STARANJE IN POSLABŠANJE OPTIČNIH OMREŽIJ

(1)

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

TONI SARAĐAN

STARANJE IN POSLABŠANJE OPTIČNIH OMREŽIJ

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehniko

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

TONI SARAĐAN

STARANJE IN POSLABŠANJE OPTIČNIH OMREŽIJ

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika

Mentor: izr. prof. dr. Boštjan Batagelj

Ljubljana, 2021

(4)

(5)

Tržaška cesta 25, p.p. 2999

1000 LJUBLJANA, Slovenija telefon: 01 476 84 11 faks: 01 426 46 30 www.fe.uni-lj.si

e-mail: dekanat@fe.uni-lj.si

Spodaj podpisani študent, TONI SARAĐAN, vpisna številka 64170392, avtor pisnega zaključnega dela študija z naslovom: Staranje in poslabšanje optičnih omrežij,

IZJAVLJAM,

1. a) da je pisno 1 zaključno delo študija rezultat mojega samostojnega dela;

b) da je pisno zaključno delo študija rezultat lastnega dela več kandidatov in izpolnjuje pogoje, ki jih Statut UL določa za skupna zaključna dela študija ter je v zahtevanem deležu rezultat mojega samostojnega dela;

2. da je tiskana oblika pisnega zaključnega dela študija istovetna elektronski obliki pisnega zaključnega dela študija;

3. da sem pridobil vsa potrebna dovoljenja za uporabo podatkov in avtorskih del v pisnem zaključnem delu študija in jih v pisnem zaključnem delu študija jasno označil;

4. da sem pri pripravi pisnega zaključnega dela študija ravnal v skladu z etičnimi načeli in, kjer je to potrebno, za raziskavo pridobil soglasje etične komisije;

5. da soglašam z uporabo elektronske oblike pisnega zaključnega dela študija za preverjanje

podobnosti vsebine z drugimi deli s programsko opremo za preverjanje podobnosti vsebine, ki je povezana s študijskim informacijskim sistemom članice;

6. da na UL neodplačno, neizključno, prostorsko in časovno neomejeno prenašam pravico

shranitve avtorskega dela v elektronski obliki, pravico reproduciranja ter pravico dajanja pisnega zaključnega dela študija na voljo javnosti na svetovnem spletu preko Repozitorija UL;

7. da dovoljujem objavo svojih osebnih podatkov, ki so navedeni v pisnem zaključnem delu študija in tej izjavi, skupaj z objavo pisnega zaključnega dela študija.

8. da dovoljujem uporabo mojega rojstnega datuma v zapisu COBISS.

V: Ljubljani

Datum: 11. 7. 2021

1 Obkrožite varianto a) ali b).

Podpis študenta:

Recoverable Signature

X Toni Sarađan

Signed by: 8c864226-724d-4b1e-af70-dea6b7365d4f

(6)

Zahvala

Rad bi se zahvalil svojem mentorju, izr. prof. Batagelju, za strokovno svetovanje, potrpežljivost in spodbudo pri nastajanju diplomskega dela.

Hvala tudi vsem sodelavcem na podjetju Projekt IP d.o.o., ki so mi omogočali dostop do vseh orodij, ki sem jih uporabil tekom zaključnega dela. Hvaležen sem tudi za vse nasvete brez katerih menim, da diplomskega dela ne bi dokončal.

Posebna zahvala gre staršem, prijateljem in ostalim sorodnikom za moralno podporo v času študija.

(7)

Povzetek

Optične komunikacije so najbolj zaželena in zanesljiva oblika komunikacije. Trenutno zadovoljujejo potrebe sodobnega sveta, ki naraščajo z enormno podatkovno hitrostjo interneta.

Veliko znanstvenikov in profesorjev meni, da nam bodo optična omrežja, ki jih uporabljamo danes, zadoščala še kar nekaj časa. V tem diplomskem delu je na začetku predstavljena merilna oprema nato pa aktivna in pasivna oprema, ki se uporablja v optičnih omrežjih. Nato je predstavljen način predvidevanja delovanja optičnih tras in življenjske dobe optičnega kabla s pomočjo Weibullove distribucije. Na koncu dela je primerjava rezultatov starejših in novejših meritev na optičnih trasah. Opisan je proces iskanja ter odpravljanja napak in sanacije optičnega omrežja. Dodatno sta omenjena vzrok težav in način preprečevanja ponovnega nastajanja istih problemov.

Ključne besede:

optična omrežja, aktivna optična oprema, pasivna optična oprema, merilna optična oprema

(8)

Abstract

Optical communications are currently the most desirable and the most reliable form of communication. For the time being, this form of communication is more than enough to satisfy the needs of an ever-increasing modern internet data traffic. Plethora of scientists and professors are of opinion that the optical networks in use today will continue satisfying the needs of the humanity for quite some time. This work presents the active and passive equipment used by the optical networks as well as the measuring equipment. After that, I present the ways to predict how long an optical network is going to be functional and the life cycle of an optical fiber using the Weibull distribution. Finally, I compare the results of old and new measurements preformed on an optical link. I described the process of troubleshooting the optical network. Furthermore, I explain the cause of difficulties and prevention of the same problems from reoccurring.

Key words:

optical communications, active optical equipment, passive optical equipment, measuring equipment

(9)

Vsebina

1. Uvod ... 1

2. Optična komunikacijska omrežja... 3

2.1 Aktivna oprema optičnih omrežij ... 3

2.1.1 Optični oddajniki... 3

2.1.2 Optični sprejemniki ... 5

2.1.3 Optični moduli ... 7

2.2 Pasivna oprema optičnih omrežij... 9

2.2.1 Optični kabli ... 9

2.2.2 Optični razcepnik ...11

2.3 Merilna oprema v optiki ...12

2.3.1 Optični reflektometer v časovnem prostoru ...12

3. Predvidevanje delovanja optične trase ... 13

3.1 Površinske napake...13

3.2 Porazdelitev napak v optičnem vlaknu...14

3.3 Popolna odpoved optičnega vlakna ...17

3.4 Mehanična odpornost optičnega vlakna ...18

3.5 Proračun moči na povezavi ...19

4. Meritve ... 23

4.1 Optična trasa Gorjansko-Slap ...23

4.2 Optična trasa UP Koper ...27

5. Zaključek ... 31

6. Viri in literatura ... 33

(10)

Seznam slik

Slika 1 – različni viri svetlobe v optičnih sistemih[4] ... 4

Slika 2 – signal laserja in LED (skica)[4]... 5

Slika 3 – polprevodniška plošča kot foto-detektorski upor[5] ... 6

Slika 4 – odzivnost pri različnih valovnih dolžinah[10] ... 6

Slika 5 – GBIC in SFP moduli[6] ... 7

Slika 6 – QSFP28 optični modul[7] ... 8

Slika 7 – povezava med 100G QSFP-jem in 25G SFP-ji[8]... 8

Slika 8 – notranja zgradba optičnega kabla[9]... 9

Slika 9 – primeri notranjih kablov[10]...10

Slika 10 – primer zgradbe zunanjih kablov[10] ...10

Slika 11 – optični delilnik[11]...11

Slika 12 – optični reflektometer Fluke Networks OptiFiber Pro in njegove značilnosti[12] ...12

