全面讲解光纤光模块光纤交换机光模块组网设计与案例

Posted 2021-11-11 一口Linux

光纤组网已是当今建筑智能化弱电行业里一种常见的组网方式，组建远距离无线、监控网络时，往往需要使用光纤进行连接通信，使用光纤收发器是经济适用型做法，尤其是在室外的使用。其实光纤收发器不仅可以成对使用，还可以配合光纤交换机使用。

光纤、光模块、光纤交换机、光模块组网知识分享

光纤

由玻璃或塑料制成的纤维，用于传输光信号。传输原理是‘光的全反射’。具有保密性好、重量轻、抗干扰能力强、距离远、数据带宽高的优点，光纤支持的传输速率包括100Mbps，1Gbps，10Gbps及更高。

光纤分类

光纤传输的常用波长有：850、1310、1490、1550nm，按照光纤传输光信号模式分为单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）：

单模光纤：只能传输一种模式的光，适用于长距离传输。

多模光纤：可以传输多种模式的光，适用于机房内等短距离传输。

光纤的常见接口类型

光模块

光模块分类

按封装：1*9 、GBIC、 SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin等。

按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。

按波长：常规波长、CWDM、DWDM等。

按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。

按使用性：热插拔（GBIC、 SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。

封装形式是光模块基本原理

光收发一体模块（Optical Transceiver)

光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。

由两部分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。

发射部分：

输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)

发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。

接收部分：

一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。

负责进行光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。常见的光模块速率：155M(百兆)、1.25G(千兆)、 10G(万兆)、40G。

光模块的主要参数

1. 传输速率

传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和万兆。

2.传输距离

光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km 及以下的为短距离，10～20km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。

■光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。

光模块类型

光纤的端面与直径

· 按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC

· 按照光纤连接器的直径分：Φ3，Φ2, Φ0.9

按照光纤的类型分：

单模光纤连接器（一般为G.652 纤：光纤内径9um，外径125um）；

多模光纤连接器（一种是G.651 纤其内径50um，外径125um；另一种是内径62.5um，外径125um）；

按照光纤连接器的连接头形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ 等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC

SC（Subscriber Connector Standard Connector，标准光纤连接器），由日本NTT公司开发的模塑插拔耦合式连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩形；插针由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构。紧固方式采用插拔销式，不需要旋转。外观图如下所示：

注意：为了保护光纤连接器的清洁，请务必保证在未连接光纤时盖上防尘帽。

接口指标

输出光功率

输出光功率指光模块发送端光源的输出光功率。

可以理解为光的强度，单位为W或mW或dBm。其中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率。

公式： P(dBm)=10Log(P/1mW)

光功率衰减一半，降低3dB，0dBm的光功率对应1mW使用光功率计测量。针对PON产品，由于其ONU端采用的是突发模式，因此需使用专用的光功率计进行测量，串接在线路中，可以即时给出当前上行和下行的光功率。

接收灵敏度

接收灵敏度指的是在一定速率、误码率情况下光模块的最小接收光功率，单位：dBm。一般情况下，速率越高接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高。

考虑到光纤老化或其他不可预见因素导致的链路损耗增大，最佳接收光功率范围控制在接收灵敏度以上2-3dB?至过载点以下2-3dB，即上图中的白色区域。

光模块分类

按光模块模式分类

单模：传输距离远

多模：传输距离近，一般小于≤2km

光模块发射光功率和接收灵敏度

发射光功率指发射端的光强，接收灵敏度指可以探测到的光强度。两者都以dBm为单位，是影响传输距离的重要参数。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。 损耗限制可以根据公式：

损耗受限距离＝（发射光功率‐接收灵敏度）/光纤衰减量 来估算。

光纤衰减量和实际选用的光纤相关。一般目前的G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纤在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，可以不作考虑。

按链路资源分类

单纤光模块

饱和光功率值

指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为‐3dBm。当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。

光饱和度

又称饱和光功率，指的是在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～10-12）时的最大输入光功率，单位：dBm。

■需要注意的是，光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。 注意 对于长距光模块，由于其平均输出光功率一般大于其最大输入光功率（即光饱和度），因此请用户使用时关注光纤使用长度，以保证到达光模块的实际接收光功率小于其光饱和度，否则有可能造成光模块的损坏。

双纤光模块

光模块的选择

随着光模块的广泛，越来越多的客户开始关注模块本身稳定性和可靠性的特点。现在市场上流行的光模块一共有三种：原装光模块、二手光模块和兼容光模块。

众所周知，原装光模块的价格非常高，许多厂商只能望而却步。而至于二手光模块，虽然其价格比较低，但是质量却得不到保证，经常在使用半年后就会出现丢包的现象。因此，许多厂商纷纷把视线转向了兼容光模块。的确，兼容光模块在使用中，其性能与原装光模块几乎无二，而在价格上更比原装光模块便宜好几倍，这也是兼容光模块能大热的原因。

