Đánh giá chất lượng hạ tầng cáp sợi quang

Thứ ba, 27 Tháng 2 2018 14:45   - Tầm nhìn mạng số 33

Trước đây, các nhà thiết kế hệ thống mạng thường chú trọng những thành phần chủ động như server, switch và các thiết bị lưu trữ, nhưng ít quan tâm đến khâu thiết kế hạ tầng cáp quang. Hậu quả từ sai lầm này sớm bộc lộ qua việc sử dụng các loại cáp, dây nhảy quang với đầu nối kém chất lượng và không rõ nguồn gốc, dẫn đến hiệu suất kém cho hệ thống.

Tương tự, quan niệm rằng lõi của tất cả cáp quang đều như nhau cũng là một tư duy sai lầm. Việc xem hệ thống cáp quang chỉ là một thành phần phụ đã không còn phổ biến. Thay vào đó, các công nghệ mới hiện nay cho phép cáp quang truyền dẫn xa hơn với suy hao thấp, kèm theo những cải tiến về công nghệ truyền dẫn mới, mạng ảo hóa và các thành phần truyền dẫn quang tích hợp ngay bên trong các thiết bị chủ động. Những quan niệm thiết kế cũ đã dần bị phá bỏ. Hiện tại đang là kỷ nguyên của các nhà thiết kế chuyên nghiệp mang tầm nhìn toàn cầu.

Trong những năm 80 và đầu thập niên 90, hệ thống mạng quang chỉ có một loại nguồn phát duy nhất là LED. Sau đó, nguồn phát VCSEL ra đời giúp hội tụ nguồn sáng tốt hơn, tập trung năng lượng vào lõi sợi quang và tăng tốc độ truyền dẫn với băng thông cao, kéo theo sự phát triển các giao thức truyền dẫn tốc độ cao như Ethernet và Fiber Channel. Song song đó, nguồn phát VCSEL cũng đòi hỏi chất lượng sợi quang và bề mặt đầu nối quang cao hơn.

Các thiết bị chủ động sẽ được thay thế trong 3-5 năm để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng mới. Tuy nhiên, hệ thống cáp trục gần như cố định trong hệ thống với thời gian bảo hành vài chục năm. Điều này khiến các nhà thiết kế hệ thống mạng ngày nay luôn chú trọng đặc biệt về hạ tầng cáp, thậm chí ưu tiên hơn cả các thành phần chủ động trong hệ thống. Việc thiết kế và chọn cáp tốt sẽ giúp hệ thống được nâng cấp dễ dàng và hiệu quả hơn.

Các tiêu chuẩn công nghiệp dành cho cáp quang là yêu cầu tối thiểu nhà sản xuất phải đáp ứng. Đa số cáp quang đều đáp ứng yêu cầu này. Tuy nhiên, vẫn có một số không đáp ứng được tiêu chí thấp nhất trong chuẩn công nghiệp. Tầm quan trọng của việc tuân thủ tiêu chuẩn sẽ được minh chứng bởi hiệu quả triển khai trong thực tế.

Theo nghiên cứu của Cơ quan Bảo vệ Môi trường năm 2007, nhiệt độ của hầu hết các phòng máy chủ trong TTDL đều thấp hơn mức cần thiết. Bằng cách tăng lên một vài độ, điện năng sử dụng có thể giảm 20% trong một năm. Các giải pháp “xanh” hiện nay cho phép TTDL hoạt động với nhiệt độ cao hơn. Các giải pháp làm mát sẽ tập trung hơn thay vì lan tỏa, giúp giải nhiệt tối ưu cho những vị trí cần thiết và giữ những khu vực khác như hành lang nóng ở nhiệt độ cao hơn trước đây. Việc sử dụng cáp kém chất lượng trong các trường hợp này sẽ không hiệu quả khi nhiệt độ ở khu vực đi cáp tăng lên.

Khi đo kiểm, cáp quang sản xuất theo tiêu chuẩn phải đảm bảo tỉ lệ suy hao khi đấu nối, thoái hóa do thời gian, độ ẩm, biến động nhiệt, các chu kỳ nhiệt độ, rung động và một số phép đo khác. Việc sử dụng cáp vượt tiêu chuẩn quy định sẽ giúp đảm bảo hiệu quả khi hoạt động trong môi trường thực tế và đạt được một mô hình thiết kế tốt nhất.

