如何保障高速光纤链路的可靠性

　　自从上世纪七十年代末，光纤首次在国内作为通信传输介质以来，光纤链路以其高带宽，低损耗，抗干扰，频带宽，传输距离长等优点迅速替代了铜缆成为通信系统最重要的传输介质。而随着各种高带宽的应用越来越多，综合布线的相关标准不断更新和提高，光纤链路对损耗，误码率，连接器件以及安装工艺等质量要求也越来越严格。为了满足现有各种高速应用和未来更高应用的可扩展性，特别是越来越多万兆光网络的应用， 以及40G/100G等高速应用对光纤链路的品质要求提出了更高的要求，如何保障光纤链路的可靠性成为通信系统面临的首要问题。本文将从 系统高速链路的设计、安装、测试三个方面分别谈谈如何保障高速光纤链路的可靠性：

　　一，综合布线的设计。

　　综合布线的特点就是具有兼容性，开放性，灵活性，可靠性，先进性和实用性。最初的综合布线，没有统一工程建设标准，大部分采用主流品牌厂商的设计建议和企业白皮书，或者参照其他类似建筑的设计，没有针对不同建筑物的特点和应用需要，施工中经常存在障碍，系统建成后存在一定的局限性，甚至对应用系统的正常使用以及以后升级扩容造成影响。为了保护建筑投资者的利益，布线系统设计要有一定的前瞻性，应该保证绝大多数的布线系统投入运行后到质保期限内，不会因为正常应用升级而被淘汰。一般来说，垂直光纤主干系统会经过弱电井内、管道、桥架等多种复杂环境且距离很长，而水平布线系统需要经过天花板，管道或地板，布线系统的更换比较困难，成本也比较高。因此，选用合适的布线设计标准且能保证在要求的生命周期内正常应用非常重要，针对不同的建筑物，充分考虑现有应用系统的需求，并为未来更高的应用留有充足的余量。主要综合布线设计标准如下所示：

ISO 11801:2002

信息技术.用户建筑群的通用布缆

ISO 24764:2010

信息技术.数据中心用的通用布缆系统

EN50173

信息系统通用布线标准

TIA-568-C

商业建筑电信布线标准

TIA-569-B

商业建筑电信布线安装标准

TIA-606-A

商业建筑通信基础结构管理规范

TIA-607-A

商业建筑物接地和接线规范

TIA-570-A

住宅电信布线标准

TIA-758-A

室外自有建筑电信布线标准

TIA-942-A

数据中心电信基础设施标准

GB 50311-2007

综合布线工程设计规范

GB 50174-2008

电子信息系统机房设计规范

　　其次，在设计的时候，针对不同的建筑物，成本，传输距离，应用带宽，防护等级，升级扩容等方面，选择合适光缆类型。

　　按光在光纤中的传输模式，可以分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，简称MMF)和单模光纤(Single Mode Fiber，简称SMF)。多模光纤是多路径传输，存在模间色散，因而限制了多模光纤的模式带宽。虽然多模光纤传输距离短，但是可以支持高速数据传输，并且对两端有源的发射和接收设备要求较低，整套系统成本相对较低，广泛应用于传输距离要求短，高带宽，链路数量较多的LAN和SAN网络。2002年6月IEEEE颁布了802.3ae的10Gbps以太网标准，同年9月ISO 11801率先将多模光纤分为OM1，OM2，OM3。OM1为62.5um光纤，主要支持传统应用和短距离千兆链路。OM2为50um光纤，主要支持传统应用和最远500米的千兆链路。随着科技的进步和网络应用的快速提升，千兆网络已经跟不上需求，越来越多的网络已经升级到万兆网络甚至更高。2003年，Intel推出了第一款万兆接口网卡，万兆到桌面或数据中心应用已经成为更多用户的选择。为了满足10Gbps的需要，OM3光纤在设计上通过了光带宽差模延迟(DMD，即Differential Mode Delay)测试，相比较普通光纤最远82米的万兆传输距离，OM3可以最远支持300米的传输距离，可以满足建筑内的光纤布线要求。2010年6月，IEEE通过了802.3ba标准，即40G/100G以太网标准。使用并行光学技术，OM3光纤可以通过单向4通道，双向8通道的方式实现40Gbps传输;单向10通道，双向20通道的方式实现100Gbps的传输。虽然2009年8月, TIA标准委员会表决通过了新的EIA/TIA492AAD定义的多模光纤标准, 即业界普遍关心的OM4多模光纤。但是其指标要求和测试是比较复杂，历经四年的时间才通过，并且制造成本相对于OM3要高出至少50%。OM4应用的主要对象是下一代数据中心，支持高速以太网(Ethernet)，光纤通道(FC)和光纤互联(OIF)。同时在万兆系统中，最远可以传输550米，就可以用于中等距离的园区主干和超长距离的建筑物主干。在数据中心设计中，在100米的距离内，可以支持更高速(40G和100Gbits/s 以太网，16G和32Gbits/s光纤通道)的数据传输要求。OM4超过2倍于OM3的模式带宽，可以给设计人员更大的空间，施工和设计时就可以有更大的冗余。

