Testarea instalațiilor PON în plină evoluție și detectarea defecțiunilor greu de identificat

Testarea instalațiilor PON în plină evoluție și detectarea defecțiunilor greu de identificat

Pe măsură ce serviciile de chat bazate pe AI și cele de generare de imagini sau video se impun la scară largă, rețelele se confruntă, din nou, cu provocarea creșterii rapide a traficului de date și a cerințelor de procesare. Pentru a răspunde acestor nevoi, tehnologia rețelelor optice pasive (PON – Passive Optical Network) este în continuă dezvoltare.

De asemenea, guvernele investesc masiv în extinderea rapidă a rețelelor de fibră optică și a infrastructurii de bandă largă 5G. Printre proiectele majore se numără: Broadband Equity, Access and Deployment (BEAD) și Rural Digital Opportunity Fund din Statele Unite, Gigabit Strategy din Germania, Double-Gigabit Network Collaborative Development Action Plan din China și Infrastructure Development Plan for a Digital Garden City Nation din Japonia.

Evoluția tehnologiei PON

În esență, o rețea PON utilizează un splitter optic pentru a împărți o singură fibră care pornește de la sediul central și poate fi partajată de mai mulți abonați. Splitterul optic este un dispozitiv pasiv și nu necesită alimentare. Acesta îmbunătățește eficiența utilizării liniei și poate fi conectat în cascadă.

Alte componente ale rețelei includ terminalul de linie optică (OLT – Optical Line Terminal) și terminalul de rețea optică (ONT – Optical Network Terminal), ambele necesitând alimentare. OLT este echipamentul de terminare a comunicațiilor optice instalat în sediul central al operatorului, iar ONT este dispozitivul de terminare la sediul clientului.

Figura 1: Configurația unei rețele PON și lungimile de undă utilizate. (Sursa: Anritsu)

Între 2003 și 2004, ITU-T a dezvoltat standardul G-PON, care suporta viteze de 2,4 Gbps pentru downlink (DL) și 1,2 Gbps pentru uplink (UL). A urmat standardul XG-PON, cu viteze de 10 Gbps DL și 2,5 Gbps UL. În 2016, a fost creat standardul XGS-PON, cu suport de 10 Gbps atât pentru traficul DL, cât și pentru UL. Pentru a răspunde cererii tot mai mari de comunicații de date, a fost dezvoltat standardul NG-PON2, care oferă 40 Gbps DL și 10 Gbps UL prin combinarea multiplexării în timp (TDM – Time Division Multiplexing) cu multiplexarea în lungime de undă (WDM – Wavelength Division Multiplexing).

Standardul XG-PON

Principala caracteristică a standardului XG-PON și a celor ulterioare este raportul de divizare suportat de splitterul optic, care a crescut la 1:128 sau chiar 1:256, față de raportul anterior de 1:64. Totuși, pe măsură ce crește numărul de ramuri, puterea optică disponibilă pe fiecare ramură scade. Aceasta impune ca echipamentele de testare, precum contorul de putere optică și reflectometrul optic în domeniul timpului (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer), să dispună de o plajă dinamică suficientă pentru măsurători precise. Tabelul 1 rezumă specificațiile ITU-T PON.

Tabelul 1: Specificații ITU-T PON

Defecțiuni și probleme ale rețelelor PON

Principala cauză a defecțiunilor într-o rețea optică este murdărirea sau deteriorarea suprafețelor terminale ale conectorilor de fibră optică, ceea ce duce la atenuarea sau reflectarea semnalului optic. Lumina reflectată introduce zgomot suplimentar în semnal, în timp ce atenuarea reduce puterea semnalului, putând genera erori de recepție la nivelul OLT sau ONT.

Deoarece punctele de conectare ale splitterului și fibrele sunt adesea instalate în incinte exterioare sau în cămine subterane pentru utilități, în condiții de căldură și umiditate, inginerii trebuie să acorde atenție sporită pentru a evita deteriorarea sau contaminarea suprafețelor terminale ale fibrei.

