Pri návrhu siete dátového centra sa výber kabeláže z optických vlákien riadi dvoma hlavnými obmedzeniami: požiadavkami na prenosovú rýchlosť a dosahom kanálov. Zatiaľ čo jedno-režimové vlákno (SMF) ponúka široký dosah vhodný pre aplikácie v areáli a WAN,multimódové vlákno(MMF) zostáva prevládajúcim médiom pre krátke{0}}pripojenie v rámci{1}}dátového centra s dosahom vďaka nižším nákladom na transceivery založené na VCSEL-.
však,multimódové vláknopodlieha prísnym obmedzeniam vzdialenosti vyplývajúcim z optickej fyziky. Ako sa štandardy Ethernetu vyvíjajú z 10GBASE-SR na 40GBASE-SR4 a 100GBASE-SR4, povolená dĺžka kanála sa výrazne znižuje. Pochopenielimit vzdialenosti multimódového vláknapre každú kategóriu optického režimu (OM) je nevyhnutná na zabezpečenie súladu fyzickej vrstvy a integrity signálu.
Tento článok analyzuje technické špecifikácie, možnosti šírky pásma amaximálna vzdialenosť pre multimódové vláknoklasifikácie od OM1 do OM5.
Fyzické obmedzenia pri multimódovom prenose
Obmedzenia vzdialenosti v multimódových optických systémoch sú primárne spôsobené dvoma faktormi: chromatickou disperziou a útlmom (strata optického výkonu).
Modálna disperzia a medzisymbolová interferencia
Na rozdiel od jedného-vlákna, ktoré šíri jeden režim svetla,multimódové vláknomá väčší priemer jadra (50 µm alebo 62,5 µm), ktorý podporuje stovky režimov šírenia.
Keď sa svetelný impulz spustí do vlákna, rôzne režimy prechádzajú rôznymi dĺžkami dráhy. Režimy vysokého-poradia (cestovanie v blízkosti opláštenia) majú dlhšiu dráhu ako režimy nízkeho-poradia (cestovanie v blízkosti osi). Tento jav, známy ako oneskorenie diferenciálneho režimu (DMD), spôsobuje, že sa optický impulz časom rozšíri.
So zvyšujúcou sa prenosovou rýchlosťou sa interval medzi bitmi znižuje. Nadmerné šírenie impulzov má za následok medzisymbolové rušenie (ISI), kde sa susedné bity prekrývajú, čím sa signál stáva nečitateľným pre prijímač. To si vyžaduje kratšie dĺžky káblov, aby sa zachovala prijateľná bitová chybovosť (BER).
Šírka pásma-Produkt na diaľku
Výkon multimódovej kabeláže sa kvantifikuje jej efektívnou modálnou šírkou pásma (EMB), meranou v MHz·km.
Overfilled Launch (OFL):Používa sa na meranie šírky pásma s LED zdrojmi (OM1/OM2).
Laserová optimalizácia (EMB):Používa sa na meranie šírky pásma so zdrojmi VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Vyššia hodnota EMB indikuje schopnosť prenášať dáta na väčšiu vzdialenosť predtým, než modálna disperzia degraduje signál.
Technické špecifikácie podľa typu vlákna
Združenie telekomunikačného priemyslu (TIA) a ISO/IEC definujú päť tried multimódových vlákien. Každá generácia je definovaná priemerom jadra, optimalizáciou svetelného zdroja a kapacitou šírky pásma.
OM1 a OM2 (staršie štandardy)
Vlákna OM1 a OM2 boli navrhnuté pre aplikácie Fast Ethernet a Gigabit Ethernet využívajúce svetelné zdroje LED.
OM1 (62,5/125 µm):
Farba bundy:Oranžová.
šírka pásma:200 MHz · km (pri 850 nm).
Obmedzenie vzdialenosti:Dosah 275 metrov pri 1 Gbps. Pri rýchlosti 10 Gbps,limit vzdialenosti multimódového vláknaklesne na 33 metrov, čo ho robí nevhodným pre modernú topológiu.
OM2 (50/125 µm):
Farba bundy:Oranžová.
šírka pásma:500 MHz · km (pri 850 nm).
Obmedzenie vzdialenosti:Schopný 550 metrov pri 1 Gbps, ale obmedzený na 82 metrov pri 10 Gbps.
Poznámka: OM1 a OM2 sú široko považované za zastarané pre nové inštalácie vyžadujúce rýchlosti nad 1 Gbps.
