如何檢測萬兆鏈路的質(zhì)量

文｜美國福祿克公司 尹 崗

如何檢測萬兆鏈路的質(zhì)量

文｜美國福祿克公司 尹 崗

萬兆鏈路比千兆鏈路對質(zhì)量要求更高。本文討論如何檢測萬兆光纖鏈路和電纜鏈路的質(zhì)量，特別是確認(rèn)原來運(yùn)行千兆但現(xiàn)在準(zhǔn)備升級到萬兆的鏈路是否能可靠地支持新的高速應(yīng)用。文中將分別討論萬兆光纖和萬兆電纜鏈路的質(zhì)量檢測方法。

隨著數(shù)據(jù)集中、網(wǎng)絡(luò)視頻、數(shù)據(jù)下載、SAN的迅速推進(jìn)，伴隨著萬兆設(shè)備價格的持續(xù)下降，萬兆光纖和萬兆電纜鏈路的應(yīng)用已進(jìn)入迅速擴(kuò)張階段。在從千兆鏈路向萬兆鏈路升級、遷移的過程中，在數(shù)據(jù)中心中出現(xiàn)最多的介質(zhì)問題有二：一個問題是原來布放的OM3光纖在支持千兆時運(yùn)行正常，但在更新萬兆設(shè)備后卻出現(xiàn)誤碼率偏高或者連接困難的現(xiàn)象；另一個問題則是，原先布放的6類電纜系統(tǒng)可否繼續(xù)支持遷移到萬兆電纜端口設(shè)備，因萬兆電纜設(shè)備的價格比萬兆光纖設(shè)備的價格便宜15%～40%，而數(shù)據(jù)中心的鏈路長度一般都不太長，這樣作可以進(jìn)一步節(jié)省投資，并可盡早地開通萬兆業(yè)務(wù)。

1 如何檢測萬兆光纖鏈路的質(zhì)量

萬兆高速光纖需要全部進(jìn)行認(rèn)證測試。表1是萬兆光纖的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。對于長距離萬兆光纖鏈路，一般使用單模光纖，可以使用傳統(tǒng)的衰減測試（OLTS方法）來判斷鏈路質(zhì)量。而在智能建筑和數(shù)據(jù)中心中，萬兆光纖的使用距離都不長，一般控制在300m以內(nèi)。出于成本的考慮促使人們經(jīng)常采用多模光纖的萬兆方案。但園區(qū)使用短距離多模光纖也受到諸多的限制，比如一般都要求使用50μm的激光優(yōu)化光纖（OM3），更長距離則需要考慮選擇還未正式定案的OM4光纖。人們對于已經(jīng)布放的OM3光纖是否能夠支持萬兆存在較多疑問。這種疑問更多地來自于從千兆光纖遷移到萬兆光纖應(yīng)用的用戶，他們發(fā)現(xiàn)原先布放的OM3光纖不是他們想象的那樣，只要長度和鏈路衰減值不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值，就可以放心地安裝萬兆設(shè)備，穩(wěn)妥地升級到萬兆光纖。這其間遇到的最主要問題就是新安裝的萬兆光纖鏈路誤碼率較高，造成端口出錯率偏高，有時甚至完全無法連通。仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)多是由于光纖連接點(diǎn)和熔接點(diǎn)的質(zhì)量問題引發(fā)了系統(tǒng)故障，少數(shù)是因光纖本身質(zhì)量問題或使用了假冒的OM3光纖、誤用了OM2/OM1光纖造成。

表1 萬兆鏈路對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

連接器問題中比例最高的是端面污染，比如指紋、灰塵、油脂、不良清潔劑，以及清潔后殘留纖維、發(fā)絲等，其次是端面研磨光潔度不夠高，角度、軸心不匹配，存在裂紋、雜質(zhì)等。由于光纖跳線多數(shù)是“凸出”式暴露設(shè)計，很容易在安裝過程中被指紋和灰塵污染或擦傷。這些問題在千兆及以下速度應(yīng)用時可能不會引發(fā)故障，直到向萬兆遷移的時候才出現(xiàn)問題。

由于OM3激光優(yōu)化光纖的折射率是漸變的，也就是說在纖芯處最高，沿著光纖的半徑方向逐漸降低。這就可能在安裝過程中遇到由于污漬、光潔度不足、軸心偏心等問題造成纖芯錯位，增加色散值。端面處理不好的光纖會有過強(qiáng)的菲涅爾反射，造成光脈沖能量在光纖中的反射、疊加，破壞原來的光脈沖波形，引起誤碼率增加。