Alți factori, precum îndoirea excesivă a fibrei, conexiunile defectuoase și îmbinările necorespunzătoare, pot de asemenea cauza atenuarea sau reflectarea semnalului optic. Inginerii trebuie să fie foarte atenți la îndoirile fibrei în spații mici și înguste, care, în cel mai rău caz, pot provoca deteriorarea permanentă sau ruperea fibrei.

De asemenea, numărul de ramificații ale splitterului optic trebuie luat în calcul. Creșterea acestuia conduce la o putere optică mai redusă pe fiecare ramură, ceea ce necesită un buget de pierderi mai mare. Acest buget reprezintă diferența dintre puterea de ieșire a modulului optic de transmisie și sensibilitatea minimă a modulului optic de recepție.

Pentru reușita rețelelor PON, testarea este esențială

Problemele legate de instalațiile PON pot fi prevenite printr-un proces de testare complet. Tabelul 2 prezintă exemple de defecțiuni frecvente într-o rețea PON și echipamentele de testare adecvate pentru diagnosticarea acestora: sonda de inspecție a fibrei, contorul de putere optică și OTDR.

Tabelul 2: Cazuri de defectare și echipamente de testare utilizate.

Dacă suprafața terminală a unei fibre optice este deteriorată sau contaminată cu praf, unsoare ori alte particule, acest lucru poate provoca atenuarea sau reflexia semnalului optic și, în plus, poate deteriora sau contamina semnalul optic al fibrei opuse la care este conectată. Aceasta poate conduce la o defecțiune de comunicație în rețeaua PON.

Inspecția suprafețelor terminale ale fibrelor optice permite inginerilor să verifice fiecare capăt al conectorilor și, după caz, să îl curețe sau să îl înlocuiască în timpul instalării.

Deoarece dimensiunea deteriorării sau a murdăriei de pe capătul unei fibre optice poate fi prea mică pentru a fi verificată vizual, se utilizează o sondă de inspecție cu cameră integrată. În combinație cu un software de analiză – de obicei pe PC – sonda verifică automat suprafața terminală folosind viziune artificială și afișează rezultatele pe un ecran. Software-ul poate genera automat verdictul “admis/respins”. Standardul internațional IEC 61300-3-35 stabilește pragurile necesare pentru ca suprafața să treacă inspecția, în funcție de tipul de fibră optică (single-mode sau multi-mode) și tipul de conector – Physical Contact (PC) sau Angled PC (APC).

Testul de putere optică

Testul de putere optică verifică atât condițiile de instalare, cât și posibilele defecte ale unei fibre optice. Se utilizează un contor de putere optică pentru a evalua pierderea la fiecare ramificație a splitterului, precum și puterea de ieșire a transceiverului conectat la un OLT, la sediul abonatului. Acest test se efectuează împreună cu inspecția suprafeței terminale a fibrei, fie la instalare, fie în timpul întreținerii rețelei PON, pentru a dovedi conformitatea cu cerințele sistemului.

ODTR

Dacă puterea optică măsurată este mai mică decât cea necesară, cauza este greu de identificat doar cu ajutorul contorului, fiind necesară utilizarea unui OTDR. În plus, chiar dacă valorile de putere respectă cerințele, cablul de fibră optică poate prezenta probleme ascunse – precum îndoire excesivă, conexiuni slabe sau îmbinări defectuoase (insufficient fusion) – care pot compromite stabilitatea comunicațiilor pe termen lung.

La testul fibrei optice, se utilizează un OTDR pentru a localiza evenimente precum pierderile de putere, reflexiile sau punctele de defecțiune de-a lungul fibrei. Conectat la un capăt, modulul OTDR lansează impulsuri optice în fibră, apoi măsoară și analizează atât lumina împrăștiată înapoi din fibră, cât și lumina reflectată provenită din conexiuni defectuoase sau din ruperi de cablu.

