Транковые кабели для систем параллельной оптической передачи

Транковый кабель представляет собой предоконцованное изделие. Используемая для его изготовления технология по своим функциональным параметрам обычно заметно превосходит мобильные полевые варианты. Это позволяет внедрить в конструкцию выпускаемых компонентов ряд новшеств, что, в свою очередь, дает возможность максимально учесть особенности применения и заметно повысить ценность продукта для его пользователей. Некоторые из таких особенностей рассматриваются далее.

СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ СТАЦИОНАРНЫХ ЛИНИЙ

В многомодовых сетевых интерфейсах 100 и 400 Gigabit Ethernet могут использоваться различные схемы уплотнения кабельного тракта, среди которых в большинстве случаев присутствует «чистое» пространственное мультиплексирование. Обращение к такому приему вызвано тем, что при передаче десятков и сотен гигабит в секунду ограничения в быстродействии современной электроники позволяют обеспечить скорость для отдельного субканала не более 10 или 25 Гбит/с. Это вынуждает задействовать одновременно большое количество световодов: до 20 при 100 Гбит/с и до 32 для 400-гигабитной техники. Указанное количество световодов может быть выделено в линейной части тракта различными способами.

При формировании линейного тракта параллельной передачи необходимо обеспечить соблюдение норм по оптическому рассогласованию (параметру skew). Для этого все световоды одного направления выбираются в пределах одной ленты, что минимизирует влияние на skew разброса физических длин. Данное правило применимо при всех вариантах реализации сердечника транкового кабеля, например с использованием квазимодульных элементов или лент SWR.

Групповые оптические соединители МРО/MTP и их функциональные аналоги, изготовленные на основе наконечника МТ, реализуют как однорядную, так и двухрядную схему расположения волокон в армирующем наконечнике. В первом случае соединяются 12 или 16 волокон, во втором — 24 или 32 (в зависимости от типа наконечника). Преимуществом однорядной схемы можно считать несколько меньшие вносимые потери и лучшие характеристики по обратным отражениям. Кроме того, разъемы на основе однорядного наконечника оказываются не столь капризными в текущей эксплуатации. Наиболее сильной стороной двухрядной схемы, которая проявляется при большом количестве организуемых линий, можно считать двукратное увеличение плотности конструкции кабельных изделий.

Отсутствие решающего преимущества по ключевым параметрам одного вида разъема над другим приводит к тому, что 12(16)- и 24(32)-волоконные варианты соединителей имеют сопоставимую популярность. Схемы соединения розеток, образующих аппаратурный (пользовательский) интерфейс и находящихся на разных концах стационарной линии, изображены на рис. 1, а и 1, б. По аналогии с сетями связи общего пользования стационарные линии, сформированные таким образом, условно называются однокабельными и двухкабельными. Для поддержания единообразной терминологии данные обозначения распространяются и на тракты.

Рис. 1. Варианты формирования трактов параллельной передачи при различном исполнении линейной части стационарных линий (на примере 12- и 24-волоконных транковых кабелей)

Схема на основе кабеля Х-типа (рис. 1, в) представляет собой промежуточное решение, в котором объединены основные характерные черты и преимущества однокабельного и двухкабельного вариантов. Единственным серьезным недостатком является необходимость применения кабеля со специальной структурой сердечника, чтобы отдельные световоды ленты можно было распределить по разным вилкам с помощью простых средств.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРЕТЕРМИНИРОВАННЫХ КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО ГЕНДЕРНОСТИ И ПОЛЯРНОСТИ, ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Механизм взаимного выравнивания армирующих наконечников стандартного для параллельной передачи разъема MPO/MTP построен по схеме «штырь — отверстие», причем штырьки и отверстия разнесены на разные вилки. Соответственно, эти компоненты имеют различную гендерность. Вилка со штырьками обозначается как male (m), тогда как с отверстием — female (f). С учетом претерминированного характера кабельных изделий для параллельной передачи, данная особенность должна указываться в их индексе.

Для транковых кабелей могут применяться вилки четырех различных конфигураций (см. рис. 2).

