Phân biệt các cấp độ đo kiểm kết nối sợi quang

Trước nhu cầu sử dụng mạng tăng cao trong khi nguồn ngân sách càng lúc càng thắt chặt, việc kiểm soát các kết nối mạng sợi quang có vai trò ngày càng quan trọng hơn. Nguyên nhân khiến phần lớn các kết nối sợi quang bị suy hao cao hoặc không kết nối được thường do bề mặt đầu nối bị nhiễm bẩn, hư hỏng, trầy xước, mối hàn kém chất lượng, hoặc sợi quang bị uốn cong quá mức cho phép trong quá trình vận chuyển và thi công. Do đó, phương pháp hiệu quả nhất để đảm bảo hệ thống mạng hoạt động ổn định là đo kiểm và kiểm tra bề mặt đầu nối quang.

Nhắc đến đo kiểm sợi quang, điều quan trọng hàng đầu cần ghi nhớ chính là giữ an toàn cho bản thân người thi công.

• Giữ an toàn cho mắt– không nhìn trực tiếp vào tia sáng laser của các thiết bị mạng hoặc thiết bị đo kiểm sợi quang, vì tia laser sẽ gây tổn hại cho mắt.
• Chú ý các mảnh vỡ và mảnh vụn sợi quang khi thi công– phải để đúng chỗ, tránh gây sát thương cho người thi công.
• Ngắt điện hệ thống– trừ trường hợp đặc biệt phải đo kiểm trên hệ thống đang hoạt động, nếu không, nên tắt tất cả các thiết bị mạng đang hoạt động nhằm đảm bảo an toàn.

Kiểm tra bề mặt đầu nối quang

Bề mặt đầu nối bị nhiễm bẩn là nguyên nhân hàng đầu khiến kết nối mạng sợi quang không ổn định. Người thi công hoàn toàn có thể tránh được điều này bằng cách vệ sinh sạch sẽ bề mặt đầu nối trước khi kết nối chúng vào hệ thống mạng. Làm sạch đúng cách sẽ giúp hạn chế những hư hỏng có thể xảy ra trên đầu nối và thiết bị, giúp đo kiểm thông số suy hao chính xác hơn và đảm bảo hệ thống mạng hoạt động tốt hơn.

Lõi sợi quang có kích thước rất nhỏ. Đường kính lõi sợi quang SM (singlemode) chỉ từ 8-10 micro mét, còn lõi sợi quang MM (multimode) phổ biến nhất là 50 micro mét. Do đó, một đầu nối bị bụi bám chỉ 0,001 mm cũng có thể gây suy hao cao, gây mất kết nối. Cần vệ sinh sạch sẽ tất cả đầu nối sợi quang trước khi gắn vào hệ thống nhằm ngăn chặn lây lan bụi bẩn. Việc này rất quan trọng vì đầu nối nhiễm bẩn có thể lây lan, thậm chí gây trầy xước các đầu nối khác.

Người thi công nên dùng thiết bị kỹ thuật số để kiểm tra bề mặt đầu nối sợi quang xem có hư hỏng, nhiễm bẩn, vết dầu và trầy xước không. Chỉ cần một vết bụi bẩn nhỏ cũng có thể làm ô nhiễm bề mặt và hủy hoại chất lượng đầu nối sợi quang, hạn chế khả năng hoạt động của hệ thống mạng. Thiết bị kiểm tra kỹ thuật số sẽ phân tích kích thước, chủng loại, số lượng ô nhiễm... có trên đầu nối sợi quang, và đưa ra kết quả pass/fail dựa theo các tiêu chuẩn.

Quá trình kiểm tra sợi quang cũng bao gồm việc sử dụng bộ phát ánh sáng để kiểm tra tính thông suốt trên toàn tuyến kết nối và sự phân cực của các đầu nối. Phương pháp kiểm tra này được gọi là VFL, sử dụng ánh sáng đỏ nhìn thấy được để dò tìm các điểm bị lỗi và đứt gãy trên sợi quang, đồng thời giúp kiểm tra sự phân cực trên một cặp cáp nhảy hoặc cáp MPO.