Slika 13 – amorfna struktura steklastega silicijevega dioksida [16] ...14

Slika 14 – vpliv parametra za obliko na graf funkcije[18] ...15

Slika 15 – vpliv parametra za merilo na graf funkcije[18]...16

Slika 16 – krivulja kopalne kadi[18] ...17

Slika 17 – tortni diagram vzrokov za izpade[20] ...18

Slika 18 – vzdržljivost mehaničnih napak[22] ...19

Slika 19 – graf slabljenja optičnega vlakna Gorjansko-Slap iz leta 2016 1310 nm ...23

Slika 23 – meritve UP Koper 2002 ...28

Slika 24 – merilni rezultat UP Koper 2020 ...29

Slika 25 – graf slabljenja UP Koper po sanaciji...30

(11)

Seznam tabel

Tabela 1 – Specifikacije različnih virov svetlobe[4] ... 4

Tabela 2 – Proračun moči veze[23] ... 22

Tabela 3 – Slabljenje za posamezno zaznano napako in ORL ... 27

Tabela 4 – Slabljenje pred in po sanaciji ... 29

Seznam enačb

Enačba 1[17] ... 14

(12)

Seznam uporabljenih kratic

LED light emitting diode – svetleča dioda MM multimode – večrodovni

F-P Fabry-Perot

CD chromatic dispersion – barvna razpršitev

Si silicij

Ge germanij

InGaAs indijev galijev arzenid InGaAsP indijev galijev arzenid fosfid

SFP Small Form-factor Pluggable Optics Transceiver – majhni vtični optični modul FC Ferrule connector – optični povezovalni element z vijakom in tulko

FTTH fiber to the home – optično dostopovno omrežje do doma OH hydroxide – hidroksid

DCM dispersion compensation module – kompenzator za razpršitev PMD polarization mode dispersion – polarizacijska razpršitev PDL polarization dependent loss – polarizacijske izgube BoL beginning of life – začetek življenjske dobe

EoL end of life – konec življenjske dobe

(13)

1

1. Uvod

Optična omrežja so eden izmed prvih korakov, ki smo jih kot človeštvo naredili v smeri prihodnosti, kot je predstavljena v znanstveno fantastičnih filmih. Omogočajo nam prenos podatkov z visoko bitno hitrostjo, kar pomeni, da so optične komunikacije verjetno največji dosežek na polju komunikacijske tehnologije. Vsekakor omrežja, ki jih postavljamo danes nimajo iste kakovosti kot tista, postavljena na koncu prejšnjega stoletja. Seveda starejše optične trase še vedno lahko delujejo, vendar se pojavi vprašanje, ali omrežja postavljena pred več kot dvajsetimi leti še omogočajo dovolj visoke zmogljivosti in imajo iste lastnosti, kot so jih imela na začetku svojega delovanja. Prav to vprašanje je osrednja tema tega zaključnega dela. S primerjavo meritev, ki so bile narejene pred leti in meritvami, ki sem jih naredil sedaj, bom ovrednotil poslabšanje optičnih omrežij s časom. Omenil bom tudi razloge za poslabšanje omrežij ter seveda načine s katerimi lahko podaljšamo življenjsko dobo optične infrastrukture in se tako izognemo nepotrebnim stroškom.

Znanstveniki so že pred mnogo časa videli potencial v prenašanju podatkov s pomočjo svetlobe.

Prvi, ki je to idejo uresničil je bil Alexander Graham Bell. Skupaj s pomočnikom Charles-om Sumner Tainter-jem sta izdelala predhodnika vlakensko-optičnih komunikacij, napravo, ki sta jo poimenovala Fotofon. Leta 1880 je Bell naredil prvo brezžično telefonsko povezavo med točkama, ki sta bili oddaljeni 213 metrov. Žal zaradi omejitev prenosnega medija, Fotofon ni bil uporabljen še nekaj let [1].

Prva optična trasa iz optičnih vlaken je bila postavljena leta 1975 s strani podjetja Corning Glass. Omenjeno podjetje, ki je testiralo ter prvo na svetu ponujalo storitev optičnih komunikacij, se je v zgodovino zapisalo tudi kot prvo podjetje, ki je izdelalo stekleno optično vlakno s slabljenjem manjšim od 20 dB/km, kar je bil tehnološki mejnik. Prva testiranja so pokazala, da takratna vlakna podpirajo podatkovno hitrost do 140 Mbit/s. Takrat je bila dolžina optičnega vlakna 1 km [2], danes pa je najdaljša optična trasa Sea-Me-We3, ki je dolga 39 tisoč kilometrov in povezuje Nemčijo z Avstralijo in Japonsko [3]. V preteklih 50 letih je viden

(14)

2

ogromen napredek optične vlakenske tehnologije. V sodobnem svetu je internet skoraj v celoti postavljen na optični vlakenski tehnologiji, ki je mnogo bolj zanesljiva ter lažja za vzdrževanje kot predhodne tehnologije. Sodobna informacijsko-komunikacijska družba ne bi delovala in komunicirala z isto podatkovno hitrostjo, če ne bi bilo optičnih povezav in omrežij. Cilj diplomske naloge je podati vpogled v časovno slabšanje optičnih omrežij ter možni ukrepi za čim daljšo ohranitev istih zmogljivosti.

(15)

3

2. Optična komunikacijska omrežja

Sistem optičnih komunikacij za manjše razdalje do 80 km vsebuje oddajnik (angl. transmitter), ki kodira informacijske podatke v optičen signal, komunikacijski kanal, ki prenaša signal do končne lokacije, ter sprejemnik (angl. receiver), ki dekodira (obnovi) poslane podatke iz sprejetega signala. V sodobnih sistemih se po istem kanalu lahko prenaša več različnih signalov ker sta oddajnik in sprejemnik postala ena naprava, ki se ji reče optični modul (angl.

transceiver). Razlikujemo aktivno in pasivno opremo optičnih omrežij.

2.1 Aktivna oprema optičnih omrežij

2.1.1 Optični oddajniki

Kot oddajnike se v optičnih komunikacijah najbolj pogosto uporablja polprevodniške naprave, kot so svetleče diode (angl. light emitting diode – LED) in laserske diode. Optični oddajniki (angl. optical transmitters) morajo biti kompaktnega dizajna ter morajo delovati na specifičnih valovnih dolžinah, da so uporabni v optičnih komunikacijah. Svetleče diode imajo večjo izhodno moč kot laserji, vendar je njihovo svetlobo težje usmeriti v optično vlakno. Oddajajo nekoherentno svetlobo, kar povzroča dodatne probleme pri njihovi uvedbi v sisteme ter jih omejuje na večrodovna (angl. multimode – MM) vlakna. Laserji imajo mnogo manjšo moč svetlobnega izhoda ter se lahko uporabljajo z enorodovnimi (angl. singlemode – SM) vlakni, kar pomeni, da so uporabni za daljše povezave. Svetleče diode imajo dosti manjšo pasovno širino kot laserji in so omejene na hitrosti podatkovnega prenosa do 200 Mbit/s. Laserji pa imajo večjo zmogljivost glede pasovne širine in so zaenkrat uporabni pri 100 Gbit/s. Torej so svetleče diode z razlogom cenejše in bolj enostavne za izdelavo [4]. Slika 1 prikazuje oddajanje svetlobe

(16)

