Менеджмент оптоволоконных кабельных систем и его роль в облачной вычислительной среде

(Автор: Джеймс Гамильтон, США) Несколько дней назад у меня выдалось немного свободного времени в промежутке между работой и общением с семьей. Воспользовавшись моментом, я решил привести в порядок свои наиболее ценные цифровые активы: картинки, музыку и видеозаписи. Моя коллекция изображений включает в себя фотографии за более чем 25 лет замужества, в том числе, множество отсканированных свадебных фотографий (в то время еще не существовало цифровых камер и смартфонов), видеозаписи детей в юном возрасте, а также музыкальную библиотеку объемом примерно 80ГБ, содержащую всю приобретенную мной в течение жизни музыку.

Воспоминания – самое ценное, что есть у человека. По этой причине я дохожу до крайности в том, чтобы обеспечить сохранность данных, потеря которых стала бы для меня настоящей катастрофой. Помимо хранения информации на iMac, я выполняю регулярное резервное копирование в сетевое хранилище. Я также ежемесячно копирую информацию на портативный жесткий диск, который держу за пределами дома, но в настоящее время он находится у меня. Музыка копируется на многочисленные айподы, которыми владеет вся семья. Я также использую облачное хранилище, на которое у меня есть подписка. Облако является последним рубежом обороны на случай, если все остальные меры предосторожности окажутся бесполезными. Я доверил все свои данные и активы какому-то облачному хранилищу, развернутому на серверах по всему миру. И провайдеры услуг ЦОД делают все возможное для того, чтобы мои данные были в целости и сохранности, не так ли?

Я не одинок в своем стремлении к защите данных. Принцип работы целой отрасли изменился, и теперь дата-центры и колокационные компании предоставляют бизнес-предприятиям свободное пространство для хранения данных и резервного копирования информации. Еще одним аспектом является обеспечение защиты данных простых потребителей, большинство из которых владеют несколькими цифровыми устройствами, способными генерировать поток данных, измеряемый гигабитами и терабитами: смартфоны, MP3 плееры, ноутбуки, компьютеры.

Облачные вычисления, хранение данных в облаке, колокация: все эти понятия являются далеко не новыми, однако, их значимость для бизнеса растет с каждым днем. Недавние приобретения ЦОД телекоммуникационными компаниями служат прямым доказательством того, что рынок хранения данных активно развивается.

Раньше мы использовали дата-центры в качестве резервного хранилища данных для получения доступа к утерянному контенту, теперь же мы взаимодействуем с хранящимся в них контентом динамически и на ежедневной основе. Это приводит к росту давления на инфраструктуру ЦОД, которое затрагивает не только вопросы производительности и избыточности серверов, но также касается физической среды передачи данных. На замену медным проводам пришли многомодовые оптоволоконные кабели. Многомодовые кабели впоследствии были заменены 50 мкм оптоволокном, оптимизированным для работы с лазером. В настоящее время происходит замена многомодовых кабелей на одномодовые, обладающие огромным потенциалом для увеличения пропускной способности. Мы стали свидетелями перехода от использования коннекторов типа FDDI(fiber distributed data interface) и biconic к FC/ST(ferrule connector/straight tip) и SC(standard connector), а теперь происходит переход в сторону коннекторов малого форм-фактора (SFF), таких, как LC(lucent connector), и многоволоконных коннекторов, к примеру, MTP(multiple fiber push-on/pull-off). Подобно арихектуре FTTH (fiber to the home), когда к каждому дому подводится отдельный оптоволоконный кабель для доставки тяжелого контента, в настоящее время используется передача информации в обратном направлении в сторону облака и дата-центров.

По мере того, как все большие и большие объемы данных перекачиваются в ЦОД с целью динамического хранения и доступа, увеличивается скорость расширения ЦОД, и свободное пространство в зданиях быстро заполняется традиционными решениями для менеджмента оптоволоконных систем. Передаваемые по оптоволокну кадры должны идти более плотно, и этого удается добиться. Однако, приводит ли увеличение плотности передаваемой информации к снижению надежности сетей? Рассчитаны ли используемые решения на предоставление необходимого уровня плотности? Не стоит недооценивать важность менеджмента оптоволоконных кабелей при строительстве ЦОД, который обслуживает  клиентов, работающих с самыми дорогими для них данными.

