Fiiberoptika on tehnoloogia, mis edastab teavet valgusimpulssidena läbi õhukeste klaasi- või plastikkiudude. Selle asemel, et elektrone läbi vase liigutada, juhib fiiberoptiline link footonid täpselt konstrueeritud südamikku alla, mistõttu suudab kiud edastada palju rohkem andmeid palju pikema vahemaa tagant ja väiksemate häiretega kui vasest Etherneti kaabeldus.
Selles juhendis kirjeldatakse, mis on fiiberoptika, kuidas kiudoptika füüsiliselt töötab, OS-i ja OM-kaablite kategooriad, mida näete igal andmelehel, kuidas kiud võrdub vasega, ja praktilist otsustusraamistikku oma võrgu jaoks õige kaabli valimiseks. Näited tuginevad tõelistele inseneripiirangutele, mitte ainult õpikukirjeldustele.
Mis on fiiberoptika?
Kiudoptika on optiliste kiudude kasutamine andmete edastamiseks valguse abil. Optiline kiud koosneb ühest õhukesest juuksekiust{1}}klaasist või mõnes{0}}lühiulatuses plastist. Kiudoptiline kaabel on valmis koost, mis kaitseb üht või mitut kiudu tugevuselementide, puhvrite ja ümbristega.
Lihtsaim viis sellele mõelda: fiiberoptika liigutab andmeid elektri asemel valgusega. See üksainus muudatus muudab kiudoptilisest võrgust moodsa Interneti, hüperskaala andmekeskuste, mobiilse esi- ja tagasiühenduse ning FTTH juurdepääsuvõrkude selgroo.
Kuidas kiudoptika töötab?
Kiudoptiline link muudab elektrilised signaalid valguseks, saadab selle valguse mööda klaassüdamikku ja teisendab selle kaugemas otsas tagasi elektrilisteks signaalideks. Viis asja juhtub järjestikku:
- Seade (lüliti, ruuter, OLT, serveri võrgukaart) toodab elektrilist signaali.
- Transiiver kasutab laserit (üks{0}}režiimi jaoks) või VCSEL/LED (mitmemoodiline) signaali teisendamiseks moduleeritud valguseks kindlal lainepikkusel -, tavaliselt 850 nm, 1310 nm või 1550 nm.
- Valgus levib läbi kiudude südamiku, mis on piiratud täieliku sisemise peegeldusega.
- Vastuvõtvas transiiveris olev fotodetektor muudab valguse tagasi elektrisignaaliks.
- Vastuvõttev seade dekodeerib signaali ja edastab selle virnast üles.
Optilise kiu sees: südamik, kattekiht, kate
Igal optilisel kiul on kolm kontsentrilist kihti:
- Tuum- klaaskanal, mida valgus tegelikult läbib. Ühemoodi-kiu südamiku paksus on umbes 8–10 µm; mitmemoodilisel kiul on tavaliselt 50 µm südamik (62,5 µm pärand-OM1 puhul).
- Vooderdus- südamikku ümbritsev klaasikiht, mille murdumisnäitaja on veidi väiksem. Enamikus telekommunikatsioonikiududes kasutatakse 125 µm kattekihti.
- Katmine- kaitsev akrülaadikiht (tavaliselt 250 µm), mis kaitseb klaasi niiskuse ja käsitsemiskahjustuste eest.
Peale palja kiu lisab viimistletud kaabel puhvertorud, aramiidlõnga, vett{0}}blokeeriva geeli või teibi ja väliskesta.Lahtine-toru ja tihedad-puhverdatud kujundusedteenindavad väga erinevaid keskkondi - lahtine-toru välistingimustes ja otse-matmiseks, tihedalt-puhverdatud sisekaablite jaoks.
Miks on täielik sisepeegeldus oluline?
Valgus jääb südamikusse, kuna voodri murdumisnäitaja on madalam. Kui valgus tabab südamiku katte piiri piisavalt madala nurga all, peegeldub see täielikult tagasi südamikusse, mitte ei leki välja - nähtust, mida nimetatakse täielikuks sisepeegelduseks. TheFiber Optic Associationkirjeldab seda kui aluspõhimõtet, mis teeb optilise edastuse võimalikuks.
