5 July 2014

Сварка оптических волокон. Часть 4: измерения на оптике, снятие и анализ рефлектограммы

IT InfrastructureNetwork technologies
Tutorial

Две рефлектограммы одной и той же трассы на разных длинах волн, открытые в программе-viewer'е

Здравствуйте, хабражители! В этой, четвёртой по счёту, статье про работу с оптикой, я расскажу про то, как снять рефлектограмму трассы оптическим рефлектометром и как понять, что мы на ней видим. Также коснёмся вопросов измерений тестерами, настройки рефлектометра и некоторых других.
Новая часть не выходила так долго, потому что я писал диплом, плюс были вопросы по работе. Но теперь диплом защищён, лень побеждена и руки дошли, чтобы дописать статью.

И ещё. По моему личному мнению, эта статья для массового читателя покажется более скучной и сложной, чем предыдущие, потому что одно дело посмотреть на сварку волокон, а другое дело — копаться в каких-то скучных графиках. :) Но тем не менее знать это необходимо тем, кто работает с оптоволокном.

Часть 1 здесь
Часть 2 здесь
Часть 3 здесь

Осторожно: много картинок, трафик!



В прошлой части мы рассмотрели схемы распайки муфты и схемы организации сетей, а остановились на том, какие бывают рефлектометры, зачем они нужны и что они умеют. Давайте теперь рассмотрим вплотную, что собой представляет результат измерения — рефлектограмма, что мы на ней можем увидеть и как её читать.
Я выложу изображения нескольких типичных рефлектограмм, постараюсь всё иллюстрировать «живыми» примерами из моей практики, но иногда может случиться, что покажу что-то на примерных схемах-имитациях, нарисованных в Paint'е или найденных в интернете: просто очень долго собирать по архивам подходящие и наглядные рефлектограммы для каждого случая.

Для работы на компьютере с рефлектограммами я использую программу от производителей рефлектометров Yokogawa. Она отлично понимает самый распространённый формат .sor и в ней можно посмотреть всё, что нужно. Описание её интерфейса и функций я дам в конце статьи. Кто хочет попробовать свои силы на практике — вот эта программа. Там же в архиве несколько рефлектограмм для тренировки. Ссылку на этот архив я уже давал в прошлой статье.

Нужно сказать, что научиться хорошо снимать рефлектограммы, анализировать их и понимать, что мы видим перед собой — сложнее, чем научиться паять волокна. Существует множество нюансов. Тут нужно много практики.
И ещё. Я в прошлой статье приводил ссылку на большую статью, в которой рассказывается всё про рефлектометрию. Вот она.
Кто учится работать с рефлектометром — советую не обходить стороной этот материал.

Для начала вкратце — некоторые важные термины.

Рефлектограмма — это маленький файлик формата .sor, .trc или других, содержащий в себе график — информацию об измеренной трассе.
Затухание — это характеристика, показывающая, сколько мощности (дБ или дБм) теряется в данном месте (затухание на сварке, кроссе) или на данном участке трассы.
Километрическое затухание — это затухание, приведённое к расстоянию. Если промеряли и у нас получилось затухание всей линии 0,66 дБ и длина нашей линии 3 км, то километрическое будет 0,66/3=0,22 дБ/км.
Если какие-то термины в статье неясны — напишите в комментах, вынесу сюда для ясности. И вообще один человек не может знать всё: уточнения и поправления приветствуются.

Итак, что мы увидим на рефлектограмме, когда откроем её на приборе или на компьютере?
Мы увидим некий график. По оси абсцисс отложено расстояние, по оси ординат — уровень мощности сигнала. В целом график ниспадающий, потому что всё, что есть на оптической трассе, вносит затухание в подаваемый сигнал: всяческие соединения, дефекты, и само волокно тоже имеет постоянное затухание.

Рефлектограмма рождается так: рефлектометр посылает в линию короткий импульс света (его продолжительность задаётся в настройках), а потом слушает, что отражается обратно. Само волокно за счёт рэлеевского рассеяния немного отражает обратно, и, анализируя мощность обратного отражения и время, в которое данная мгновенная мощность пришла, рефлектометр ставит точки на координатной плоскости, соединяя их в график. Если где-то есть неотражающая неоднородность (сварка, загиб), то до неё уровень отражённого сигнала будет выше, чем после неё — на графике образуется ступенька. Если есть отражающая неоднородность (мех.соединение, трещинка, конец волокна), то рефлектометр видит в этом месте мощное отражение, намного выше, чем приходящий от рэлеевского рассеяния свет — мы видим на графике пик. Так как 1 импульс возвращается очень примерно, очень шумный, для качественной рефлектограммы в линию посылается раз за разом много импульсов (тысячи и десятки тысяч), и результирующая рефлектограмма является их усреднением. Чем больше импульсов — тем точнее и ровнее рефлектограмма, но тем дольше нужно ждать окончания измерения.

Рефлектограмма состоит из мёртвой зоны в начале, рабочего участка и области шумов в конце трассы. Вот на рисунке — самая типичная рефлектограмма:



На этот рисунок буду ссылаться дальше по тексту, так что обозначим его «главный рисунок».

Рассмотрим каждый элемент на этой рефлектограмме.


В самом начале идёт пик обратного отражения от входного коннектора и шлейф после него — это так называемая мёртвая зона. Длина трассы начинается с самого начала шкалы отчёта, то есть мёртвая зона — уже часть наблюдаемой нами трассы. Она нам мешает увидеть, что происходит в самом начале трассы, и это печально (мы не можем прямо посмотреть, хорошее ли кроссовое соединение и хорошая ли сварка пиг-тейла с кабелем). Полностью избавиться от этой мёртвой зоны невозможно, однако если принять ряд мер, можно её уменьшить или обойти: снизить продолжительность импульса, использовать более чувствительный рефлектометр, использовать компенсационную катушку. И всё же мы никак не сможем посмотреть, скажем, сварку пиг-тейла с волокном кабеля в кроссе, мы можем что-то сказать о ней лишь по косвенным данным. Косвенно узнать о затухании в начале трассы можно, используя компенсационную катушку с волокном (см. ниже).
По состоянию этой мёртвой зоны можно многое сказать! Чем чище наши механические соединения и целее торцы патч-кордов и пиг-тейлов, также чем короче мы выставим импульс (см.ниже), тем меньше и аккуратнее будет эта мёртвая зона.

Если мы видим, что спадающий фронт мёртвой зоны — в виде прямой линии, и переходит в трассу под углом, и при этом мёртвая зона аккуратная и узкая (как на рисунке выше или на рефлектограммах из шапки статьи) — всё выставлено нормально.
Если то же самое, но мёртвая зона слишком широкая (и прочие события тоже широкие) — значит, выставлен слишком длинный импульс для данной трассы, длина импульса слишком велика по сравнению с длиной нашего участка (это как пытаться обычной лопатой взрыхлить землю в цветочном горшке). Нужно поставить поменьше и перемерить волокно.


Длина трассы очень маленькая (около 1,7 км), а импульс слишком большой (1 мкс). Поэтому мёртвая зона и все прочие события безобразно растянуты, пропадает «чёткость», теряются мелкие детали. Для этой трассы нужно выставлять импульс раз в 100 короче. Ближе к правой части видно фантомный пик на вдвое большем расстоянии, чем конец трассы, про него см. ниже. И ещё: рефлектограмма, как видите, «обрезана» по амплитуде, пики срезаны сверху. Это уже особенность недорогого рефлектометра, но посмотреть события на трассе этот эффект обычно не мешает.

Если же мёртвая зона не только широкая, но и переходит в трассу плавно (в виде гиперболы/параболы), да ещё и порой неровно с шумами — это верный признак того, что что-то не в порядке в самом начале трассы: или какой-то из портов (на рефлектометре или на кроссе) грязный, или розетка на кроссе или на самом рефлектометре сломана (в этом случае при многократном отключении/подключении результат будет сильно меняться вплоть до полного отсутствия трассы), или патч-корд/пигтейл плохой, или сварка внутри кросса плохая. Или, самый редкий и самый неприятный вариант, прямо около кросса (десятки метров) повреждение на кабеле.
Ещё подобное можно увидеть в таких случаях: иногда при проведении входного контроля барабана кабеля (или когда надо измерить линию, не оконеченную кроссом — есть просто висящий конец кабеля), если нет устройства оперативного подключения (ввода) волокон, приходится подваривать каждое волокно к пиг-тейлу, подключённому к рефлектометру, и после снятия измерения ломать сварку, подваривать другое волокно, снова мерить, ломать и т.д. Многие спайщики разумно берегут своё время и ресурс электродов сварочника, настраивая сварочник так, чтобы он сводил волокна, но дугу не давал (это позволяют Фуджикуры, а на китайцах можно приловчиться с помощью ручного режима). При этом сигнал рефлектометра идёт через небольшой воздушный промежуток и хотя трассу (или волокно в нашем проверяемом барабане кабеля) хорошо видно, мёртвая зона также часто получается не очень аккуратная из-за воздушного промежутка. Хотя далеко не такой ужасной, как на картинке ниже. В ручном режиме, глядя на экран сварочника, можно свести волокна очень точно, но всё же едва заметное осевое смещение волокон уже сильно сказывается на прохождении света по сердцевине. Помним, что сердцевина волокна имеет диаметр 9 мкм.