CÁC TIÊU CHUẨN CÔNG NGHIỆP

Dưới đây là một số điều kiện đo kiểm trong tiêu chuẩn công nghiệp:

Thoái hóa nhiệt:   85°C (185°F) trong 168 giờ

Biến động nhiệt: -40°C (-40°F) đến 75°C (167°F)

Chu kỳ nhiệt:       -40°C (-40°F) đến 75°C (167°F) lặp lại 21 lần

Rung động:           Biên độ 1.5mm (đỉnh-đỉnh) với tần số từ10Hz đến 55 Hz

Độ dẻo:                 100 chu kỳ với lực 2lbs

Lực xoắn:             10 chu kỳ với lực 3lbs

Lực dọc trục:        Kéo lực 3.3lbs theo hướng 90 độ.

Lực theo trục:       4.5lbs.

Hiệu năng khi bị uốn cong theo tiêu chuẩn ITU-T G.657 và ITU-T G652.D.

Tốt nhất, ta nên chọn cáp từ nhà sản xuất tuân thủ đo kiểm theo các điều kiện nêu trên. Một nhà sản xuất cáp có các thiết bị đo kiểm phù hợp sẽ giúp đảm bảo độ tin cậy từ khâu kiểm tra vật tư đầu vào cho đến chất lượng sản phẩm đầu ra. Người dùng có thể an tâm khi sử dụng cáp về mặt lâu dài, yếu tố cốt lõi giúp hệ thông vận hành đúng hiệu suất mong muốn.

Đường kính ngoài của cáp là một vấn đề cần quan tâm khi chọn cáp đấu nối. Yêu cầu đấu nối ở các TTDL hoặc điểm tập trung của các tòa nhà thương mại thường có số lượng và mật độ cao. Sử dụng cáp có đường kính ngoài nhỏ sẽ giúp tiết kiệm không gian đi cáp, đồng thời tăng hiệu quả giải nhiệt trong TTDL, vì cáp có đường kính lớn sẽ dễ gây cản trở các đường lưu thông khí.

Hiện nay, cáp quang suy hao thấp thường được khuyên dùng. Nhưng phần lớn nhà sản xuất lại khuyến nghị không nên vượt quá sáu khớp nối trên một tuyến cáp?

Với đường truyền 10 Gbps, tổng suy hao cho phép là 2.6 dB. LC là đầu nối có suy hao thấp nhất, tối đa là 0.15 dB. Sử dụng sáu kết nối LC trên một tuyến cáp vẫn đáp ứng mức suy hao cho phép (thấp hơn 1 dB). Tuy nhiên, việc chọn cáp suy hao thấp có ảnh hưởng quan trọng khi sử dụng kết nối MPO, nhất là khi triển khai ứng dụng 40 Gbps và 100 Gbps. Vì suy hao tối đa cho phép của đầu nối MPO là 0.7 dB. Sử dụng giải pháp đầu nối MPO suy hao thấp, mức suy hao sẽ nằm dưới 0.25 dB. Nên sáu liên kết MPO suy hao thấp sẽ đạt 0.25 dB x 6 = 1.5 dB, tương đương tổng suy hao tối đa cho phép của ứng dụng 40 Gbps và 100 Gbps với loại cáp sử dụng là cáp quang đa mode OM4 (theo chuẩn IEEE 802.3ba).

Vì thế, đầu nối MPO suy hao thấp được khuyến cáo khi hệ thống mạng sử dụng kết nối MPO.

CHU KỲ NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM

Các nhà sản xuất cáp sẽ đo kiểm và chứng nhận chất lượng sản phẩm thông qua các phép đo về điều kiện nhiệt độ và độ ẩm. Nhiệt độ và độ ẩm sẽ được tăng giảm qua các chu kỳ nhằm kiểm tra mức độ thoái hóa cáp theo thời gian. Một sản phẩm cáp vượt tiêu chuẩn ở phép đo này sẽ được đánh giá cao, đảm bảo chất lượng và tuổi thọ cáp khi hoạt động ở môi trường thực tế trong thời gian dài. Sản phẩm cáp kém chất lượng có thể vượt qua phép đo suy hao cáp khi nghiệm thu ở thời điểm hiện tại, nhưng chất lượng về lâu dài sẽ suy giảm nhanh chóng và gây ảnh hưởng hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Khi đó, chi phí sửa chữa và thay thế sẽ cao gấp nhiều lần chi phí ban đầu, chưa kể thiệt hại do gián đoạn hoạt động của hệ thống.