See on ka põhjus, miks kiud taluvad õrnaid painutusi. See ei ole põhjus, miks kiud ei talu kuritarvitamist: rikute kaabli minimaalset painderaadiust ja tekitate makropaindekadu; lase tolmul konnektori otsapinnal istuda ja tekitate sisestuskao ja tagasipeegelduse.
Peamised fiiberoptiliste kaablite tüübid: ühe{0}}režiimi vs mitmerežiimiline
Esimene otsus iga kiudoptilise projekti puhul on ühe{0}- või mitmerežiimiline. Kõik muu - pistik, transiiver, kaugus, maksumus - tuleneb sellest valikust.
Ühemoodi{0}}kiud (SMF)
Ühemoodi{0}}kiul on väga kitsas südamik (tavaliselt 8–10 µm), mis toetab ainult ühte levirežiimi. Valgus liigub sisuliselt sirgjooneliselt mööda südamikku allapoole, mis välistab modaalse hajumise ja võimaldab äärmiselt pikka ulatust.
Üksik{0}}režiim on vaikerežiim:
- Telekommunikatsiooni pikamaa{0}}võrgud ja metroovõrgud
- ISP magistraal- ja koondamislingid
- Ülikoolilinnak ja hoone-to-ehitamiseks selgroog
- Andmekeskuste vaheline ühendus (DCI) saitide vahel
- FTTH, FTTB ja muud juurdepääsuvõrgud
Kaasaegne ühemoodi{0}}kiud on liigitatud OS1 või OS2 alla. Erinevus seisneb peamiselt kaabli konstruktsioonis (tihe-puhverdatud vs lahtine-toru) ja sumbumuses kilomeetri kohta, mitte klaasis endas.OS2 on standardne valik välitingimustes, pika{1}}vahemaa ja FTTH juurutamiseks, samas kui OS1 on tavalisem kontrollitud sisekeskkondades.
Multimode Fiber (MMF)
Mitmemoodilisel kiul on suurem 50 µm südamik, mis toetab paljusid üheaegseid valgusteid. See muudab valguse ühendamise - odavamaks. VCSEL-i transiiverid on oluliselt odavamad kui DFB-laserid, mida kasutatakse pikamaa-üksikrežiimis- -, kuid erinevad režiimiteed jõuavad vastuvõtjasse veidi erinevatel aegadel, mis piirab ulatust.
Multirežiimi kasutatakse tavaliselt:
- Andmekeskuses asuvate-racki ja lehtede{2}}ülaosa lingid
- Server-vahetamiseks-ja salvestusühendused
- Lühike hoone või põranda selgroog
- Labori- ja katsekeskkonnad
Kategooriad OM1 kuni OM5 hõlmavad järjest suurema -jõudlusega mitmemoodilist kiudoptilist.OM3 ja OM4 hõlmavad enamikku uutest andmekeskuste installatsioonidest, millele on lisatud OM5, kui lairiba lühilainepikkusjaotusega multipleksimine (SWDM) on mängus.
OS1, OS2 ja OM1–OM5: spetsifikatsioonid ja tüüpiline ulatus
Allolev tabel võtab kokku, kuidas iga kategooria tavaliste Etherneti kiiruste korral toimib. Vahemaa näitajad pärinevad vastava PMD IEEE 802.3 standarditest; Spetsiaalse optikaga on võimalik ka pikem ulatus.