Видите, какое безобразное начало трассы? А бывает и хуже. Скорее всего, это сильно грязный патч-корд на «нашей» стороне, но может быть и дефект оптической розетки, и повреждение кабеля у самого кросса, и загиб волокна. Если это проведение измерения не с кросса, а вышеописанным способом (когда волокна сводятся «для померить» без сваривания) — может, плохо свелись волокна. Включаем логику: если такое на всех портах кросса — то наш патч-корд плохой (или что-то с розеткой рефлектометра, или кто-то чистил розетки чем-то очень грязным). Если такое 1 волокно и результат плавающий от измерения к измерению после переподключения патч-корда — скорее всего, бракованная/сломанная розетка. Если не скачет — может быть, плохая сварка в кроссе. Если таких несколько волокон плюс есть совсем не «простреливаемые» — возможно, повреждение кабеля около кросса или там на выходе из нашей серверной/БС. Если на 1310 нм лучше, чем на 1550 нм — вероятно, это загиб волокна в кассете кросса.

В конце трассы, после конечного пика, идёт область шумов. Это — уже не трасса: трасса заканчивается пиком перед шумами (кстати, если конец волокна из-за своей формы скола или загрязнения не даёт излучению отразиться обратно, пика в конце трассы может не быть или он будет слабым, трасса будет просто падать ступенькой в шум. Статистически такое бывает нечасто, но бывает). Область шумов может выглядеть по-разному: как частокол пиков и провалов, или как ровная линия вдоль нуля, или что-то среднее. Полагаю, это зависит от алгоритма обработки и отрисовки шума рефлектометром. Если обратное отражение на конце трассы сильное (пик высокий), то среди шумов может обнаружиться фантомный пик, на расстоянии вдвое большем, чем длина нашей трассы. Природа его такая же, как у двойного отражения нашего лица от оконного стекла, или смещённых контуров предметов на экране аналогового телевизора: электромагнитное излучение пролетело всё волокно и отразилось от конца трассы, вернулось к нам (нарисовав рефлектограмму и основной пик), отразилось снова от нашего конца трассы, опять пролетело всё волокно от нас, снова отразилось от дальнего конца, прилетело к нам и только после этого попало в приёмник рефлектометра (нарисовав шумы и среди шумов фантомный пик). Конечно, потери велики, поэтому этот фантомный пик если и пробивается сквозь шумы, то будет намного слабее пика в конце трассы. А события самой трассы не дублируются среди шумов никогда, по крайней мере, я такого не встречал.


Пример фантомного пика. Данная трасса имеет длину 6,739 км (я поставил красный курсор точно на конец трассы), а на вдвое большей длине, среди шумов, видим пик обратного отражения. Второй бледный курсор — это опция в программе-вьювере рефлектограмм как раз для того, чтобы убедиться, что данный пик — отражение, а не реальное событие, программно этот бледный курсор, если опция включена, всегда находится вдвое дальше основного. Кстати, обратите внимание, как в данном случае отрисовываются шумы: линия на нуле и небольшие «пики».

А вот между мёртвой зоной и шумами идёт сама трасса — наш рабочий участок. В идеальном случае (мы измеряем цельный кусок кабеля, без сварок и соединений) это прямая линия. Она имеет наклон (постепенно равномерно спадает), так как волокно вносит собственное затухание (в «окнах прозрачности» одномодового волокна это не более 0,22 дБ/км (а то и меньше — Википедия даёт цифру 0,15 дБ/км) на длине волны 1550 нм и не более 0,36 дБ/км при длине волны 1310 нм, а обычно меньше; на всех прочих длинах волн, в том числе для видимого света, затухание намного сильнее). Этот наклон хорошо виден на всех моих картинках с примерами трасс. Чем короче трасса, тем менее заметен наклон (ведь масштаб длинной и короткой рефлектограммы на одном и том же экране прибора разный), но угол наклона (при одинаковом масштабировании по расстоянию) всегда примерно одинаков и определяется затуханием волокна.

Маленькое отступление. Кому интересно, вот график (в двух вариантах), показывающий зависимость затухания какого-то оптического волокна от длины волны передаваемого по нему излучения. (Помним, что сортов волокон много и для каждого график будет немного другим; это обуславливают присадки в стекло волокна. Про эти присадки мне нечего рассказать, тут нужен узкий специалист по кристаллографии и неорганической химии). На графике мы видим рабочие области для нашей связи — так называемые окна прозрачности (ссылка на Википедию), где затухание минимально. Первая область использовалась раньше и сейчас малоактуальна (там затухание высокое), она вроде бы используется на многомоде. А вторая (1310 нм) и третья (1550 нм) области и есть наши рабочие, поэтому и были выбраны такие длины волн (1310 и 1550 нм), что на них сигнал можно передать дальше всего. Для некоторых волокон существуют и другие области, на большей длине волны. Понятно, что в каждом окне прозрачности можно организовать много отдельных каналов, пустив каждый на своей длине волны, чуть-чуть отличающейся от соседней: так работают системы связи с волновым разделением (WDM, DWDM).





Продолжаем. Итак, на идеальной трассе мы увидим мёртвую зону, ровную линию (саму трассу), конец трассы и шумы. А что мы можем увидеть на рабочем участке реальной трассы, между мёртвой зоной и концом трассы?
а) Сварку.
б) Механическое (кросс или fibrlok) соединение.
в) Загиб волокна.
г) Трещину, ещё не перешедшую в обрыв.
д) Обрыв, он же конец трассы.
Можно посмотреть все эти события на «главном рисунке» выше.

На некоторых специальных дорогих рефлектометрах мы можем увидеть и кое-что другое: например, бриллюэновский рефлектометр способен показать, где присутствует опасное механическое напряжение в волокне (например, оболочку и кевлар кабеля перетёрло/пережгло и он висит на честном слове и на одних волокнах, но визуально этого никто ещё не заметил). Но мы не будем затрагивать эти узкоспециальные и очень дорогие инструменты.

Начнём со сложного.
а) Сварка.
Как она может выглядеть на рефлектограмме?
Если сварка очень хорошая и оба сваренных волокна одинаковые по свойствам, она может быть не видна вообще. При хорошем сварочном аппарате статистически таких сварок получается немало, так что бывает, что чтобы найти на трассе муфту, приходится просмотреть несколько рефлектограмм разных волокон из этой линии, пока не попадётся волокно, на котором сварка в этой муфте не совсем идеальная.
В большинстве случаев сварка выглядит как ступенька вниз. Чем больше ступенька, тем больше на ней затухание и тем сварка хуже. Можно видеть подписанную сварку на «главном рисунке» выше.
Насколько сильная ступенька допустима? Это не такой простой вопрос. Вообще существует 2 условия пригодности трассы. Первое — общее затухание трассы не должно выходить за вышеназванные пределы (0,22 дБ/км на длине волны 1550 нм и 0,36 дБ/км на 1310 нм). Второе — сварка с затуханием 0,05 дБ и менее считается хорошей, если более 0,05 – видимо, сварка получилась дефектной (возник пузырь, или осевое смещение волокон в сварочнике при сведении — см. предыдущую статью), и такую сварку следует переварить. (Про методику измерения затухания сигнала на неоднородностях см. ниже). Если после 5 переварок затухание не стало лучше, допускается оставить сварку с затуханием не хуже 0,1 дБ. Так что с этими двумя условиями может быть по-разному: например, у нас сложная трасса, на единицу длины очень много муфт (характерно для FTTB или для участков, где кабель постоянно переходит с подвеса в грунт и обратно, соответственно кабель то броня, то с кевларом/тросиком и на каждом таком переходе — муфта), и в этом случае даже если все сварки у нас будут по 0,05 дБ, мы можем не уложиться в норматив по километрическому затуханию! Это на самом деле очень неприятная ситуация: вроде и виноватых нет, и сварок плохих нет, и заказчик может не принять объект, т.к. километрическое затухание превышает норму. Тут, наверное, уместно спрашивать проектировщика, зачем он поставил столько муфт на линии. Но он ответит, что иначе объект не построить…
И наоборот: если на длиннющей трассе мало муфт (1 муфта на строительную длину, а строительная длина может быть и 4, и 6 км — смотря сколько кабеля влезает на барабан), но на одной муфте сварка вносит >0,1 дБ, в целом это волокно может проходить норму по километрическому затуханию! Но такую сварку всё же следует переварить.
Забивать на плохие сварки или не проходящее по норме затухания волокно нельзя! Лучше сразу переварить, чем надеяться на авось и потом всё равно ехать и переваривать, держа в руках ведомость замечаний от заказчика.

