Простой тестер для оптических сетей
Еще лет 20 назад оптические сети были атрибутом достаточно серьезных связных организаций. Но время идет и оптика приходит если не к каждому компьютеру, то уж точно в практически каждый дом и офис. А вместе с ней — и проблемы, сильно отличающиеся от проблем «медных» сетей.
Данный прибор является одним из самых простых оптических тестеров и состоит из двух почти независимых устройств — красного лазера подсветки и измерителя уровня излучения.
Разумеется, у профессиональных прокладчиков и обслуживальщиков оптических сетей имеются (обычно имеются ;)) существенно более сложные и дорогие приборы, по сравнению с тем, о котором я хочу рассказать. Если провести аналогию, то обозреваемый прибор по функционалу похож на лампочку с батарейкой по сравнению с мультиметром. Впрочем, и лампочкой с батарейкой можно решить много задач.
Краткий и очень упрощенный ликбез по оптическим линиям связи
Сейчас расплодилось великое число различных оптических проводов. Общий принцип примерно одинаков — имеется некая прозрачная жила в оболочке, по которой распространяется свет. Материалы жилы и оболочки подобраны таким образом, что бы при распространении свет отражался от поверхности жилы внутрь жилы и не выходил наружу (по возможности). На пропускную способность и дальность канала влияет величина ослабления сигнала (из-за потерь на непрозрачность и неполного отражения) и разница в пути волны из-за множественных отражений.
Немного поясню вторую часть. Если жила достаточно толстая, то свет может разделиться на несколько пучков с чуть разными углами отражения. В результате, к приемнику эти пучки придут по немного разному пути с немного разной задержкой. Чем длиннее кабель, тем больше будет размыт импульс. Чем больше диаметр жилы, тем большая разница в пути может быть.
Если разделить по виду жилы, то распространены следующие виды кабелей:
1) Пластиковый (толстый). Жила из пластика, диаметр около миллиметра. Самый дешевый вид, минимальные требования к точности сопряжения, очень простые приемник и передатчик (обычные фото- и свето-диоды), но большие потери. Для передачи обычно используется видимый участок спектра, красный. Типичная длина кабеля — в пределах десятка метров. Чаще всего его можно встретить в s/pdif кабеле бытовой аудиоаппаратуры. В цифровых системах связи на сегодня можно сказать и не используется. За последние лет 15 не могу припомнить хоть одно сетевое устройство с таким кабелем.
2) Мультимодовый кабель. Жила из стекла диаметров 50 мкм или (чуть более старый стандарт) — 62.5 мкм. Вместе с оболочкой — 125мкм. Иногда так и назывался: 50/125. Тут требования к точности сопряжения повыше, соответственно цельнопластиковые разъемы не годятся.
Типичная предельная длина канала — до полукилометра, скорость — до 1Гбит/с. В некоторых системах и на более короткое расстояние (внутри серверной) поддерживалась скорость 2.5 Гбит/с. С определенными ограничениями и потерей скорости можно «растянуть» на пару километров, но это уже нестандарт. Лет 15-20 назад был самым распространенным для прокладки магистралей внутри зданий (или в соседнее здание) из-за дешевизны кабеля и активного оборудования.
Для передачи обычно используется инфракрасный диапазон (850nm). Впрочем, изредка встречается использование и красных излучателей, и 1310 nm.
3) Одномодовый кабель. Похож на мультимодовый, но жила — 9мкм. Иногда называется 9/125. Требования к точности изготовления высокие, ответственные части изготавливаются из полированной керамики. Самый распространенный на текущий момент. Сейчас уже и для связи внутри здания кладут, разница в цене с мультимодом минимальна. Первоначально использовалась длина волны 1310 nm и (реже) старое оборудование на 850nm. В последнее время распространился 1550 nm.
Почему выбраны такие длины волн?
Красный — самое дешевая пара приемник/передатчик
850nm — раньше были проблемы с изготовлением излучателей на большую длину волны.
1310nm — Первое «окно» прозрачности волокна. Выше и ниже потери возрастают.
1350nm — Второе окно, причем еще лучшее, но излучатели появились позже.
Чем так хорош одномод?
