При проектировании сети центра обработки данных выбор оптоволоконных кабелей определяется двумя основными ограничениями: требованиями к скорости передачи и радиусом действия канала. Одномодовое оптоволокно (SMF) обеспечивает широкий охват и подходит для кампусов и глобальных сетей.многомодовое волокно(MMF) остается преобладающей средой для короткой-связи внутри-центров обработки данных из-за более низкой стоимости трансиверов на базе VCSEL-.
Однако,многомодовое волокноподчиняется строгим ограничениям по расстоянию, вытекающим из оптической физики. По мере развития стандартов Ethernet от 10GBASE-SR до 40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR4 допустимая длина канала значительно уменьшается. Пониманиеограничение расстояния по многомодовому волокнудля каждой категории оптического режима (OM) необходим для обеспечения соответствия физическому уровню и целостности сигнала.
В этой статье анализируются технические характеристики, возможности полосы пропускания имаксимальное расстояние для многомодового волокнаклассификации от OM1 до OM5.
Физические ограничения многомодовой передачи
Ограничения по расстоянию в многомодовых оптических системах в первую очередь вызваны двумя факторами: хроматической дисперсией и затуханием (потеря оптической мощности).
Модальная дисперсия и межсимвольная интерференция
В отличие от одномодового-волокна, которое распространяет одну световую моду,многомодовое волокноимеет больший диаметр сердцевины (50 мкм или 62,5 мкм), что поддерживает сотни режимов распространения.
Когда световой импульс попадает в волокно, разные моды проходят разные длины пути. Моды высокого-порядка (движущиеся вблизи оболочки) проходят более длинный путь, чем моды низкого-порядка (движущиеся вблизи оси). Это явление, известное как задержка дифференциальной моды (DMD), приводит к тому, что оптический импульс растягивается во времени.
По мере увеличения скорости передачи интервал между битами уменьшается. Чрезмерное расширение импульса приводит к межсимвольной интерференции (ISI), когда соседние биты перекрываются, что делает сигнал нечитаемым приемником. Это требует более коротких кабелей для поддержания приемлемого уровня битовых ошибок (BER).
Пропускная способность-Произведение расстояния
Производительность многомодовых кабелей количественно оценивается по эффективной модальной полосе пропускания (EMB), измеряемой в МГц·км.
Переполненный запуск (OFL):Используется для измерения полосы пропускания светодиодных источников (OM1/OM2).
Лазерная оптимизация (EMB):Используется для измерения полосы пропускания источников VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Более высокое значение EMB указывает на возможность передачи данных на большее расстояние до того, как модовая дисперсия ухудшит сигнал.
Технические характеристики по типам волокон
Ассоциация телекоммуникационной отрасли (TIA) и ISO/IEC определяют пять классов многомодового волокна. Каждое поколение определяется диаметром ядра, оптимизацией источника света и пропускной способностью.
OM1 и OM2 (устаревшие стандарты)
Волокна OM1 и OM2 были разработаны для приложений Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, использующих светодиодные источники света.
ОМ1 (62,5/125 мкм):
Цвет куртки:Апельсин.
Пропускная способность:200 МГц·км (на длине волны 850 нм).
Ограничение расстояния:Способен работать на расстоянии 275 метров со скоростью 1 Гбит/с. При скорости 10 Гбит/сограничение расстояния по многомодовому волокнупадает до 33 метров, что делает его непригодным для современной топологии.
ОМ2 (50/125 мкм):
Цвет куртки:Апельсин.
Пропускная способность:500 МГц·км (на длине волны 850 нм).
Ограничение расстояния:Возможно расстояние 550 метров при скорости 1 Гбит/с, но ограничение до 82 метров при скорости 10 Гбит/с.
Примечание. OM1 и OM2 широко считаются устаревшими для новых установок, требующих скорости выше 1 Гбит/с.