但是，市场上的商品良莠不齐，许多商家又以次充好、鱼目混珠，对光模块的选取造成了一定的难度，下面就纤细谈谈光模块的选择：

第一，我们如何分辨新的光模块和二手光模块呢？

上面我们提到了，二手光模块经常会在使用半年后出现丢包的情况，这是因为它光功率不稳和光灵敏度下降等原因造成的。如果我们有光功率计的话，可以拿出来测一测，看看其的光功率是否与数据手册上的参数一致。如果出入太大，则为二手光模块。

第二，观察光模块售后的使用情况。

一个正常的光模块的使用寿命为5年，在第一年中基本很难看出光模块的好坏，但是在其使用的第二年或第三年就可以看出来了。

第三，看光模块与设备之间的兼容性如何。

消费者在购买前，需和供应商进行沟通，告知其需要使用在哪个品牌的设备上。

第四，我们还要看光模块的温度适应能力怎么样。

光模块本身在工作时产生的温度并不高，但是它一般的工作环境都是在机房或是在交换机上，温度过高或者过低都会影响其光功率、光灵敏度等参数。一般情况下所使用的光模块温度范围在0~70°C即可，如果在极冷或者极热的环境，则需使用工业级-40~85°C的光模块。

光模块配对原则

上图方法，内置光模块的设备同样适用哦~！

由于光模块进行传输数据时分为发送和接收两个方向，双纤光模块通过不同的端口区分，单纤光模块通过不同的光波长区分，如下。

因此在使用单纤的光模块时，两端光模块的波长要匹配，即TX/RX相反。

双纤光模块，两端同型号

单纤光模块，两端光模块波长TX和RX相反，其他一致。

单项光模块咱给大家举个例子：海康单纤模块，型号上标识的波长都是发送波长，如HK-SFP-1.25G-20-1310，表示发送波长1310nm，接收波长1550nm。和它配对的模块是HK-SFP-1.25G-20-1550。

光模块组网方式

常见问题解答

交换机关口是否需要开启？

未配置过的可网管交换机除了光电复用口的光口需要开启外，其他交换机的光口均是即插即用，无需配置开启。

光口不亮怎么处理？常见排查分四个步骤：

1.检查设备光口和使用的光模块速率是否匹配。

2.检查两端使用的光模块是否配对。

3.检查使用的光纤是否和光模块匹配，单模光模块使用单模光纤，多模光模块使用多模光纤

双纤光模块，一端的两根光纤左右对调下

4.检查光纤链路是否OK，使用短纤进行测试。

光纤收发器的一般组网方式

光纤交换机

方案一

比较常见且稳定的传输方案，适用于小型项目。

一对一传输方式

这是光纤收发器比较常见的应用方式，传统的一对一的方式，即前端1光1电，后端1光1电，或者前端1光2/4/8电口，后端1光1电的连接方式。应用在中小型的远距离网络中比较多，比较明显的就是只有一对光纤收发器。

方案二

前端直接用1光多电的收发器连接摄像机，少用了一次交换机的中继。

方案三

机房端收发器采用集中供电方式，节省了电源布线的繁琐，管理起来更加方便。

方案四

前端1光多电，后端收发器机架集中供电。

方案五

在一些项目施工布线过程中，采用传统的布线方式光纤资源不够用的情况下，可以采用前端2光多电级联型的收发器，连接多个摄像机。

方案六

前端级联型收发器链接多个摄像机，通常一芯光纤上可以链接十几个二光多电的收发器，后端用收发器机架集中供电，统一管理。

方案七

前端用交换机+收发器、1光多电收发器两种方式混合使用，后端用4光2电汇聚型收发器接收。随着多光口汇聚型光电交换机越来越多的使用，产品逐渐稳定。不足的地方是，后端4光2电汇聚型光电交换机，一旦1个光口坏了，需要整机返厂维修，影响到其他线路上摄像机的传输。

方案八

前端用交换机+收发器、1光多电收发器两种方式混合使用，后端用8光2电汇聚型收发器接收。随着多光口汇聚型光电交换机越来越多的使用，产品逐渐稳定。不足的地方是，后端8光2电汇聚型光电交换机，一旦1个光口坏了，需要整机返厂维修，影响到其他线路上摄像机的传输，当然了插SFP模块的光电交换机除外。

方案九

级联与汇聚混合使用的方式，最大限度地利用了光纤资源。减少了不必要布线所带来的麻烦

方案十

方案十一

环网型收发器，考虑到成本的因素，目前在民用市场使用的比较少，主要在一些大型项目工程中使用，多采用工业级2光2电、2光3电、2光4电、2光8电设备。在整个光纤闭环中，有一处中断，不影响其他设备的正常通信。