OM3 (laser-optimalizované 50 µm)
OM3 znamenal prechod na optimalizáciu Vertical-Cavy Surface-Emitting Laser (VCSEL). Ide o základný-štandard pre 10 Gigabit Ethernet.
Farba bundy:Aqua.
Efektívna modálna šírka pásma (EMB):2000 MHz·km.
Aplikácia:OM3 podporuje až 10 GBASE-SR300 metrov. Pre vysoko-rýchlostnú paralelnú optiku (40GBASE-SR4 a 100GBASE-SR4)maximálna dĺžka multimódového vláknaje obmedzený na100 metrov.
OM4 (širokopásmový laser-optimalizovaný 50 µm)
OM4 poskytuje vyššiu špecifikáciu šírky pásma ako OM3, čím sa znižuje oneskorenie diferenciálneho režimu. To umožňuje rozšírený dosah a vyššie straty pri vkladaní.
Farba bundy:Aqua alebo Violet (Erika Violet).
Efektívna modálna šírka pásma (EMB):4700 MHz·km.
Aplikácia:OM4 rozširuje dosah 10 GBASE-SR na550 metrov. Pre chrbticu dátových centier je kriticky dôležité, že podporuje aplikácie 40G/100G až150 metrov.
OM5 (širokopásmové multimódové vlákno)
OM5 je špecifikovaný TIA-492AAAE a je navrhnutý na podporu krátkovlnného multiplexovania (SWDM).
Farba bundy:Limetkovo zelená.
Technická charakteristika:Na rozdiel od OM3/OM4, ktoré sú primárne optimalizované pre 850nm, je OM5 špecifikovaný pre široký rozsah vlnových dĺžok medzi 850nm a 953nm.
Špecifikácia vzdialenosti:Pre štandardné IEEE 802.3 transceivery (používajúce jednu vlnovú dĺžku pri 850 nm) ponúka OM5 to istémaximálna vzdialenosť pre multimódové vláknoako OM4. Jeho výhoda je realizovaná len pri použití SWDM4 transceiverov na prenos viacerých signálov cez jeden pár vlákien.
Referenčná tabuľka limitu vzdialenosti
Nasledujúca tabuľka sumarizujedĺžka optického kábla maxpodporované štandardom IEEE 802.3Ethernetaplikácie.
|
Kategória vlákna |
100 Mbps (Fast Ethernet) |
1 Gbps (1 000 BASE-SX) |
10 Gbps (10 GBASE-SR) |
40 Gbps (40 GBASE-SR4) |
100 Gbps (100 GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Nie je podporované |
Nie je podporované |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Nie je podporované |
Nie je podporované |
|
OM3 |
2000 m |
550 m |
300 m |
100 m |
70 m |
|
OM4 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
|
OM5 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
Technické požiadavky na maximálnu vzdialenosť
Dosiahnutie teoretickéhomaximálna vzdialenosť multimódového vláknavyžaduje prísne dodržiavanie rozpočtov na straty. Fyzický kábel je len jednou súčasťou kanála; vložný útlm z prepojovacích bodov výrazne ovplyvňuje dosiahnuteľný dosah.
Stratové rozpočty vloženia kanála
So zvyšujúcou sa rýchlosťou prenosu údajov sa rozpočet prípustnej optickej straty znižuje.
10 GBASE-SR (OM3):Rozpočet približne . 2.6 dB.
40 GBASE-SR4 (OM3):Rozpočet približne . 1.9 dB.
Ak prepojenie štruktúrovanej kabeláže obsahuje viacero prepojovacích panelov, kaziet alebo krížových{0}}pripojení, celkovávložná stratamôže prekročiť prah citlivosti transceivera pred dosiahnutím maximálnej dĺžky kábla. Inžinieri musia vypočítať celkovú stratu pomocou vzorca:
Strata spojenia=(dĺžka kábla × dB/km) + (páry konektorov × strata/pár)
Používanie konektorov MTP/MPO s ultra{0}}nízkou stratou (ULL) (zvyčajne<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Rozptyl transceivera (štandardný vs. rozšírený dosah)
Vzdialenosti uvedené v tabuľke vyššie sa vzťahujú na štandardné špecifikácie IEEE. Na trhu však existujú vysielače a prijímače "Extended Reach" (eSR4/CSR4).
Štandardná 100G-SR4 na OM4:100 metrov.
Vlastná 100G-eSR4 na OM4:Až 300 metrov.