OM3 (лазерная-оптимизация, 50 мкм)
OM3 ознаменовал переход к оптимизации вертикального-поверхностного резонатора-излучающего лазера (VCSEL). Это стандарт начального-уровня для 10-гигабитного Ethernet.
Цвет куртки:Аква.
Эффективная модальная пропускная способность (EMB):2000 МГц·км.
Приложение:OM3 поддерживает 10GBASE-SR до300 метров. Для высокоскоростной-параллельной оптики (40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR4)максимальная длина многомодового волокнаограничивается100 метров.
OM4 (лазер с высокой-полосой пропускания-оптимизированный, 50 мкм)
OM4 обеспечивает более широкую полосу пропускания, чем OM3, уменьшая задержку в дифференциальном режиме. Это позволяет расширить радиус действия и увеличить запас по вносимым потерям.
Цвет куртки:Аква или Фиалка (Эрика Вайолет).
Эффективная модальная пропускная способность (EMB):4700 МГц·км.
Приложение:OM4 расширяет охват 10GBASE-SR до550 метров. Что критически важно для магистральных сетей центров обработки данных, он поддерживает приложения 40G/100G до150 метров.
OM5 (широкополосное многомодовое волокно)
OM5 соответствует стандарту TIA-492AAAE и предназначен для поддержки мультиплексирования с разделением коротких волн (SWDM).
Цвет куртки:Лаймово-зеленый.
Техническая характеристика:В отличие от OM3/OM4, которые оптимизированы в первую очередь для 850 нм, OM5 рассчитан на широкий диапазон длин волн от 850 до 953 нм.
Спецификация расстояния:Для стандартных приемопередатчиков IEEE 802.3 (использующих одну длину волны 850 нм) OM5 предлагает то же самое.максимальное расстояние для многомодового волокнакак ОМ4. Его преимущество реализуется только при использовании трансиверов SWDM4 для передачи нескольких сигналов по одной оптоволоконной паре.
Справочная таблица пределов расстояний
В следующей таблице обобщенымаксимальная длина оптоволоконного кабеляподдерживается стандартом IEEE 802.3Ethernetприложения.
|
Категория волокна |
100 Мбит/с (Быстрый Ethernet) |
1 Гбит/с (1000BASE-SX) |
10 Гбит/с (10GBASE-SR) |
40 Гбит/с (40GBASE-SR4) |
100 Гбит/с (100GBASE-SR4) |
|
ОМ1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Не поддерживается |
Не поддерживается |
|
ОМ2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Не поддерживается |
Не поддерживается |
|
ОМ3 |
2000 m |
550 m |
300 m |
100 m |
70 m |
|
ОМ4 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
|
ОМ5 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
Инженерные соображения по максимальному расстоянию
Достижение теоретическогомаксимальное расстояние многомодового волокнатребует строгого соблюдения бюджетов потерь ссылок. Физический кабель — это только один компонент канала; Вносимые потери от точек межсоединения существенно влияют на достижимую дальность действия.
Бюджеты вносимых потерь канала
По мере увеличения скорости передачи данных допустимый бюджет оптических потерь уменьшается.
10GBASE-SR (OM3):Бюджет примерно . 2.6 дБ.
40GBASE-SR4 (OM3):Бюджет примерно . 1.9 дБ.
Если структурированная кабельная линия включает в себя несколько патч-панелей, кассет или кросс-соединителей, общая суммавносимая потеряможет превысить порог чувствительности трансивера до того, как будет достигнута максимальная длина кабеля. Инженеры должны рассчитать общие потери по формуле:
Потери в канале=(длина кабеля × дБ/км) + (пары разъемов × потери/пара)
Использование разъемов MTP/MPO с ультра-малыми потерями (ULL) (обычно<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Разница в трансиверах (стандартный и расширенный радиус действия)
Расстояния, указанные в таблице выше, относятся к стандартным спецификациям IEEE. Однако на рынке существуют трансиверы «Extended Reach» (eSR4/CSR4).
Стандартный 100G-SR4 на OM4:100 метров.
