что такое оптический бюджет линии в чем измеряется

Бухгалтерию – в массы! Верстаем оптический бюджет

Сводим концы с концами

Любое колебание, распространяясь в реальной физической среде, обладающей сопротивлением, постепенно сходит на нет. По достижении определенной границы наш сигнал растворяется в море шумов, и никакой самый чувствительный приемник его уже не раскодирует – эта граница определяет дальнобойность данного вида связи. Некоторые теоретические, идеальные показатели дальнобойности приводятся в описании стандартов, но надо понимать, что в большинстве случаев это не более чем «сферический конь в вакууме», которого можно с осторожностью считать с трудом достижимым максимумом.
Чтобы расчет распространения сигнала был хотя бы примерно сообразен действительности, он должен учитывать реальные характеристики передатчика, приемника и всего того, что находится между ними. Для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) такое уравнение называется оптическим бюджетом. Давайте посмотрим, как оно составляется.

Схема расчета оптического бюджета

Источник сигнала характеризуется своей мощностью, которая варьируется в некоторых пределах; возьмем максимальное ее значение. На пути распространения оптической волны она будет ослабляться в точках стыка кабелей (разъемы, оптокроссы, сварка) и постепенно по всей длине кабеля. В конечной точке светимость потока должна быть не меньше предельного порога чувствительности приемника – иначе сеть не заработает. Бюджет должен сходиться в обе стороны, если трафик имеет дуплексный характер. Все параметры, относящиеся к линии, можно считать константами для определенного типа оптического излучения – вот они.

Примеры расчетов

Рассмотрим бюджет конкретной оптической линии. Считаем, что одномодовая линия связи между сервером с сетевой картой Intel и коммутатором Cisco Catalyst имеет длину 10 км, на ней располагается 2 оптических кросса. Давайте условимся, что здесь и далее мы будем говорить о 10-гигабитном Ethernet – с точки зрения оптики скорость данных значения не имеет, но разнятся параметры сетевых интерфейсов:

Из пары граничных значений нам понадобится только одно, второе приведено для полноты картины. Заметим, что параметры оптических модулей очень похожи, однако так бывает не всегда. Еще одно замечание: дабы не обнимать необъятное, мы упустим здесь оптические тонкости, связанные с характеристиками интерфейсов и их измерениями и ограничимся итоговыми цифрами – этого нам вполне достаточно. Данные характеристики для конкретного интерфейса можно найти в описании продукта на сайте производителя.
Итак, проведем расчет (в обе стороны он будет одинаковым):

Как видим, бюджет сходится с большим запасом – это вообще типично для одномодовых линий, как, впрочем, и для многомодовых, если использовать их в штатном режиме. Рассмотрим ту же задачу с оптикой SR и длиной линии 300 метров:

Оптический бюджет от Intel к Cisco и наоборот:

Запас чуть поменьше (с учетом меньшей чувствительности), но все равно достаточный. Спрашивается, зачем же тогда считать бюджет, если и так всегда все сходится? Ответ таков: далеко не все оптические линии работают в комфортном для себя режиме. Основное предназначение бюджета – прийти на помощь, когда что-то идет не так. Скажем, есть линия, которая ведет себя не так, как ей положено. В чем проблема – в неисправностях оборудования или она в принципе не может работать стабильно в данной конфигурации? Вот здесь-то и могут выручить наши цифирьки.
Итак, сделаем вывод: в случае, когда линия сделана «по уму», с соблюдением стандартов и согласно здравого смысла, оптический бюджет считать не обязательно, заниматься этим можно только при возникновении проблем. Однако есть случаи, когда расчет просто необходим – к ним и перейдем.

Особые случаи

Представим себе обратную ситуацию: вам нужно подключить оборудование по оптической линии очень малой длины, буквально «зад в зад». Можно ли считать такой режим комфортным для сетевых интерфейсов? Отнюдь. Перегрузка (засвет) может привести к появлению ошибок на порту, а то и вообще физическому выходу его из строя. Для того, чтобы привести порт в чувство, нужно уменьшить световой поток – поставить аттенюатор. Аттенюаторы бывают с фиксированным или переменным затуханием; как подставить его в уравнение выше – думаю, все уже догадались.

Оптический аттенюатор

Известно, что при подборе аттенюаторов часто пользуются «методом тыка», но, право слово, не стоит заниматься гаданием, когда за несколько минут можно путем расчета получить оптимальные для данного конкретного случая показатели.