CÁC TÙY CHỌN ĐẦU NỐI

Tương tự cáp, đầu nối cũng cần được chọn từ các nhà sản xuất uy tín. Một đầu nối LC kém chất lượng có thể gây thất bại ngay lần đầu đấu nối, hoặc suy hao không lâu sau đó, hoặc sẽ suy hao tăng dần trong quá trình vận hành. Các đầu nối này thường có kích thước đường kính ngoài của đầu ferrule vượt quá sai số cho phép, dễ bị suy hao và không ổn định khi đấu nối vào khớp nối.

Với đầu nối MPO, suy hao chủ yếu do các thành phần cấu tạo. Đầu nối MPO suy hao thấp sẽ có các thành phần chất lượng cao, đồng nghĩa hiệu năng sẽ tốt hơn. Việc đầu tư đầu nối MPO suy hao thấp ngay từ đầu sẽ đảm bảo hệ thống hạ tầng của bạn đạt ưu thế về lâu dài.

Đầu nối quang được mài tại nhà máy trong quá trình sản xuất. Mỗi nhà sản xuất cáp có công thức mài riêng với các loại giấy mài, thời gian và lực mài khác nhau. Tuy nhiên, không phải cứ mài phẳng đầu nối quang là được, mà phải đảm bảo một phần nhỏ sợi quang nhô ra khỏi bề mặt ferrule để đảm bảo tiếp xúc vật lý khi đấu nối. Nếu phần sợi quang nhô ra quá nhiều, sẽ dễ hư hại ngay khi vừa đấu nối. Nhưng nếu phần sợi quang nhô ra không đủ, sẽ khiến tiếp xúc kém và tín hiệu bị suy hao.

Phần sợi quang nhô ra và tính đồng nhất trên bề mặt ferrule chỉ có thể kiểm tra bằng máy đo kiểm hình thái (profilometer). Không phải nhà sản xuất cáp nào cũng trang bị thiết bị này hoặc sử dụng chúng để kiểm tra sản phẩm thường xuyên. Lưu ý, không có tiêu chuẩn công nghiệp nào quy định phần sợi quang nhô ra của đầu nối MPO. Thông số này do nhà sản xuất cáp quyết định và lựa chọn phương pháp kiểm tra hợp lý nhất cho mình.

CÓ PHẢI TẤT CẢ SỢI QUANG ĐỀU NHƯ NHAU?

Khi lựa chọn cáp quang, việc lựa chọn nhà sản xuất uy tín là điều rất quan trọng, vì ta không thể kiểm tra chất lượng thủy tinh cấu thành sợi quang của nhà sản xuất. Các loại cáp giá rẻ có thể do nhà sản xuất cắt giảm các chi phí sản xuất, dẫn đến băng thông cáp không đảm bảo, cáp uốn cong hoặc suy hao cao, cáp bị vấn đề khi truyền dẫn.

Với các giải pháp sử dụng cáp đa mode, nên dùng cáp OM4 hoặc thấp nhất là OM3, nhất là với các TTDL muốn triển khai ứng dụng 40Gbps và 100Gbps trong tương lai.

Tóm lại, cáp quang là hệ thống cốt lõi trong mạng truyền dẫn, nên cân nhắc và cẩn trọng khi lựa chọn cáp quang.

KẾT LUẬN

Với sự phát triển công nghệ và các thiết bị chủ động trong hệ thống mạng hiện nay, lớp vật lý là lớp quan trọng nhất trong hạ tầng của TTDL. Tương tự một chiếc xe thể thao hiệu suất cao cần có những lốp xe chất lượng, hệ thống mạng cần một hạ tầng cáp mang tầm đẳng cấp thế giới.

Võ Kim Hưng
Theo ICT Today



Bài viết xem thêm