Figura 2: Starea cablului de fibră optică și forma de undă a măsurătorilor OTDR. (Sursa: Anritsu)

OTDR poate detecta și evalua caracteristici precum lungimea fibrei, conectorii, îmbinările, splitterul optic, pierderile la punctele de îmbinare și conectare, pierderile de transmisie, pierderile datorate curburilor macro și pierderile totale de reflexie (Total Return Loss).

Rețea XGS-PON

Într-o rețea XGS-PON cu mai multe separatoare optice în cascadă, numărul maxim de ramuri este de 128. De exemplu, când un splitter cu un raport de 1:8 este conectat în cascadă cu un splitter de 1:16, pierderea teoretică este de aproximativ 21 dB – adică 9 dB pentru cele 8 ramuri și 12 dB pentru cele 16 ramuri. Pe lângă splitterul optic, trebuie luate în calcul și alte pierderi: cele generate de îmbinări, de conectorii instalați pe traseu, precum și pierderile de transmisie în fibră.

Pierderile cauzate de curburi trebuie, de asemenea, considerate. Astfel, pierderea totală reală este mai mare decât valoarea teoretică. Dacă se utilizează un OTDR cu gamă dinamică redusă, puterea optică returnată după trecerea prin splitter poate fi mai mică decât sensibilitatea de recepție a aparatului. În acest caz, devine dificil de detectat pierderile, reflexiile, punctele de defectare și alte evenimente apărute după splitterul optic. De aceea, este esențial să fie ales un OTDR cu o gamă dinamică suficient de mare, semnificativ peste pierderea totală estimată a rețelei PON.

În plus, XGS-PON și NG-PON2 folosesc lungimi de undă mai mari decât G-PON. Cum pierderile optice cauzate de curburi cresc proporțional cu lungimea de undă, este necesară o atenție specială pentru reducerea curburilor fibrelor.

Echipament de testare necesar la instalarea unei rețele PON

Anritsu oferă două tipuri de sonde pentru inspecția suprafeței terminale a fibrei:

• sonda de inspecție cu autofocalizare G0382A, care asigură focalizarea automată a suprafeței terminale a fibrei (fiber end-face);
• sonda de inspecție video G0306C, care permite focalizarea manuală a suprafeței terminale.

Aceste sonde se conectează la un PC sau la un OTDR și sunt livrate cu software de analiză și cu o varietate de vârfuri de conectare compatibile cu diferite tipuri de conectori de fibră optică.

Figura 3: Sonde de inspecție video. Stânga: Sondă de inspecție video cu autofocalizare G0382A Dreapta: Sondă de inspecție video G0306C (Sursa: Anritsu)

Modulul OTDR din seria Network Master Pro MT1000A/MT1040A, MT9085 și modulul μOTDR din seria MT9090A sunt echipate cu o funcție integrată de măsurare a puterii. În plus, includ o sursă de lumină, astfel încât inginerii să poată evalua pierderea optică a splitterului utilizând funcția de contor de putere.

Când specialiștii din teren repetă testele pentru fiecare ramificație a splitterului optic, o funcție de tip “tabel de pierderi” (loss table function) salvează rezultatele într-un istoric centralizat, permițând gestionarea unitară a datelor.

Testare end-to-end PON

Anritsu oferă, de asemenea, modele cu gamă dinamică ridicată, care permit testarea end-to-end pentru sistemele PON cu până la 128–256 ramuri.

Figura 4: Echipamente OTDR. (Sursa: Anritsu)

Lipsa de familiaritate cu testerele de teren și procedurile complexe, în special pentru inginerii neexperimentați, reduce eficiența operațiunilor. Pentru a rezolva această problemă, Anritsu oferă funcția Fiber Visualizer, care afișează pictograme intuitive, fiecare reprezentând un punct specific – capătul fibrei optice, splitterul PON, curbura fibrei, conectorul de fibră sau punctul de îmbinare. Această funcție evaluează automat rezultatele în format pass/fail, pe baza unor praguri prestabilite.

