Pomiary sieci lokalnych LAN

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Pomiary sieci lokalnych LAN
Marek Karolak, Mateusz Wośko, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechniki Wrocławskiej.
1. STRESZCZENIE
W rozdziale przedstawiono zagadnienia związane z pomiarami sieci światłowodowych. Skupiono się na sklasyfikowaniu
sprzętu pomiarowego, oraz opisano metody badania linii światłowodowych. Zaprezentowano przykładowe wyniki pomiaru
wraz z komentarzami.
2. PRZYRZĄDY POMIAROWE
Obecnie na rynku dostępny jest szereg różnego rodzaju sprzętu pomiarowego służącego do diagnozowania sieci
światłowodowych. Liczność funkcji i stopień zaawansowania zależą w głównej mierze od obszaru zastosowań: linie
telekomunikacyjne, sieci komputerowe. Wielu producentów oferuje przyrządy łączące w sobie funkcje, które do niedawna były
dostępne w specjalistycznym sprzęcie laboratoryjnym.
W grupie światłowodowych przyrządów pomiarowych znajdują się:

latarki światłowodowe;

mikroskopy światłowodowe do badania powierzchni czołowych złączy;

bezinwazyjne detektory transmisji;

źródła światła i mierniki mocy optycznej;

reflektometry;

mierniki dyspersji chromatycznej i polaryzacyjnej;

analizatory widma;

zaawansowane systemy pomiarowe.
Rysunek 1: Przenośny zestaw pomiarowy.
Na Rysunku 1 przedstawiono zestaw pomiarowy składający się m.in. z miernika mocy, mikroskopu światłowodowego,
przyrządu do czyszczenia powierzchni czołowych złączy, detektora transmisji.
2.1. Latarka światłowodowa.
Latarka światłowodowa jest podstawowym narzędziem służącym do
identyfikacji włókien w kablu światłowodowym. Ponadto pomaga w lokalizacji
niektórych uszkodzeń włókna (szczególnie w tzw. martwej strefie przy pomiarach
reflektometrycznych). Na powierzchni uszkodzonego, nieosłoniętego włókna
światłowodowego w miejscu pęknięcia, ukruszenia, lub złamania pojawiają się
rozbłyski światła spowodowane wyciekaniem energii ze światłowodu. Latarka
emituje światło w zakresie widzialnym – najczęściej czerwone. Często jest to
zwykła latarka na baterie ze specjalnym uchwytem umożliwiającym zamocowanie
światłowodu. Na Rysunku 2 przedstawiono latarkę światłowodową.
Rysunek 2: Latarka światłowodowa.
Pomiary sieci lokalnych LAN.
1/16
2.2. Mikroskop światłowodowy.
Mikroskop światłowodowy wykorzystywany jest do badania jakości powierzchni czołowych złączy światłowodowych.
Pozwala na szybką kontrolę połączeń złączy rozłącznych: FC, SC, ST i innych. Na rynku dostępne są proste mikroskopy
optyczne oraz specjalne przyrządy z kamerami CCD umożliwiające dodatkowo wyznaczanie parametrów złączki, takich jak
koncentryczność, eliptyczność itp. Na Rysunku 3 przedstawiono dwa typy mikroskopów, a na Rysunku 4 przykładowy obraz
uzyskany przy pomocy mikroskopu z kamerą CCD.
Rysunek 3: Mikroskopy światłowodowe
Rysunek 4: Obraz czoła złączki.
2.3. Bezinwazyjny detektor transmisji.
W praktyce pomiarowej często spotkać się można z sytuacją, kiedy konieczne jest stwierdzenie, czy przez światłowód
prowadzona jest transmisja. W takim wypadku często stosowane są bezinwazyjne detektory transmisji, które umożliwiają
stwierdzenie, czy prowadzona jest transmisja, bez konieczności jej przerywania. Zasada działania takich przyrządów polega na
detekcji światła wyciekającego ze światłowodu na specjalnie do tego celu spreparowanym zagięciu. Możliwe jest wykrycie
kierunku transmisji, a po uprzedniej kalibracji - przybliżony pomiar tłumienności linii. Wbudowany fotodetektor mierzy
sygnały w zakresie 0  -40 dBm. Na Rysunku 5 a) przedstawiono detektor, a na Rysunku 5 b) urządzenie zamontowane na
kablu podczas pomiaru.
a)
b)
Rysunek 5: Detektor transmisji.
Pomiary sieci lokalnych LAN.
2/16
2.4. Miernik mocy optycznej.
Najprostszym przyrządem do pomiaru tłumienia linii światłowodowej jest zestaw składający się ze źródła światła (LED,
LD) oraz miernika mocy optycznej. Podstawowe parametry źródeł światła oraz mierników mocy stosowanych przy pomiarach
przedstawiono w Tabeli 1.
Tabela 1: Zestawienie najważniejszych parametrów źródeł światła i mierników mocy optycznej.
Źródło światła Miernik mocy
długość fali (850, 1300, 1550, 1625 nm)
moc wyjściowa (ok. –10dBm)
dynamika pomiaru (ok. +10