Рис. 2. Разновидности вилок транковых кабелей для параллельной передачи

С учетом гендерности вилок кабельные изделия разделены на несколько типов: m-m, f-f и m-f, где буквой m (от англ. male) обозначены вилки со штырьками, а буквой f (от англ. female) — вилки без штырьков. Основная масса кабельных компонентов относится к симметричному типу m-m и f-f, причем первые из них представлены преимущественно линейными кабелями, тогда как вторые — шнуровыми изделиями.

В стандартах, начиная с ANSI/TIA-568B, указывается, что коммутируемое часто изделие не должно иметь центрирующих штырьков. Это объясняется высокой опасностью их загрязнения и сложностью очистки торцевой поверхности вилок стандартных разъемов MPO/MTP. Кроме того, поскольку диаметр центрирующих штырьков невелик, они не отличаются высокой механической прочностью и в процессе эксплуатации должны находиться в защищенном месте. Таковым считается гнездо розетки.

Необходимость использования несимметричных шнуров отображения m-f возникает крайне редко. Относительно большое распространение они получили только в одномодовой технике и трактах Base8, что в первом случае объясняется широким применением транковых кабелей с гендерностью типа female как способа блокировки неправильного подключения к ним многомодовых шнуров и кассет, а во втором — 12-волоконных шнуров.

Кроме того, в полном индексе транкового кабеля указывается взаимная ориентация ключевых элементов вилок противоположных концов, необходимая для правильного построения тракта с точки зрения его полярности. Cуществуют два варианта такой ориентации (совпадающая и несовпадающая), соответствующие им разновидности обозначаются как А и В.

В изделиях типа А номер посадочного места для световода в разных вилках всегда один и тот же, то есть 1 соединяется с 1, 2 с 2 и т. д. Поэтому такие вилки развернуты ключами в разные стороны.

Изделия типа B характеризуются тем, что вилки имеют «естественную» однотипную ориентацию: ключевые элементы развернуты в одну сторону. При такой структуре происходит скрещивание световодов и тем самым облегчается достижение правильной полярности.

Из соображений единообразия данная классификация распространяется и на коммутационные шнуры.

Еще одна разновидность транкового кабеля (обозначается как тип С) рассчитана на передачу сигналов исключительно дуплексных интерфейсов и имеет специальную раскладку волокон. Изделия типа С отличаются тем, что в них выполнено скрещивание волокон в пределах одной пары, которое требуется при дуплексной передаче. Кроме того, при такой схеме нет смысла изготавливать шнуры I-типа и такая структура применима только для транковых кабелей.

Сводка стандартных разновидностей кабельных изделий для параллельной передачи по полярности и областям применения представлена на рис. 3.

Рис. 3. Основные разновидности оконцованных кабельных изделий I-типа (условно показаны с вилками типа female)

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ТРАНКОВЫХ КАБЕЛЕЙ

Большое количество вариантов исполнения вилок и линейных кабелей существенно усложняет как проектирование информационной проводки, так и ее последующую эксплуатацию.

Ситуация заметно, хотя и не радикально, облегчается тем, что количество минимально необходимых для решения важных задач разновидностей конфигураций сокращается при использовании следующих приемов:

• соблюдение положений стандартов в отношении структур трактов, имеющих разновидности А и В (вариант С из-за его ограниченных функциональных возможностей не рассматривается);
• использование для оконцевания кабельных изделий универсальных вилок, в которых предусмотрена возможность изменения гендерности и полярности в зависимости от конкретной производственной ситуации;
• подбор структуры кабеля таким образом, чтобы она в максимально полной степени соответствовала потребностям построения и эксплуатации проводки.

На физическом уровне систем параллельной передачи, в отличие от прочих разновидностей СКС, во время текущей эксплуатации может осуществляться плановое изменение структуры стационарных линий. Потребность в этом возникает в процессе решения следующих задач:

• переход от дуплексной схемы передачи к параллельной;
• увеличение степени уплотнения кабелей в слумчае построения проводки по схемам Base12 и Base24.

Обычно переход выполняется от дуплексной передачи к параллельной. По мере внедрения техники SWDM не исключен возврат к двухволоконной схеме организации связи при условии внедрения соответствующей аппаратуры следующего поколения.