4 LED in F-P (Fabry-Perot) laserja.

Slika 1 – Različni viri svetlobe v optičnih sistemih

Kot vidimo na sliki 1, F-P laser je bolj usmerjen. To pomeni, da oddaja koherentno svetlobo, s katero imamo veliko manj sklopnih izgub. Tabela 1 prikazuje nekaj specifikacij različnih virov svetlobe.

naprava valovna dolžina (nm) moč v vlakno (dBm) pasovna širina tip vlakna

LED 850, 1300 -30 do -10 <250 MHz MM

F-P laser 850, 1310, 1550 0 do +10 >10GHz MM,SM

DFB laser 1550 0 do +25 >10GHz SM

Tabela 1 – Specifikacije različnih virov svetlobe

Iz koherentnosti izvira še ena od značilnih razlik, ki je v spektru izhodnega signala. LED imajo širok spekter izhodnega signala, kar ima za posledico veliko občutljivost na barvno razpršitev (angl. chromatic dispersion – CD). Laserji imajo zelo ozko spektralno črto, kar pomeni, da nimajo težav z barvno razpršitvijo. Pri komunikacijah na večje razdalje se zato uporablja laser s porazdeljeno povratno povezavo (angl. distributed feedback laser – DFB), saj ima najbolj ozek spekter signala. Na ta način se problem z barvno razpršitvijo maksimalno zmanjša. Slika

(17)

5

2 prikazuje približne oblike signalov laserja in svetleče diode.

Slika 2 – Signal laserja in LED (skica)

2.1.2 Optični sprejemniki

Optični sprejemniki pretvorijo sprejete svetlobne signale v elektronske ter dekodirajo izvorno sporočilo. Zgrajeni so iz foto-detektorja, ki naredi pretvorbo iz svetlobnih signalov v električne s pomočjo foto pojava. Sprejemnik svetlobe ima podobne zahteve kot optičen vir - mora biti dovolj občutljiv, imeti hiter odziv, proizvajati malo šuma. Ena izmed pomembnejših stvari je kompaktnost, kar pomeni, da detektor ne sme biti prevelik.

Trenutno zahtevam najbolj ustrezajo detektorji narejeni iz polprevodnikov. Slika 3

(18)

6

prikazuje primer polprevodniške plošče, ki se uporablja kot foto-detektorski upor [5].

Slika 3 – polprevodniška plošča kot foto-detektorski upor

Mnogo bolj kot fotoupori so za optične komunikacije primerne polprevodniške fotodiode.

Najbolj pogosto se kot polprevodniki uporabljajo silicij (Si), germanij (Ge), indijev galijev arzenid (InGaAs) in indij galijev arzenid fosfid (InGaAsP). Silicij se uporablja pri MM vlaknih, germanij ali InGaAsP se uporabljata v sistemih z večjo valovno dolžino, ker imajo detektorji narejeni iz germanija ali InGaAsP mnogo manj zrnatega šuma. Slika 4 prikazuje spektralno odzivnost silicija, germanija in InGaAsP pri različnih valovnih dolžinah.

Slika 4 – odzivnost pri različnih valovnih dolžinah

(19)

7

Na sliki 4 vidimo, da so polprevodniške fotodiode najbolj občutljive pri valovnih dolžinah od 1300 nm do 1600 nm. Laserji se najbolj predvidljivo obnašajo pri istih valovnih dolžinah torej so privzete valovne dolžine za SM 1310 nm in 1550 nm.

2.1.3 Optični moduli

V sodobnih komunikacijskih omrežjih, sta sprejemnik in oddajnik združena v eno napravo. Takšni napravi se reče optični modul (angl. transceiver). Največ se uporabljajo majhni vtični moduli (angl. Small Form-factor Pluggable Optics Transciever – SFP). To so »hot-pluggable«

moduli, kar pomeni, da se jih lahko zamenja med delovanjem omrežnih naprav. To je zelo uporabna funkcionalnost, saj omogoča izvedbo posodobitve v omrežju brez časa zastoja (angl.

downtime). Obstaja veliko različnih SFP-jev, katere lahko uporabljamo na razdaljah do 100 km, z optičnim spektrom od 850 nm do 1550 nm. Pri izbiri SFP-ja za določeno traso, moramo paziti, da izbrani modul ustreza realni dolžini trase. Če je trasa prekratka in slabljenje v vlaku premajhno, bo oddajnik na optičnem modulu oddajal s preveliko močjo ter tako poškodoval sprejemnik na drugi strani. Če je trasa predolga, oddajnik ne bo oddajal z ustrezno veliko močjo ter sprejemnik ne bo mogel rekonstruirati poslanega sporočila, kar povzroči izpad zveze.

Majhni vtični moduli niso edini moduli, ki se uporabljajo. Še eden primer modula je gigabitni pretvorni vmesnik (angl. gigabit interface converter – GBIC), ki je primer večjega in starejšega optičnega modula [6]. Slika 5 prikazuje primerjavo velikosti med GBIC in SFP.

Slika 5 – GBIC in SFP moduli

Novejši primer optičnega modula je QSFP, kjer Q stoji za »quad«, kar pomeni štirikratno

(20)

8

zmogljivost SFP-ja, ki jo QSFP doseže s simultanim prenosom podatkov preko štirih kanalov.

Še novejša različica modula z oznako QSFP28, ki je prikazana na sliki 6, lahko prenaša po vsakem kanalu podatke z bitno hitrostjo 25 Gbit/s, potencialno pa bi lahko bila hitrost podatkovnega prenosa do 40 Gbit/s na kanal. Vsi kanali se lahko združijo v en link, kar omogoči tehnološko rešitev, ki prenaša podatke s podatkovno hitrostjo 100 Gbit/s.

Slika 6 – QSFP28 optični modul

SFP in QSFP moduli so različnih velikosti in imajo različne principe delovanja. SFP podpira samo en kanal z določeno podatkovno hitrostjo medtem, ko QSFP podpira štiri podobne kanale v nekoliko večjem ohišju [8]. Slika 7 prikazuje možno direktno povezavo med moduli in enega izmed načinov izvedbe tehnologije, ki omogoča bitne zmogljivosti 25 Gbit/s v omrežje z zmogljivostjo 100 Gbit/s. Rešitev ni najbolj elegantna, vendar bi lahko delovala kot začasna rešitev dokler se ne najde cenejšega načina izvedbe z enim 100Gbit/s QSFP-jem na vsaki strani optične zveze.

Slika 7 – Povezava med 100G QSFP-jem in 25G SFP-ji

(21)

9

2.2 Pasivna oprema optičnih omrežij

2.2.1 Optični kabli

Optični kabel (slika 8) je običajno narejen iz steklenega jedra okoli katerega se nahaja steklo, ki ima manjši lomni količnik tako, da je žarek svetlobe ujet v notranjosti jedra.

Obstajata dve vrsti vlakna: enorodovno (SM) in mnogorodovno (MM). Signal v optičnih kablih slabi počasneje kot v bakrenih in lahko posledično prepotuje večjo razdaljo preden zahteva regeneracijo v obliki ojačenja. Takšni kabli so fizično ožji, se ne motijo med seboj in skoraj onemogočajo prisluškovanje komunikacij [9].

Slika 8 – Notranja zgradba optičnega kabla

Optični kabli morajo imeti dobro zaščito proti zunanjim dejavnikom. Kot bomo videli v nadaljevanju, zunanji dejavniki predstavljajo nevarnost za vlakno in njegovo prenosno sposobnost. Glede na okolje nameščanja se kabli ločijo na notranje in zunanje.