Вот случай еще сложнее. Иногда на оптические линии ставятся пассивные ответвители – сплиттера. Сплиттер – это полупрозрачная стеклянная призма, которая часть света пропускает через себя, а часть отражает в другую сторону. Таким образом буквально «забесплатно», безо всяких активных устройств, получается две копии одного сигнала. Основная часть света остается в линии, а вторая копия подается на анализатор трафика, детектор аномалий, устройство корпоративной безопасности и т.д.

Оптический сплиттер

Особенность ситуации состоит в том, что в случае сплиттеров бюджет необходимо считать для двух линий – основной и ответвляемой. Кроме того, сплиттер вносит значительное затухание в линии, это тоже здорово осложняет жизнь. Давайте добавим к нашим оптокроссам еще и сплиттер и посмотрим, что получится.

Посчитаем бюджет для сплиттера 70/30. Для одномодовой линии вносимое им затухание таково: 2 дБ в основную линию и 6,1 в ответвляемую. К предыдущим уравнениям нужно лишь добавить это затухание (а точнее – отнять).

Ответвляемая линия работает на пределе своей чувствительности, лучше изменить тип сплиттера на 60/40 – это даст нам лишний децибел на опасном участке.
Теперь многомод (затухание 2,4/6,3 дБ), посчитаем для простоты одно направление:

Как видим, ответвляемая линия вышла из бюджета, и даже замена сплиттера на 60/40 не решит проблему. В целом можно сказать, что установка сплиттеров на многомодовые линии представяет собой серьезную проблему и лучше без сильной необходимости этого не делать.

Завершить тему хотелось бы следующими словами. Наверное, умение рассчитывать оптический бюджет линий не относится к первостепенно необходимым навыкам сетевого администратора. Однако если в вашем ведении находятся оптические сети или вы предполагаете попробовать себя на этом поприще, советуем хотя бы поиметь представление об этом предмете, чтобы в дальнейшем знать, куда смотреть и что делать.

Если к теме будет хабраинтерес, в следующий раз поговорим о практических способах контроля оптических линий, типовых оптических проблемах и влиянии кривизны рук на траекторию светового луча.

Источник

Что такое оптический бюджет линии в чем измеряется

(автор Игорь Никишин инженер компании IC-Line)

«Не поднимается оптический линк на 18 км! А трансиверы у нас на 20км! Что же делать? Наверное, трансиверы некачественные!»,- телефон плавится от гнева клиента. «А вы затухание на линии меряли?»,- вопрос в ответ. Зачем мерять затухание на линии, что такое оптический бюджет и как это связано – про это данная статья.

Как известно, световой сигнал имеет свойство терять мощность в процессе прохождения какой-либо среды (например, воздух, вода или оптический волновод). Такой процесс называется затуханием. Затухание измеряется в дБм (dBm) или в дБм/км (dBm/km).

15дБм – величина относительная. Если рассматривать идеальное лабораторное волокно, то его нужно целых 41 км, чтобы обеспечить 15дБм затухания на длине волны 1310нм. А если взять реально существующую линию связи, проложенную в болоте, с изгибами радиусом 10см, и вообще крайне некачественно проложенную и сваренную, то данные 15дБм затухания могут быть и на 10км волокна.

Рассмотрим теперь ситуацию с противоположной стороны, а именно, со стороны трансивера. Если внимательно посмотреть на этот электронный компонент, то можно обнаружить, что он обладает двумя деталями – приёмником и передатчиком. Каждая такая деталь имеет свои характеристики, одной из которых является: для передатчика – мощность излучения, для приемника – мощность детектирования. Если вычесть из мощности передатчика мощность детектирования, то полученная цифра и будет являться тем самым оптическим бюджетом трансивера. Все передатчики и приемники тщательно подобраны производителем на основе статистических данных о существующих линиях связи. Но наша страна не поддается статистике, поэтому случаются казусы.

Что в итоге? А в итоге медаль, у которой 2 стороны: либо потратиться на качественную линию и купить к ней трансиверы с километражом, равным километражу линии, либо проложить волокно «абы-как», а потом играть в увлекательную игру «подбери трансивер».

Источник

Исполнительная документация

Как просто рассчитать оптический бюджет.

Оптический бюджет это разница между мощностью сигнала на выходе передатчика и чувствительностью приёмника.

Расчёт оптического бюджета далее позволяет Вам на этапе проектирования определить максимально возможную длину оптической линии на участке: передатчик — приёмник.