Теперь сложнее. В некоторых случаях мы можем увидеть удивительную картину: ступеньку не вниз, а вверх! Можно подумать, что в месте сварки происходит на затухание, а усиление сигнала. Но как это возможно?

Слева вверху: на трассе сначала ступенька вверх, потом ступенька вниз.

На самом деле это усиление — мнимое. При измерении тестерами всё равно будет только затухание. Такая ситуация возникает, когда сваривается два волокна с разными показателями преломления и разной дисперсией, обычно это обычное SM волокно и какая-нибудь «смещёнка» (DS или что-то ещё). Если мы измерим такую сварку с двух сторон трассы, с одной стороны будет ступенька вверх, а с другой стороны мы увидим в этом месте несколько более сильную ступеньку вниз, и общее среднее ((А+Б)/2) затухание будет всё равно положительным. Кстати, уровень затухания с одной стороны и мнимого усиления с другой может быть весьма большим, до нескольких децибел (как на скриншоте выше), хотя на самом деле затухание там будет в обе стороны небольшое. Причина мнимого усиления в том, что волокно со смещённой дисперсией имеет несколько другое километрическое затухание, и на входе в этот участок другого волокна рефлектометру кажется, что есть усиление на какую-то величину, которое больше реального затухания на той сварке, а на выходе из участка он эту же величину добавляет к затуханию на сварке, делая сварку «хуже», чем она есть. Схема возникновения такой ступеньки вверх примерно видна на этом изображении (разный угол наклона прямых — разное километрическое затухание у стекла):



Я, честно говоря, и сам со всей глубиной не понимаю физику и «геометрию», почему могут отрисовываться такие огромные затухания и усиления, причём даже в том случае, если вставка из кабеля с волокнами другого показателя преломление/дисперсии — короткая. Но тем не менее с этим я сталкиваюсь довольно часто, и уметь обрабатывать такие рефлектограммы с мнимым усилением нужно.
Понятно, что в этом случае судить о качестве сварки просто по затуханию (и тем более по усилению) неправильно: если с одной стороны мнимое усиление сильное, то и мнимое затухание с другой стороны будет сильным. Когда имеются сварки кабелей с разными показателями преломления и разной дисперсией, затухание на сварках нужно определять только измерив трассу с двух сторон и посчитав среднее значение. Ещё раз: если сварены кабели с разной дисперсией и вообще разных производителей, то не факт, что плохая сварка на рефлектограмме действительно плохая! Надо посмотреть с другой стороны и взять среднее значение. (То же самое касается и определения километрического затухания). Строго говоря, для обычных сварок одинаковых волокон тоже следует так делать для повышения точности, но обычно этого не делают, т.к. точности хватает и в случае измерения только с одной стороны.
Новички иногда сталкиваются с такой ситуацией: сварили в муфте два разных кабеля, сняли с одной стороны рефлектограмму — а на некоторых волокнах сильные затухания. Переварили — а затухания почти не изменились. Переварили ещё раз, и ещё, а толку нет. А если посмотреть на ситуацию шире, в контексте возможности мнимых усилений и затуханий на сварке, и снять рефлектограммы с обратной стороны и посчитать среднее значение для каждой сварки (понятно, что на обратной рефлектограмме последовательность всех сварок будет в зеркальном отображении по отношению к прямой рефлектограмме), — то всё должно быть в норме. (Хотя изредка всё же бывают труднообъяснимые случаи, когда хоть ты тресни, а хорошая сварка не получается хоть после 10 перевариваний какими угодно сварочниками, и с обеих сторон рефлектометр рисует существенную «ступеньку»; я с таким пару раз сталкивался. Возможно, имеет место локальная девиация геометрии/химии волокна или ещё что-то подобное).
Хуже всего ещё то, что некоторые твердолобые заказчики могут этого не знать и настаивать на том, что это у спайщика кривые руки и требовать переделать сварки, тогда как нужно измерить с двух сторон, посчитать среднее значение и от него уже отталкиваться. Но нанимать людей для измерений ещё с одной стороны, платить им деньги — это же неинтересно, гораздо проще наехать на спайщиков и объявить их в кривизне рук… :)

Почему так получается, зачем вообще варят разные волокна? Ну, например, по ошибке снабженцев/проектировщиков/кладовщиков или из-за отсутствия альтернативы закупили и уложили в грунт кабель с частью волокон со смещённой дисперсией, а на подвес — обычный (или наоборот), перекладывать кабель — миллионные убытки и потерянное время. Или на трассе с обычным кабелем случилась авария, нужно было срочно вварить вставку, а такого же кабеля, как на трассе, не нашлось, взяли другой, а он со смещёнкой. Или во всём кабеле первый модуль со смещёнкой, остальные обычные, но где-то на трассе по запарке сварили «крест», перепутав модули, и не стали исправлять (про «кресты» см. мою вторую статью). И так далее.

У меня нет никакой статистики, как будет работать разное оборудование на линии, на которой много сварок обычных волокон и волокон со смещённой дисперсией (где линия выглядит таким меандром: ступенька вверх — ступенька вниз, вверх-вниз, вверх-вниз). Знаю только, что в целом всё работает, но всё же слышал, что некоторые технари из «большой тройки» предпочитали в таких случаях ставить ответственное высокоскоростное оборудование (DWDM, например) на нормальные, ровные, волокна, а по таким меандрическим запускать что-то менее скоростное и ответственное. По-хорошему таких ситуаций следует избегать, и всё же я очень часто встречал оптические трассы, даже магистральные и очень ответственные, где была такая ситуация.
И ещё отступление про сварку волокон с разной дисперсией. Это моё личное наблюдение, не претендующее на истину, но всё же я заметил, что на экране сварочного аппарата можно отличить сварку одинаковых волокон и волокна без дисперсии с волокном со смещённой дисперсией. Обычная хорошая сварка практически незаметна, а хорошая сварка разных по дисперсии волокон выглядит вот так:



Видите — свет преломляется немножко по-разному в левом и правом волокне, и на стыке это видно. Картинка может быть и немножко другой, например, это может проявиться как две слегка тёмных нечётких точечки выше и ниже центра сварки. Так что если при сварке увидите такую картину — вероятно, сварились волокна с разной дисперсией. Правда, эту картину я наблюдал на сварочном аппарате Jilong KL-280, а на Фуджикурах её как-то не замечал: возможно, в Фуджикурах параметры тока в дуге (частота тока, частота манипуляций тока, сила, напряжение, время дуги) настроены немного по-другому, или подсветка для камер-микроскопов другая, но так или иначе, а этот эффект пропадает. Ещё раз: это лишь предположение, я могу ошибаться, что так может выглядеть сварка волокон с разной дисперсией/километр.затуханием.

Продолжаем. Что ещё мы можем увидеть на трассе?

б) Механическое соединение.

На рефлектограмме это выглядит как пик, обычно довольно сильный. Пример смотрим выше, на «главном рисунке». Пик возникает от того, что на механическом соединении (даже если это соединение с косой полировкой — FC/APC, SC/APC, LC/APC, или с иммерсионным гелем в файберлоке) неизбежно возникает обратное отражение. Уровень сигнала после пика обычно несколько падает, причём сильнее, чем на сварном соединении (хорошее соединение — это когда падает 0,1 дБ или меньше; если падает сильно больше 0,1 дБ — берём в руки безворсовые салфетки, спирт, сжатый воздух, ватные палочки и чистим розетки, пиг-тейлы и патч-корды, а если это «глючит» файберлок — переделываем его). Но не забываем, что в случае кросса мы имеем 1 механические соединение и прямо около него 2 сварных! Так что затухание может рождать и плохая сварка волокна кабеля с пиг-тейлом, а на рефлектограмме эти 2 сварки и 1 мех.соединение никогда не видно раздельно, так как слишком близко расположены.