Собственный 100G-eSR4 на OM4:До 300 метров.
Эта не-стандартная оптика использует более высокую мощность передачи или более чувствительные приемники для преодоления помехограничение расстояния по многомодовому волокну. Совместимость необходимо уточнить у производителя переключателя.
Критерии выбора кабелей
При проектировании инфраструктуры физического уровня стандартными критериями выбора служат следующие пороговые значения:
Досягаемость < 100 метров:OM3 обеспечивает достаточную пропускную способность для 10G, 40G и 100G. Это наиболее экономичное-эффективное решение для соединений внутри-стойки и соединений сверху--стойки (ToR) с концом--ряда (EoR).
Досягаемость 100 - 150 метров:OM4 обязателен для поддержки скорости передачи 40G/100G. OM3 недостаточно для этих расстояний по стандартным протоколам SR4.
Досягаемость > 150 метров:Для линий длиной более 150 метров рекомендуемым техническим стандартом является одномодовое-волоконное соединение (OS2). Покамногомодовое волокнофизически способен передавать 1G или 10G на большие расстояния, он не может поддерживать переход на 40G/100G за пределами ограничения в 150-метров. Развертывание одномодового оптоволокна обеспечивает будущую совместимость с архитектурами PSM4 или DR4.
Заключение
ограничение расстояния по многомодовому волокнуявляется функцией эффективной модальной полосы пропускания кабеля и скорости передачи активного оборудования. Хотя устаревшие волокна OM1 и OM2 устарели для высокоскоростных сетей-, OM3 и OM4 остаются отраслевым стандартом для приложений центров обработки данных с коротким-диапазоном.
Для планировщиков сети критическая точка разграничения составляет 150 метров. Ниже этого порога OM4 предлагает оптимальный баланс производительности и стоимости трансивера. За пределами этого порога требуется одномодовое волокно (OS2) для обеспечения целостности сигнала и поддержки протоколов текущих и будущих стандартов Ethernet.
Часто задаваемые вопросы
Является ли волокно OM5 лучше, чем OM4, для стандартных сетей 10G/40G/100G?
Не для стандартных ограничений расстояния. Для традиционной параллельной оптики (SR4), использующей одну длину волны (850 нм), OM5 предлагает те же ограничения по расстоянию, что и OM4 (например, 100 м для 100GBASE-SR4). OM5 превосходен только при использовании трансиверов SWDM (мультиплексирование с разделением коротких волн), где он позволяет передавать несколько длин волн по одному и тому же волокну. Если вы не используете оптику SWDM, OM5 не дает дополнительных преимуществ по сравнению с OM4.
Почему предел расстояния для 40G и 100G короче, чем для 10G?
Из-за модальной дисперсии. По мере увеличения скорости передачи данных (уменьшения длительности импульса) оптический приемник становится гораздо более чувствительным к «размытию» сигнала (дисперсии), вызванному тем, что свет проходит разные пути через сердцевину волокна. Небольшое распространение сигнала, приемлемое при скорости 10 Гбит/с, становится критическим сбоем при скорости 100 Гбит/с, вынуждая сокращать максимальное физическое расстояние для сохранения целостности сигнала.
На каком расстоянии мне следует переключаться с многомодового на одномодовое оптоволокно?
«Правило 150 метров» — лучшая практика в отрасли.
Менее 150 метров: многомодовый режим (OM4) обычно более экономичен-из-за более дешевой оптики.
Более 150 метров: рекомендуется один-режим (OS2).
Совместимо ли волокно OM4 с OM3?
Да, полная обратная совместимость.Волокно OM4 по сути является версией OM3 с «более высокими характеристиками». Вы можете установить кабель OM4 уже сегодня и использовать его со старыми трансиверами 10G OM3. Ссылка будет работать нормально.
Рекомендуемые статьи
OS1 и OS2 одномодовое волокно
Стекло против пластикового оптического волокна
Волоконно-оптический кабель SC/APC