| Kategooria | Kiu tüüp | Südamiku läbimõõt | Tüüpiline lainepikkus | Jõudke 10G-ni | Ulatus 40/100G juures | Tüüpiline kasutus |
|---|---|---|---|---|---|---|
| OS1 | Üksik{0}}režiim | ~9 µm | 1310/1550 nm | 10 km+ | 10-40 km | Töötab siseruumides ühe{0}}režiimiga |
| OS2 | Üksik{0}}režiim | ~9 µm | 1310/1550 nm | 10–40 km+ | 10–80 km vastava optikaga | Õues, pika{0}}veo, FTTH, DCI |
| OM1 | Multirežiim | 62.5 µm | 850 nm | 33 m | Ei soovita | Pärandpaigaldised |
| OM2 | Multirežiim | 50 µm | 850 nm | 82 m | Ei soovita | Vanemad ettevõtte kohtvõrgud |
| OM3 | Multirežiim (laser-optimeeritud) | 50 µm | 850 nm | 300 m | 100 m 40G/100G juures | Peavoolu andmekeskuse lühike ulatus |
| OM4 | Multirežiim (laser-optimeeritud) | 50 µm | 850 nm | 400 m | 150 m 40G/100G juures | Suurema{0}}jõudlusega andmekeskus |
| OM5 | Lairiba multirežiim | 50 µm | 850–953 nm | 400 m+ | 150 m 40G/100G juures; toetab SWDM-i | SWDM-i planeerivad andmekeskused |
Üks{0}}režiim vs mitmemoodiline fiiber
| tegur | Üksik{0}}režiim | Multirežiim |
|---|---|---|
| Südamiku suurus | 8–10 µm | 50 µm (62,5 µm OM1 puhul) |
| Valgusallikas | DFB või FP laser | VCSEL või LED |
| Tüüpiline ulatus | Kümneid kilomeetreid | Kuni paarsada meetrit |
| Optika hind | Kõrgem sadama kohta | Lühikese ulatuse jaoks madalam |
| Kaabli maksumus | Võrreldav, mõnikord madalam | Võrreldav |
| Parim jaoks | Selgroog, FTTH, DCI, pikad lingid | Sees-resti-leheke-selg, labor |
Usaldusväärne rusikareegel: kui link kunagi hoonest lahkub, valige vaikimisi ühe-režiim. Kui see jääb ühte rajatisse ja on alla paarisaja meetri, võidab multirežiim tavaliselt kogukuludelt.
Miks fiiberoptilised kaablid toetavad suuremat ribalaiust kui vask?
Fiberi ribalaiuse eelis ei ole turundus, - see tuleneb füüsikast. Optilised sagedused on mitu suurusjärku kõrgemad kui keerdpaaril saavutatavad sagedused, nii et ühte kiudu saab moduleerida tohutult rohkemate andmetega sekundis. Lainepikkusjaotusega multipleksimise korral võib üks ahel kanda kümneid sõltumatuid kanaleid 100G, 200G või 400G iga.IEEE 802.3määratleb juba 400G ja 800G Etherneti kiudoptilise kaudu; vase kohal ei eksisteeri tähendusrikkal kaugusel midagi lähedast.
Kui kaugele võivad fiiberoptilised kaablid andmeid edastada?
Katvus sõltub kiu kategooriast, transiiverist ja lingi kadumise eelarvest -, mitte ainult kaablist. Võrdluspunktidena:
- OM3/OM4 multirežiim 10 GBASE juures-SR: 300 m / 400 m
- OS2 üksikrežiim-10 GBASE-LR juures (1310 nm): 10 km
- OS2 10 GBASE-ER juures (1550 nm): 40 km
- OS2, 10 GBASE-ZR koos liini-poolse optikaga: 80 km
- Sidusad DWDM-süsteemid: sadu kuni tuhandeid kilomeetreid koos võimenditega
Kas kiud on turvalisem kui vask?
Kiudaineid on raskem varjatult puudutada kui vasest Etherneti. Passiivse kraani sisestamine kiule põhjustab tavaliselt mõõdetavat sisestuskadu ja tagasipeegeldust, mida saab tuvastada OTDR või aktiivse lingi jälgimine. Vask seevastu lekib elektromagnetkiirgust, mida saab lähedusest koguda.
See ei muuda kiudu üksinda "turvaliseks" - füüsilise juurdepääsuga sihikindel ründaja ja õige splaissimisseadmed võivad siiski kiudu puudutada. Käsitle kiudu tugevama füüsilise kihina-, mitte krüptimise ja juurdepääsu kontrolli asendajana.
Fiiberoptika puudused ja piirangud
Fiber on õige vastus enamiku suure jõudlusega{0}}linkide jaoks, kuid sellel on tõelised varjuküljed.
Lühikeste linkide kõrgem algkulu
Kui lüliti ja töölaua vahel on 20 m jooks, on Cat 6 plaastrijuhe kiirem, odavam ja lihtsam kui kiudoptiline alternatiiv. Kiudtransiiverid, splaissimistööriistad, fusioonliiterid ja OTDR-i testimisseadmed lisavad tegelikke kapitalikulusid.