Не вдаваясь в сложный и давно забытый школьный курс физики и всякие уравнения Максвелла, углы отражения дискретны, а их число конечно. И при достаточно тонкой жиле (диаметр зависит от длины волны и составляет примерно 10 лямбд) у света остается только один путь. Таким образом, световой импульс, проходя по линии связи, не разделяется на несколько пучков, только ослабляется. Качество фронта будет определяться только излучателем, линия связи (что 10м, что 100 км) не меняет фронты сигналов. Условно говоря, одномодовый кабель, давно проложенный для канала в 100 Мбит/с позволяет перейти на 10 Гбит/сек «простой» сменой активного оборудования.
Значительное влияние на «зоопарк» кабелей оказывают разъемы.
Вот три самых распространенных типа:
FC — разъем обеспечивает самую надежную фиксацию. Главным образом встречается в оптических кроссах. Ранее, практически все кроссы использовали этот тип, сейчас значительно потеснен разъемом типа SC. Правильно закрученный разъем FC очень плотно фиксируется, его можно сломать, но выдернуть не получится. Небольшой минус в том, что до закручивания нужно правильно вставить выступ на разъеме в специальный паз гнезда. Для отдельных криворуких монтажников это непосильная задача. Зато со всей дури завернуть плоскогубцами — на это дури хватает.
SC — пожалуй, сейчас это самый распространенный разъем. Легко вставляется, но выдернуть, потянув за провод, не получится. Вернее — у некоторых получается, но после этого разъем приходится менять. Для правильного извлечения нужно тянуть только за корпус разъема. Фиксация менее слабая (по сравнению с FC).
LC — младший брат SC. Он примерно вдвое меньше (центральный штырь тоже тоньше), пара таких разъемов помещается в корпус стандартного sfp-трансивера. Для многих применений раздельное использование волокон (для приема и передачи) имеет свои плюсы. Самый слабый из трех разъемов.
И, наконец, есть еще такая замечательная вещь, как тип полировки торца разъема. Их (типов) довольно много, но главное отличие проявляется между APC и всякими *PC, в частности — UPC
UPC — традиционный, с «плоской» полировкой. Типично, он вносит примерно 0.2 dB потерь и имеет уровень обратного отражения порядка -40..50 dB.
APC — изначально был придуман для сетей кабельного телевидения и компьютерных сетей с разветвлением, где уровни сигнала не симметричны. Для уменьшения уровня отраженного сигнала торец делают под небольшим углом. За это расплачиваются увеличением потерь примерно до 0.3 dB, но уровень отраженного сигнала уменьшается еще на 10dB.
Печаль ситуации в том, что даже однократным соединением UPC и APC кабеля можно сколоть или поцарапать торцы. Обычно разъемы UPC (и совместимые с ним) окрашены в синий цвет, а разъемы APC — в зеленый. Но какой нормальный монтажник смотрит на цвета, если разъемы подходят и даже нормально фиксируются…
Разъемы и оптические кроссы. В отличие от медных проводов, гнезда на большинстве кроссов — это просто стальная втулка с точно выполненной керамической трубочкой внутри. С обоих концов во втулку завинчиваются или вставляются одинаковые вилки (но можно найти и не симметричные переходники, например FC/SC). Прецизионная керамическая трубка обеспечивает точное позиционирование центральных штырей с волокном друг напротив друга.
Для чего (мне) нужен такой прибор
Сразу скажу, что прокладкой оптики я не занимаюсь, официальные тесты с распечатками красивых графиков затухания мне не нужны. Я эксплуататор. Посему покупка каких-нибудь рефлектометров и прочих умных приборов смысла не имеет. Особенно за свои деньги.
Но вот необходимость быстро проверить работу оптики и активного оборудования периодически возникает. В основном, нужно быстро определить уровень проблемы: одно дело, когда порвали/недокрутили патчкорд, другое дело — когда сдох медиаконвертер, и совершенно отдельное, когда экскаваторщик перебил кабель на 24 жилы.
Поэтому мне, как «дилетанту широкого профиля» вполне достаточно аналога «лампочки с батарейкой».
Основные функции прибора:
1) Подсветить красным лазером жилу — можно увидеть порванный/надломленный патч-корд или определить нужную жилу в кабеле (если в кроссе под сотню выходов — найти нужный иногда не так уж просто).
2) Посмотреть примерный уровень сигнала из жилы. Но слово «измерить» я бы не стал применять.