Важность защиты оптоволоконных кабелей

Задачей каждого компонента в системе менеджмента оптоволоконных кабелей, будь то защитная оболочка толщиной 125 мкм, кабельная изоляция, оборудование для наружной установки сплиттера или внутренняя организация кабелей в сплиттере, является защита и снижение вероятности повреждения оптоволокна.

Любой продукт, в котором используются слишком сложные схемы защиты, является плохо спроектированным и дорогостоящим. Мы подходим к вопросу работы с оптоволокном, сосредоточившись на трех простых задачах. Первой и самой важной задачей является разработка решений, которые сводят к минимуму риск повреждения оптоволокна в кабельном канале. Другой задачей является устранение проблем, связанных с развертыванием и обслуживанием инфраструктуры. Наконец, мы должны снизить стоимость развертывания за счет сокращения капитальных затрат на оборудование, а также операционных затрат.

Объединенное исследование, проведенное двумя региональными телефонными компаниями США в начале 2000х, показало, что в течение двух недель после начала забастовки работников служб технической поддержки общее количество звонков в техподдержку сократилось до исторического минимума. Причина? Во время забастовки никто не работал с кабельным оборудованием. В обычное время, выполнение текущего технического обслуживания сетей приводит к возникновению различных проблем. Важно отметить, что взаимодействие людей с сетевыми каналами, которые обеспечивают работу бизнеса, существенно повышает риск возникновения «неприятностей» в сети.

Любой оптический канал, проходящий обслуживание, оказывается в зоне риска. Таким образом, имеет смысл использовать решения, которые позволяют максимально сократить необходимость внешнего вмешательства. Главным фактором грамотного подхода к разработке систем управления оптоволокном является использование продуктов, которые не имеют движущихся частей. Влияние человеческого фактора сводится к минимуму за счет устранения лишних взаимодействий с кабелем.

Оптоволокно – это не только стекло

Распространение нечувствительного к сгибам стекла на протяжении последних десяти лет принесло очевидные преимущества. Трехдюймовый радиус сгиба, который использовался в рамках стандарта GR-449 для офисных мейнфреймов, и который являлся основой любой схемы менеджмента оптоволоконных кабелей, уже не вызывает такого пристального внимания, как прежде. Оптические кабели, соответствующие стандарту G-657.A, часто ошибочно принимаются людьми за отказоустойчивые решения. Однако, нечувствительное к сгибам стекло (BIF) не является решением всех проблем. Говорим ли мы о демонстрации оптоволокна на выставочном шоу, или о реальном внедрении – кажется, что при использовании BIF люди стараются разместить все большее число кабелей во все более уменьшающемся пространстве, не уделяя при этом должного внимания вопросам соблюдения радиуса сгиба. Производители решений для менеджмента оптоволоконных кабелей разрабатывают схемы прокладки кабеля, в которых покрытый защитной оболочкой кабель проходит под углом 90°, считая, что нечувствительное к сгибам оптоволокно подходит для использования в подобных условиях. В первое время использования системы несколько перемычек обеспечивают нормальную работу. С течением времени, по мере того, как достигается максимальная плотность размещения кабелей в системе менеджмента оптоволокна, вес и трение негативно сказываются на долговечности системы. Попробуйте подключить нечувствительный к сгибам кабель к измерителю света, загните кабель на 90°, и вы поймете, что я имею в виду.

Если же кабель не защищен от чрезмерного изгиба и подвергается сгибу под прямым углом, в нем будет наблюдаться явление переменной передачи света или полной потери света. Многие согласятся с тем, что когда кабель стоимостью в $10 приводит к отключению сети стоимостью в миллионы долларов, это довольно неприятная ситуация.

Производительность терминированных коннекторов: необходимо учитывать не только вносимые потери (IL) и потери на отражение (RL)

В мире существует множество производителей оптоволоконных патч-кордов, что позволяет устанавливать конкурентные цены на выпускаемую продукцию. По мере широкого распространения оптоволоконных кабелей люди стали считать, что все кабели будут обладать одинаковой производительностью в случае, если они соответствуют ряду метрик производительности. Многие считают, что хорошие значения вносимых потерь и потерь на отражение свидетельствуют о качестве патч-корда. В результате, входной барьер на рынке оказывается слишком низким. Кабель, соответствующий данным метрикам, можно произвести в гараже. Однако, будет ли такой кабель работать качественно и надежно на протяжении всего срока службы? Ответ неизвестен, поскольку в подобных производственных средах не используется тестовое оборудование, которое позволяет определить качество процесса производства кабеля и его воспроизводимость. Поскольку применяется ограниченное число метрик, они могут заявить о достижении показателей выхода годной продукции (FPY) на уровне производителей мирового класса, и при этом предлагать привлекательную для клиентов цену и время разработки.