Если стыкуются волокна с разной дисперсией и разным километрическим затуханием — по логике тоже может быть, как в случае со сварками, мнимое усиление (хотя я не припомню такого, т.к. мало работал с механическими соединениями). От чего зависят параметры этого пика?
Чем сильнее обратное отражение, тем выше пик, и тем хуже. Для уменьшения обратного отражения применяют патч-корды и пиг-тефлы с косой полировкой (FC/APC, SC/APC), но обычно всё же отражение не становится причиной для помех в работе оборудования, это редкий случай. Ещё высоту пика можно уменьшить, почистив механическое соединение. Если такой очень высокий пик на файберлоке — возможно, стоит его поменять, или просто вытащить волокна, переколоть и заново макнуть в иммерсионный гель перед вставкой обратно.
Ширина пика зависит от выставленного на рефлектометре времени импульса (про настройку рефлектометра см. ниже).
Уровень сигнала перед и после пика показывает, как много теряется на этом соединении (чем меньше, тем лучше). Как мы помним из второй части, на ответственных и длинных линиях следует избегать механических соединений или хотя бы минимизировать их число, потому что на механическом соединении обычно падение мощности намного больше, чем на сварном (где-то 0,1 и 0,02 соответственно).

в) Загиб волокна.

Загиб выглядит практически так же, как сварка, но с одним нюансом. Сварка будет на обеих длинах волн давать примерно одинаковые затухания. А вот загиб волокна при измерении на 1310 нм будет или совсем не виден, или виден слабо, а на 1550 нм может дать несколько децибел! Именно так можно понять, что это именно загиб в кассете, а не плохая сварка. Если такой загиб появился там, где нет муфт — это тревожный знак, что с кабелем там что-то не то. Надо ехать и смотреть, вероятно, кабель сорвало с креплений и ему скоро крышка.
Если такие явления стали проявляться на некоторых муфтах — следует ехать, вскрывать муфты и переукладывать волокна. Волокна могли сместиться из-за падения муфты на землю, из-за того, что кто-то в ней лазил. А в некоторых условиях волокна могут с годами вылезать из кабеля, изгибаясь петлёй с недопустимым радиусом изгиба в оптической кассете на выходе из модуля. Такой эффект встречается на кабелях, подверженных вибрации и ветровым нагрузкам: висящих вдоль очень длинных мостов, вдоль железных дорог. Вероятно, свою роль вносит ежедневное и ежегодное сжатие и растяжение от изменения температуры. Возможно, чуть-чуть ослабляется повив модулей в кабеле. Откуда берётся запас волокон? Волокна же не натянуты в модулях стрункой, они лежат свободно, и с годами от вибрации могут немного «распрямиться», вытолкнув с 4-6 км строительной длины несколько сантиметров в обе стороны. Волокна сильнее вылазят в кабелях с одним центральным модулем-трубкой, в случае более массовых кабелей с несколькими модулями этот эффект проявляется слабее.
Ещё загиб волокон бывает в тех случаях, когда кассета в муфте рассчитана на КДЗС 40 мм, а в неё запихали КДЗС 60 мм (ну не было под рукой «сороковок», что делать). Понятно, что места для манёвров с волокнами в этом случае меньше, и малейшая неаккуратность и не-центральная укладка КДЗС в ложемент может породить загиб волокна. Загиб — дело коварное: неопытным глазом, глядя на муфту, можно и не заметить, что какое-то волокно загнуто слишком сильно. Советую при возможности потренироваться таким образом: напарник на кроссе меряет линию рефлектометром в непрерывном режиме, а вы загибаете в муфте, которая посреди трассы, измеряемое волокно, всё сильнее и сильнее, держа связь по телефону с напарником. На определённом радиусе загиба он увидит, что на вашей муфте растёт ступенька. Только не перестарайтесь, а то волокно и сломать можно. Чтобы чувствовать себя уверенно при загибах (а это часто нужно при поиске неисправностей на линии), также советую потренироваться: взять кусочек старого оптического кабеля, вытащить из него несколько волокон и эмпирически выяснить, при каком радиусе загиба они ломаются (и в лаке, и со снятым лаковым слоем). Только не пораньте пальцы и не раскидывайте обломки волокон!

г) Трещина в волокне. Похоже на механическое соединение, но может быть как слабее (маленький пик), так и намного сильнее (пик почти как конец трассы, за этим огромным пиком на уровне шумов кое-как видно продолжение трассы). Понятно, что если такое зло появилось там, где кроссов или файберлоков нет и быть не может, это тревожный знак. В принципе встречается редко. Я встречал пару раз при таких обстоятельствах: подвесной кабель дёрнула проезжавшая под ним негабаритная техника или упавшее на кабель дерево, несколько волокон лопнули, и ещё 1-2 волокна показывали такую вот трещинку, остальные были целыми. Кстати, о негабарите. Упавшее дерево не заметить нельзя, а вот автокран с шайтан-бригадой электриков дёрнет кабель и уедет восвояси. При этом внешне на кабеле повреждений может не быть, что затрудняет локализацию повреждения. В худшем случае приходится вырезать метров 200-400 кабеля и варить соответствующую вставку, чтоб наверняка перекрыть предполагаемое место повреждения.

д) Обрыв или конец трассы. До него была ровная трасса, после — только шумы (и иногда среди шумов отражённый фантомный пик — про него см. выше). Конец трассы может иметь вид как большого пика, так и маленького, а иногда пика может вообще не быть и трасса обрывается сразу в шумы. В случае конца трассы нас обычно не интересует, насколько пик высокий: это же не сварка посреди трассы. Но если дальний конец трассы подключён к оборудованию и всё равно пик очень высокий, возможно, стоит почистить механические кроссовые соединения на том конце трассы.
Как понять, что это именно конец трассы, а не обрыв? Только одним способом: надо знать заранее «штатную» длину трассы. Пример. Если у нас есть старая рефлектограмма, по которой трасса имеет длину, например, 19,343 км, а на новой рефлектограмме при таких же параметрах измерения показывает, например, 19,107 км и при этом связь что-то не работает, это верный признак того, что около того, дальнего, конца трассы что-то копали экскаватором. :) Так что принцип простой: у эксплуатации должны быть старые рефлектограммы для сравнения, и периодически (скажем, раз в год) желательно заново проводить полные измерения по возможности всех волокон своих линий, конечно, планово уведомив клиентов об отключении. При сравнении старой рефлектограммы, снятой ещё строителями, со свежеснятыми, сразу будет видно, где что происходит, где начали вылазить волокна в муфтах, где подозрение на повреждение, где грязные розетки в кроссе и пр. Для такого сравнения в программе-просмотрщике рефлектограмм можно открыть сразу 2 файла и сравнить их (подобно тому, как открыты 2 рефлектограммы в шапке статьи, только там открыты рефлектограммы на разных длинах волн, а можно открыть на одной длине волны, но старую и новую).
А как быть в случае экстренного пропадания связи? Неудобно искать старую рефлектограмму и заниматься поиском 10 отличий, когда каждая минута на вес золота! Для этого случая у эксплуатационщиков должна быть правильная и актуальная схема всей трассы с расстояниями: между ближайшими муфтами (то есть длины элементарных кабельных участков), а также от каждой муфты до обоих концов участка трассы (до кроссов). Это форма стандартизована и включается в паспорт трассы, её номер — ВОЛС ПТ-4. Поддерживать её в актуальном состоянии должны эксплуатационщики.

Нужно сказать, что рефлектограмму в программе-просмотрщике (а также на самом приборе) можно масштабировать по обеим осям. При этом без масштабирования рефлектограмма длинной трассы может выглядеть эталонно, при том что на ней будут недопустимые по затуханию сварки: просто они в таком масштабе на экране с данным разрешением незаметны. Если мы накрутим вертикальный масштаб, ступеньки проявятся во всей красе. Так что ровная на вид рефлектограмма ещё ничего не значит, нужно всегда смотреть километрическое затухание. Пример — 2 рефлектограммы, что в шапке статьи. Одна (зелёная) снята на 1310 нм и круче уходит в сторону шумов (помним, на 1310 нм норма затухания 0,36 дБ/км), а красная, более пологая — на 1550 нм (потому что тут норма затухания 0,22 дБ/км). Они на вид ровные. Но если мы возьмём .sor-овские «исходники» тех двух рефлектограмм из шапки, откроем в программе и накрутим посильнее вертикальную «развёртку», мы и на них увидим «ступеньки» и неровности. Так что если рефлектограмма, открытая на чём-то, на вид ровная — это ещё ни о чём не говорит, она может быть просто «сжата» по вертикали. Только определение километрического затухания и/или автоматический анализ неровностей («событий») скажет нам, хорошая трасса или нет. Ну, или развёртка по вертикали и просто зуммирование отдельных «подозрительных» мест. Поэтому, думаю, всем понятно, что ровная рефлектограмма (особенно длинной трассы), напечатанная на бумаге без данных о километрическом затухании, малоинформативна.