-60 dBm)
rozdzielczość pomiaru (ok. 0,05 dBm)
praca jedno/wielomodowa
typ źródła światła (LED, LD)
typ detektora (fotodioda pin, lawinowa)
stabilność temperaturowa i czasowa oraz liniowość
typ złącza (FC, SC, ST, inne)
parametry pracy (temperatura, wilgotność, czas pracy na bateriach itp.)
Dostępne na rynku mierniki mocy różnią się stopniem zaawansowania, oraz
funkcjami ułatwiającymi przetwarzanie i akwizycję danych pomiarowych. Wiele
urządzeń wyposażonych jest we wbudowane źródła światła, służące do pomiarów
ORL. Niektóre mierniki posiadają zintegrowane latarki światłowodowe służące do
identyfikacji włókien w światłowodzie, oraz systemy do łączności bezprzewodowej
lub światłowodowej ułatwiające komunikację między osobami prowadzącymi
pomiary po dwu stronach odległego odcinka światłowodu. Prosty miernik optyczny
przedstawiono na Rysunku 6.
2.5. Reflektometr.
Bardzo ważnymi przyrządami do badania światłowodów są reflektometry, często nazywane miernikami OTDR (
optical
time domain reflectometer
). Zasada działania reflektometrów przypomina radar. Impuls światła wysyłany jest do światłowodu.
Na skutek rozpraszania wstecznego, oraz odbić np. od złączy światłowodowych, część mocy optycznej powraca i może być
mierzona dając odległościowy obraz zdarzeń zachodzących w linii światłowodowej. Przykładowy reflektogram przedstawiono
na Rysunku 7.
Rysunek 6: Prosty miernik mocy optycznej
Rysunek 7: Wynik pomiaru OTDR.
Pomiary sieci lokalnych LAN.
3/16
Na rynku dostępnych jest wiele modeli reflektometrów różniących się funkcjonalnością oraz ceną. Przez długi okres
czasu, to właśnie wysokie koszty reflektometrów ograniczały zastosowanie tych przyrządów przy pomiarach sieci
komputerowych. Jednak upowszechnianie się OTDR’ów a co za tym idzie – spadek cen, przyczynia się do tego, że pomiary
reflektometryczne w sieciach LAN są wykonywane coraz częściej. Cena przeciętnej klasy reflektometru waha się w granicach
od 50 do 100 tys. euro.
Ogólnie reflektometr można przedstawić w postaci dwu bloków funkcjonalnych odpowiedzialnych za wygenerowanie
impulsu świetlnego, wprowadzenie go do światłowodu i detekcję, oraz sterowanie pomiarem i przetwarzanie danych
pomiarowych (Rysunek 8). Opis OTDR w taki sposób uzasadniony jest z dwu powodów.
Po pierwsze podkreśla znaczenie bloku związanego ze sterowaniem pomiaru oraz przetwarzaniem danych. Po drugie większość
reflektometrów wyposażonych jest w wymienne wkładki przeznaczone do pomiarów światłowodów jedno lub wielomodowych
przy różnej długości fali. Ponieważ sygnał detektora jest obarczony dużą niepewnością, wynikającą z zakłóceń pomiarowych
(szumy, niestabilność układu pomiarowego), dlatego konieczne staje się wyrafinowane przetwarzanie danych. W wielu
wypadkach oprzyrządowanie oferuje funkcje pomagające w analizie reflektogramów prezentując wyniki w postaci gotowych
raportów. Przykład zaawansowanego raportu przedstawiono na Rysunku 9. Dzięki takim narzędziom analiza zdarzeń w torze
jest dużo łatwiejsza. Podstawowe parametry użytkowe reflektometrów przedstawiono w Tabeli 2. Należy podkreślić, że
rozdzielczość oraz zasięg pomiaru zależą od długości impulsów oraz dynamiki i rozdzielczości fotodetektora.
OTDR
Moduł akwizycji i przetwarzania danych
sterowanie pracą nadajnika
(długość impulsu, moc itp.)
przetwarzanie danych pochodzących
z odbiornika (uśrednianie, interpretacja itp.),
prezentacja i archiwizacja wyników
Moduł optyczny
wprowadzanie impulsu świetlnego
do światłowodu
i pomiar mocy powracającego sygnału.
Nadajnik
Sprzęgacz
Użytkownik
Wyświetlacz
Światłowód
Interfejs
klawiatura
transmisja
danych
Mikroproc.
Pamięć
Odbiornik
Rysunek 8: Opis funkcjonalny reflektometru.
Rysunek 9: Wynik pomiaru OTDR po opracowaniu w oprogramowaniu służącym do analizy.
Pomiary sieci lokalnych LAN.
4/16
Tabela 2: Zestawienie najważniejszych parametrów reflektometrów.
Reflektometr
długość fali (850, 1300, 1550, 1625 nm, WDM)
długość impulsów / rozdzielczość
zasięg pomiaru (do 200 km)
dynamika pomiaru (ok. 15