1 Необходимые исходные данные для расчёта :

1.1 Мощность передатчика — P прд, дБм, определяется исходя из характеристик передатчика;

1.2 Чувствительность приёмника — S прм, дБм, определяется исходя из характеристик приёмника;

1.3 Эксплуатационный запас Эз = 2,5 дБ, используется для учёта возможных потерь на деградацию линии и прочее;

1.6 Затухание на коннекторе SM — Зк = 0,3 дБ на 1 коннектор;

1.7 Затухание на сварке — Зсв = 0,05 дБ на 1 сварное соединение;

1.8 Затухание на механическом соединителе — Зrs ;

1.9 Количество сварок N1 ;

1.10 Количество механических соединителей N2 ;

1.11 Количество разъёмных соединителей N3 ;

1.12 Затухание на сплиттере:

1.12.1 Сплиттер планарный 1:2 (1310 нм) — Зспл = 3,6 дБ ;

1.12.2 Сплиттер планарный 1:4 (1310 нм) — Зспл = 7 ,3 дБ ;

1.12.3 Сплиттер планарный 1:8 (1310 нм) — Зспл = 10 , 4 дБ ;

1.12.4 Сплиттер планарный 1:16 (1310 нм) — Зспл = 13,5 дБ ;

1.12.5 Сплиттер планарный 1:32 (1310 нм) — Зспл = 16,7 дБ ;

2 Пример расчёта :

Б опт = P прд — S прм,

Б опт з = Б опт — Эз,

2.3 Максимальная длина кабельной линии L1, рассчитывается по формуле :

L1 = ( Б опт з — N1*Зсв — N2*Зrs — N3*Зк — Зспл )/ а1,

L1 = (27 — 5*0,05 — 0*0 — 7*0,3 — 16,7 )/0,4 = 7,95/0,4 = 19,88 км.

Расчёт выполнен для окна прозрачности 1310нм, т.к оно имеет наибольшее затухание.

Получаем, что максимально возможная длина оптического волокна 19,88 км, сравниваем это число с максимально удалённым участком по проекту и делаем вывод о возможности, либо невозможности работы.

Смотрите состав исполнительной в разделе: «Состав исполнительной»

Скачивайте акты, протокола и другое в разделе: «Акты и прочее»

Скачивайте полезные книги, ГОСТы, СнИПы в разделе: «ГОСТы и книги«

Источник

Оптический бюджет ВОЛС: понятие, расчет, практическое применение

Оптический бюджет ВОЛС, или ориентировочное затухание оптической линии – это прогнозируемая сумма потерь оптического сигнала на всех компонентах ВОЛС. Оптический бюджет ВОЛС рассчитывается в основном на этапе проектирования линии и подбора каналообразующего оборудования. Вместе с тем, понимание бюджета затухания позволяет также оптимально выбрать под текущие задачи оптический тестер или рефлектометр, или ответить на очень распространенный вопрос: «Сможет ли это чудо техники измерить линию протяженностью 30, 50, 100 км»? На эти и другие вопросы попробуем ответить в данной статье.

Как же рассчитать оптический бюджет ВОЛС?

В случае, если протяженность ВОЛС составляет 100 км, наверняка мы имеем дело с магистралью, в которой строительная длина определяется емкостью кабельного барабана и составляет L_с = 4 км (реже 5 км). На сети доступа (городской сети интернет провайдеров, операторов КТВ и др) строительная длина меньше и может быть доходить до 100 м. Поэтому отталкиваться нужно от протяженности участков, которые реально планируются на сети в зависимости от расположения микрорайонов, домов и т д.

А_св = 21 * 0,05 = 1,05дБ

А_кон = 2 * 0,4 = 0,8 дБ

А_{пог 1310} = 0,33 дБ/км; А_{пог 1550} = 0,22 дБ/км

В результате потери в волокне составят: А_{вол 1310} = 0,33 дБ/км * 100км = 33 дБ; А_{вол 1550} = 0,22 дБ/км * 100км = 22 дБ

Бюджет ВОЛС = А _сумм = А _вол + А _св + А _кон

Для сигнала на длине волны 1310нм: Оптический бюджет ВОЛС = 33 + 1,05 + 0,8 = 34,85 дБ

Для сигнала на длине волны 1550нм: Оптический бюджет ВОЛС = 22 + 1,05 + 0,8 = 23,85 дБ

В итоге можно предположить, что оптическая линия, протяженностью 100 км, смонтирована без нарушения технологии монтажа будет иметь затухание не более 34,85дБ на длине волны 1310 нм, и 23,85 дБ на длине волны 1550 нм. А измерять такую линию можно рефлектометром, который имеет динамический диапазон не менее чем рассчитанное затухание линии.