Spetsialiseerunud paigaldus
Kiud talub kehva töötlust halvasti.Õige paigaldustähendab painderaadiuse järgimist, tõmbepinge kontrollimist, pistikute puhtana hoidmist ja iga otsaku testimist. Nende sammude vahelejätmine loob lingid, mis läbivad järjepidevuse testid, kuid ebaõnnestuvad koormuse all.
Native Power Delivery puudub
Standardkiud ei kanna elektrivoolu, mistõttu ei saa see PoE-d edastada kaameratesse, pääsupunktidesse ega telefonidesse. Hübriidkaableid, mis ühendavad kiudaineid vasest toitejuhtmetega, on olemas, kuid need on erinev tooteklass.
Ühilduvuse lõksud
Fiiberlink töötab ainult siis, kui kõik komponendid on sellega nõus: kiu tüüp (SM või MM), pistik (LC, SC, MPO), poleerimine (PC, UPC, APC), lainepikkus ja transiiveri ulatus peavad kõik ühtima. Näiteks mittesobivad APC- ja UPC-pistikud ühenduvad füüsiliselt, kuid põhjustavad vastuvõetamatut sisestuskadu.
Fiiberoptiline kaabel vs vaskkaabel
| tegur | Fiiberoptiline kaabel | Vask (Cat 6/6A/8) |
|---|---|---|
| Signaali kandja | Valgus | Elektrivool |
| Maksimaalne Etherneti ulatus | 10–80 km (üks-režiim) | 100 m (tavaline), 30 m kat 8 jaoks |
| Suurim toetatud määr | IEEE 802.3 puhul 400G ja 800G | 40G üle Cat 8 |
| EMI takistus | Immuunsus | Vastuvõtlik |
| Toide üle kaabli | Natiivselt mitte ühtegi | PoE/PoE+/PoE++ kuni 90 W |
| Lõpetamise oskus | Kvalifitseeritud tööjõud, sageli termotuumasünteesi splaissimine | Standardne RJ45 pressimine |
| Ettemaksu (lühike link) | Kõrgem | Madalam |
| Pikaajaline{0}}mastaapsus | Suurepärane | Piiratud |
Aus vastus küsimusele "kiud või vask" on "mõlemad oma õiges kohas". Kaasaegse ülikoolilinnaku põhivõrgus on tavaliselt ühemoodi{1}}kiud, andmekeskuse saalides mitmemoodiline fiiber ja pääsulülititest lõppseadmeteni väljuv vask.
Fiiberoptika levinumad rakendused
Telekommunikatsiooni ja Interneti selgroog
Pikamaa{0}}vedajad juhivad linnade vahel tuhandeid kilomeetreid ühemoodi{1}}kiudu, mis on valgustatud DWDM-i koherentse optikaga. Mandreid ühendavad merealused kaablid on samuti fiiberoptilised -, tavaliselt optiliste võimenditega (EDFA) iga 50–100 km järel.
Hüperskaala ja ettevõtte andmekeskused
Kaasaegses andmekeskuses on lehtede---lülid tavaliselt MPO-põhine paralleeloptika OM4 või OM5 kaudu ning serveri---lingid on OM3/OM4 puhul sageli LC-dupleksed.MPO ja MTP magistraal- ja katkestuskaablidon see, mis muudab 40G, 100G ja 400G porditihedused mastaabis praktiliseks.
FTTH ja lairibaühendus
Fiber to the home laiendab ühemoodi{0}}kiudu OLT-st passiivse optilise jaoturi kaudu iga abonendi ONT-ni. Tüüpiline GPON- või XGS-PON-arhitektuur teenindab 32 või 64 kodu ühest PON-pordist ja toetab gigabit-klassi allalingi kiirust. Üksikasjalik disain anFTTH juurdepääsuvõrkon väärt oma juhendit.
Tööstuslikud, meditsiinilised ja andurid
Tehastes asendab kiud vaske mis tahes lülil, mis läbib kõrge{0}}pingeseadmeid või muutuva sagedusega-ajameid - vask kogub liiga palju elektrilist müra, et olla usaldusväärne. Meditsiinilised endoskoobid kasutavad valguse ja pildiandmete edastamiseks kiukimpe. Jaotatud kiudandurid tuvastavad vibratsiooni, temperatuuri ja pinget piki torujuhtmeid, perimeetrit ja struktuure.
Kuidas valida õige fiiberoptiline kaabel
Kaabli valik peaks algama võrgunõudest, mitte tootesarjast. Käige läbi need viis küsimust järjekorras.