Notranji kabli, katerih primere prikazuje slika 9, so:

- simpleksni kabel (ima samo eno vlakno za enosmerno komunikacijo) - dupleksni kabel (ima dve vlakni za dvosmerno komunikacijo)

- večvlakenski kabel (ima več vlaken, običajno razporejeni v dupleksne pare) - izhodni kabel (ima zadrgo na zunanjem plašču zaradi lažjega dostopa) - ostali kabli (različni kabli, ki omogočajo ognjevarnost in so bolj vzdržljivi)

(22)

10

Slika 9 – Primeri notranjih kablov

Zunanji kabli, katerega primer zgradbe je predstavljen na sliki 10, so:

- nadglavni kabli (visijo s stebrov, kot so telefonski kabli) - direktni podzemni kabli (postavljeni direktno v jarek) - vodovodni kabli (postavljeni v vodovodne cevi)

- podmorski kabli (postavljeni v vodo, kot čezoceanske optične trase) [10]

Slika 10 – Primer zgradbe zunanjih kablov

Izhodni Simpleksni

(23)

11 2.2.2 Optični razcepnik

Optični razcepnik (angl. Optical splitter) katerega primer je predstavljen na sliki 11, je pasivni optični element in sestavni gradnik pasivnega optičnega omrežja. Uporabljajo se za razdelitev optičnega signala na več signalov. Najbolj pogosto jih srečamo pri optičnem dostopovnem omrežju do doma (angl. fiber to the home – FTTH), kjer se uporabljajo za deljenje signala na več različnih uporabnikov. Ko svetloba potuje skozi enorodovno vlakno, celotna svetlobna energija ni skoncentrirana samo v jedru vlakna.

Majhen del energije se razlije po oblogi vlakna. To pomeni da, če sta dva vlakna dovolj blizu eden drugemu, lahko svetloba iz enega vlakna preide v drugo. Prav to je princip delovanja optičnih razcepnikov. V primeru, da se eno vlakno razdeli na štiri vlakna, se običajno v vsako od štirih vlaken sklopi četrtina moči prvotnega signala [11].

Slika 11 – Optični delilnik

(24)

12

2.3 Merilna oprema v optiki

2.3.1 Optični reflektometer v časovnem prostoru

Meritve na optičnih trasah se izvajajo s pomočjo optičnega reflektometra v časovnem prostoru (angl. optical time-domain reflectometer – OTDR). To je instrument, ki se uporablja za testiranje kakovosti izvedenih povezav ter za iskanje napak na optični trasi.

OTDR merilnik preveri optično povezavo iz enega konca, pokaže sled in razne dogodke, kot so spoji, priključki ter konec vlakna. Ponuja tudi način za vpogled v fizično stanje spojnega elementa ter lahko oceni pričakovano slabljenje zaradi umazanosti ali poškodb [12]. Slika 12 prikazuje OTDR merilnik podjetja Fluke Networks ter njegov opis.

Slika 12 – Optični reflektometer Fluke Networks OptiFiber Pro in njegove značilnosti

(25)

13

3. Predvidevanje delovanja optične trase

Ogromno dejavnikov ima vpliv na staranje in časovno slabšanje optičnih omrežij. V tem delu zaključne naloge podrobneje opisujem te dejavnike. Pri postavitvi optične trase se operaterji najbolj osredotočijo na njeno življenjsko dobo oziroma koliko časa bo trasa delovala. Iz tega najlažje dobijo občutek o donosnosti naložbe.

3.1 Površinske napake

Steklena optična vlakna, ki jih proizvajalci prodajajo na veliko, imajo mnogo površinskih napak. Tukaj gre za majhne mikro-razpoke, ki s časom zmanjšajo dolgoživost materiala. Te razpoke v začetku ne povzročajo velikih problemov, vendar se zaradi zunanjih vplivov, kot so temperatura in pritisk, v začetku razširjajo počasneje, nato pa vse hitreje, dokler vlakno ne neha delovati. Takšni problemi se preprečujejo s testiranjem vlakna v tovarni, kjer vlakno napnejo tako, da se uničijo vsa vlakna, ki imajo večje površinske napake. Tako do uporabnika pride vlakno, ki ima samo majhne oziroma zanemarljive površinske napake. Naslednji korak je preprečevanje novih napak pri transportu in vgradnji. To pomeni, da mora biti primarna zaščita zelo odporna in mora zagotavljati dobro zaščito na zunanje dejavnike. Dodatno nevarnost predstavljajo poškodbe vrvice pri vgradnji. Pri nameščanju optičnega kabla najbolj pogosto uporabljamo tri tehnike: vlečenje, potiskanje in pihanje. Edini izmed teh, ki povzroča nezaželene poškodbe vlakna, je vlečenje. Potiskanje ne povzroča poškodb, saj steklo za razliko od kovine, ni zelo občutljivo na stiskanje, kar pomeni, da blaga kompresija v procesu potiskanja ne predstavlja problema za vlakno. Tudi teren, kjer se vlakno nahaja, ima lahko ogromen vpliv na življenjsko dobo optičnega vlakna. Velika sprememba okoliških temperatur lahko pospeši degradacijo vlakna [13].

Če optični kabel ni pravilno skladiščen ali je poškodovan, proizvajalci opozarjajo na vdor vode v kabel, čemur se je potrebno izogniti. Voda v optičnem kablu ni nujno

(26)

14

problem, ker so plastične plasti okoli vlakna precej vodoodporne, če pa, voda pride do delilnikov, lahko povzroči težave, ker imajo tam vlakna samo primarno zaščito. Takrat molekule vode lahko prodrejo v mikro-razpoke ter jih povečajo na račun korozije, ki je reakcija kremena v vlaknu z vodo, kar povzroči razpad Si-O-Si vezi prikazanih na sliki 13. [14,15].

Slika 13 – Amorfna struktura steklastega silicijevega dioksida (SiO2) iz katere je razvidno, da v njej ni daljše translacijske simetrije; v strukturi prevladujejo lokalno urejeni tetraedri kisikovih atomov (O), razporejenih okoli silicijevega atoma (Si )

3.2 Porazdel itev napak v optičnem vlaknu

Pri izračunu življenjske dobe optičnega omrežja, morajo načrtovalci vzeti v obzir porazdelitev napak v vlaknu, ki jih opišemo z Weibull-ovo porazdelitvijo. Splošna enačba Weibull-ove funkcije verjetnostne gostote je podana v enačbi 1:

𝑓(𝑡) =

^𝛽

𝜂

(

^𝑡−𝛾

𝜂

)

^𝛽−1

𝑒

⁻⁽

𝑡−𝛾 𝜂 )^𝛽

Kjer je β oblikovni parameter, ki se mu reče Weibull-ov naklon. Grška črka η je parameter za merilo in γ parameter za lokacijo. Vrednosti za Weibull-ove parametre dobimo eksperimentalno, tako da testiramo natezno moč posameznega vlakna. Končne vrednosti parametrov se dobijo iz linearne enačbe, ki se uporablja za prilagajanje eksperimentalnih rezultatov. Zelo pogosto se za γ izbere najnižja vrednost jakosti, ki jo dobimo iz eksperimentov. V tem primeru v enačbi ostaneta samo dva parametra. Če

Enačba 1

(27)

15

predpostavimo, da je vrednost parametra za obliko β že znana, pomeni, da rabimo predpostaviti samo merilni parameter, kar nam omogoča analizo za manjše podatkovne nize [17]. Slika 14 prikazuje vpliv različnih vrednosti Weibull-ovega naklona na obliko grafa funkcije.