Вот APNG-анимация для примера того, как выглядит одна и та же рефлектограмма без зуммирования и с накрученным зуммированием по вертикали. (APNG нормально открываются в Firefox и опере на Presto, для новой оперы и хрома вроде как нужен плагин, IE её не отображает). С растяжением по вертикали искать «события» намного удобнее.

(Хабрасторадж что-то сломался, коверкает APNG так, что вес картинки уменьшается и анимация работать перестаёт. Я написал в поддержку, обещали починить, а пока если анимация не работает — картинку можно скачать тут и открыть в браузере вручную)

Кстати, потренируемся анализировать рефлектограмму! Вопрос: что мы видим тут, на этой картинке-анимации выше? Давайте разберём.
Цена деления по горизонтали — 1 км.
Сначала идёт мёртвая зона. Сразу около неё, метрах в 200 от начала трассы, есть какая-то неоднородность, возможно, там сварка (но это точно не сварка пиг-тейла кросса с волокном — она будет в самом начале, глубоко в мёртвой зоне, и в этом масштабе её не увидеть даже если б мёртвой зоны не существовало), но это может быть и особенность дешёвого рефлектометра обрабатывать мёртвую зону при не очень чистом соединении на кроссе. Далее есть аккуратная сварочка примерно в километре от нас. Потом примерно на 2170 м идёт сравнительно качественное механическое соединение (скорее всего, банальный кросс, но так может выглядеть и трещинка). Потом — примерно на 2,75 км — явно нехорошая сварка с большим затуханием, требующая переделки. Сразу после неё на расстоянии 3,025 км от начала трассы (где стоит курсор) ещё одна сварка. Затухание на ней нужно смотреть, визуально оно не очень красивое. Далее, после сварки с мнимым усилением, идёт, видимо, кусок кабеля чуть более 2 км со смещённой дисперсией: сварка вверх (мнимое усиление) и за ней на расстоянии 7 км — сварка вниз. Так как мнимое усиление совсем небольшое, это может быть вставка из кабеля без «смещёнки» (то есть тоже SM, как и вся трасса), но просто другого производителя и немножко с другим показателем преломления). (А может быть, «смещённый» кабель вовсе не там, а между сварками на 3,025 км и 4,8 км). И, наконец, перед концом трассы ещё одна сварка. Дальше примерно на 7,9 км высокий пик обратного отражения, это конец трассы. Шумы «не в кадре», но они будут после конечного пика внизу. И помним: любая из этих сварок может на самом деле оказаться не сваркой, а загибом волокна, если проявляется намного сильнее на 1550 нм, чем на 1310.

Кстати, как посмотреть километрическое затухание трассы? Это очень важный и непростой момент.
Надёжнее всего померить тестерами. Ну, или тестером + рефлектометром с функцией тестера. Я в прошлой части писал следующий абзац, повторю его.
На одном тестере включаем режим «передатчик», на другом «приёмник». Соединяем их чистыми патч-кордами через чистую розетку (то есть по цепи «порт передатчика — патч-корд 1 — розетка — патч-корд 2 — порт приёмника»).



И смотрим, что покажет приёмный тестер. Это — наш «опорный ноль», лучше даже для удобства сбросить показания приёмника таким образом, чтобы это показание и считалось опорным нулём. Далее мы выключаем тестеры, рассоединяем два патч-корда на розетке и, не откручивая патч-кордов от приборов (чтоб не вносить лишнюю погрешность — при откручивании/закручивании патч-корда затухание может немного гулять от раза к разу!) везём передатчик на один конец трассы, приёмник — на другой, подключаем (почистив предварительно розетки) к трассе и проводим измерение. Отрицательное значение (в децибелах) на дисплее приёмника, если до этого при соединённых патч-кордами и включённых приборах был ноль и он был опорным, и есть затухание всей нашей трассы. Делим на оптическую длину нашей трассы — получаем километрическое затухание (в дБ/км). Для особых любителей точности можно поменять приборы местами, снова померить и взять среднее значение. Этот способ — самый точный, но очень неудобный и длительный. Обычно ответственные магистральные линии измеряют раз в год и тестерами, и по рефлектометру в обе стороны, а для простых линий с тестером обычно не заморачиваются и смотрят только по рефлектометру с одной стороны, а то и вовсе меряют что-то только когда пропадает связь. В случае измерения рефлектометром есть некоторые нюансы, но в целом качество измерения достаточно хорошее.

Дальше, чтобы было понятнее, я буду приводить примеры с рефлектограммами, открытыми во вьювере рефлектограмм от Yokogawa. Вот скриншот интерфейса этого вьювера с пояснениями, это пригодится для более детального понимания, что и для чего я изменяю.



Рассмотрим детально измерение километрического затухания рефлектометром.

В рефлектометрах часто есть функция автоматического анализа, но она не всегда корректно определяет, где мёртвая зона, где конец трассы, где шумы и соответственно может написать нам, что километрическое затухание трассы, например, -36 дБ/км, что, естественно, неверно. Поэтому меряем вручную.

Существует 2 способа. Первый, более грубый — двумя курсорами (маркерами) без аппроксимации (TPA). Просто ставим первый курсор (маркер) на начало трассы сразу после пика мёртвой зоны, второй — прямо перед конечным пиком трассы. (Оранжевая линия, соединяющая 2 маркера — это та самая опорная линия, измеряя угол наклона которой, программа делает вывод о затухании между маркерами. Её визуальное отображение, как в примере — это опция, которую можно включить для удобства или выключить, чтобы не мешала наблюдать неровности на рефлектограмме).



При установке курсоров (маркеров) на мёртвую зону и на пик конца трассы не залазим! Разница уровней рефлектограммы в этих двух точках — и есть грубое значение затухания трассы в дБ; делим на оптическую длину между курсорами (маркерами) — получаем километрическое затухание (хотя прибор или программа на компьютере может нам сам на лету поделить и показать результат). Грубое — потому, что рефлектограмма может быть «шумной», неровной и разность высот этих микро-неровностей может доходить до десятых долей децибела и выше. А в случае шумного конца длинной трассы вообще катастрофа, этот способ неприменим. Вот как выглядит рефлектограмма при сильном зуммировании (справа вверху — «легенда» рефлектограммы, по ней видно, какой участок мы зуммируем и как):


Шумы на рефлектограмме при сильном увеличении

Для наглядности я на всех этих примерах накрутил зум по вертикали, чтобы лучше было видно, где сварки. Без зуммирования рабочие участки всех этих рефлектограмм выглядели бы почти ровными линиями. Ну и, соответственно, сразу бросается в глаза, что рефлектограммы шумные. Чем дороже и чувствительнее рефлектометр, тем менее шумные рефлектограммы он даёт.

Но у нас обычный рефлектометр, трассы получаются с шумом, поэтому лучше использовать второй способ.
Второй, более точный способ — с аппроксимацией (LSA). В этом случае программа строит виртуальную линию, которая усредняет (аппроксимирует) все неровности на трассе (насколько я знаю, применяется метод наименьших квадратов), и по наклону этой линии уже определяет затухание.



Мы видим, что опорная линия уже не привязана по высоте к точкам рефлектограммы, где стоят наши курсоры (маркеры). Она рассчитывается в зависимости от нашей трассы, по методу наименьших квадратов. Математическую суть этого метода я не привожу, т.к. во-первых сам плохо знаю, во-вторых, для нас при измерениях оно не нужно, прибор сам всё рассчитывает на лету и показывает.
Способ более точный, но! Если на трассе имеется много механических соединений с высокими пиками отражения, алгоритм аппроксимации начинает аппроксимировать неправильно и мы получим неверные значения. Как быть? В этом случае, например, можно посмотреть затухания всех кусков трассы между механическими соединениями, не захватывая их пики, потом отдельно посмотреть затухания на механических соединениях (методы см. ниже), всё сложить, а потом поделить на длину трассы для получения километрического затухания… Это долго и сложно, но если хотим точности — только так. А полагаться на автоматические средства анализа в рефлектометрах я бы не стал: они слишком часто меня подводили.

Так что эти нюансы надо учитывать. Кстати, в случае очень короткой трассы (до нескольких сотен метров, когда вскоре после мёртвой зоны уже конец трассы), мы можем не посмотреть по рефлектограмме затухание: на таком масштабе рефлектограмма порой рисуется кривовато, как бы немного условно, и оно (затухание) часто получается невозможным (скажем, отрицательным или около нуля). Конечно, это может зависеть и от прибора. Я замечал такой грех за многими недорогими рефлектометрами.