1. Mis on ühenduse kaugus ja nõutav kiirus?
Kaardistage kaugus IEEE 802.3 PMD-ga, mis vastab teie kiirusele. 250 m 10G link võib käivitada OM3; 350 m 10G link soovib OM4 või ühe{8}}režiimi; kõik, mis on üle 550 m 10G juures, on ühemoodi{11}}territoorium. 100G/400G puhul on mitmerežiimiline kiire kokkuvarisemise -üksik-režiim turvaline vaikerežiim väljaspool ühte hoonet.
2. Milline transiiver valgustab kiud?
Kaabel ja optiline moodul peavad sobima. Kinnitage:
- Kiu tüüp: ühe{0}}režiimi vs mitmerežiimiline
- Lainepikkus: 850 nm vs 1310 nm vs 1550 nm või CWDM/DWDM ruudud
- Pistik: LC dupleks, SC või MPO/MTP
- Katvuse spetsifikatsioon (SR, LR, ER, ZR)
- Dupleks vs paralleelne (MPO) signaalimine
Vale transiiveri ja kiu sidumine on "link on tume" piletite kõige levinum põhjus. 10GBASE-LR ühemoodi-transiiver mitmerežiimilise plaastrijuhtmega võib katkendlikult klappida või üldse mitte linkida.
3. Milline pistik sobib teie seadmega?
Neli tüüpi konnektorit, mida täna päris seadmetes näete:
- LC- tänapäevaste SFP/SFP+/SFP28 transiiverite ja enamiku andmekeskuse duplekslinkide vaikeseade
- SC- levinud telekommunikatsioonis, FTTH ONT-des ja mõnes ettevõttes kasutatavas pärandvarustuses
- MPO/MTP- mitmekiulised pistikud, mida kasutatakse paralleelse 40G/100G/400G optika ja suure{5}}tihedusega magistraalide jaoks
- FC ja ST- leidub vanemates võrkudes, testseadmetes ja mõnes tööstuslikus juurutuses
Üksikasjalikum ülevaade iga konnektoritüübi - kohta, sealhulgas poleerimisstiilid ja APC vs UPC tähtsus -, on meie lehelfiiberoptiliste pistikute tüüpide juhend.
4. Mis on paigalduskeskkond?
Jope ja konstruktsioon on sama olulised kui klaas:
- Siseruumides olev tõusutoru või liitmik- leegi-joped, kui kood seda nõuab (CMR, CMP)
- Välisantenn- UV-kindel jope, sageli ADSS-i või joonisega 8
- Otsene matmine või kanal- soomustatud või geel-täidisega lahtine-torukaabel
- Tööstuslik- soomustatud kaabel, mis on hinnatud vastava keemilise ja mehaanilise kokkupuute jaoks
5. Kuidas linki testitakse?
Enne kaabli tõmbamist planeerige testimine. Vähemalt kontrollitakse iga otsaga pistikut fiiberskoobiga ning sisestuskadude testi valgusallika ja võimsusmõõturiga. Pikemate või kriitiliste linkide jaoks lisage OTDR-jälg, et leida suure-kaoga sündmused.Fluke Networks avaldab head teatmematerjalinii sertifitseerimise kui ka tõrkeotsingu katsemeetodite kohta.
KKK
K: Mis on kiudoptika lihtsate sõnadega?
V: Fiiberoptika on viis andmete saatmiseks läbi õhukeste klaaskiudude valgusimpulsse. See on tehnoloogia kiire-interneti, kaasaegsete andmekeskuste ja enamiku kaugsidevõrkude{2}} taga.
K: Kas fiiberoptiline kaabel on vasest kiirem?
V: Pikkade vahemaade ja suure andmeedastuskiiruse korral jah - oluliselt. Ühemoodi{2}}kiudkiud edastab tavaliselt 100 G või 400 G üle kümnete kilomeetrite, vask-Ethernet aga ületab 40 G üle 30 m (Cat 8) või 10 G üle 100 m (Cat 6A).
K: Mis on ühemoodi{0}}kiu maksimaalne kaugus?
V: See sõltub transiiverist. Standardne 10 GBASE-LR läbib 10 km, 10 GBASE-ER läbib 40 km, 10 GBASE-ZR läbib 80 km ja sidusad DWDM-süsteemid ulatuvad koos võimendusega sadade või tuhandete kilomeetriteni.