不良的熔接點(diǎn)也有類似的問題。首先是纖芯熔接錯位，其次是熔接過度、不均勻，這些都會增加光纖的衰減值和色散，造成鏈路的誤碼率和色散值增加。

所以，除了測試萬兆光纖鏈路的衰減值外，還應(yīng)該測試色散值。但色散值的測試通常是實(shí)驗(yàn)室的測試項(xiàng)目，測試設(shè)備的價格昂貴且不能做成手持式工具，極大地限制了工程現(xiàn)場對色散測試的普及。2004年TSB-140標(biāo)準(zhǔn)給出了一個相對有效的檢測答案，消除了高速光纖測試中的許多疑惑。雖然仍不能用在現(xiàn)場直接測試色散，但可以間接地通過測試光纖的OTDR（光時域反射）曲線來判斷高速光纖的質(zhì)量。這是基于如下一些假設(shè)：

◆ 色散可使OTDR測試脈沖反射后變寬；

◆ 熔接點(diǎn)質(zhì)量不良將造成熔接點(diǎn)的反射衰減值增大；

◆ 連接點(diǎn)的各種質(zhì)量問題都可能造成反射脈沖的強(qiáng)度、寬度、連接點(diǎn)回波損耗（ORL）、連接點(diǎn)衰減值等參數(shù)出現(xiàn)過量或者波形畸變。

TSB-140標(biāo)準(zhǔn)把這種OTDR曲線測試定義為二級光線測試（Tier2），其實(shí)質(zhì)就是在傳統(tǒng)的一級光纖測試的基礎(chǔ)上增加OTDR曲線，并通過人工賦值的方式來對測試得到的連接點(diǎn)和熔接點(diǎn)的各種異?！笆录边M(jìn)行評判。

實(shí)際測試程序簡介如下：對于可能賦予高速應(yīng)用的光纖，應(yīng)在合同中要求進(jìn)行光纖二級測試；按照要求先對被測光纖進(jìn)行傳統(tǒng)的一級測試，保存一級測試的結(jié)果；然后用高解析度/分辨率的OTDR對光纖進(jìn)行二級測試，可以根據(jù)通用要求對測試的事件進(jìn)行判斷，確認(rèn)是“通過”還是“失敗”；將一級、二級測試結(jié)果合并到一個測試報告中，提交作為驗(yàn)收測試報告。

需要特別指出的是，用于二級測試（Tier2）的OTDR一般是適用于園區(qū)網(wǎng)和局域網(wǎng)類型的，使用長途干線測試的OTDR則可能因?yàn)槭录绤^(qū)太大而不能識別微距事件（比如3m跳線）。另外，二級測試報告最好能同一級測試報告合并，以便調(diào)用和分析測試結(jié)果。

由于發(fā)射死區(qū)和事件死區(qū)的存在，萬兆鏈路最容易出問題的兩端卻有可能在二級測試的時候被忽略掉。所以，正規(guī)的二級光纖OTDR測試應(yīng)該使用發(fā)射補(bǔ)償光纖和接收補(bǔ)償光纖，這樣就可以將被測鏈路兩端的連接器質(zhì)量納入考察范圍。

由于局域網(wǎng)，特別是數(shù)據(jù)中心使用的多模光纖長度多數(shù)都不長，所以為了精確地測試衰減應(yīng)該使用方法B。局域網(wǎng)中大量應(yīng)用高速光纖的同時還會大量使用優(yōu)質(zhì)跳線，而維護(hù)人員往往發(fā)現(xiàn)即便是高價買回來的所謂“正品”跳線有時候也會引發(fā)誤碼率增加或連接困難的故障，因此希望對批量采購的光纖跳線進(jìn)行進(jìn)場測試或驗(yàn)貨入庫測試。光纖跳線的衰減值通常都很小，如果使用一級測試的方法檢測，多數(shù)可能是合格的。但高速光纖跳線最重要參數(shù)是回波損耗（ORL），使用福祿克網(wǎng)絡(luò)公司提供的高解析度的OptiFiber光纖認(rèn)證分析儀可以檢測光纖跳線的ORL值。

圖1是一條224m長的高速光纖鏈路的OTDR曲線，從圖中可以看出，152m處的光纖連接器造成了1.93dB的過量衰減，214m處的熔接點(diǎn)造成的損耗過大（0.72dB），這些很可能就是引發(fā)萬兆鏈路不合格的真正原因。圖1中右邊的事件表格和左邊的OTDR曲線是對應(yīng)的，如果事先在OptiFiber中設(shè)置判斷值，則表格中的狀態(tài)一欄就會出現(xiàn)通過/失敗。

圖2是二級測試的合并報告樣本，其中包含衰減值、OTDR曲線、事件表、端面視頻圖、鏈路真實(shí)結(jié)構(gòu)圖Channel Map等。

圖3是連接使用補(bǔ)償光纖（面包圖）進(jìn)行OTDR測試。

由于TSB-140中定義的二級光纖測試只是選測內(nèi)容，對可靠性要求高的用戶，特別是數(shù)據(jù)中心用戶，需要在合同中明確提出二級測試的要求，這樣才能真正保證自己的權(quán)益和高速光纖系統(tǒng)的質(zhì)量。