С учетом перечисленных обстоятельств, при выборе структуры транкового кабеля за основу целесообразно взять следующие положения:

• переход к иной конфигурации стационарной линии осуществляется с помощью адаптера;
• вилки транкового кабеля могут формировать пользовательский интерфейс информационной проводки.

При параллельной передаче часто используются адаптеры, интерфейс которых может быть пользовательским (традиционным) и скрытым. Первый предполагает прямой доступ к отдельным волокнам транкового кабеля, а второй характерен для линейной стороны модульно-кассетного решения. В обоих случаях могут применяться разветвительные шнуры. Некоторые из возможных вариантов организации трактов представлены на рис. 4.

Рис. 4. Основные варианты реализации интерфейсов кабельной системы при параллельной передаче: а, б, в — традиционный интерфейс; г — скрытый интерфейс

С учетом перечисленных особенностей оконцевание многоволоконного транкового кабеля наиболее целесообразно выполнять с помощью вилки со штырьками (исполнение male). Это позволяет:

• подключать сетевые интерфейсы к кабельной системе симметричными по виду гендерности аппаратными шнурами с вилками типа female (интерфейс всегда выполняется по схеме male);
• улучшить эксплуатационные параметры кабельной системы за счет того, что штырьки всегда находятся в розетке и меньше подвергаются загрязнениям;
• упростить переход от модульно-кассетного исполнения стационарной линии к традиционному;
• добиться однотипности исполнения аппаратных и коммутационных шнуров.

Исключения из указанного правила имеет смысл делать, только когда требуется обеспечить механическую блокировку ошибочного подключения и коммутации. Например, вилками с гендерностью female часто снабжаются одномодовые транковые кабели и транковые кабели системы Base8.

В первом случае проблема нетипового интерфейса решается установкой разветвительной кассеты (в подавляющем большинстве одномодовых сетевых интерфейсов используется дуплексная схема организации связи). Во втором случае в состав штатных компонентов кабельной системы вводятся переходные шнуры с вилками male и female на разных концах. Дополнительно применяются различные маркирующие компоненты. Стандартом де-факто в этой области является серый цвет различных накладок и декоративных элементов дизайна, а также нанесение цифры 8 на корпус вилок и кассет.

СПОСОБЫ ДОСТИЖЕНИЯ КРУГЛОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

Исторически сложилось так, что в системах параллельной передачи применяются преимущественно ленточные кабели, а в силу особенностей структуры этих изделий сердечник оптического кабеля имеет форму, которую никак нельзя назвать круглой. Нередкое использование в составе конструкции облегченных упрочняющих покрытий не помогает исправить ситуацию. В результате регулярную укладку кабеля трудно обеспечить, что ведет к неоптимальному использованию доступной емкости каналов, а нередко и к механическому повреждению отдельных волокон и даже самого кабеля (при нарушениях технологии прокладки и перекручивании изделия).

Для устранения этого недостатка предложен ряд решений. Большинство из них так и не были востребованы, но при современном уровне техники необходимые кабели легко могут быть запущены в серийное производство.

К традиционным средствам достижения поставленной цели отнесем конструкции, в которых используются отдельные ленты.

Первое из таких решений обеспечивает придание круглой формы поперечному сечению кабеля за счет размещения под оболочкой одного или нескольких заполняющих элементов. Каждый из них содержит в своей центральной части вырез для укладки в него ленты световодов. Очевидным недостатком является неизбежное увеличение жесткости всей конструкции, что, впрочем, компенсируется наличием разрезов в заполняющем элементе: четыре отдельные идентичные части могут перемещаться относительно друг друга при изгибах кабеля (рис. 5, а).

Рис. 5. Основные способы достижения круглой формы поперечного сечения транкового кабеля: а — применение внутренних профилированных элементов-заполнителей; б — замена одной ленты на несколько с сохранением общего количества волокон; в — применение профилированного сердечника; г — обращение к конструкции типа break-out

Поперечное сечение транкового кабеля становится более округлым в случае замены одной типовой, например 8-волоконной, ленты на две или три типовые 4-волоконные, которые укладываются в стопку. «Двухленточный» вариант такой структуры, который хорошо согласуется со схемой построения стационарной линии Base8, изображен на рис. 5, б. Сечение имеет овальную форму, которая мало отличается от круглой.