Tier 1– Đo kiểm thông số suy hao

Thông số suy hao IL (insertion loss) trên sợi quang là giá trị đo suy hao nguồn sáng khi ánh sáng di chuyển từ điểm đầu đến điểm cuối của một tuyến kết nối quang. Mức suy hao được đo bằng đơn vị dB, giới hạn trong một khoảng cách nhất định nơi tín hiệu có thể di chuyển trên sợi quang. Một số trường hợp suy hao là do chất liệu của sợi quang, còn lại hầu hết do kỹ thuật thi công khiến sợi quang bị nhồi nhét hoặc uốn cong quá mức cho phép.

Mức suy hao được đo kiểm bằng thiết bị sử dụng nguồn phát–được gọi là OLS (optical light source) và đầu nhận–được gọi là OPM (optical power meter), còn được biết đến như là phép đo kiểm OLTS (optical loss test set). IL là sự khác nhau giữa mức năng lượng của thiết bị phát và thiết bị nhận. Trong hình bên dưới, mức năng lượng của thiết bị phát là P_in và của thiết bị nhận là P_out (IL = P_in - P_out).

Trên thực tế, thiết bị OLS và OPM được kết nối đến tuyến cáp sợi quang bằng dây đo TRC (test reference cord). Để đo chính xác thông số IL trên tuyến cáp, cần phải tính toán lượng suy hao thêm vào bởi dây đo TRC. Theo tiêu chuẩn TIA-568-C và ISO/IEC 14763-3, có 3 phương pháp để thực hiện việc tính toán này là 1-jumper, 2-jumper và 3-jumper.

Tùy vào phương pháp được chọn, có thể tính hoặc không tính mức suy hao trong các kết nối tại hai điểm đầu cuối của tuyến cáp đang đo. Chuẩn TIA thường khuyên dùng phương pháp 1-jumper, còn chuẩn ISO lại khuyến khích chọn phương pháp 3-jumper.

Dù phương pháp nào được sử dụng đi nữa thì việc thiết lập tham chiếu, thường được gọi là “set reference” cũng phải được thực hiện trước khi tiến hành đo. Quá trình này sẽ giúp thiết bị xác định độ suy hao của sợi cáp dùng trong các phép đo (TRC), sau đó sẽ triệt tiêu mức suy hao này ở kết quả cuối cùng nhằm đảm bảo tính chính xác của phép đo. Ngoài ra, các kỹ thuật viên đo kiểm cũng phải duy trì việc kết nối giữa các sợi TRC với đầu phát của thiết bị đo sau khi đã thực hiện “set reference”. Nếu kết nối này bị gián đoạn thì chúng ta phải thực hiện lại việc “set reference” trước khi tiếp tục tiến hành đo kiểm.

Khi thực hiện đo kiểm hệ thống mạng sợi quang MM theo Tier 1, các sợi TRC kết nối đến thiết bị OLS cần phải là các sợi quang chuẩn, đáp ứng điều kiện về mode truyền để đảm bảo tính chính xác và độ ổn định cho các kết quả đo. Cuộn mandrel với 5 vòng xoắn, là một công cụ giúp loại bỏ các tia sáng higher-order mode khi sử dụng nguồn phát dạng light-emitting diode (LED) để đo kiểm sợi quang MM. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ mạng, các yêu cầu về độ chính xác cũng ngày một khắt khe hơn. Do đó, các chuyên gia đầu ngành về lĩnh vực đo kiểm đã cho ra đời một công nghệ đo kiểm mới, tiên tiến và chính xác hơn, đó là Encircled Flux (EF).

EF là một tiêu chuẩn mới được các nhà cung cấp hàng đầu về thiết bị đo kiểm ứng dụng vào trong thiết bị của họ. Đồng thời, EF cũng được hai tổ chức tiêu chuẩn uy tín là TIA và IEC mô tả trong tài liệu của họ như là một yêu cầu bắt buộc khi tiến hành đo kiểm cáp sợi quang MM. Hơn nữa, tiêu chuẩn EF còn được các nhà tư vấn thiết kế hệ thống cáp và các kỹ sư hàng đầu trên thế giới khuyên dùng khi thực hiện đo kiểm chứng nhận sợi quang MM.