Покупка прибора была совершена довольно спонтанно. Просто в одном магазине выбирал другие «финтифлюшки» и он случайно попался на глаза. Далее был беглый просмотр цен (чтобы не купить вдвое дороже) и клик по кнопке купить. Посему вполне возможно, что найдется и дешевле. Но если брать оффлайн, то сходные по функционалу приборы продаются в разы дороже. Возможно, они точнее измеряют мощность, но мне достаточно буквально четырех градаций: «Сигнала нет» / «сигнал еле виден» / «сигнал примерно нормален» / «кто подключил Звезду Смерти с другой стороны?» Последнее — не совсем шутка. Передатчик для 100-километрового канала может физически выжечь приемник на коротком кабеле.
У продавца было около десятка вариантов подобных приборов. Основные отличия:
1) Наличие лазера подсветки и его мощность (1 или 10 мВт)
2) Форма корпуса и что-то типа пластикового чехла.
3) Интерфейс для снятия результатов измерений.
Интервал цен — от $17 до почти $40. Чем так уж хорош самый дорогой не вполне понятно, по описанию принципиальных отличий найти не удалось.
USB-интерфейс для устройства такого уровня кажется мне совершенно бесполезной опцией.
Внешний вид пластикового чехла как-то не понравился (он еще закрывает «уши» с отверстиями, за которые очень удобно подвешивать прибор на пузо).
А вот опцию лазера на 10 мВт я решил взять, она требуется как бы не чаще, чем измеритель мощности.
Комплект прибора:
Кроме самого прибора и чехла к нему (чехол простой, по вполне годный, можно вешать на ремень) имеются два металлических переходника под разъемы типа FC и SC. Разъем под SC идет с заглушкой, FC — без заглушки. Поэтому лучше хранить с навернутым переходником на SC.
Как видно, прибор имеет два разъема: для передатчика и для приемника.
Разъем передатчика не имеет переходников для фиксации патч-кордов. Под откручивающимся колпачком (колпачок на цепочке) имеется стальная трубка с керамической ферулой (ferrule) внутри. Диаметр самый распространенный — 2.5 мм. Для тонких патч-кордов (LC и аналогичных) потребуется придумывать какой-то переходник. FC/SC нормально держатся и на трении.
Разъем приемника выполнен по-другому. Ферулу там пожалели, оставили только стальную трубку. Вероятно (т.к. прибор поддерживает мультимод) у приемного фотодиода достаточно большое отверстие и легкий люфт не влияет. Люфт действительно минимален, незначительно больше чем на нормальной керамической феруле.
Внешний вид прибора:
Прибор управляется восемью кнопками.
Две левые красные кнопки управляют излучателем — верхняя (ON/OFF) включает его, а нижняя (CW/GLINT) переключает между постоянным горением и мерцанием. Для поиска на оптическом кроссе мерцание удобнее. Частота мерцания — 2 герца.
Включение излучателя индицирует красный светодиод над экраном. В режиме мерцания диод мигает синхронно с лазером.
Следующие две кнопки управляют включением измерителя и подсветкой экрана (light). Яркость подсветки не регулируется, но она вполне комфортна.
Кнопка Auto OFF управляет функцией автоматического отключения.
Кнопка dB переключает режим отображения мощности между линейной шкалой (в ваттах) и логарифмической (в децибелах).
Кнопка Zero предназначена для калибровки ноля. Мне пока не требовалась — при вставленной заглушке на индикаторе и так ноль.
Самая правая нижняя кнопка переключает измеряемую длину волны. На излучатель она никак не влияет, это касается только приемника. Впрочем, и в приемнике не вполне понятен механизм ее действия, т.к. фотодиод один и никаких управляемых фильтров там нет. Могу предположить, что кнопка просто вводит поправку результата измерения мощности в соответствии с графиком чувствительности фотодиода к разным длинам волн. Предполагаю (проверить сейчас нет возможности), что если на вход подать сигнал с несколькими длинами волн, то прибор выдаст не мощность на выбранной длине волны, а некую взвешенную сумму. Но линии со спектральным разделением каналов «в быту» встречаются редко, и я не считаю недостатком подобное поведение для прибора такого ценового диапазона.