K: Kas OS2 on parem kui OS1?
V: Enamiku uute installatsioonide puhul jah. OS2-l on väiksem sumbumine ja see kasutab lahtist -torukonstruktsiooni, mis sobib kasutamiseks nii sise- kui ka välistingimustes, samas kui OS1 on sisuliselt siseruumides tihe -puhverdatud spetsifikatsioon, millel on suurem kadu kilomeetri kohta.
K: Kas OM4 on parem kui OM3?
V: OM4 toetab pikemat ulatust sama kiirusega -, näiteks 400 m 10 G versus 300 m OM3 puhul ja 150 m versus 100 m 40 G/100 G korral. Kui lingi pikkus on mugavalt OM3 käeulatuses, on OM3 tavaliselt kuluefektiivsem.
K: Kas kiudoptilist kaablit saab kasutada õues?
V: Jah, õige konstruktsiooniga. Välistingimustes kasutatavates kiudkaablites kasutatakse UV--kindlaid ümbriseid, vett blokeerivaid elemente{2} ja sageli soomustatud või lahtisi{3}}torusid. Sise-nimetatud kaablit ei tohiks kasutada välistingimustes ja vastupidi.
K: Milliseid pistikuid kasutatakse fiiberoptilise kaabli jaoks?
V: Kõige tavalisemad on LC (kaasaegne andmekeskuse ja SFP optika), SC (telekommunikatsioon ja FTTH), MPO/MTP (paralleeloptika 40G ja kõrgemal) ja FC/ST vanemates või tööstussüsteemides.
K: Kas fiiber vajab transiiverit või modemit?
V: See vajab transiiverit -, tavaliselt SFP, SFP+, QSFP+, QSFP28 või QSFP-DD -, mis teisendab lingi mõlemas otsas elektrilisi ja optilisi signaale. FTTH-teenused lõpevad tavaliselt ONT-ga, mis on transiiveri kodune vaste.
K: Kas fiiberoptiline kaabel kannab elektrit või PoE-d?
V: Ei. Standardkiud laseb läbi ainult valgust. Kaugseadme toiteks paigaldage kiu kõrvale vask või kasutage kiud-/vaskhübriidkaablit.
K: Kas fiiberoptiline kaabel on habras?
V: Klaaskiud on rabedad, kuid viimistletud kaabel on korralikult paigaldatud. Enamik väljatõrkeid tuleneb painderaadiuse rikkumisest, paigaldamise ajal liiga tugevast tõmbamisest või pistiku halvast käsitsemisest -, mitte klaasi enda rikke tõttu.
K: Millal peaksin valima vase asemel kiudaineid?
V: Valige kiudopt, kui link on pikem kui 100 m, kui see läbib elektriliselt mürarikkaid keskkondi, kui see peab toetama 25G või suuremat kiirust või kui see on teel, mille taastamine on hiljem kulukas. Vask võidab endiselt lühikeste juurdepääsulinkide, PoE-toitega lõpp-punktide ja väikese kontoritöö puhul.
Järeldus
Fiiberoptika on sisuliselt iga kaasaegse -jõudlusega võrgu - vundament ning kaablikategooria, pistiku tüüp ja transiiveri valik mõjutavad tegelikult seda, kas link vastab spetsifikatsioonidele.
- KasutaOS2 ühe-režiimigakõige jaoks, mis hoonest väljub, pluss FTTH ja pikamaa{0}}veod.
- KasutaOM4 (või OM5 SWDM-i jaoks)mitmerežiimiline andmekeskuse linkide loomiseks-, mis asuvad alla paarisaja meetri.
- KasutaOM3kui eelarve on oluline ja lingi pikkus on mugavalt käeulatuses.
- Kasutavasklühikeste juurdepääsulinkide, PoE-seadmete ja kontori põhikaablite jaoks.
Enne hankimist lukustage kaugus, kiirus, transiiver, pistik, keskkond ja katseplaan. Kui teete seda tööd ette, - selle asemel, et lasta kaabli valikul disaini juhtida, - on ainus suurim ennustaja selle kohta, kas kiudoptiline paigaldus toimib kogu ettenähtud kasutusaja jooksul.
