如何检测万兆链路的质量

文｜美国福禄克公司 尹 岗

如何检测万兆链路的质量

文｜美国福禄克公司 尹 岗

万兆链路比千兆链路对质量要求更高。本文讨论如何检测万兆光纤链路和电缆链路的质量，特别是确认原来运行千兆但现在准备升级到万兆的链路是否能可靠地支持新的高速应用。文中将分别讨论万兆光纤和万兆电缆链路的质量检测方法。

随着数据集中、网络视频、数据下载、SAN的迅速推进，伴随着万兆设备价格的持续下降，万兆光纤和万兆电缆链路的应用已进入迅速扩张阶段。在从千兆链路向万兆链路升级、迁移的过程中，在数据中心中出现最多的介质问题有二：一个问题是原来布放的OM3光纤在支持千兆时运行正常，但在更新万兆设备后却出现误码率偏高或者连接困难的现象；另一个问题则是，原先布放的6类电缆系统可否继续支持迁移到万兆电缆端口设备，因万兆电缆设备的价格比万兆光纤设备的价格便宜15%～40%，而数据中心的链路长度一般都不太长，这样作可以进一步节省投资，并可尽早地开通万兆业务。

1 如何检测万兆光纤链路的质量

万兆高速光纤需要全部进行认证测试。表1是万兆光纤的应用标准。对于长距离万兆光纤链路，一般使用单模光纤，可以使用传统的衰减测试（OLTS方法）来判断链路质量。而在智能建筑和数据中心中，万兆光纤的使用距离都不长，一般控制在300m以内。出于成本的考虑促使人们经常采用多模光纤的万兆方案。但园区使用短距离多模光纤也受到诸多的限制，比如一般都要求使用50μm的激光优化光纤（OM3），更长距离则需要考虑选择还未正式定案的OM4光纤。人们对于已经布放的OM3光纤是否能够支持万兆存在较多疑问。这种疑问更多地来自于从千兆光纤迁移到万兆光纤应用的用户，他们发现原先布放的OM3光纤不是他们想象的那样，只要长度和链路衰减值不超过标准规定的极限值，就可以放心地安装万兆设备，稳妥地升级到万兆光纤。这其间遇到的最主要问题就是新安装的万兆光纤链路误码率较高，造成端口出错率偏高，有时甚至完全无法连通。仔细检查后发现多是由于光纤连接点和熔接点的质量问题引发了系统故障，少数是因光纤本身质量问题或使用了假冒的OM3光纤、误用了OM2/OM1光纤造成。

表1 万兆链路对应的标准

连接器问题中比例最高的是端面污染，比如指纹、灰尘、油脂、不良清洁剂，以及清洁后残留纤维、发丝等，其次是端面研磨光洁度不够高，角度、轴心不匹配，存在裂纹、杂质等。由于光纤跳线多数是“凸出”式暴露设计，很容易在安装过程中被指纹和灰尘污染或擦伤。这些问题在千兆及以下速度应用时可能不会引发故障，直到向万兆迁移的时候才出现问题。

由于OM3激光优化光纤的折射率是渐变的，也就是说在纤芯处最高，沿着光纤的半径方向逐渐降低。这就可能在安装过程中遇到由于污渍、光洁度不足、轴心偏心等问题造成纤芯错位，增加色散值。端面处理不好的光纤会有过强的菲涅尔反射，造成光脉冲能量在光纤中的反射、叠加，破坏原来的光脉冲波形，引起误码率增加。

不良的熔接点也有类似的问题。首先是纤芯熔接错位，其次是熔接过度、不均匀，这些都会增加光纤的衰减值和色散，造成链路的误码率和色散值增加。

所以，除了测试万兆光纤链路的衰减值外，还应该测试色散值。但色散值的测试通常是实验室的测试项目，测试设备的价格昂贵且不能做成手持式工具，极大地限制了工程现场对色散测试的普及。2004年TSB-140标准给出了一个相对有效的检测答案，消除了高速光纤测试中的许多疑惑。虽然仍不能用在现场直接测试色散，但可以间接地通过测试光纤的OTDR（光时域反射）曲线来判断高速光纤的质量。这是基于如下一些假设：

◆ 色散可使OTDR测试脉冲反射后变宽；

◆ 熔接点质量不良将造成熔接点的反射衰减值增大；

◆ 连接点的各种质量问题都可能造成反射脉冲的强度、宽度、连接点回波损耗（ORL）、连接点衰减值等参数出现过量或者波形畸变。

TSB-140标准把这种OTDR曲线测试定义为二级光线测试（Tier2），其实质就是在传统的一级光纤测试的基础上增加OTDR曲线，并通过人工赋值的方式来对测试得到的连接点和熔接点的各种异常“事件”进行评判。

实际测试程序简介如下：对于可能赋予高速应用的光纤，应在合同中要求进行光纤二级测试；按照要求先对被测光纤进行传统的一级测试，保存一级测试的结果；然后用高解析度/分辨率的OTDR对光纤进行二级测试，可以根据通用要求对测试的事件进行判断，确认是“通过”还是“失败”；将一级、二级测试结果合并到一个测试报告中，提交作为验收测试报告。

需要特别指出的是，用于二级测试（Tier2）的OTDR一般是适用于园区网和局域网类型的，使用长途干线测试的OTDR则可能因为事件死区太大而不能识别微距事件（比如3m跳线）。另外，二级测试报告最好能同一级测试报告合并，以便调用和分析测试结果。