Важно четко представлять себе, каким должен быть хороший патч-корд, для этого нужно потратить время на исследование потенциальных поставщиков оборудования, предварительно задав им ряд важных вопросов. Выбор поставщика и перечень задаваемых вопросов должен, в первую очередь, касаться трех аспектов: используемые коннекторы, процесс терминации и методы конечных тестовых испытаний. Если вы проигнорируете этот этап, то ваша оптоволоконная сеть окажется под угрозой. Качество терминации патч-корда и проблемы с производительностью могут привести к серьезной головной боли, поскольку их зачастую трудно обнаружить. Стоит ли экономить на кабеле только ради того, чтобы впоследствии один из ваших главных клиентов кричал о падении сети, произошедшем в самый неподходящий момент?

С чего начать?

Во-первых, должен применяться GR-сертифицированный коннектор. Этот тип коннектора проходит тестирование в Telcordia или в другой организации, и он соответствует стандарту для данного типа сетевых компонентов, или даже превосходит его. Вам следует уточнить размер защитной оболочки. Меньший размер повышает степень концентричности (мера, характеризующая центровку оптоволоконного сердечника в защитной оболочке). Некоторые производители применяют крупные капилляры диаметром 127 мкм. Диаметр 125,5 мкм повышает качество центровки, поскольку диаметр сердечника составляет 125 мкм.

Уточните, выполняется ли дегазация эпоксидной смолы, особенно, если вы планируете использовать патч-корд в неконтролируемой среде. Какой тип оборудования для подготовки волокна используется на производстве? Чем выше степень автоматизации, тем меньше риск возникновения критических отказов в долгосрочной перспективе. В процессе производства могут применяться ручные и более дешевые инструменты для подготовки волокна. Подобные ручные инструменты могут приводить к возникновению трещин в волокне, которые проявляются с течение времени. Как осуществляется скалывание оптоволокна? Применяется ли ручной процесс скалывания, требующий высокого мастерства и многих лет опыта? Автоматизированный процесс, к примеру, с применением лазера, существенно повышает качество выхода готовой продукции и обеспечивает воспроизводимый производственный процесс.

Тесты и измерения

Минимальными требованиями к кабелю являются соответствие вносимых потерь и потерь на отражение (отражающая способность) необходимому уровню. Вносимые потери должны соответствовать минимально допустимому для стандарта 326-Core уровню в 0,4Дб. Отражающая способность должна соответствовать уровню 55Дб для коннекторов типа UPC и 65Дб для коннекторов типа APC. Уточнение у производителя средних показателей производительности позволить вам сократить потери при передаче сигнала по длинному оптоволокну, включенному в сеть FTTH.

Хороший показатель смещения вершины , показывающий качество центровки оптоволоконного сердечника относительно сферической вершины полированного наконечника кабеля, сводит к минимуму поперечное отклонение между двумя волокнами и обеспечивает более качественный физический контакт.

Выступ или отступ кабеля негативно сказывается на качестве физического контакта. Слишком большое значение отступа означает плохой физический контакт, а также приводит к чрезмерной деформации кабеля при стыковке, что ведет к деградации сигнала.

Радиус кривизны характеризует радиус закругления торца оптоволокна. Его значение должно находиться в пределах 5-12мм для достижения оптимального соединения. Слишком большое или слишком малое значение радиуса может привести к рассеиванию света, или к некачественному физическому контакту.

Смещение вершины, выступ/отступ кабеля и радиус кривизны являются основными показателями, обеспечивающими хорошее значение вносимых потерь и потерь на отражении. Процесс производства, не обеспечивающий необходимое значение показателей, по-прежнему может давать допустимое значение IL/IR, однако, это негативно скажется на чувствительном траффике (к примеру, видео) и на долгосрочной производительности коннектора.

