампуса может быть слишком заполнен, чтобы проложить другой кабель. При наличии согласованной пары BiDi эта запасная нить может передавать новый полнодуплексный канал Ethernet без каких-либо строительных работ.

Распространенные сценарии, в которых это происходит:

• Кампус предприятия соединяет здания на устаревших стояках
• Промышленные объекты с ограниченным количеством оптоволокна в армированных кабельных трассах
• Муниципальные сети повторно используют существующее пространство воздуховодов
• Сети доступа интернет-провайдера, в которых на каждом абонентском фидере не хватает ветвей
• Системы видеонаблюдения и безопасности добавлены после первоначальной установки.
• Беспроводная транзитная связь, при которой оптоволокно от крыши-до-укрытия закреплено

2. Протягивать новое волокно слишком дорого

Стоимость трансивера редко является доминирующим показателем в проекте. Прокладка траншей, доступ к кабелепроводу, вход в здание, сращивание, рефлектометрическое тестирование, работа после-часов и время простоя обычно затмевают это. Если пара BiDi исключает строительные работы, бюджет проекта часто оказывается ниже, даже если сама оптика стоит дороже на порт, чем стандартные дуплексные SFP.

3. Вам необходимо улучшить использование волокна на существующем заводе.

Однонитевое волокно не может волшебным образом расширить полосу пропускания одного оптического канала. Что это меняет, так это количество физических нитей на ссылку. В уже установленном кабеле, по которому уже осуществляется несколько услуг, освобождение одной жилы на каждое соединение может отложить проект по расширению оптоволокна на годы.

4. Ссылка – это простая точка-на-точка

Оптика BiDi обеспечивает простое соединение «точка-точка»---: коммутатор к коммутатору, коммутатор к медиаконвертеру, маршрутизатор к коммутатору доступа, удаленный шкаф к ядру или здание A к зданию B. Обычно достаточно подобрать согласованную пару по чистому симплексному оптоволоконному пути.

Когда не следует использовать однопрядное волокно

Однонитевое волокно — это инструмент, а не стандартное решение. Вместо этого используйте двухпрядное волокно, если выполняется любое из следующих условий:

• На сайте уже более чем достаточно запасных пар оптоволокна.
• Операционная группа предпочла бы иметь на складе один артикул дуплексных модулей SFP, чем два артикул модулей A/B BiDi.
• Конкретный оптический интерфейс, который вам нужен, доступен только в дуплексной форме.
• Проект представляет собой строительство нового центра обработки данных-плотности обработки данных с уже спроектированной структурированной дуплексной кабельной системой.
• Вы не можете с уверенностью подтвердить сопряжение длин волн, оптический бюджет, полировку разъема и кодировку переключателя перед развертыванием.
• Оптоволоконный завод имеет высокий коэффициент отражения или неизвестную историю, поэтому увеличение сложности A/B замедлит устранение неполадок.

При развертывании в полевых условиях сбой редко связан с самим волокном. Почти всегда это неправильная пара модулей A/B, расположенная не на том конце, или модуль с большим-вылетом, перекачивающий слишком большую мощность в короткое соединение.

Как выбрать однопрядное волокно

Шаг 1. Подтвердите тип волокна

Большинство однонитевых каналов BiDi Ethernet предназначены для одномодового оптоволокна, обычноОдномодовое волокно OS2-в корпоративных и операторских развертываниях. Не думайте, что патч-корд, который вы держите в руках, правильный тип только потому, что разъем подходит к порту.

Что проверить перед заказом:

• Тип волокна: одномодовый-мод (чаще всего OS2) или многомодовый.
• Тип разъема: LC, SC, FC или другой
• Польский: UPC или APC
• Патч-панель и тип адаптера на каждом конце
• Расстояние от конца-до-конца, включая прокладку патч-кордов внутри обеих комнат
• Количество сращиваний и сопряженных разъемов на пути

Шаг 2. Выберите скорость и форм-фактор

Подключите трансивер к порту коммутатора. Наиболее распространенными вариантами являются 1G BiDi SFP, 10G BiDi SFP+ и 25G BiDi SFP28; Существуют варианты с одиночным-волокном 40G и 100G, но они менее стандартизированы. Модуль 10G SFP+ не будет согласовывать скорость 1G в порту, который явно не поддерживает работу с двойной-скоростью, что является частой ошибкой при повторном использовании старых коммутаторов доступа. Полезно прочитать здесь практическую разницу междуодномодовые-модули SFP и многомодовые модули SFPпри планировании смешанного флота.

Шаг 3: Сопоставьте длины волн TX/RX

Это шаг, который чаще всего разрушает ссылки. Пара BiDi требует дополнительных длин волн на двух концах. Всегда читайте этикетку или техническое описание фактических номеров TX и RX, а не доверяйте номеру детали.

Шаг 4. Проверьте расстояние и оптический бюджет

Число, напечатанное на клетке («10 км», «40 км»), представляет собой рейтинг дальности, а не инструкцию. Что имеет значение, так это оптический бюджет вашего конкретного канала. Перед заказом наберите каждый из этих номеров:

• Мощность передачи (TX мин/макс)
• Чувствительность приемника
• Порог перегрузки приемника
• Затухание волокна на километр
• По-потерям в разъемах и количеству сопряженных пар
• Потери на стыке и количество стыков
• Запас безопасности (обычно 2–3 дБ)

Здесь скрываются два режима отказа. Во-первых, это слишком мало мощности, и это очевидно. Второй, менее очевидный, — это слишком большая мощность: модуль длиной 40 км по оптоволокну длиной 500 м может привести к превышению порога перегрузки приемника и выдавать битовые ошибки или вообще отсутствовать связь. Для коротких перелетов с оптикой с большим-вылетом часто требуется фиксированный встроенный аттенюатор. Для более глубокого понимания того, на что уходит каждый децибел, см. этот обзорВносимые потери в оптоволоконных сетях.