25 dBm)
praca jedno/wielomodowa
długość strefy martwej
stabilność temperaturowa i czasowa oraz liniowość
typ złącza (FC, SC, ST, inne)
parametry pracy (temperatura, wilgotność, czas pracy na bateriach itp.)
parametry użytkowe
(wyświetlacz, oprogramowanie, dodatkowe przyrządy, peryferia)
Większość produkowanych obecnie reflektometrów może pracować jako
źródło/miernik mocy umożliwiając transmisyjny pomiar tłumienia linii światłowodowej, lub jako inwazyjny detektor transmisji.
Dodatkowo wiele przyrządów oferuje systemy do komunikacji światłowodowej między osobami wykonującymi pomiary na
dwu końcach linii, a także sondy z kamerą CCD do kontroli stanu powierzchni czołowej złączki. Na Rysunku 11 przedstawiono
dwa reflektometry wraz z wymiennymi wkładkami, a na Rysunku 10 reflektometr z przyłączonym mikroskopem
światłowodowym.
Rysunek 10: Reflektometr z sondą.
Rysunek 11: Reflektometry z wymiennymi wkładkami
2.6. Miernik dyspersji.
Choć pomiary dyspersji chromatycznej i polaryzacyjnej w sieciach komputerowych LAN wykonywane są
sporadycznie, to jednak wraz z upowszechnieniem się w tych sieciach techniki WDM oraz protokołu 10GB Ethernet, należy
spodziewać się, że przy długich odcinkach światłowodu w sieciach szkieletowych pomiary takie staną się koniecznością.
Bezpośredni pomiar dyspersji zamontowanego włókna światłowodowego umożliwia dokładną kompensację, a co za tym idzie
podniesienie jakości łącza. Szacowanie dyspersji na podstawie danych katalogowych producenta światłowodu nie zawsze jest
dokładne, ponieważ np. sposób prowadzenia kabla (naprężenia, zagięcia) może w istotny sposób podnosić całkowitą dyspersję
polaryzacyjną światłowodu. Do niedawna pomiary dyspersji prowadzone były jedynie w warunkach laboratoryjnych, jednak
jak to już wspomniano, upowszechnienie się sieci DWDM wymusiło konieczność stosowania osprzętu polowego. Mierniki
dyspersji chromatycznej charakteryzowane są ze względu na: długość fali, sposób pomiaru (najczęściej przesuniecie fazy) oraz
dynamikę, natomiast mierniki dyspersji polaryzacyjnej: sposób pomiaru (np. interferometr Michelsona), zakres pomiarowy i
rozdzielczość.
Na Rysunku 12 przedstawiono przenośne systemy do pomiaru dyspersji chromatycznej i polaryzacyjnej.
Pomiary sieci lokalnych LAN.
5/16
[ Pobierz całość w formacie PDF ]