А теперь давайте рассмотрим, как посмотреть затухание на неоднородности (на сварке, например).
В этом случае алгоритм действий похожий не измерение затухания всей линии, и тоже есть два способа: с аппроксимацией и без.
Способ без аппроксимации (TPA, он же метод двух маркеров/курсоров) прост: ставим первый курсор перед сваркой, второй — сразу после неё и смотрим, какое у нас затухание в децибелах (или, возможно, мнимое усиление, если сварено волокно SM с волокном DS или NZ – см. выше). Замечу: тут фигурируют только децибелы, а не дБ/км, потому что сварка для нас не имеет длины, не имеет смысла и говорить о километрическом затухании на сварке.


Курсор 1 перед сваркой, курсор 2 — после сварки. Потери между курсорами — и есть грубое значение затухания. У меня получилось так поставить курсоры, что я намерил 0,376 дБ на сварке. Если курсоры чуть сдвинуть в стороны — значение сильно поменяется. 0,376 дБ на сварке — это плохо, надо переварить. На километрическое затухание не смотрим, т.к. мы измеряем затухание на сварке.

А вот способ с аппроксимацией (LSA, он же метод четырёх маркеров/курсоров) будет посложнее, но его тоже необходимо знать и уметь использовать.
Суть его такова. Рефлектограмма, как мы знаем, может быть шумной и если мы поставим первый курсор и попадём на микро-пик, а второй поставим и попадём на микро-провал, то прибор нам покажет затухание на сварке гораздо больше, чем оно там есть на самом деле. И наоборот: можно прозевать не очень хорошую сварку. Как быть? А вот как. Мы возьмём до и после сварки по как можно более длинному кусочку чистого волокна без неоднородностей, на каждом из этих кусочков построим виртуальную прямую (они в примере отображаются оранжевыми линиями), которая будет результатом аппроксимации ровного, но всё же шумного участка рефлектограммы под ней (не забываем включить аппроксимацию — кнопка «LSA/TPA» в ружиме LSA), а затем посмотрим разницу уровней между этими двумя прямыми в децибелах.


Этот метод — более точный. У меня на той сварке, что между курсорами 2 и Y2, получилось 0,264 дБ между двумя «проаппроксимированными» участками — много, сварку перевариваем. Как и прежде, километрическое затухание тут не имеет смысла.

Метод четырёх курсоров так называется потому, что первые 2 маркера/курсора определяют границы первой аппроксимирующей линии перед сваркой, а третий (в этой программе он, как видите, почему-то называется «Y2») и четвёртый (в этой программе он «3»)— второй аппроксимирующей линии после сварки. Если мы обе линии расположим на чистых, без неоднородностях, участках, как и сделано в примере (это важно), то затухание на сварке мы узнаем очень точно. Конечно, это не финальное значение: для обычной сварки желательно, а для сварки SM и NZ/DS просто необходимо повторить всё это ещё и на обратной рефлектограмме (с другого конца трассы) и посчитать среднее значение. И так для каждой интересующей нас сварки. Но в случае, если «смещёнки» нет, многие не заморачиваются с двухсторонним измерением, так как в этом случае затухание что из А в Б, что из Б в А будет почти одинаковым.

Мы рассмотрели практически всё, что можно увидеть на рефлектограмме. Теперь рассмотрим, как правильно настроить рефлектометр для измерения и какой параметр на что влияет.

Параметры рефлектометра для измерения трассы


Чтобы снять корректную рефлектограмму, нужно выставить правильные параметры измерения. Конечно, в современных рефлектометрах есть авторежим, когда нужные параметры рефлектометр выставляет методом тыка при каждом новом измерении. Но быстрее и удобнее измерять, выставляя всё вручную. Тут опять же ситуация чем-то напоминает фотографию: новичок может сделать неплохой снимок и в авторежиме, а профи с ручными настройками творит волшебство. Только в случае с рефлектометром основной режим работы — всё-таки ручные настройки, и это тупо быстрее: рефлектометру не нужно будет каждый раз перед измерением поэтапно «щупать», какой же длины на этот раз трасса, для автонастройки своих параметров.

Перечислим эти важные настройки:
1) масштаб по длине (или диапазон, или длина трассы),
2) продолжительность импульса,
3) количество импульсов/усреднений (или время измерения),
4) коэффициент преломления,
5) длина волны,
6) разрешение.

Конечно, есть и прочие настройки, индивидуальные для разных приборов: всякие там настройки часов, дисплея, макросы автоматизации, но с ними каждый современный человек и так разберётся на ходу. Могут быть и специфические настройки измерения, по сути второстепенные, например, какая-нибудь «уменьшенная мощность лазера: вкл/выкл». В этом случае надо смотреть инструкцию и думать самому, когда это нужно включать, а когда нет.

Рассмотрим, какой параметр на что влияет.

1. Масштаб по длине, или расстояние, или предел/диапазон расстояния. Выставляется ступенчато, например: 300 м, 500 м, 1 км, 2 км, 5 км, 10 км, 25 км, 50 км, 100 км и т.д. Чем меньшее минимальное и большее максимальное расстояния реально поддерживает рефлектометр, тем он круче. Тут всё просто. Если мы примерно знаем, какой длины трасса — выставляем диапазон чуть больше, чем в 2 раза длиннее трассы. Почему в 2 раза больше? Чтобы мы могли среди шумов после трассы увидеть пик обратного отражения. Большой информационной пользы он не несёт, но всё же лучше его увидеть: вдруг у нас лопнувшее волокно, который легко принять за конец трассы, а выставив предел по расстоянию с запасом, мы, возможно, сможем увидеть, что это ещё не конец трассы и сквозь шумы проглядывает продолжение. Слишком большой масштаб выставлять тоже не надо: мы же не хотим, чтобы 90% рефлектограммы занимали шумы, а в самом начале была наша трасса, на которой из-за масштаба ничего не видно…
Важно: чем больше выставлено это расстояние (т.е. диапазон измерений), тем шире надо ставить импульс и больше время измерения (кол-во усреднений): ведь свет дольше пролетает длинное волокно, и прибору труднее обработать большее количество данных. Иногда приходится реально сидеть по полчаса над каждым волокном (если трасса больше 50 км), и всё равно конец трассы получается шумный. Точной таблицы соответствия «расстояние — продолжительность импульса» привести не смогу, надо самому нащупать оптимальный вариант для каждого измерения.

2. Продолжительность импульса. Связана с выставленным расстоянием (больше диапазон — шире импульс), но при надобности её можно менять независимо от длины. Типичные значения — от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд. Для короткой трассы — короткий импульс. Для длинной — длинный. На что влияет длина импульса? Слишком короткий импульс при длинной трассе (и, соответственно, большом диапазоне расстояния) приведёт к тому, что форма импульса из-за дисперсий в волокне сильно деградирует и обратно придёт фигня (шумы). Это значит, что мы чётко увидим лишь начало или начало+середину трассы, а конец утонет в шумах, вот так:


Трасса на этом примере очень длинная, и её конец тонет в шумах. Чтобы увидеть что-то на её конце, надо выставить импульс подлиннее и время измерения подольше. Однако, если у нас дешёвый рефлектометр с узким динамическим диапазоном, мы можем так и не увидеть конец очень длинной трассы, даже выставив оптимальный импульс и измеряя хоть целый час каждое волокно.

Если сделать наоборот, при короткой трассе выставить длинный импульс, мы получим то, что любая неоднородность (мёртвая зона в начале, «ступенька» после каждой муфты, «пик» после каждого кросса) будет сильно растянута по оси Ox. Пример был выше, приведу эту картинку ещё раз.



Вместо узких событий — длинные шлейфы, и вот почему это плохо.
Предположим, у нас есть линия и посередине её была авария: экскаваторщик искал золото инков и порвал наш кабель. Аварию устранили, поставив вставку и 2 оптические муфты. При правильной настройке рефлектометра, при условии, что сварки не идеально-эталонные и вносят хотя бы по 0,02 дБ затухания, и при нормальном расстоянии между муфтами (около 200 м), — мы на рефлектограмме чётко увидим две ступеньки рядом, от первой и второй аварийных муфт. А вот если импульс выставлен слишком длинный, то шлейф от первой ступеньки может полностью закрыть вторую сварку, и мы так и не узнаем, что же творится на второй муфте! А там может что-то произойти, скажем, туда попала вода, замёрзла, пережало волокна и нужно срочно ехать чинить. Или кабель оборвало и он висит перегнутый, вот-вот сломается. На рефлектограмме будет просто видно шлейф от первой муфты и то, что где-то там есть затухание. (Такая же ситуация будет, если вставка короткая и две муфты расположены рядом. Поэтому вставку делают обычно метров 200 для длинных трасс и метров 100 для коротких. Иначе мы не сможем контролировать все муфты по рефлектограммам, а для эксплуатации это очень важно.)
Так какой же импульс ставить для конкретного диапазона? Могу сказать только так: оптимальных чётких таблиц соответствия нет, пробуйте, надо самому понять это соответствие для своего рефлектометра. Ещё раз: слишком короткий импульс на длинной трассе даст отличную детализацию в начале, но конец потонет в шумах. Слишком длинный импульс на короткой трассе приведёт к потере детализации и растягиванию, расползанию всех событий трассы по горизонтали.