Việc đo kiểm sợi quang SM thường không đòi hỏi điều kiện về mode truyền. Tuy nhiên, dù trong khoảng cách rất ngắn vẫn có thể có nhiều mode được truyền, nên tốt nhất là cuộn tròn một vòng 30 mm trên sợi cáp đầu phát TX để loại bỏ những mode không cần thiết này.

Đo chứng nhận

Thiết bị đo chứng nhận chính là thiết bị đo kiểm ở Tier 1, bao gồm máy OLS và OPM. Hai máy này sẽ giao tiếp với nhau thông qua tuyến cáp quang cần đo. Ngoài việc đo các thông số suy hao căn bản, thiết bị này còn đo thêm chiều dài sợi quang, kiểm tra tính liên tục và phân cực. Điểm nổi bật của chúng là khả năng đo kiểm 2 sợi quang cùng lúc theo cả 2 chiều, giúp quá trình đo kiểm nhanh hơn và đáp ứng được các tiêu chuẩn chứng nhận đòi hỏi phải đo suy hao ở cả hai chiều. Thiết bị đo chứng nhận cho phép người dùng lựa chọn pass/fail dựa vào các tiêu chuẩn, thực hiện đo kiểm và đưa ra bản báo cáo hoàn chỉnh một cách tự động.

Để đo kiểm, đầu tiên người dùng phải nhập thông tin về sợi quang cần đo, bao gồm cả số lượng khớp nối, mối nối và lựa chọn đúng tiêu chuẩn, và đúng phương pháp cân chỉnh “set reference”. Ngoài ra, người dùng tại hai điểm đầu cuối của tuyến cáp cần chuyển đổi vị trí dây TX và RX cho nhau để tiến hành đo kiểm hai chiều. Thiết bị sẽ tự động tính toán mức năng lượng cần thiết của tuyến cáp và kết quả đo sẽ được so sánh với mức này, sau đó cho ra kết quả pass hoặc fail.

Đo kiểm Tier 2 với OTDR

Ngoài các phép đo suy hao được cung cấp bởi quá trình đo kiểm ở Tier 1, một số tiêu chuẩn ISO/IEC và ANSI/TIA/BICSI còn yêu cầu đo theo phương pháp OTDR (optical time domain reflectometer). OTDR cũng chính là công cụ xác định vị trí lỗi tốt nhất hiện nay, cung cấp thông tin chi tiết về các sự kiện xảy ra trên toàn bộ chiều dài tuyến cáp sợi quang.

OTDR sẽ phát một xung ánh sáng vào trong lõi sợi quang. Khi xung ánh sáng này di chuyển bên trong sợi quang, sẽ có một số ánh sáng quay về OTDR do hiện tượng tán xạ khi gặp vật cản (hay còn gọi là tán xạ Rayleigh). Các tán xạ sẽ xảy ra liên tục dọc theo sợi quang nếu cấu tạo bên trong lõi sợi quang không hoàn hảo, là nguồn gốc chính gây suy hao. Bước sóng ánh sáng ngắn hơn sẽ tán xạ mạnh hơn, do đó ở các bước sóng ngắn, sợi quang sẽ có IL nhiều hơn. Ví dụ, sợi quang MM sẽ có suy hao tại bước sóng 850 nm cao hơn suy hao tại bước sóng 1300 nm. OTDR đo cường độ ánh sáng tán xạ ngược theo hàm thời gian, sau đó tính ra khoảng cách và hiển thị thành sơ đồ trực quan. Đồng thời, OTDR cũng hiển thị tổng mức suy hao của toàn tuyến sợi quang theo dB và mức suy hao theo khoảng cách (dB/km).