速率

IEEE

名称

类型

链路损耗

（dB）

模式带宽（MHz.km）

最大传输距离（m）

1G

802.3z

1000BASE-SX

OM1*

3.2

500

220

OM2

3.9

500

550

10G

802.3ae

10GBASE-SR

OM3

2.6

2000

300

OM4

2.9

4700

400*（550）

40G

802.3ba

10GBASE-SR4

OM3

1.9

2000

100

OM4

1.5

4700

150

100G

802.3ba

10GBASE-SR10

OM3

1.9

2000

100

OM4

1.5

4700

150

　　OM1*：使用850nm光源，模式带宽仅为160 MHz.km。

　　400*：虽然理论上OM4支持10G达550米，但IEEE802.3正式表示OM4支持400米的10G应用

　　单模光纤的纤芯只有9um，使用单一模式路径进行传输，不存在模间色散，模式带宽相对要高很多，传输距离长，适用于城域网或其他长距离传输要求的通信网络。单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好，但是光纤芯径太小，较难控制光束传输，故需要极为昂贵的激光作为光源体，光端机的价格较高，因此整套系统成本是多模的3倍左右。单模光纤主要分为OS1和OS2两种。OS1是普通单模光纤，OS2是低水峰单模光纤，消除了玻璃纤维中的OH离子，降低了光纤在1380左右波段的衰减。OS2光纤的成本比OS1高出1倍左右。

　　除了光缆本身的损耗，直接影响光纤链路性能的还有连接器和熔接点。常见的连接器类型很多，可以按照有源设备光端口类型选择(如LC,SC,ST,FC等)，也可以按照高密度的特点选择(如2芯或4芯的MTRJ，8芯或12芯的MTP)。TIA-568-C.3附录对连接器，适配器和光缆组件提出了互配性要求(FOCIS)和最低性能要求。多模使用850 ± 30nm 和1300 nm ± 30 nm波长，单模使用1300 ± 30nm 和1550 nm ± 30 nm波长进行分组检测。规定了一个适配器连接点(含2个连接器，1个适配器)最大插入损耗不得超过0.75dB;多模状态下，最小回波损耗20 dB;单模状态下，最小回波损耗26 dB(CATV要求55dB);一个熔纤连接点最大插入损耗不得超过0.3 dB。

　　最后还要考虑光缆的应用场合，如室内光缆和室外光缆，预连接光缆和熔接式光缆;光缆的结构，如紧套型光缆和松套型光缆;光缆的UL阻燃等级，如增压级CMP，干线级CMR，商用级CM等;光缆的保护材质，如聚乙烯PE材质，低烟无卤LSZH材质，金属铠装外护套等。光缆的分类很多，在这里就不一一赘述了，可以根据实际应用的场合与需求进行综合考虑。

　　要保证光产品质量的可靠性，设计阶段需要评估各个厂家第三方机构的链路测试报告如信息产业部，美国ETL或UL认证等。设计时尽可能减少不必要的连接点，或者使用光纤预连接系统代替传统的现场光纤熔接保障连接点的性能。适配器需要提供成品的外观，兼容性和损耗的检测;跳线和尾纤提供需要提供3D几何尺寸和损耗的检测报告等要求，初期的严谨的评估对防范后期的质量风险具有非常重要的意义。