3. Количество импульсов/усреднений (или время измерения). Дело в том, что один-единственный посланный в линию импульс нам не даст почти ничего, кроме шумов. Так уж распорядилась физика, что для получения хорошей картинки-рефлектограммы и устранения случайных флуктуаций рэлеевского рассеяния нужно провести несколько сотен или тысяч отдельных измерений, а затем взять усреднённое значение. Таким образом, чем больше мы выставим кол-во посылаемых импульсов, тем чётче и ровнее будет наша рефлектограмма (которая, по сути, и есть результат аппроксимации сотен и тысяч отдельных измерений). С другой стороны, ждать по полчаса, измеряя одно волокно, когда нужно за полдня измерить 96 на двух длинах волн, возможности нет. Так что нужно находить компромисс.
Если трасса длинная, близкая к пределу возможностей рефлектометра, и конец трассы соответственно зашумлён, то приходится выставлять много усреднений (порядка 10000 и больше) или большое время измерения (минут 5-10), а также довольно большой импульс. Если же мы проверяем кусок кабеля метров в 300, то тут супер-качество никому не нужно, хватит и 1000 измерений (или 10-30 секунд). Кстати, во многих рефлектометрах нет возможности выставить количество импульсов, но можно указать время измерения в минутах/секундах. У разных аппаратов быстродействие разное, так что 1000 импульсов разные рефлектометры могут посылать за разное время, соответственно, глупо ровнять всех под одну гребёнку и по-армейски требовать от измерителя снять рефлектограммы, скажем, по 5 минут: а вдруг у него отличный быстрый рефлектометр и для снятия отличной рефлектограммы данной трассы достаточно 30 секунд?

Тут следует сделать отступление и сказать про такой важный режим работы, как «режим реального времени». Это значит, что рефлектометр в течение примерно секунды-двух посылает в линию примерно несколько десятков или сотен импульсов (недостаточно для качественной рефлектограммы, пригодной для анализа, но достаточно, чтобы получить общий вид трассы) и отрисовывает усреднённый результат. Потом снова посылает серию импульсов и опять отрисовывает результат. И так пока мы не остановим. При этом мы примерно с частотой 1 кадр в секунду в реальном времени видим, что происходит на трассе. Зачем этот режим нужен? Например, чтобы искать «кресты», а в общем случае просто найти конкретное волокно. Вот, скажем, задача: на станции (в серверной) есть оптический кросс на 32 порта, от него идёт длинная незнакомая нам линия, документации как обычно никакой, и километров через 30 надо ввести в одну из муфт этой линии новый кабель и на него отпаять пару волокон (ну, скажем, порты кросса 27 и 28). Как определить, какие именно волокна надо в той муфте разрезать и подпаять к новому кабелю? А вот как: на кроссе втыкаем рефлектометр в порт №27 и включаем непрерывный режим. Трасса раз в секунду прорисовывается, криво, но «для посмотреть» пойдёт. На рефлектометре сидит человек. Дальше его напарник открывает муфту, звонит человеку на рефлектометре по телефону и, открыв кассету, осторожно пинцетом загибает все волокна по одному (конечно, лучше начать с тех волокон, которые вероятнее всего окажутся нашими: загиб волокна может вызвать короткий перерыв связи, если мы загнём чужое занятое волокно). Как только напарник загибает волокно, распаянное на 27 порт — на рефлектометре трасса резко станет короче, оборвавшись на этой муфте (около 30 км от кросса). Нужное волокно сразу разрезается. Потом аналогично находится 28-е волокно, и вот мы знаем, какие волокна нужно варить. На небольших расстояниях для этого можно применять специальный фонарик (по сути красная лазерная указка с оптическим коннектором) и на изгибах волокна просто будет видно красный свет, при этом человек на кроссе не нужен, но дальше 5 км он не просвечивает, и в яркий день понять, какое волокно на изгибе светится красным, очень трудно — мешает свет.

4. Коэффициент преломления, или групповой индекс. Этот коэффициент влияет на растягивание снимаемой рефлектограммы по горизонтали (не путать с зуммированием уже готовой рефлектограммы при просмотре!). Физика в том, что в разных оптических волокнах (например, обычное и «смещёнка») скорость света может несколько отличаться. В результате если мы измерим трассу с неверным коэффициентом преломления, рефлектограмма будет «сжатой» или «растянутой» относительно линейки расстояний. Это грозит тем, что в случае аварии на длинной трассе мы можем послать бригаду устранять аварию не совсем туда, куда нужно. Например, мы получили, что обрыв через 86 км 325 м от кросса, и послали туда аварийную бригаду. А на самом деле обрыв через 86 км 602 м! Бригада будет очень благодарна нам за 300-метровый (а то и 900-метровый! Они ж не могут знать, в какую сторону мы ошиблись!) кросс по пахоте под ночным дождём в поисках, где же экскаватор искал золото. Или за упражнения с лестницей на каждой из опор, чтобы убедиться, что именно здесь кабель не пытался срезать местный дядя Петя.

Данный коэффициент преломления является свойством оптического волокна и должен указываться в паспорте на кабель. Типичное значение — 1,46800, или там 1,46820.

Хотя для небольших трасс, например, FTTB, я не заморачиваюсь с переключением этого коэффициента при переходе от измерения смещёнки на обычные волокна и обратно, и ставлю что-то среднее. В этом случае ошибка в плюс-минус полметра некритична, а менять постоянно этот коэффициент неудобно. Однако на длинных магистралях такие вольности недопустимы, этот коэффициент надо выставлять точно как в паспорте на кабель, иначе можно ошибиться на плюс/минус десятки метров и более. Я помню пару подобных случаев, когда из-за неправильного измерения устранение аварии сильно затягивалось. Например, в одном случае людей отправили не туда, бригада вместо положенных 6 часов провозилась всю ночь, бегая туда-сюда по трассе, на это наложился дождь, ночное время, неполный обрыв кабеля (с земли не видно, где именно повреждение), и важная магистраль поднялась лишь через 15 часов! С соседних участков сдёрнули другие бригады, и вдобавок когда аварию уже устранили, одна из Газелей застряла в грязи, да так, что другой Газелью не смогли вытащить (а Газели те полноприводные), пришлось из города вызывать Камаз. Начальство рвало и метало, хотели даже лишить всех премии, и всё это — во многом из-за того, что кто-то неправильно померил расстояние до обрыва.

Кстати, нужно сделать важное замечание. Оптический кабель имеет, на самом деле, не одну, а две длины! Первая длина — привычная нам физическая, с ней всё просто. Именно она указывается на оболочке кабеля в виде метровых меток, например: «4000 м, 3999 м, 3998 м,… 0 м». Вторая длина — оптическая, по сути это длина оптического волокна в кабеле. Она всегда бывает немного больше физической, и вот почему. Как вы помните устройство кабеля из предыдущих статей, модули в кабеле обычно идут с повивом. То есть пару метров пучок модулей закручивается по часовой стрелке, потом пару метров — против часовой, потом снова по часовой и т.д. Это сделано для компенсации температурных изменений длины разных компонентов кабеля, а также как последняя, аварийная защита от растягивания кабеля: есть шанс, что порвётся кевлар, трос/стеклопластик, оболочки кабеля, но эти повивы распрямятся или хотя бы сдемпфируют рывок волокон, и волокна уцелеют до приезда бригады. Вот именно за счёт этого повива длина волокон (и модулей) немножко больше, чем длина самого кабеля. Коэффициент этого повива также должен быть указан в паспорте на кабель, хотя его несложно посчитать и самому: ведь в документации на трассу всегда указывается и физическая, и оптическая длина. Соответственно, измеритель должен иметь это в виду, отправляя бригаду на место аварии: увидит он на рефлектометре оптическую длину, а бригада-то будет искать по метровым меткам на кабеле, отражающим физическую длину. Плохо, когда трасса состоит из кусков кабеля разного типа: скажем, под землёй лежит кабель с витыми модулями, а на подвесе — с единой центральной трубкой-модулем и во втором случае оптическая длина практически равна физической. Как в этом случае точно определить расстояние до аварии?..