Slika 14 – vpliv parametra za obliko na graf funkcije

Iz slike je razvidno, da ima lahko porazdelitev zelo različne oblike glede na vrednosti β ob konstantnem γ. Spreminjanje vrednosti parametra za merilo η, dokler sta ostala dva parametra konstantna, pa ima podoben vpliv na obliko funkcije kot spreminjanje

(28)

16

abscisne lestvice [18]. To lahko preberemo iz grafa na sliki 15.

Slika 15 – vpliv parametra za merilo na graf funkcije

Parameter za obliko β ima tudi vpliv na Weibull-ovo intenzivnost okvar. Weibull-ovim porazdelitvam, ki imajo β<1, se intenzivnost okvar zmanjšuje z časom. Če za porazdelitev drži β=1, pomeni da je intenzivnost okvar konstantna. V primeru da je β>1 pa imamo naraščajočo intenzivnost okvar. Če ima prva sub populacija vrednost β<1, druga vrednost enaka enki, ter tretja vrednost oblikovnega parametra večjo kot ena, imamo graf intenzivnosti okvar podoben krivulji kopalne kadi. Slika 16 prikazuje graf

(29)

17 takega sistema [19].

Slika 16 – krivulja kopalne kadi

Rdeči del grafa predstavlja začetno življenje sistema. Takrat se intenzivnost okvar zmanjšuje. Zeleni del grafa je čas uporabljanja, kjer je modri del grafakonec življenjske dobe sistema, ko intenzivnost okvar narašča.

3.3 Popolna odpoved optičnega vlakna

Raziskave glavnih razlogov za odpoved optične trase prikazujejo zanimive značilne podatke, ki jih bom prikazal v nadaljevanju. Slika 17 prikazuje porazdelitev najbolj pogostih vzrokov za prekinitev prenosa skozi vlakno.

(30)

18

Slika 17 – Tortni diagram vzrokov za izpade

Kot vidimo, izkopi dominirajo v testni množici. V praksi imajo tudi nepravilni posegi delavcev dokaj visoko število povzročenih napak. Poleg teh so ostali vzroki izpadov zunanji dejavniki. Trase so dokaj odporne na višjo silo vendar popolna zanesljivost ni mogoča [20].

Starejša vlakna so s časom imela vedno večje izgube zaradi vodika. Vodik preide v vlakno iz atmosfere ali iz drugih materialov kabla ter reagira s kisikom iz defektnega dela stekla. Izgubam zaradi takšne reakcije se reče hidroksidne (angl. hydroxide – OH) izgube in niso reverzibilne. Največ težav povzročajo pri valovnih dolžinah od 1300 nm do 1400 nm. Novejše vlakno ITU G.652 C/D je rešilo težave z vodikom, hkrati pa ima tudi nižje vstavitveno slabljenje [21].

3.4 Mehanična odpornost optičnega vlakna

Mehanična odpornost stekla se lahko na splošno razdeli v dve kategoriji:

- zunanja (pomanjkljivosti tekom proizvajalnega procesa, ravnanje tekom vgradnje)

Izkopi

Napake delavcev Glodarji Ogenj Vozila Pomanjkljiv kabel Orožje El. Okvare

PoplaveStrele

Ekst. TempVodna paraLedDrugoNeznano

VZROKI IZPADOV

Izkopi

Napake delavcev Glodarji Ogenj Vozila

Pomanjkljiv kabel Orožje

El. Okvare Poplave Strele Ekst. Temp Led

(31)

19

- notranja (jakost samega stekla brez upoštevanja večjih defektov).

Slika 18 prikazuje stres v odvisnosti od časa za določeno optično vlakno.

Slika 18 – Vzdržljivost mehaničnih napak

Kot vidimo na sliki 19 je zaželena čim višja stopnja vzdržljivosti. Ker se model s slike dokaj ponavlja in je zelo generalen, mora biti vsako vlakno narejeno po standardu IEC TR 62048, ki opredeljuje mehanske lastnosti optičnih kablov. Pri spajanju vlakna ima nezaščiteno vlakno veliko nižjo trdnost kot ne-oguljeno. Zaradi tega vsak spoj na trasi lahko prinaša nevšečnosti ter so precizni in pazljivi inštalaterji zelo zaželeni. Seveda, vlakna ne pustimo oguljenega temveč zaščitenega s spajalnim rokavom [22].

3.5 Proračun moči na povezavi

Pri planiranju optične povezave je nujno dobiti proračun moči, ki preprečuje, da izgube v prenosnem mediju presegajo specifikacije optičnega vmesnika. Gre za enostavno tabeliranje vseh izgub v vlaknu, ki jih dobimo iz narejenih meritev. Če je seštevek izgub večji kot specifikacije optičnega vmesnika dovolijo, optična povezava ne bo pravilno delovala oziroma bo zaznavala visoko število napak. Izgube so tudi odvisne od valovne

(32)

20

dolžine, na kateri bo omrežje delovalo. V nadaljevanju sledi razlaga posameznih vrstic tabele proračuna moči:

1. Prva vrstica predstavlja izgube zaradi samih lastnosti vlakna. Njeno vrednost dobimo kot produkt slabljenja in dolžine vlakna, drugače pa v tabelo napišemo izmerjeno vrednost slabljenja.

2. V tej vrstici se nahajajo izgube na varjenih spojih (angl. splice loss). Dobre izgube pri spajanju so pod 0,1 dB.

3. Izgube na priključku vsebujejo vse izgube nastale pri priključkih na povezavi.

Skupne priključne izgube so pod 0,5 dB za dobre optične povezovalne elemente.

4. Ostale vlakenske izgube predstavljajo izgube zaradi napačnega zvijanja vlakna in podobno.

5. Skupne izgube na vlaknu predstavljajo seštevek prvih štirih vrstic.

6. Če se je uporabljalo multipleksiranje, vrstica šest predstavlja vstavitvene izgube delilnika. Ti podatki so na voljo od proizvajalca.

7. Če se uporabljajo moduli za kompenziranje izgub razpršitve (angl. dispersion compensation module – DCM), se vstavitvene izgube vnašajo v to vrstico.

8. V primeru da so na povezavi optični ojačevalniki, se seštevek njihovih ojačenj vnese v to vrstico kot negativna vrednost v dB.

9. Ostale komponente, ki prispevajo k izgubam na povezavi.

10. Skupne izgube povezave so seštevek vrstic 5 do 9.

11. Izgube, ki jih povzroča barvna razpršitev so v vrstici 11. Proizvajalci specificirajo 1 dB do 2 dB za barvno razpršitev optičnega vmesnika.

12. Če imamo hitrost prenosa več kot 10 Gbit/s v to vrstico vnašamo izgube polarizacijske razpršitve (angl. polarization mode dispersion – PMD), ki so večinoma določene od strani proizvajalca in so okoli 1 dB.

13. V trinajsto vrstico vnašamo izgube PDL-ja (angl – polarization dependent loss).

Vrednost dobimo tako da seštejemo PDL za vsako komponento.