Ngoài tán xạ Rayleigh, ánh sáng còn bị phản xạ từ một điểm nào đó bên trong sợi quang do thay đổi về chỉ số khúc xạ của sợi quang (còn gọi là phản xạ Fresnel). Những nguyên nhân dẫn đến phản xạ này bao gồm: bề mặt đầu nối không tốt, hai đầu nối không khớp nhau, đầu nối chưa được bấm, các mối hàn không tốt và khoảng hở giữa các đầu nối. Những sự kiện này được thể hiện bằng các đỉnh nhọn trên biểu đồ của OTDR. Chiều cao của đỉnh cho biết mức độ phản xạ của sự kiện. Mức phản xạ là tỷ số của ánh sáng phản xạ với ánh sáng tới tại một điểm duy nhất. Đối với các hệ thống mạng LAN hoạt động ở tốc độ 10, 40 hoặc 100 Gbps và các mạng truyền hình, mức phản xạ cao chính là mối quan tâm hàng đầu.

Phản xạ bị ảnh hưởng trực tiếp bởi kỹ thuật thi công và được đo bằng dB. Giá trị phản xạ điển hình cho các kết nối thường trong khoảng từ -35 dB đến -65 dB. Số âm càng lớn, năng lượng phản xạ trở lại OTDR càng ít, đồng nghĩa hiệu suất mạng càng tốt hơn.

OTDR cũng cung cấp một thông số suy hao khác là ORL (optical return loss). ORL là tỷ lệ mức ánh sáng phản xạ trên sợi quang với mức ánh sáng tới được phát vào trong sợi quang. Một phản xạ cao ở đầu cuối một sợi quang dài không ảnh hưởng nhiều đến ORL. Ngược lại, một phản xạ cao ở đầu gần một sợi quang dài hoặc ngắn cũng đều ảnh hưởng đến tổng ORL.

Ngoài đo suy hao trên toàn bộ sợi quang, OTDR cũng có thể đo suy hao ở một phần của sợi quang bằng cách di chuyển con trỏ đến vị trí mong muốn trên biểu đồ. Lưu ý phép đo suy hao trên toàn tuyến sợi quang cung cấp bởi OTDR sẽ không chính xác như phép đo suy hao của Tier 1. OTDR được dùng để kiểm tra các đầu nối, xử lý sự cố và định vị lỗi như đứt sợi quang. Khi cáp được lắp đặt và chứng nhận, sẽ có một biểu đồ cơ sở được thực hiện và lưu giữ để tham khảo. Trong quá trình xử lý sự cố, các biểu đồ cơ sở sẽ được so sánh với biểu đồ hiện hành.

Nhiều OTDR sẽ tự động phát hiện và đo lường các sự kiện, đẩy nhanh quá trình đo kiểm ở Tier 2 và giúp các kỹ thuật viên ít kinh nghiệm vẫn có thể sử dụng tất cả tính năng của một OTDR. OTDR hiển thị một bảng thông tin các sự kiện bao gồm loại sự kiện, mức suy hao, mức phản xạ và một bảng tóm tắt về thông số suy hao cũng như ORL trên toàn tuyến sợi quang.

Để đảm bảo hiệu suất cao khi tăng tốc độ mạng lên 10 Gbps hoặc hơn, thì việc vệ sinh sạch sẽ các đầu nối và có một bộ đầy đủ các thiết bị đo kiểm sợi quang là điều quan trọng nhất. Đảm bảo được điều này, chúng ta sẽ có cơ sở để xác minh chất lượng các lắp đặt mới và chẩn đoán các vấn đề tiềm ẩn trong hệ thống mạng. Các hướng dẫn về việc kiểm tra bề mặt đầu nối sợi quang và các phép đo ở cả Tier 1 và Tier 2 đều đã được cung cấp rất rõ ràng trong các tiêu chuẩn công nghiệp. Điều quan trọng là mọi nhân viên đo kiểm cần phải làm quen, thông thuộc với các tiêu chuẩn và các thiết bị cần thiết cho việc lắp đặt cũng như duy trì hệ thống mạng hiện nay.

Nguyễn Văn Đông Minh

Theo Cabling Installation & Maintenance