Продолжаем.
5. Длина волны. Тут тоже всё просто. Для одномодовой оптики это 1310 или 1550 нм. Для документации требуется снимать рефлектограммы на обеих длинах волн. Для себя, чтобы лучше понять что с линией, лучше на 1550 нм: на этой длине волны затухание меньше (лучше увидим конец трассы), и резче видно всевозможные косяки, особенно такие, как загибы волокон. Кстати! Если мы видим плохую сварку на муфте, и на 1310 она даёт почти такое же затухание, как на 1550 — значит, это действительно плохая сварка, нужно поехать и переварить. А вот если на 1550 она плохая, а на 1310 в норме или вообще не видна — это, скорее всего, загиб волокна в кассете. Нужно открыть муфту, кассету и поаккуратнее уложить это волокно.

6. Разрешение. В некоторых рефлектометрах можно выставить этот параметр. Тут опять же аналогия с фотоаппаратом. При высоком разрешении мы лучше увидим неоднородности, но файл рефлектограммы будет весить больше, а также, возможно, трасса будет более шумная. Я обычно ставлю максимальное разрешение, и только если сталкиваюсь с нешаблонной ситуацией, начинаю играть этой настройкой.

Ещё важная характеристика (не настройка) рефлектометра — это его динамический диапазон, то есть минимальный и максимальный уровень сигнала, который рефлектометр может отличить от шумов. Чем он больше, тем более длинную трассу мы сможем посмотреть, но и тем дороже будет прибор. Цена при увеличении чувствительности, как всегда в таких случаях, растёт по экспоненте.

Напоследок


Теперь я хотел бы коснуться некоторых вопросов общего характера.

Что будет, если мы начнём измерять «активное» волокно, из которого бьёт лазер? Некоторые рефлектометры (в том числе Связьприбор OTDR Gamma Lite) умеют определять эту ситуацию и выкидывают соответствующую ошибку. Некоторые — не умеют, но всё равно нормальную рефлектограмму, скорее всего, снять не получится, а также есть риск что-то испортить (например, фотоэлемент рефлектометра).

А что будет, если мы измерим рефлектометром линию PON, которая, как известно, ветвится древовидной структурой через пассивные делители? Вот на этот вопрос я не знаю ответа. :) Я с PON не работал ни разу. Если кто знает, напишите в комментах, будет интересно. Знаю только, что в сетях PON рефлектометр мало полезен и искать в них повреждения трудно.

А что будет, если мы будем измерять трассу, на дальнем конце которой слушает сигнал приёмник какого-либо оборудования? По идее не будет ничего страшного: мы снимем рефлектограмму как обычно, трассу за активным оборудованием по идее никак не увидим, и оборудованию на дальнем конце это повредить не должно (сигнал доходит уже ослабленный линией, и вообще сжечь порт многомиллионного мультиплексора измерениями в принципе не должно быть легко).
Кстати, про мощность лазеров для оптики. Она небольшая (сравнима с мощностью слабенькой лазерной указки, только невидимой), но смотреть глазом в открытую оптическую розетку линии или тем более в порт активного оборудования или работающего тестера/рефлектометра всё равно крайне не рекомендуется (хотя свет из порта или отсоединённого патч-корда довольно быстро расходится конусом, теряя концентрацию). Особенно опасно смотреть состояние торцов патч-кордов обычным оптическим микроскопом, заточенным под это дело, если с той стороны может быть подан сигнал: я слышал рассказ человека, с которым случилась в 90-е такая ситуация (цифровых микроскопов для контроля состояния торцов коннекторов ещё не было, и он смотрел обычным). Один глаз моментально потерял некоторую часть резкости и яркости, потом частично восстановилось. Стоит помнить также про отражённый луч. Мы это излучение глазом не видим, но оно всё же может повредить сетчатку глаза. Поэтому на всех оптических кроссах и на оптическом оборудовании клеится наклейка лазерной опасности, например:





Ещё хотел коснуться такой штуки, как компенсационная катушка.


По сути это длинный кусок волокна, обычно ровно 1 километр, компактно намотанный в катушку и оконеченный двумя коннекторами. Всё это размещено в аккуратной коробочке. Зачем она нам нужна?
А нужна она нам для того, чтобы лучше увидеть начало трассы. Точнее — чтобы оценить затухание на патч-корде, розетке и кроссе «ближнего» конца трассы.
Как мы помним, увидеть начало трассы нам мешает мёртвая зона. Но мы можем подключить между трассой и рефлектометром компенсационную катушку, тогда участок волокна, прежде закрытый мёртвой зоной, будет располагаться где-то посередине трассы, а мёртвая зона теперь будет на километре нашей катушки! Победа? Нет: ведь между катушкой и трассой всё равно имеется кроссовое соединение, и шлейф от его пика на рефлектограмме будет по ширине такой же, как и мёртвая зона, как и прочие механические соединения, и мы всё равно не увидим начало нашей трассы — шлейф от пика механического соединения катушки с кроссом трассы всё заслонит. Тогда для чего нам катушка? А вот для чего. Измеряя без катушки, мы не можем ничего точно сказать о затухании в начале нашей трассы. А в случае с катушкой у нас теперь на рефлектограмме есть ровный участок длиной 1 км (ну, пусть немного меньше 1 км — часть съест мёртвая зона) перед трассой, и есть участок какой-то длины (до первой сварки/кросса) в начале трассы! И теперь мы можем померить затухание на начальном кроссе методом четырёх маркеров! И это очень хорошо. Мы увидим типичную картину кроссового соединения, затухание на котором можно оценить. Да, мы не установим, где именно оно рождается, если оно есть (то ли потери на разъёме между катушкой и кроссом, то ли бракованная розетка, то ли что-то в кроссе, то ли на первых метрах кабеля, уходящего от кросса). Но если мы всё же установим, что в начале трассы непорядок, мы можем проверить все эти предположения и всё-таки найти и устранить причину затухания.



А без катушки мы могли бы элементарно прозевать сам факт того, что в начале трассы что-то не в порядке. Разве что если в начале трассы что-то очень сильно не в порядке, мы бы это заметили (вся рефлектограмма очень шумная, расположена низко, близко к уровню шумов, мёртвая зона безобразная и т.п.). На практике, всё же, катушка нужна очень редко.

Ещё хотел коснуться такой вещи, как поверка рефлектометров. Формально нужно её делать раз в год в местном поверочном центре, потому что серьёзные заказчики требуют непросроченную копию свидетельства о поверке (она должна прикладываться в исполнительную документацию к объекту связи). Однако, лично по моему мнению, она не нужна: рефлектометр стоит дорого, соответственно и за его поверку сдерут несколько тысяч, а толку от неё никакого. Это всё-таки не тот прибор, который может начать незаметно «врать». Если уж он сломается, то не заметить это вряд ли будет возможно. А ещё у меня был такой опыт: я же говорил уже в прошлых статьях, что рефлектометры, которыми мы пользовались (OTDR Gamma Lite), были с очень забагованной прошивкой. Так вот если бы в поверочном центре подходили всерьёз к поверке, они должны были бы отказать в выдаче сертификата, наткнувшись на первый же баг или глюк, так? А мне выдали без вопросов сертификаты на оба прибора. Так что ИМХО если есть возможность — лучше сэкономить на поверке, и только если заказчик требует копию свидетельства и сделать ничего нельзя — тогда отдать прибор на поверку.

Мы рассмотрели вопросы, касающиеся измерений на оптических кабелях. Эта тема непростая, но я постарался изложить как можно подробнее все нюансы. Мы ещё не касались более узкоспециализированных и сложных вещей, типа измерения разных типов дисперсий, но в 99,9% случаев для работы с оптикой достаточно того, что я расписал.
Стать хорошим измерителем на оптике поможет только практика, много практики. Всегда будут случаи, которые с ходу не получится объяснить, или нетипичные ситуации и хитрые схемы распайки, когда надо включать мозг.

В следующей статье я планирую написать про прокладку и крепление оптических кабелей и муфт на опорах, в люках и пр. Если есть мысли, какие моменты осветить в следующей статье — пишите.
Всем спасибо за внимание!
Tags:сварка оптикирефлектометрырефлектограммаработа с оптическим волокномизмерения на оптической трассеизмерения оптикиоптические кабелиоптический тестерyokogawaOTDRчтение рефлектограммы
Hubs: IT Infrastructure Network technologies
+54
167k 418
Comments 14
Popular right now
Разработка приложений на Kotlin
December 2, 202020,900 ₽Нетология
iOS-разработчик с нуля
December 7, 202070,740 ₽Нетология
Python для работы с данными
December 7, 202031,500 ₽Нетология
BIG DATA с нуля
December 22, 202019,700 ₽Нетология