Расчлененка
Прибор разбирается без проблем. С обратной стороны совершенно открыто имеется 4 больших винта и два поменьше (в ушах). Плата крепится еще одним винтом и двумя небольшими защелками. Приемник и передатчик смонтированы на отдельной пластиковой вставке. Как можно заметить, и на приемник, и на передатчик идет по два провода.
Верхняя часть печатной платы:
Сверху ничего интересного нет, только экран с подсветкой, да контакты кнопок. Кнопки подсветки не имеют.
Нижняя часть печатной платы:
На плате видны следующие компоненты:
1) Контроллер дисплея (распространенный HT1621B)
2) Управляющий процессор (Atmega)
3) не распаянный задел под usb-интрефейс
4) кучка логики и операционных усилителей
5) источники питания
Управляющий процессор и контакты программирования:
Колодка внутрисхемного программирования — обычные 6 контактов, только под pogo-pin.
Между кварцем и процессом стоит восьминогий чип супервизора питания.
Дискретные компоненты (ОУ и логика):
Не могу обоснованно подтвердить полезность, но применение точных резисторов мне приятно. Монтаж вполне нормальный, похоже на промышленное производство. Если сравнить с одной из предыдущих картинок, явно видно, что дисплей впаивался вручную.
Источники питания:
Явно видны два независимых импульсных преобразователя на пятиногих микросхемах. Набор обвязки практически идентичен, только дроссель в одном из каналов значительно больше (но индуктивности совпадают). Что несколько удивило — различие в выходных фильтрах. На мощном канале сначала стоит электролит(С9), а после дросселя (L4) керамика. Во втором канале — наоборот. Причем это явно не ошибка монтажника, поскольку ширина монтажных площадок отличается.
Особо анализировать схему я не стал. Как она работает — примерно понятно из набора компонентов, а тратить время на выяснение нюансов непродуктивно. Все равно TDR здесь не просматривается, обновлений прошивки тоже не будет.
Показания при открытом разъеме (без заглушки и кабеля), 1310 nm, лазер выключен:
Прибор ловит фоновую засветку, мощность минимальна. Но все-таки фиксируется целых 6 нановатт!
В верхней строке показывается выбранная длина волны.
На следующей строке выводится уровень принимаемого сигнала в dBm (децибелы, приведенные к 1 мВт). В большинстве случаев документация на оптические модули нормирует мощность именно в dBm.
Нижняя строка переключаема — можно выбрать ватты или децибелы. Особой пользы от нижней строки нет, средняя строка вполне информативна в большинстве случаев. Фактически, это просто встроенный калькулятор из dBm в ватты/децибелы.
Зачем на экране индикатор включения подсветки (солнышко) для меня не вполне понятно — разве что для проверки на случай сгорания подсветки?
Еще на экране есть индикатор низкого заряда батарейки (справа) и индикатор автовыключения (слева).
Подключаем кабель, лазер пока не включаем:
Засветка ушла.
Лазер включен, выбрано 850 nm:
Сразу виден солидный уровень, неверную длину волны прибор игнорирует.
Прибор показывает 3 мВт, при заявленной мощности лазера в 10 мВт. Но нужно учитывать, что рабочая длина лазера (650нм) далеко за пределами измерителя (850-1600 нм). Можно только предположить, что она явно больше 1 мВт — значит, с опцией мощности лазера не обманули.
Лазер включен, выбрано 1310nm:
Физическая мощность лазера не изменилась, но в вычислителе применили другие поправочные коэффициенты и индицируемая мощность упала в разы. Вероятно, на 850nm чувствительность приемника существенно слабее и прибор вводил значительный повышающий коэффициент.
Для теста я попробовал оценить мощности двух старых медиаконвертеров при выборе разных длины волн.
Первым взят сильно б/у, но вроде бы рабочий модуль Modultech MT8110SB-11-20B с передатчиком на 1550нм:
нм dBm мкВт dB
850 1.38 1374 71.38
980 -5.17 304 64.83
1300 -6.87 205 63.13
1310 -5.93 255 64.07
1490 -7.30 186 62.70
1550 -7.12 194 62.88
1625 -7.38 182 62.62
По документации мощность передатчика должна быть в диапазоне -8..-3 dBm. Учитывая потери на двух соединителях (около 0.5dB) — вполне вписывается, несмотря на то, что модуль сильно б/у и списан.