Táto neštandardná optika využíva vyšší vysielací výkon alebo citlivejšie prijímače na prekonanielimit vzdialenosti multimódového vlákna. Kompatibilitu je potrebné overiť u výrobcu spínača.
Kritériá výberu kabeláže
Pri navrhovaní infraštruktúry fyzickej vrstvy slúžia nasledujúce prahové hodnoty ako štandardné vodidlá výberu:
Dosah < 100 metrov:OM3 poskytuje dostatočnú šírku pásma pre 10G, 40G a 100G. Je to nákladovo{5}}najefektívnejšie riešenie pre pripojenia v rámci-rack a Top{7}}of{8}}rack (ToR) to End-of{10}}Row (EoR).
Dosah 100 - 150 metrov:OM4 je povinný podporovať prenosové rýchlosti 40G/100G. OM3 je na tieto vzdialenosti podľa štandardných protokolov SR4 nedostatočný.
Dosah > 150 metrov:Pre prepojenia presahujúce 150 metrov je odporúčaný technický štandard Single{1}}Mode Fiber (OS2). Zatiaľ čomultimódové vláknoje fyzicky schopný prenášať 1G alebo 10G na väčšie vzdialenosti, nemôže podporovať migráciu na 40G/100G nad limit 150-metrov. Nasadenie Single-Mode Fiber zabezpečuje budúcu kompatibilitu s architektúrami PSM4 alebo DR4.
Záver
Thelimit vzdialenosti multimódového vláknaje funkciou efektívnej modálnej šírky pásma kábla a prenosovej rýchlosti aktívneho zariadenia. Zatiaľ čo staré vlákna OM1 a OM2 sú pre vysokorýchlostné siete zastarané, OM3 a OM4 zostávajú priemyselným štandardom pre aplikácie dátových centier s krátkym-dosahom.
Pre sieťových plánovačov je kritický demarkačný bod 150 metrov. Pod touto hranicou ponúka OM4 optimálnu rovnováhu medzi výkonom a cenou transceivera. Po prekročení tejto hranice sa vyžaduje jedno{4}}režimové vlákno (OS2), aby sa zabezpečila integrita signálu a podpora protokolov pre súčasné a budúce štandardy Ethernet.
FAQ
Je vlákno OM5 lepšie ako OM4 pre štandardné siete 10G/40G/100G?
Nie pre štandardné limity vzdialenosti. Pre tradičnú paralelnú optiku (SR4), ktorá používa jednu vlnovú dĺžku (850 nm), OM5 ponúka presne tie isté limity vzdialenosti ako OM4 (napr. 100 m pre 100 GBASE-SR4). OM5 je lepší len pri použití SWDM (Short Wave Division Multiplexing) transceiverov, kde umožňuje prenos viacerých vlnových dĺžok na rovnakom vlákne. Ak nepoužívate optiku SWDM, OM5 neposkytuje žiadnu ďalšiu výhodu dosahu oproti OM4.
Prečo je limit vzdialenosti pre 40G a 100G kratší ako 10G?
Kvôli modálnej disperzii. Ako sa rýchlosť prenosu dát zvyšuje (trvanie impulzu sa znižuje), optický prijímač sa stáva oveľa citlivejším na "rozmazanie signálu" (disperzia) spôsobené svetlom prechádzajúcim rôznymi cestami cez jadro vlákna. Malé množstvo šírenia signálu, ktoré je prijateľné pri rýchlosti 10 Gb/s, sa pri rýchlosti 100 Gb/s stáva kritickým zlyhaním, čo si vynúti zníženie maximálnej fyzickej vzdialenosti, aby sa zachovala integrita signálu.
V akej vzdialenosti by som mal prejsť z multimódového na jednorežimové vlákno-?
„Pravidlo 150 metrov“ je najlepším postupom v tomto odvetví.
Menej ako 150 metrov: Multimode (OM4) je zvyčajne cenovo-efektívnejší vďaka lacnejšej optike.
Viac ako 150 metrov: Odporúča sa jednoduchý-režim (OS2).
Je vlákno OM4 spätne kompatibilné s OM3?
Áno, plne spätne kompatibilné.OM4 vlákno je v podstate "vyššia špecifikácia" verzia OM3. Kabeláž OM4 si môžete nainštalovať už dnes a použiť ju so staršími 10G OM3 transceivermi. Odkaz bude fungovať normálne.
Odporúčané články
OS1 vs OS2 Single Mode Fiber
Sklenené vs plastové optické vlákno
Kábel z optických vlákien SC/APC