Отдельно укажем на то, что, помимо центрального расположения подобной многоэлементной структуры, для многоволоконных конструкций характерна укладка стопок ленточных волокон в радиальные камеры фигурного сердечника (рис. 5, в).

Сердечник круглой формы вполне может формироваться из отдельных изделий (рис. 5, б) по известной схеме break-out кабеля внутренней прокладки. Структура, соответствующая такой схеме, показана на рис. 5, г.

Вполне возможен и отказ от ленточной конструкции. При выборе такого пути в первом случае речь идет о круглой квазимодульной структуре fiberUnit. Основным недостатком такого решения является сложность получения подобных компонентов с количеством волокон свыше 12. Второй случай относится к лентам SWR.

Еще один подход к обеспечению более полного использования доступной площади кабельного канала основан на применении так называемых низкопрофильных конструкций. Их суть состоит в укладке под оболочку нескольких стопок лент с относительно небольшим количеством волокон. Таким образом, кабель в поперечном сечении приобретает форму, близкую к квадратной со скругленными углами (рис. 6). Для обеспечения необходимой механической прочности изделия сердечник дополняется силовыми элементами, которые укладываются в периферийные пустоты между отдельными лентами.

Рис. 6. Низкопрофильный ленточный кабель

ОРИГИНАЛЬНЫЕ КРУГЛЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Возможности обычного «стопочного» исполнения сердечника на ленточных волокнах (рис. 5, б) ограничены тем, что из-за неровности укладки отдельных лент при формировании кабельного сердечника нарастает оптическое рассогласование (skew). Этот недостаток устраняется главным образом путем применения так называемых групповых ленточных волокон. Ленточное исполнение световодов с их жестким механическим выравниванием по длине сохраняется, но сама лента изготавливается с изломами — волокна разделяются на отдельные группы. Известны две разновидности «сэндвич»-структур из четырехволоконных групп световодов с их размещением на ленте.

Первая конструкция представляет собой изделие с двухсторонней наклейкой волокон на ленточное основание. Установка отдельных групп выполняется с разрывами, ширина которых несколько превышает диаметр оболочки световода, а сами разрывы отделяются от участков с волокнами перетяжками (рис. 7, а). Перед началом формирования сердечника такая лента сгибается и складывается в форме стопки (рис. 7, б).

Рис. 7. 12-волоконные транковые кабели на основе групповых ленточных волокон: а, б — с двухсторонней наклейкой на ленту; в, г — с соединением отдельных 4-волоконных рядных сборок по схеме zip-cord

В основу второй конструкции положено соединение отдельных четырехволоконных рядных сборок с помощью узких перемычек по образцу дуплексных кабелей со структурой zip-cord (рис. 7, в). Длина перемычки выбирается таким образом, чтобы сборки можно было уложить в стопку (рис. 7, г).

Отметим, что из-за выпуклой формы фиксирующих перемычек структуры zip-cord внешний диаметр кабеля оказывается несколько больше, чем в предыдущем случае.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Серийные транковые кабели имеют ряд разновидностей исполнения, что позволяет формировать все те варианты линий, которые предусмотрены стандартами и востребованы на практике.

При прочих равных условиях транковые кабели целесообразно армировать вилками MPO/MTP типа male (со штырьками). Это облегчает переход между различными схемами построения стационарных линий и наращивание скоростей передачи по мере возникновения такой необходимости.

Отказ от соблюдения предыдущего правила имеет смысл, только когда требуется обеспечить механическую блокировку некорректного подключения специальных разновидностей транковых кабелей к обычным. К специальным относятся одномодовые изделия и кабели системы Base8.

Технологические возможности производственных предприятий позволяют добиться круглой или близкой к ней формы поперечного сечения, что заметно ускоряет создание и упрощает последующую эксплуатацию информационной кабельной системы ЦОДа.

Андрей Семенов, директор по развитию СУПР, профессор МТУСИ