Ниже представлен бюджет затухания линии PON

Источник

Расчет оптического бюджета

Важнейшим параметром волоконно-оптической линии связи является затухание сигнала. Именно затухание или, по-другому, потери оптической мощности сигнала является ключевым свойством ВОЛС, определяющим её работоспособность. Было бы прекрасно, если бы потерь не было вовсе, но, к сожалению, современные технологии передачи оптических сигналов по световодным волокнам от этого далеки. Тем не менее контролировать потери мощности в ВОЛС можно и нужно. Причины их возникновения:

Более подробно обо всех причинах потерь читайте в статье про измерения на ВОЛС.

Смотрите обзоры рефлектометров на канале ВОЛС.Эксперт в Ютубе

Понятие бюджета оптической линии

Оптический бюджет — это совокупность оптических потерь, которые предварительно учитываются в ВОЛС. Обычно такой подсчёт делается в двух случаях:

Оптические потери исчисляются в децибелах (дБ). Напомним, что применительно к оптической мощности эти единицы определяются соотношением [1]:

где:
P — мощность характеризуемого сигнала, Вт.
P_o — мощность опорного сигнала, Вт.

Децибелы являются относительной величиной, характеризующей логарифмическое отношение двух уровней мощности. В случае с передачей сигнала в виде оптического излучения используют, как правило, отношение мощности на входе в линию к мощности на выходе из линии. Собственно, эта величина, записанная в дБ и является величиной оптических потерь.

Чтобы соотнести допустимые для оборудования потери с потерями в линии, необходимо использовать следующие простые формулы.

Для приёмо-передающего оборудования величина допустимых потерь рассчитывается по формуле [2]:

где:
А_доп — допустимые потери между источником и приёмником, дБ.
P_TX, дБм — мощность источника излучения, формирующего передаваемый сигнал. Эта величина указывается на паспорте передатчика (и, как правило, на корпусе изделия). Единицы дБм являются теми же самыми децибелами, но за величину мощности опорного сигнала в этом случае всегда принимают 1 мВт. Эта запись упрощает подсчёт потерь (для нахождения величины ослабления сигнала достаточно просто складывать децибелы), но также даёт возможность узнать величину в милливаттах (поскольку мы знаем, что = 1 мВт). На практике этим вычислением по формулам никто не занимается, а используют таблицы соответствия, по которым можно пересчитать дБм в мВт.
P_RX, дБм — чувствительность приёмника излучения. Эта величина характеризует минимальный уровень мощности, который способен безошибочно детектировать фоточувствительный элемент приёмника.

Величину же потерь, которые есть в ВОЛС, т. е. оптический бюджет линии, можно в самом простом случае записать формулой [3]:

Довольно простая формула, в которой суммируем все предопределенные потери. Произведение километрического затухания на длину ОВ даёт потери в волокне; количество сварных соединений, умноженное на 0,05 дБ даёт потери на сварках и т. д. Эксплуатационный запас — это некоторая прибавка, которую закладываем в бюджет заранее, предваряя появления возможных дополнительных потерь (например, из-за деградации волокна, ухудшения коннекторов в результате многократной коммутации, из-за аварий на кабеле и пр.). Величина запаса оговаривается между заказчиком строительства и подрядной организацией, как правило, выбирается из диапазона от 3 до 6 дБ.

Если в линии должны появиться какие-либо иные оптические элементы (сплиттеры, фильтры и т. д.), номинальные значения их потерь также необходимо учитывать и внести в формулу подсчета оптического бюджета.

Зная величины допустимых для активного оборудования потерь и потерь, которые даст линия связи, проверяем выполнение следующего условия [4]:

Если условие [4] выполнено, ВОЛС можно смело вводить в эксплуатацию — сигнал будет успешно передаваться от передатчика к приёмнику. Разумеется, при условии соблюдения всех технологических требований при строительстве. К ним следует отнести и соблюдение правил прокладки кабеля, и выполнение инструкций по монтажу муфт и кроссов, и использование качественного сварочного оборудования и инструментов, и многое другое.

Обо всех этих важных моментах мы подробно рассказываем в рамках наших учебных курсов.

