3.9.3 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 характеристики на 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. 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.

Рисунок 3.14 - 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. рисунок 3.14). 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.

Рисунок 3.15 - 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. 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. Измерение вносимых потерь производится в соответствии с методикой ANSI/TIA/EIA-526-14A/method B и ANSI/TIA/EIA-526-7/method A-1.

Таблица 3.5 Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-S по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0

Параметр	10 BASE-S
	62,5 мкм MMF		50 мкм MMF
Модальный рабочий диапазон на 850 нм (МГц*км)	160	200	400	500	1000
Модальный рабочий диапазон на 850 нм (МГц*км)	7,3	7,3	7,3	7,3	7,3
Рабочее расстояние (м)	26	33	66	82	300
Вносимые потери в канале (дБ) 1	1,6	1,6	1,7	1,8	2,6
Потери мощности (дБ) 2	4,7	4,8	5,1	5,0	4,7

1) Вносимые потери даны для длины волны 850 нм.

2) Потери мощности даны для длины волны 840 нм.

Таблица 3.6 Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-L по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0

Параметр	10BASE-L
Энергетический потенциал линии связи (дБ)	9,4
Рабочее расстояние (км)	10
Вносимые потери в канале (дБ) 1	6,2
Потери мощности2 (дБ)	3,2

1) Вносимые потери даны для длины волны 1310 нм.

2) Потери мощности даны для длины волны 1260 нм.

Таблица 3.7 Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-E по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0

Параметр	10 BASE-E
Энергетический потенциал линии связи (дБ)	15,0
Рабочее расстояние (км)	30	40 (3*)
Вносимые потери в канале (дБ) (1*)	10,9	10,9
Потери мощности (дБ) (2*)	3,6	10,9

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.

Таблица 3.8 Энергетический потенциал линии связи 10GBASE-LX4 по стандарту IEEE Draft P802.3ae/D5.0

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 канале (дБ) (1*)	2,0	1,9	2,0	6,2
Потери мощности (дБ) (2*)	5,0	5,5	5,5	1,9

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.

Таблица 3.9 Волокно, поддерживающее стандарт 10GbE и соответствующие расстояния

Волокно	62,5 мкм MMF		50 мкм MMF			SMF
МГц*км	160 (1*)	200	400	500	2000 (2*)	-
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*км (3*)	-	-	-	-	10 км

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. 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).

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 3.10 Пример расчета потерь в линии связи 10GBASE-E

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	0,257 дБ/км
Потери на разъемах и стыках	2 дб	2 дБ	2 дБ
Максимальное расстояние	40 км	35 км	30 км

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.