Шаг 5. Подтвердите совместимость разъема и устройства

Перед размещением заказа проверьте:

• Марка и точная модель коммутатора, маршрутизатора или медиаконвертера
• Скорость порта и поддержка двухскоростной-скорости
• Требования к кодированию поставщика (некоторые платформы отвергают некодированную оптику)
• Тип разъема и соответствиесимплексный разъем LCна каждом патч-корде
• Польский тип (UPC против APC) вплотную
• Поддержка мониторинга DOM/DDM как на модуле, так и на хосте
• Диапазон рабочих температур, если оптика находится в придорожном шкафу или навесе на крыше

DOM/DDM стоит включать всякий раз, когда платформа его поддерживает. Он отображает полученную оптическую мощность, мощность передачи, температуру и ток смещения лазера, что в совокупности позволяет обнаружить ухудшение качества канала за несколько недель до того, как он выйдет из строя.

Распространенные ошибки при развертывании одиночного волокна

Ошибка 1: подключение стандартного дуплексного SFP к одному волокну

Обычный дуплексный SFP предполагает наличие двух волокон. Подключение только одного приведет к тому, что ссылка будет отключена навсегда. Вместо этого используйте подходящий двунаправленный или одноволоконный трансивер.

Ошибка 2: покупка двух одинаковых модулей BiDi

Оптика BiDi продается и хранится в виде пар A/B. Два одинаковых модуля передают на одной длине волны, и связь не устанавливается. Держите артикулы A и B в своем инвентаре на видном месте и маркируйте их на стойке.

Ошибка 3: игнорирование оптического бюджета

Правильная пара длин волн по-прежнему не работает, если принимаемая мощность находится за пределами окна приемника. Измерьте или оцените потери, прежде чем указывать-оптику дальнего радиуса действия, и никогда не предполагайте, что только что протестированная ссылка останется на прежнем уровне-одна потеря после нескольких повторных-исправлений.

Ошибка 4: смешивание разъемов APC и UPC

Полироли APC и UPC не взаимозаменяемы. Их соединение приводит к плохому физическому контакту, высоким вносимым потерям, а иногда и к серьезным проблемам с обратным-отражением. Завод по производству волокна использует либо тот, либо другой комплекс. Чтобы узнать, как геометрия лака взаимодействует с отражательной способностью, см. это руководство поРазъемы SC/APC и типы полировки.

Ошибка 5: забыть о совместимости коммутатора

Некоторые коммутаторы обеспечивают строгое кодирование трансивера и автоматически отключают некодированную оптику или оптику сторонних-производителей. Перед размещением заказа убедитесь в совместимости с конкретной версией встроенного ПО, особенно для корпоративных коммутаторов, OLT и ONU.

Ошибка 6: Запасы запасных частей без плана A/B

Удивительное количество простоев после-часов происходит из-за запасных частей, которые оказываются не той половиной пары. Отслеживайте артикулы A и B отдельно, маркируйте шкафы с указанием того, какой конец используется, и храните по одному экземпляру каждого товара в грузовике.

Как устранить неполадки одножильного оптоволоконного канала

Если ссылка BiDi не появляется, выполните следующую последовательность действий, а не меняйте местами случайные части:

1. Считайте напечатанные длины волн TX/RX на обоих модулях. Подтвердите, что они дополняют друг друга, а не идентичны.
2. Прочтите значения DOM на обоих концах. Мощность приема –40 дБм или «потеря сигнала» обычно означает проблему с волокном, разъемом или длиной волны, а не с модулем.
3. Очистите обе торцевые поверхности LC заведомо-хорошим очистителем кассет и осмотрите их с помощью лупы. Большинство «сломанных» ссылок BiDi имеют грязные торцы.
4. Проверьте каждый модуль на заведомо-исправной оптоволоконной паре с помощью аттенюатора, чтобы убедиться, что сама оптика исправна.
5. Если мощность принимаемого сигнала необычно высока (например, −2 дБм на оптоволокне длиной 40 км и длиной 200 м), добавьте встроенный аттенюатор, размер которого позволяет довести уровень до окна приемника.
6. Убедитесь, что полировка разъемов (UPC и APC) одинакова от начала до конца. Один адаптер APC, включенный в цепь UPC, будет стоить довольно дорого.
7. Если оптически все проверяется, но порт по-прежнему не открывается, поменяйте кодировку трансивера (код-поставщика и общий код), чтобы исключить отклонение-на стороне коммутатора.

Финальный дубль

Однопрядное волокно является одним из наиболее полезных инструментов, доступных в тех случаях, когда нитей волокна не хватает, строительные работы дороги или существующему кабельному заводу необходимо обеспечить больше линий без расширения. Это не стандартный вариант для новых сборок, и он наказывает любую команду, которая отдает приказы, только по радиусу действия и скорости.

Надежное развертывание сводится к короткому списку проверок: правильный тип волокна, правильная скорость и форм-фактор, дополнительная пара длин волн TX/RX, оптический бюджет, который попадает в окно приемника, последовательная полировка разъема от начала до конца и хост, который принимает модуль. Запустите эти проверки один раз, задокументируйте инвентаризацию A/B, и ссылка будет работать годами.

Если вы планируете проект с одножильным оптоволокном, начните с расстояния соединения, существующего типа волокна, полировки разъема, требуемой скорости и модели коммутатора. Выберите подходящую пару BiDi с учетом этих ограничений, а не наоборот.