Надо добавить, что приведенный расчёт оптического бюджета является базовым и не содержит в себе многих частных случаев, с которыми можно столкнутся на практике. Например, в формуле потерь в линии [3] отсутствуют потери, которые вносят такие пассивные компоненты, как сплиттеры или оптические фильтры, а ведь и их используют довольно часто. Если применяем какие-то из них, необходимо дополнить формулу, учесть потери, которые будут вносить эти элементы. Величины потерь необходимо брать из спецификаций, прилагаемых к каждому подобному изделию.

Некоторым образом может и усложниться формула подсчета допустимых потерь [2]. Дело в том, что правильная работа приёмника сигнала может быть обусловлена не только его чувствительностью, но и максимально допустимой вводимой мощностью. При превышении определенного уровня мощности принимаемого сигнала, прописанного в паспорте изделия, есть угроза повреждения фоточувствительного элемента. Поэтому необходимо учитывать и этот момент, и условие [4] превращается в следующее условие [5]:

где потери A_{доп min} посчитаны для значения максимально допустимой мощности, а A_{доп max} — для значения чувствительности приёмника. Условие работоспособности линии [5], таким образом, задаёт диапазон потерь, в который должен попасть оптический бюджет. Если потери оказываются ниже, чем требуется, и на приёмник попадает слишком большая мощность, в линию вводят такие элементы, как оптические аттенюаторы, имеющие заданную величину потерь. Эти потери добавляются в А_общ и проводится повторная проверка условия [5].

Расчет оптического бюджета GPON

Оптический бюджет играет одну из самых важных ролей в проектах по строительству сетей GPON, поэтому рассмотрим прикладную задачу подсчёта бюджета при строительстве таких сетей. Наряду с планированием прохождения трасс магистральных и распределительных кабелей необходимо точно представлять, будет ли возможно подключить всех потенциальных абонентов, проживающих в доме или в населенном пункте, где планируем строить нашу сеть.

В порядке примера применения этого расчёта рассмотрим одну из самых популярных схем организации сети PON — деление с коэффициентом К=64, выполненное двумя каскадами: 1×8 и 1×8.

На рис. 1 показана структурная схема такой сети, где: ОРШ — оптический распределительный шкаф, в котором магистральное ОВ делится сплиттером с коэффициентом 1:8 (первый каскад); муфты-кроссы — оптические муфты, в которых ОВ распределительных кабелей делятся сплиттером так же с коэффициентом 1:8 (второй каскад); показаны также сварные и разъёмные соединения на ОВ.

Рис. 1. Структурная схема сети PON при делении 1×8 : 1×8 (К=64).

Необходимо учесть все факторы потерь, расположенных в данном случае на пути от станции до абонента. В силу того, что абонентов много (в этой сети — до 64-х) и все они находятся приблизительно на одинаковом расстоянии от станции, заниматься подробным расчётом для каждого абонента было бы затруднительно. Расчёт делается один, но все параметры выбираются как самые неблагоприятные — длина ОВ до самого удалённого абонента, предельно допустимые потери на сварках и разъёмах, длина волны λ=1310 нм и т. д.

В примере рассмотрим суммарную длину ОВ равную 10 км.

Потери в ОВ в таком случае составят:

Потери в соединениях подсчитаем, используя для наглядности схему на рис. 2. Потери на сварках взяты гораздо большей величины, чем было в [3]. Это учитывает возможность того, что при монтаже таких сетей могут использоваться сварочные аппараты для локальных линий или вовсе механические соединители типа «fibrlok».

Рис. 2. Линейная схема OLT – ONT, с указанием потерь (дБ) на соединениях.

В результате имеем:

Табл. 1. Типовые потери на планарных сплиттерах в зависимости от коэффициента деления.

Как уже говорили, берем наихудший вариант потерь. Для двух наших сплиттеров (1×8) имеем:

Итого для линии длиной 10 км, на длине волны λ=1310 нм и с учётом всех элементов линии получаем суммарные потери:

Получив значение общих потерь или, другими словами, подсчитав оптический бюджет линии, убеждаемся, что в этой сети можно использовать активное оборудование, имеющее запас по мощности А_доп = 28,5 дБ. Такой бюджет имеет оборудование класса B+ (согласно стандарту G.984.1). Значит, используя в данной сети GPON приемопередающее оборудование класса B+, мы гарантированно обеспечим ее работоспособность.

Илья Смирнов,
технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт

Источник