14. Skupne nelinearne izgube se vnašajo v to vrstico

15. Razmerje izumrtja zaradi nepravilnosti v oddajniku se zgodi kadar ničelni bit ima neko vrednost optične moči, ki ni nula.

16. Seštevek vrstic 10 do 15, vsebuje tako izgube kot dobitke. Te vrednosti se ne more dobiti preko meritev.

17. Maksimalna oddajna moč oddajnika, ki jo definira proizvajalec.

18. Minimalna oddajna moč oddajnika. Definira jo proizvajalec.

(33)

21

19. V to vrstico vnašamo vrednost moči, ki preobremeni sprejemnik. Optični signal, ki pride do sprejemnika, mora vedno imeti manjšo vrednost od te.

20. Občutljivost sprejemnika, podana s strani proizvajalca.

21. Ta vrstica predstavlja minimalni optični proračun vmesnika in je enaka razliki med vrsticama 18 in 20

22. V to vrstico vnašamo minimalno izmerljivo optično moč na sprejemniku. Enaka je razliki med vrsticama 18 in 10. Vrednost mora biti med minimalno in maksimalno sprejemne močjo, v nasprotnem imamo problem pri proračunu ali problem v optični trasi.

23. Ta vrstica predstavlja maksimalno izmerljivo optično moč na sprejemniku.

Dobimo jo kot razliko med vrsticama 17 in 10. Vrednost mora biti manjša kot vrednost v vrstici 19.

24. Preostala marža od začetka delovanja (angl. beginning of life – BoL). Vrednost se dobi kot razlika med vrsticama 21 in 16 in predstavlja optični proračun po upoštevanju vseh izgub. Vrednost večja kot 0 je varnostna meja in pokaže vrednost odpornosti omrežja. Vrednost manjša kot 0 pomeni, da so specifikacije proizvajalca napačne ter da trasa mogoče ne bo delovala. Tukaj se predvidi zaloga moči 0,5 dB, ki se jo uporabi v vrstici 27.

25. Staranje sistema označuje povečevanje izgub zaradi staranja. Vse komponente omrežja razen vlakna se zamenjajo takoj, ko prenehajo delovati. Tipične vrednosti uporabljene za staranje vlakna so 0.005 dB/km na 25 let.

26. Marža za popravilo kabla predstavlja ocenjene izgube nastale zaradi kablov za popravilo, ki so bili umeščeni iz različnih razlogov.

27. Marža, ki ostane ob koncu življenjske dobe vlakna (angl. end of life – EoL) se dobi kot V24-V25-V26. Vrednost večja od nule je spet varnostna meja, kjer vrednost manjša kot nula pomeni, da sistem mogoče ne bo pravilno deloval v fazi EoL. Če vse deluje tako, kot je planirano, zaloga moči 0,5 dB iz vrstice 24 zagotavlja delovanje veze tudi po koncu življenjske dobe. [23] Slika 20 prikazuje del takšne tabele.

(34)

22 št. vrstice proračun povezave za vlakno št.

_______

enota vrednost meritve

narejene pri _____ nm enotna

vrednost

količina skupaj

1 izgube v vlaknu dB/km

2 spajalne izgube dB

3 izgube na priključku dB

4 Ostale vlakenske izgube dB

5 Skupne izgube na vlaknu dB

6 Vstavitvene izgube multipleksiranja dB 7 Vstavitvene izgube DCM modulov dB

8 Ojačenja ojačevalnikov dB

9 Ostale komponente dB

10 Izgube povezave dB

11 Barvna razpršitev dB

12 Polarizacijska razpršitev dB

13 Izgube PDL-ja dB

14 Skupne nelinearne izgube dB

15 Razmerje izumrtja dB

16 Seštevek vrstic 10 do 15 dB

17 Maks. oddajna moč oddajnika dBm 18 Min. oddajna moč oddajnika dBm 19 Maks. dovoljena moč na sprejemniku dBm 20 Občutljivost sprejemnika dBm 21 Min. optični proračun vmesnika dB 22 Min. izmerljiva optična moč na

sprejemniku

dBm

23 Maks. izmerljiva optična moč na sprejemniku

dBm

24 Preostala marža začetka življenja dB

25 Staranje sistema dB

26 Popravki kablov dB

27 Preostala marža konca življenja dB Tabela 2 – Proračun moči veze

(35)

23

4. Meritve

4.1 Optična trasa Gorjansko -Slap

V sklopu diplomskega dela sem primerjal spremembo zmogljivosti dveh optičnih omrežij. Prvo bom opisal optično traso Gorjansko-Slap. Dostop do te trase sem dobil preko podjetja Vahta d.o.o. Prvotna meritev je bila narejena leta 2016, ko se je trasa prvič začela uporabljati. Nova meritev je bila narejena leta 2020. Obe meritvi sta narejeni s Fluke Networks OTDR-jem. Ta optična trasa je precej nova in zato razlika med meritvami zelo majhna, vendar opazna. Slika 19 prikazuje graf slabljenja optičnega vlakna iz leta 2016 pri valovni dolžini 1310 nm.

Slika 19 – Graf slabljenja optičnega vlakna Gorjansko-Slap iz leta 2016 1310 nm

Kot lahko vidimo iz grafa, je ta optična trasa narejena iz več različnih, krajših optičnih povezav.

OTDR je zaznal nekoliko večje slabljenje na prehodih iz enega vlakna v drugo, kar je

(36)

24

pričakovano, saj noben povezovalni element ni narejen perfektno. Skozi leta uporabe se slabljenje v optičnem vlaknu in na povezovalnem elementu začne povečevati. Iz oblike špice na grafu lahko domnevamo možen vzrok večjega slabljenja. Pri drugem kilometru je začetno vlakno zavarjeno na drugo vlakno, kar je lahko možen vzrok slabljenja. Takoj po tem, pri tretjem kilometru, vlakno preide do omare na lokaciji, kar je lahko možen vzrok nihanja v slabljenju. Proti koncu, na 24-tem kilometru, je OTDR zaznal še eno špico. Vzrok te špice je bil slab povezovalni element. Element je bil po meritvah zamenjan in trasa je nato funkcionirala normalno, kot bi morala. Vsa domnevanja so bila potrjena s strani delavcev, ki so takrat delali na vzpostavitvi trase. Slika 20 prikazuje graf slabljenja optičnega vlakna iz leta 2020 pri valovni dolžini 1310 nm.

Tokrat je graf narejen v drugačnemu merilu, ker je bilo vlakno naprej povezano na drugo vlakno zaradi testiranja optičnih modulov, vendar je bilo zaradi nepričakovanih okoliščin drugo vlakno neuporabno. Prva polovica grafa je meritev za isto traso, ki smo jo merili leta 2016. OTDR je spet zaznal začetno slabljenje zaradi prehoda v drugo vlakno. Vidimo, da je slabljenje za malenkost večje, kar je normalno in pričakovano. Seveda, vlakno je še vedno uporabno in ne

(37)

25

povzroča nobenih problemov. Slika 21 prikazuje graf slabljenja optične trase Gorjansko slap iz leta 2016 za valovno dolžino 1550 nm.