由于发射死区和事件死区的存在，万兆链路最容易出问题的两端却有可能在二级测试的时候被忽略掉。所以，正规的二级光纤OTDR测试应该使用发射补偿光纤和接收补偿光纤，这样就可以将被测链路两端的连接器质量纳入考察范围。

由于局域网，特别是数据中心使用的多模光纤长度多数都不长，所以为了精确地测试衰减应该使用方法B。局域网中大量应用高速光纤的同时还会大量使用优质跳线，而维护人员往往发现即便是高价买回来的所谓“正品”跳线有时候也会引发误码率增加或连接困难的故障，因此希望对批量采购的光纤跳线进行进场测试或验货入库测试。光纤跳线的衰减值通常都很小，如果使用一级测试的方法检测，多数可能是合格的。但高速光纤跳线最重要参数是回波损耗（ORL），使用福禄克网络公司提供的高解析度的OptiFiber光纤认证分析仪可以检测光纤跳线的ORL值。

图1是一条224m长的高速光纤链路的OTDR曲线，从图中可以看出，152m处的光纤连接器造成了1.93dB的过量衰减，214m处的熔接点造成的损耗过大（0.72dB），这些很可能就是引发万兆链路不合格的真正原因。图1中右边的事件表格和左边的OTDR曲线是对应的，如果事先在OptiFiber中设置判断值，则表格中的状态一栏就会出现通过/失败。

图2是二级测试的合并报告样本，其中包含衰减值、OTDR曲线、事件表、端面视频图、链路真实结构图Channel Map等。

图3是连接使用补偿光纤（面包图）进行OTDR测试。

由于TSB-140中定义的二级光纤测试只是选测内容，对可靠性要求高的用户，特别是数据中心用户，需要在合同中明确提出二级测试的要求，这样才能真正保证自己的权益和高速光纤系统的质量。

当万兆以太网进行远距离（＞40km）传输时，由于色散的原因系统的性能会严重下降。这个时候就需要使用色散测试仪对色散进行测试，以保证系统能够稳定地传输。

2 如何测试万兆电缆链路的质量

万兆电缆链路主要支持10GBase-T应用（IEEE 802.3an定义）。电缆支持万兆链路的问题主要是捆扎在一起的电缆之间的互相干扰。这是由于万兆工作的物理带宽扩展至500MHz，我们知道，频率越高，辐射越强。在这个频率下，电缆中的线对对外辐射的信号能量大大增强，捆扎在一起的电缆就会接收这些辐射，从而干扰自己的信号传输。这种辐射干扰被称作外部串扰，如图4所示。

TSB-155、TIA 568-C等标准定义了支持万兆的电缆标准。基本上，6类UTP链路在55m内可以勉强支持万兆，STP则可以稳定地支持万兆。超过55m的UTP则不能保证支持万兆应用。TIA 568-C中定义了用于稳定支持万兆应用到100m距离的增强的6类链路Cat.6A，并要求进行“六包一”测试，ISO 11801中则相应地定义了Class Ea。无论是Cat.6 UTP还是Cat.6A UTP，即便通过了供应商的“六包一”测试，现场仍然需要进行外部串扰测试。

首先来谈谈选型或进场测试对外部串扰的测试方法。此时可以按照供应商的“六包一”方法（如图5所示）进行外部串扰测试，测试方法见图6。一般是使用电缆分析仪的一个单元作为干扰源方发出干扰信号，用另一个测试单元作为信号接收机接收外部串扰信号。“六包一”测试需要确保被干扰链路始终处在中心位置，链路两端可以使用永久链路或者通道方式进行连接。对比研究的结果显示，“六包一”测试结果一般适用于12根一捆的随意捆扎的电缆束，这适合于多数的场合。工程当中一般也不建议在万兆链路中使用24根或者48根的电缆束。

接下来谈论一下现场如何测试外部串扰。全部测试每根电缆链路的外部串扰将是一个工作量很大的挑战，所以现场一般进行的是抽测，抽测比例是1%，上限为5条或者10条。由于抽测量过少，所以要求被抽测的链路要有很高的典型代表性。一般有这样一些样本抽取原则：在电缆束中最大、最长的样本中抽取被干扰链路样本；选取配线架上比较居中者作为样本；将虽然不在一个电缆束中但模块相邻的链路也纳入干扰链路的样本。

现在来谈谈测试程序。首先，测试全部所选样本的链路参数，然后将测试仪的主机连接到被干扰链路，副机连接到干扰样本链路，依次测试每个外部干扰值。测试完毕软件会自动算出总的外部干扰值和信噪比，并判断是否通过，如图7、图8所示。

对于存在过量外部串扰的相邻模块，需要予以更换。如果进场测试或选型测试时已通过了“六包一”测试，则现场测试时发现过量的外部串扰最可能的原因就是电缆束过大，此时需要将相应的电缆束改小，比如将24根的线束改为12根或者6根的线束。如果6根的线束仍然不合格，则需要试着重新调整电缆路由或者更换电缆。

3 结束语

高速光纤链路，特别是万兆链路，只按照一级测试标准进行测试不能保证链路的真正质量，需要引入色散测试和光纤二级测试。色散测试由于存在使用限制而较少使用，推荐采用光纤二级光纤测试（特别在园区网中）。它可以帮助确认高速光纤链路中不合格的元件和连接点、熔接点，大大增强万兆链路的可靠性。万兆电缆链路则因为投资较低具有相当的吸引力，对于相对廉价UTP万兆链路，需要抽测外部串扰参数，以确保其能稳定可靠地支持万兆应用。屏蔽链路原则上不需要测试外部串扰，只是在接地测试有问题的时候需要考虑进行外部串扰测试。