Pentru a limita erorile de operare și a crește eficiența, MT1000A și MT1040A includ și o funcție de testare automată pe bază de scenarii, care ghidează tehnicianul pas cu pas prin procedura de lucru.

Figura 5: Exemplu de control de la distanță utilizând SORA. (Sursa: Anritsu)

Modulul OTDR MT1000A/MT1040A și seria MT9085 permit și operarea de la distanță prin LAN wireless, astfel încât inginerii să poată controla OTDR-ul instalat la sediul abonatului și să vizualizeze măsurătorile pe o tabletă. Acest lucru reduce numărul deplasărilor între șantier și sediul abonatului.

În unele cazuri, inginerul de teren poate întâlni probleme prea complexe pentru a fi rezolvate local. Pentru a permite asistență de la distanță oferită de un inginer experimentat sau un administrator, soluția SORA (Site Over Remote Access) MX109020A, bazată pe cloud, conectează MT1000A/MT1040A la o rețea mobilă prin LAN wireless și apoi prin cloud. SORA poate încărca direct în cloud și rapoartele cu rezultatele măsurătorilor.

Concluzii

Tehnologia PON evoluează rapid și devine tot mai complexă pe măsură ce rețelele trebuie să susțină creșterea traficului de date și a cerințelor de procesare. În consecință, testarea rețelelor PON cu până la 256 de ramuri și lungimi de undă mai mari devine mult mai solicitantă, deoarece aceste rețele sunt mult mai sensibile la defecțiuni.

Pentru validarea instalațiilor PON complexe și pentru identificarea defecțiunilor greu de detectat, sunt indispensabile instrumentele cu gamă dinamică ridicată și funcțiile de automatizare.

Anritsu oferă o gamă completă de echipamente de testare de înaltă performanță dedicate rețelelor PON avansate, integrând în același timp automatizarea și accesul de la distanță pentru a spori eficiența operațională și a simplifica procesul de testare în beneficiul inginerilor.

Anritsu Corporation

Glosar de termeni

• PON (Passive Optical Network) – Rețea optică pasivă, tehnologie care permite partajarea unei singure fibre optice de către mai mulți abonați prin utilizarea unor splittere pasive.
• OLT (Optical Line Terminal) – Echipament instalat la sediul operatorului, care gestionează comunicațiile optice către abonați.
• ONT (Optical Network Terminal) – Echipament de terminare instalat la sediul clientului, prin care utilizatorul accesează rețeaua PON.
• OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) – Reflectometru optic în domeniul timpului, instrument utilizat pentru a identifica pierderile, reflexiile și defectele dintr-o fibră optică.
• Splice Loss – Pierderi la îmbinare (în urma sudurii fibrelor optice).
• Micro-/Macro-bend Loss – Pierderi la curburi micro/macro, cauzate de îndoirea excesivă a fibrei.
• Fiber Disconnection – Discontinuitate a fibrei (întreruperea completă a continuității optice).
• Total Return Loss – Pierderi totale de reflexie, indicator al nivelului de semnal reflectat înapoi pe fibră.
• Fiber End-Face – Suprafața terminală a fibrei, zona expusă a conectorului optic, unde se pot acumula impurități sau deteriorări.
• Loss Table Function – Funcție de tip „tabel de pierderi”, utilizată în echipamentele OTDR pentru stocarea și compararea rezultatelor de test.
• Fusion Splicing / Insufficient Fusion – Sudură prin fuziune a fibrelor optice / îmbinări defectuoase, cauzate de o sudură incompletă.
• Fiber Visualizer – Funcție software care afișează evenimentele de pe fibră sub formă de pictograme intuitive, simplificând analiza pentru tehnicieni.
• SORA (Site Over Remote Access) – Soluție bazată pe cloud, care permite controlul de la distanță al OTDR-urilor și partajarea rapoartelor de testare.