Kot vidimo je na mestih, kjer se nahajajo omare in stikalni moduli (angl. patch panel), slabljenje malce večje kot pri valovni dolžini 1310 nm. To je zaradi zvijanja vlakna, na kar je svetlobni signal valovne dolžine 1550 nm bolj občutljiv kot pa pri 1310 nm vendar vidimo, da na mestih zvara signal z valovno dolžino 1550 nm nima dosti težav. Lahko vidimo tudi, da motnje hitreje nastanejo in tudi hitreje izginjajo, kar se opazi kot bolj vertikalne špice na grafu. Skupno slabljenje trase je pri 1550 nm manjše kot pri 1310 nm, kar izhaja iz splošnih lastnosti optičnega vlakna. Slika 22 prikazuje graf slabljenja optičnega vlakna Gorjansko-Slap iz leta 2020 za

(38)

26 valovno dolžino 1550 nm.

Vidimo, da se je slabljenje tudi pri tej valovni dolžini povečalo, vendar ne tako očitno kot pri drugi valovni dolžini. Na polovici vlakna, 13. kilometer, je zaznana napaka, ki je ni bilo štiri leta nazaj. Morebitni vzrok napake je zvijanje kabla zaradi dodajanja novih vlaken v kanal. Ker je ta valovna dolžina bolj občutljiva na zvijanje, se je to prikazalo kot dodano slabljenje, vendar prenos podatkov po vlaknu še vedno poteka nemoteno. Dodatni možni razlog za nastanek napake je poškodba vlakna pri prvotnem postavljanju. Ko se kabli vlečejo, se zlahka poškodujejo na način, da so vlakna preobremenjena ter nastanejo majhne poškodbe. Te poškodbe prvotno ne povzročajo motenj, vendar se z leti lahko zvečajo ter začnejo odbijati svetlobo ter na ta način povzročajo motnje. Tabela 2 prikazuje točno slabljenje v dB-jih za posamezno zaznano napako.

(39)

27

2016 2020

Točka napake Slabljenje pri 1310 nm

Slabljenje pri 1550 nm

2538 m 0,19 dB 0,23 dB 2538 m 0,30 dB 0,31 dB

13898 m - - 13898 m 0,11 dB 0,35 dB

25613 m - -0,14 dB 25613 m 0,13 dB 0,13 dB

ORL (dB) 30,41 dB 33,87 dB ORL (dB) 20,89 dB 27,04 dB

Tabela 3 – Slabljenje za posamezno zaznano napako in ORL

Iz tabele 2 lahko vidimo različne zaznane napake na optični trasi. Vidi se, da so meritve ob postavitvi vlakna zaznale veliko manj motenj in slabljenja. Različne motnje so zaradi različnih razlogov. Pri točkah, kjer se nahajajo razcepniki (angl. splitter), ekstremne temperature lahko vplivajo na učinkovitost vlakna. Razcepniki morajo namreč biti dostopni in tudi vlakno ima samo primarno zaščito, kar pomeni, da je vlakno tako bolj izpostavljeno [24]. Problemi z poslabšanjem optične zveze v razcepnikih se odpravljajo tako, da se poškodovani deli na novo razcepijo. To seveda zahteva dodatne ure dela, vendar je to tehnično enostavno rešljiv problem.

V primeru, da je vlakno poškodovano pri postavitvi, se mora del, ki povzroča probleme, zamenjati v celoti.

4.2 Optična trasa UP Koper

Druge meritve, do katerih sem dobil dostop od podjetja Projekt IP d.o.o., so narejene na Univerzi na Primorskem v Kopru. Čeprav je to najmlajša javna univerza v Sloveniji, je že od samega začetka svojega delovanja imela na določenih točkah izvedeno optično omrežje.

Leta 2002 je imela postavljeno optično omrežje in od takrat se uporablja brez daljših prekinitev. Pri postavitvi omrežja so bile narejene meritve z neznanim OTDR-jem. Leta 2020 so bile meritve ponovljene in prikažejo zelo zanimive značilne informacije o poslabšanju optičnih povezav čez leta. Tako kot se optična vlakna z leti slabšajo, tudi optični moduli z leti naredijo več napak. To se zgodi zaradi degradacije laserjev, povod katere je nekonsistentna temperatura in spreminjajoč tok. Slika 22 prikazuje rezultate meritev, ki so bile narejene leta 2002.

(40)

28

Slika 23 – Meritve UP Koper 2002

Žal so bili tehnologija in orodja uporabljena pri takratnih meritvah malce starejši, zato rezultati niso najbolj razvidni. Vseeno, iz slike 19 lahko preberemo, da so izgube 17,624 dB na kilometer. Na grafu vidimo, da je optična trasa zelo lepo postavljena. Leva špica je nastala zaradi povezovalnega elementa na izhodu iz OTDR-ja, nato pride signal v začetno vlakno (angl. launch cable). Za začetnim vlaknom je povezovalni element na stikalnemu elementu (srednja špica). Takrat se začne merjeno vlakno. Pri markerju, ob 104-tem metru, se vlakno poveže na drugo optično omrežje. Po tem pa normalno pride do konca trase. SFP- ji, ki so bili takrat vgrajeni, so ustrezali dolžini optične trase in je vse delovalo kot je bilo pričakovano.

Slika 24 prikazuje merilni rezultat iz leta 2020. Meritve so narejene s Fluke Optics OTDR-

(41)

29

jem. Izvedene so, ker se je zaznalo veliko zgubljenih paketov pri podatkovnem prenosu.

Slika 24 – Merilni rezultat UP Koper 2020

Meritve so prinesle zelo zanimive vendar značilne informacije. Pri 157-tem metru je OTDR zaznal povečano slabljenje. Ker dostop do stikalnega elementa pri 160 metru ni bil mogoč, je bila začasna rešitev SFP z večjo izhodno močjo. Rešitev ni idealna, vendar je bila hitra, in enostavna z minimalnim časom izpada zveze. Ko je bil dostop do stikalnega elementa omogočen, se je ugotovilo, da je bil povezovalni element umazan. Izkazalo se je, da je v času prenove sistemske sobe prah prišel med povezovalne elemente ter je nadalje motil delovanje optične povezave. Prah je prišel med spojni tulki (angl. ferrule), ker se je v stikalni omari slabe kakovosti odvil povezovalni element. Bil je to optični povezovalni element z vijakom in tulko (angl. ferrule connector – FC). Ko se je povezovalni element očistil in zopet privijačil, se je stari SFP vrnil nazaj in trasa je spet delovala normalno. Tabela 3 prikazuje slabljenje pred in po sanaciji s številkami.

Pred sanacijo Po sanaciji

157.20 m 1,12 dB 0,66 dB 157,20 m 0,66 dB 0,51 dB

Tabela 4 – Slabljenje pred in po sanaciji

(42)

30

Kot vidimo, se je slabljenje pri valovni dolžini 1310 nm bistveno zmanjšalo. Prav tako se je zmanjšalo tudi slabljenje pri valovni dolžini 1550 nm, vendar dosti manj zaradi večje odpornosti valovne dolžine na motnje pri povezovalnih elementih. Slika 25 prikazuje graf slabljenja po sanaciji.

Slika 25 – Graf slabljenja UP Koper po sanaciji

Kot vidimo iz grafa, se je slabljenje zmanjšalo in je vidno slabljenje samo pri povezovalnem elementu, kar je pričakovano, saj nobena povezava ni perfektno narejena.