Вторым взят полусдохший (снят, т.к. глючил) Dlink DMC920R на 1310нм:
нм dBm мкВт dB
850 -3.79 419 66.23
980 -10.28 93.75 59.72
1300 -11.94 64 58.06
1310 -11 79.43 59
1490 -12.39 57.67 57.61
1550 -12.19 60.39 57.81
1625 -12.6 55.08 57.41
У самого Dlink в документации я не нашел выходной мощности передатчика, но внутри используется лазерный модуль LSB2-A3S-PC-N3, для которого декларирована мощность 0..-10dBm.
Замеры показали пониженную мощность передатчика — вполне возможно, что глюки именно из-за этого.
Про точность измерений сказать ничего не могу — под рукой нет эталонных приборов для проведения подробных контрольных замеров. Но разрешающая способность вполне на уровне. Результаты воспроизводимы до долей dBm, а при боковом давлении на разъем SC (не делайте так на рабочих системах!) уровень падает на 0.1-0.3 dBm.
С практической точки зрения, вполне достаточно отличать уровни положительных dBm / 0..-10 dBm / -10..-20dBm / <-20dBm.
А для выбора совпадающего комплекта или отбора «лучшего из худших» точные абсолютные значения и вовсе не обязательны, достаточно сравнения результатов.
Теперь перейдем к излучателю.
Принципиально, он не сильно отличается от лазерной указки. Но фокусирующей линзы на выходе нет, что приводит к такой картинке излучения лазера (в дырочку не заглядывать!!!):
К сожалению, фотографии совершенно не передают того, что видит глаз.
Так выглядит подсвеченный патч-корд в темноте:
Любая неоднородность в кабеле сразу видна. Некоторые случаи (типа сколов и царапин на штекере) диагностировать сложно, но заломаный кабель или порванная жила более чем видна. В подозрительных случаях можно чуть изогнуть провод.
По питанию. Как обычно в подобных устройствах, их авторы не умеют делать нормальное отключение батарейного питания, но любят ставить вместо нормального выключателя программную кнопку. В режиме сна прибор кушает 0.5 мА, на мой взгляд это много. В режиме измерений (без лазера) прибор потребляет примерно 20 мА. Подсветка добавляет еще 10 мА. Включение лазера — около 100 мА.
Если включить все, что только можно, потребление будет около 120-130 мА. Свежих батареек гарантированно хватит на рабочий день даже при практически постоянном использовании лазера.
Подводя итоги, могу сказать следующее:
Плюсы:
— Цена. За 1/10 цены прибора с хоть какими-то сертификатами — это идеальный прибор.
— Бегло сравнивал с показаниями аналогичного, но дорогого прибора (около 20КРуб) — особой разницы по показаниям не заметил (доли децибела). А в моем случае не то что доли, даже пара децибел ни на что не влияют. Рассортировать по мощности sfp-шки или медиаконвертеры на «брак»/«сойдет» безусловно позволяет.
— Питание от двух стандартных батареей AA (аккумуляторы тоже годятся, но быстрее загорается индикатор батарейки).
— Есть переходники на два самых распространенных разъема. К слову — у дорогих приборов переходника на LC тоже обычно нет в комплекте, а за отдельный переходник, например, типа Grandway LG120 оффлайновые «спекулянты» хотят примерно $20.
— Средней мощности лазер с функцией мерцания. Примерно аналогичный лазер у nag'овцев стоит в два раза дороже всего этого прибора.
Недостатки:
— Довольно большое потребление в отключенном состоянии.
— Погрешность измерений все-таки есть, точность нигде не декларируется, сертификатов нет.
— Измерителя длины кабеля, уровня отраженного излучения и других параметров нет.
— Корпус чуть грубоват и его можно было сделать меньше где-то на треть. Впрочем, у отечественного и недешевого Топаза — не лучше.
— При откинутой подставке в корпусе появляются сквозные дыры (видна плата).
— Лазер на два вывода (без встроенного датчика). Что там со стабилизацией рабочей точки — вопрос.
— Лазер работает только в режиме «красной светилки». Эталоном мощности на рабочие длины волн не является.
Но, откровенно говоря, если исключить первый пункт, то прочие недостатки я скорее придумывал, чем они есть. Учитывая цену.
kon-nor
https://mysku.ru/blog/aliexpress/53235.html
|