當(dāng)萬兆以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離（＞40km）傳輸時，由于色散的原因系統(tǒng)的性能會嚴(yán)重下降。這個時候就需要使用色散測試儀對色散進(jìn)行測試，以保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地傳輸。

2 如何測試萬兆電纜鏈路的質(zhì)量

萬兆電纜鏈路主要支持10GBase-T應(yīng)用（IEEE 802.3an定義）。電纜支持萬兆鏈路的問題主要是捆扎在一起的電纜之間的互相干擾。這是由于萬兆工作的物理帶寬擴(kuò)展至500MHz，我們知道，頻率越高，輻射越強(qiáng)。在這個頻率下，電纜中的線對對外輻射的信號能量大大增強(qiáng)，捆扎在一起的電纜就會接收這些輻射，從而干擾自己的信號傳輸。這種輻射干擾被稱作外部串?dāng)_，如圖4所示。

TSB-155、TIA 568-C等標(biāo)準(zhǔn)定義了支持萬兆的電纜標(biāo)準(zhǔn)?；旧?，6類UTP鏈路在55m內(nèi)可以勉強(qiáng)支持萬兆，STP則可以穩(wěn)定地支持萬兆。超過55m的UTP則不能保證支持萬兆應(yīng)用。TIA 568-C中定義了用于穩(wěn)定支持萬兆應(yīng)用到100m距離的增強(qiáng)的6類鏈路Cat.6A，并要求進(jìn)行“六包一”測試，ISO 11801中則相應(yīng)地定義了Class Ea。無論是Cat.6 UTP還是Cat.6A UTP，即便通過了供應(yīng)商的“六包一”測試，現(xiàn)場仍然需要進(jìn)行外部串?dāng)_測試。

首先來談?wù)勥x型或進(jìn)場測試對外部串?dāng)_的測試方法。此時可以按照供應(yīng)商的“六包一”方法（如圖5所示）進(jìn)行外部串?dāng)_測試，測試方法見圖6。一般是使用電纜分析儀的一個單元作為干擾源方發(fā)出干擾信號，用另一個測試單元作為信號接收機(jī)接收外部串?dāng)_信號。“六包一”測試需要確保被干擾鏈路始終處在中心位置，鏈路兩端可以使用永久鏈路或者通道方式進(jìn)行連接。對比研究的結(jié)果顯示，“六包一”測試結(jié)果一般適用于12根一捆的隨意捆扎的電纜束，這適合于多數(shù)的場合。工程當(dāng)中一般也不建議在萬兆鏈路中使用24根或者48根的電纜束。

接下來談?wù)撘幌卢F(xiàn)場如何測試外部串?dāng)_。全部測試每根電纜鏈路的外部串?dāng)_將是一個工作量很大的挑戰(zhàn)，所以現(xiàn)場一般進(jìn)行的是抽測，抽測比例是1%，上限為5條或者10條。由于抽測量過少，所以要求被抽測的鏈路要有很高的典型代表性。一般有這樣一些樣本抽取原則：在電纜束中最大、最長的樣本中抽取被干擾鏈路樣本；選取配線架上比較居中者作為樣本；將雖然不在一個電纜束中但模塊相鄰的鏈路也納入干擾鏈路的樣本。

現(xiàn)在來談?wù)劀y試程序。首先，測試全部所選樣本的鏈路參數(shù)，然后將測試儀的主機(jī)連接到被干擾鏈路，副機(jī)連接到干擾樣本鏈路，依次測試每個外部干擾值。測試完畢軟件會自動算出總的外部干擾值和信噪比，并判斷是否通過，如圖7、圖8所示。

對于存在過量外部串?dāng)_的相鄰模塊，需要予以更換。如果進(jìn)場測試或選型測試時已通過了“六包一”測試，則現(xiàn)場測試時發(fā)現(xiàn)過量的外部串?dāng)_最可能的原因就是電纜束過大，此時需要將相應(yīng)的電纜束改小，比如將24根的線束改為12根或者6根的線束。如果6根的線束仍然不合格，則需要試著重新調(diào)整電纜路由或者更換電纜。

3 結(jié)束語

高速光纖鏈路，特別是萬兆鏈路，只按照一級測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試不能保證鏈路的真正質(zhì)量，需要引入色散測試和光纖二級測試。色散測試由于存在使用限制而較少使用，推薦采用光纖二級光纖測試（特別在園區(qū)網(wǎng)中）。它可以幫助確認(rèn)高速光纖鏈路中不合格的元件和連接點(diǎn)、熔接點(diǎn)，大大增強(qiáng)萬兆鏈路的可靠性。萬兆電纜鏈路則因?yàn)橥顿Y較低具有相當(dāng)?shù)奈?，對于相對廉價UTP萬兆鏈路，需要抽測外部串?dāng)_參數(shù)，以確保其能穩(wěn)定可靠地支持萬兆應(yīng)用。屏蔽鏈路原則上不需要測試外部串?dāng)_，只是在接地測試有問題的時候需要考慮進(jìn)行外部串?dāng)_測試。