(43)

31

5. Zaključek

Uvedba optičnih komunikacijskih omrežij v prakso je povzročila zares ogromen preskok v tehnološkem napredovanju človeštva. So precej zmogljiva in trenutno ključnega pomena za sodobno informacijsko dobo. Zaradi staranja se na žalost lastnosti optičnih komunikacijskih omrežij z leti slabšajo. Stopnja degradacije vlakna s časom je odvisna od kakovosti uporabljenih optičnih kablov. Iz priloženih grafov v zaključni nalogi je razvidno, da se trase, ki so bolj uporabljane, hitreje slabšajo. Prah je seveda največji sovražnik optičnih konektorjev. Rezultati raziskav na različnih terenih, kjer je več močvirskih lastnosti so pokazali, da tudi voda lahko hudo poškoduje optične trase. Kot pri vsaki drugi tehnologiji imamo lahko hude probleme in lažje probleme. Poškodovan optični kabel lahko prinese nepričakovane probleme, torej je previdnost pri postavitvi ključna. V diplomskem delu so predstavljene različne začasne rešitve, kar je pokazalo, da mora imeti inženir iznajdljivost tudi pri optičnih tehnologijah podobno kot pri bakrenih žicah. So pa optični komunikacijski elementi in naprave veliko bolj občutljivi na zunanje dejavnike, kot so temperaturne spremembe. Kot vidimo pri narejenih meritvah, je slabšanje vlakna s časom zelo počasno.

Iz priloženega vidimo, da rabijo, optična vlakna sanacijo na približno 20 let. Če poznamo fizično obremenjenost optičnega vlakna in velikost največje pomanjkljivosti na vlaknu, lahko predpostavimo, koliko časa bo vlakno zdržalo preden rabi zamenjavo oziroma sanacijo. Optični vmesniki so rahlo drugačni. Ker so laserji komponenta, ki je zelo občutljiva na veliko stvari, jih je treba bolj pogosto menjati.

Optični moduli in njihovi laserji so najbolj šibka točka optičnega omrežja. Se pa optični moduli zelo hitro razvijajo. Običajno se modul, ki se uporablja več kot pet let, odstrani kot preveč star in počasen, da bi bilo stroškovno smiselno čakati na njegovo odpoved. S pomočjo Weibull-ove porazdelitve lahko dobimo občutek o porazdelitvi mikro-razpok v optični vrvici. Tukaj je natančnost zelo pomembna in pri tem potrebujemo veliko število vzorcev, da bi pravilno in natančno določili Weibull-ove parametre. Seveda, to so

(44)

32

predpostavke, ki pridejo iz statističnega ozadja in služijo kot osnova ocenitve življenjske dobe.

Na koncu bi še rad poudaril, da so optična omrežja, ki so pravilno postavljena, najboljša omrežja, ki jih imamo, ker noben drug način komunikacije ni niti približno tako hiter in zanesljiv kot optika. Menim, da se pravilno vzdrževane trase lahko uporabljajo kar nekaj let z minimalnimi prekinitvami. Čeprav bi to morala biti motivacija za skrbnike optičnih tras, se pogosto zgodi, da vzdrževanje tras ni zadostno in lahko vpliva na kakovost optičnih komunikacijskih zvez.

(45)

33

6. Viri in literatura

[1] Mary Kay Carson, Alexander Graham Bell: giving voice to the world , str. 76-78, leta 2007.

[2] S. Buzzeli, B. Catania, D. Gagliardi, F. Tosco, Optical fibre field experiments in Italy:

COS1, COS2 and COS3/FOSTER, Int. Komunikacijska konferenca, Seattle 1980.

[3] Spletna stran za optično omrežje

dosegljivo: http://www.smw3.com/smw3/SignIn/Background.aspx, dostopano 2020.

[4] The Fiber Optic Association (FOA) 1999-2012,

dosegljivo: https://www.thefoa.org/tech/ref/appln/transceiver.html, dostopano. 2020.

[5] Fiber Optics for Sale (FOSCO) Training video

dosegljivo:https://www.fiberoptics4sale.com/blogs/wave-optics/basic-concepts-of-optical- receivers, dostopano 2020.

[6] Blog o optičnimi vmesniki: Fiber Transceiver Solution

dosegljivo: https://community.fs.com/blog/sfp-vs-sfp-vs-sf-p28-vs-qsfp-vs-qsf-p28-what-are- the-differences.html dostopano 2020.

[7] Spletna trgovina optičnih modulov

dosegljivo:https://bm-switch.com/index.php/optech-qsfp28-bidi-2km.html dostopano 2020.

[8] FS spletna stran dosegljivo: https://community.fs.com/blog/sfp-vs-sfp-vs-sf-p28-vs-qsfp- vs-qsf-p28-what-are-the-differences.html dostopano 2020.

[9] Godred Fairhurst, Fibre Optic Cable dosegljivo:

https://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/course/phy-pages/fibre.html dostopano 2020.

[10] Nick Massa , “Fiber Optic Telecommunication”, Springfield Technical Community College, Module 1.8

(46)

34

[11] Spletna stran, na kateri so opisani različni delilniki dosegljivo:

https://community.fs.com/blog/what-is-a-fiber-optic-splitter-2.html dostopano 2020.

[12] Spletna stran prodajalca merilne opreme v Sloveniji dosegljivo:

http://www.micom.si/prenosna-merilna-oprema-in-orodja dostopano 2020.

[13] Spletna stran prodajalca dosegljivo: https://www.ppc-online.com/blog/4-factors-that- influence-how-long-your-fiber-network-will-last dostopano 2020.

[14] Datwyler Cabling solutions “The impact of water on fibre optic cable whitepaper“, White paper, 2019

dosegljivo:

https://www.idacs.uk.com/images/uploads/downloads/Datwyler_WP_Water_Impact_FO_201 4.pdf dostopano 2020.

[15] S. O’Riorden in A. Mahapatra “Protection of Silica Based Fiber Optics in a High Moisture Environment“ dosegljivo:

http://www.lindenphotonics.com/documents/Linden%20-

%20Protection%20of%20Silica%20Based%20Fiber%20Optics%20in%20a%20High%20Moi sture%20Environment.pdf dostopano 2021.

[16] Wikipedia stran, dosegljivo: https://sl.wikipedia.org/wiki/Steklo

[17] Anis Maslo, Mujo Hodzic, Edvin Skaljo & Aljo Mujcic (2020) Aging and Degradation of Optical Fiber Parameters in a 16-Year-Long Period of Usage, Fiber and Integrated Optics, 39:1, 39-52,

[18] Spletna stran virov o zanesljivosti dosegljivo:

https://www.weibull.com/hotwire/issue14/relbasics14.htm dostopano 2020.

[19] Predloga za vaje, Fakulteta za strojništvo https://web.fs.uni-

lj.si/kserv/images/upload/2_Pedagoska_dejavnost/2_Stopnja/Razvojna_vrednotenja/Dokumen ti/Vaje/RV_vaje.pdf

[20] V. Hou, “Update on Interim Results of Fiber Optic System Field Failure Analysis”, NFOEC konferenca

[21] M. Shimizu et. al, “Hydrogen Aging Tests for Optical Fibers”, IWCS konferenca

(47)

35

[22] Patrick Van Vickle, “Optical Fiber Cable Design & Reliability”, Sumitomo Electric Lightwave

[23] Bob Chomycz, “Planning Fiber Optic Networks“, planiranje optičnih omrežij [24] CCG Consulting: How long does fiber last? dosegljivo:

https://potsandpansbyccg.com/2015/11/23/how-long-does-fiber-last/ dostopano 2020.