Ваш поставщик должен предоставить результаты тестов геометрии кабеля, а также выполнить тестирование с помощью интерферометра в вашем присутствии. Возможно, вам не понадобятся все эти данные по каждому из коннекторов, но вы должны потребовать выполнения тестирования в случайном порядке для того, чтобы убедиться в качестве производственного процесса. «Гаражные мастерские» не смогут предоставить вам все эти данные по запросу.

В отчете о тестировании должны содержаться независимые данные по каждому из коннекторов, а не общие данные по обоим концам кабеля.

Качество и чистота торца оптоволокна

Не существует отраслевого стандарта для качества и чистоты торца, однако, дефекты и загрязнение торцевой поверхности имеют непосредственное влияние на производительность коннектора.

Несколько организаций (в первую очередь, NEMI) изучали эффект, вносимый дефектами и чистотой торцевой поверхности. Влияние загрязнения/царапин становится наиболее очевидным, если они находятся в области сердечника/оболочки. Загрязнение частицами пыли может привести к существенному росту уровня вносимых потерь (до 10 раз) и снижению потерь на отражение (до 3 раз). Царапины в контактных зонах 1a и 1b, включающих в себя сердечник и оболочку кабеля (125 микрон), снижают уровень потерь на отражение на 25%, в то время, как царапины в области оболочки кабеля не оказывают почти никакого влияния не величину потерь. Множественные глубокие царапины сердечника приводят к серьезному снижению производительности и могут иметь катастрофические последствия.

Коннекторы с загрязнением частицами пыли приведут к загрязнению присоединенных коннекторов. Загрязнение может препятствовать прямому физическому контакту, создавая воздушный пузырь. Умножьте это на количество повторных соединений, выполняемых с течение времени, и проблема становится очень серьезной. Неровности и царапины в критической контактной зоне 1a будут собирать грязь, что приведет к такому же распространению загрязнения. Долгосрочная надежность динамических каналов существенно ниже в сравнении со статическими каналами. Царапины и полировочные отметки за пределами критической контактной зоны являются допустимыми, и не оказывают никакого влияния на производительность сигнала.

Производители качественного оборудования для работы с оптоволокном имеют свои стандарты качества. Однако, данные стандарты различаются в зависимости от компании, что может привести к несоответствию материалов при установке на объекте клиента.

Какой критерий тестирования вы будете применять?

Ваш поставщик должен обеспечивать просмотр оптоволокна с минимальным увеличением 400Х. Хотя, требованием некоторых поставщиков является отсутствие визуальных повреждений в дефектной зоне (область, примерно равная восьми диаметрам сердечника), требования других компаний предполагают отсутствие дефектов по всей контактной зоне. Ряд компаний может допускать наличие одной ямки и одной царапины размером х микрон. Никогда не должно быть ямок или царапин на самом сердечнике.

Некоторые производители допускают существование дефектов в контактной зоне. Другие производители не имеют стандартов в данной области, таких компаний следует избегать. Важное замечание: нулевой уровень дефектов вполне достижим, и его следует требовать.

Характеристики дефектов и чистоты торца должны выглядеть примерно так:

Пример недопустимого торца:

Если вы посвятите некоторое время изучению вопросов выбора коннекторов вашим поставщиком, используемого процесса терминации, методов тестирования и измерения производительности, а также заявленных и опубликованных требований к торцевой поверхности, это позволит вам отсеять сомнительных поставщиков и работать с компаниями мирового уровня. Это очень важно с точки зрения инвестиций в надежность сети.

Возвращаясь к моим воспоминаниям

Мои воспоминания бесценны. Я плачу небольшую сумму, чтобы быть уверенным в сохранности моих данных в облаке. Корпоративные сети на разных континентах определяют более конкретный уровень стоимости для принадлежащих им активов данных и, вообще говоря, менеджеры в центральных офисах и проектировщики ЦОД должны стремиться к созданию качественных сетей, способных выдержать необходимую нагрузку. Чтобы убедиться в том, что каждая точка соединения предоставляет необходимый уровень производительности и надежности, необходимо уделять особое внимание каждому элементу процесса терминации кабеля, а также необходимо тщательно защищать оптические порты на каждом устройстве по всей сети. Когда миллионы долларов инвестируются в недвижимость и электронику ЦОД, экономия средств на вопросах выбора, защиты и управления оптоволокном является очень большой и глупой ошибкой. 

Джеймс Гамильтон, США.