Pri načrtovanju omrežja podatkovnega centra izbiro kablov iz optičnih vlaken urejata dve glavni omejitvi: zahteve glede hitrosti prenosa in doseg kanala. Medtem ko eno-optično vlakno (SMF) ponuja širok doseg, primeren za aplikacije v kampusu in WAN,večmodno vlakno(MMF) ostaja prevladujoč medij za kratko{0}}povezljivost znotraj-podatkovnih centrov zaradi nižjih stroškov sprejemno-sprejemnikov-na osnovi VCSEL.
vendarvečmodno vlaknozanj veljajo stroge omejitve razdalje, ki izhajajo iz optične fizike. Ko se standardi Ethernet razvijajo od 10GBASE-SR do 40GBASE-SR4 in 100GBASE-SR4, se dovoljena dolžina kanala znatno zmanjša. Razumevanjeomejitev razdalje večmodnega vlaknaza vsako kategorijo optičnega načina (OM) je bistvenega pomena za zagotavljanje skladnosti fizičnega sloja in celovitosti signala.
Ta članek analizira tehnične specifikacije, zmogljivosti pasovne širine innajvečja razdalja za večmodna vlaknaklasifikacije od OM1 do OM5.
Fizične omejitve večmodnega prenosa
Omejitve razdalje v večmodnih optičnih sistemih povzročata predvsem dva dejavnika: kromatična disperzija in slabljenje (izguba optične moči).
Modalna disperzija in intersimbolna interferenca
Za razliko od eno-načinovnega vlakna, ki širi enosmerni način svetlobe,večmodno vlaknoima večji premer jedra (50 µm ali 62,5 µm), ki podpira na stotine načinov širjenja.
Ko je svetlobni impulz sprožen v vlakno, različni načini potujejo po različnih dolžinah poti. Načini visoke-vrste (potovanje blizu obloge) imajo daljšo pot kot načini-nižjega reda (potovanje blizu osi). Ta pojav, znan kot diferencialni način zakasnitve (DMD), povzroči, da se optični impulz razširi skozi čas.
Ko se hitrost prenosa poveča, se interval med biti zmanjša. Prekomerno širjenje impulza povzroči intersimbolno interferenco (ISI), kjer se sosednji biti prekrivajo, zaradi česar sprejemnik ne more prebrati signala. Zaradi tega so potrebne krajše dolžine kablov, da se ohrani sprejemljiva stopnja bitnih napak (BER).
Pasovna širina-Produkt razdalje
Učinkovitost večmodnega kabla je kvantificirana z njegovo efektivno modalno pasovno širino (EMB), izmerjeno v MHz·km.
Prenapolnjen zagon (OFL):Uporablja se za merjenje pasovne širine z LED viri (OM1/OM2).
Lasersko optimizirano (EMB):Uporablja se za merjenje pasovne širine z viri VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Višja vrednost EMB kaže na sposobnost prenosa podatkov na daljše razdalje, preden modalna disperzija poslabša signal.
Tehnične specifikacije glede na vrsto vlaken
Združenje telekomunikacijske industrije (TIA) in ISO/IEC definirata pet razredov večmodnih vlaken. Vsaka generacija je opredeljena s premerom jedra, optimizacijo svetlobnega vira in zmogljivostjo pasovne širine.
OM1 in OM2 (podedovani standardi)
Vlakna OM1 in OM2 so bila zasnovana za aplikacije Fast Ethernet in Gigabit Ethernet, ki uporabljajo svetlobne vire LED.
OM1 (62,5/125 µm):
Barva jakne:Oranžna.
Pasovna širina:200 MHz·km (pri 850 nm).
Omejitev razdalje:Zmožnost 275 metrov pri 1 Gbps. Pri 10 Gbps jeomejitev razdalje večmodnega vlaknapade na 33 metrov, zaradi česar ni primeren za sodobno topologijo.
OM2 (50/125 µm):
Barva jakne:Oranžna.
Pasovna širina:500 MHz·km (pri 850 nm).
Omejitev razdalje:Zmožen 550 metrov pri 1 Gbps, vendar omejen na 82 metrov pri 10 Gbps.
Opomba: OM1 in OM2 na splošno veljata za zastarela za nove namestitve, ki zahtevajo hitrosti nad 1 Gbps.
OM3 (lasersko-optimizirano 50 µm)
OM3 je zaznamoval prehod na optimizacijo laserja, ki oddaja navpično-površino-votline (VCSEL). Je začetni-standard za 10-gigabitni ethernet.
Barva jakne:Aqua.
Efektivna modalna pasovna širina (EMB):2000 MHz·km.
Uporaba:OM3 podpira 10GBASE-SR do300 metrov. Za vzporedno-optiko visoke hitrosti (40GBASE-SR4 in 100GBASE-SR4)največja dolžina večmodnega vlaknaje omejeno na100 metrov.
OM4 (visoko-laser-optimiziran 50 µm)
OM4 zagotavlja višjo specifikacijo pasovne širine kot OM3, kar zmanjšuje zakasnitev diferencialnega načina. To omogoča večji doseg in višje meje vstavljene izgube.
Barva jakne:Aqua ali Violet (Erika Violet).
Efektivna modalna pasovna širina (EMB):4700 MHz·km.
Uporaba:OM4 razširja doseg 10GBASE-SR na550 metrov. Kar je kritično za hrbtenice podatkovnih centrov, podpira aplikacije 40G/100G do150 metrov.
OM5 (širokopasovno večmodno vlakno)
OM5 določa TIA-492AAAE in je zasnovan tako, da podpira kratkovalovno razdeljeno multipleksiranje (SWDM).
Barva jakne:Zelena limeta.
Tehnične lastnosti:Za razliko od OM3/OM4, ki sta optimizirana predvsem za 850 nm, je OM5 določen za širok razpon valovnih dolžin med 850 nm in 953 nm.
Specifikacija razdalje:Za standardne sprejemnike in sprejemnike IEEE 802.3 (z uporabo ene same valovne dolžine pri 850 nm) OM5 ponuja enakonajvečja razdalja za večmodna vlaknakot OM4. Njegova prednost se uresniči le pri uporabi oddajnikov SWDM4 za prenos več signalov prek enega para vlaken.
Referenčna tabela omejitev razdalje
Naslednja tabela povzemanajvečja dolžina optičnega kablapodpira standard IEEE 802.3Ethernetaplikacije.
|
Kategorija vlaken |
100 Mb/s (hitri ethernet) |
1 Gbps (1000BASE-SX) |
10 Gbps (10GBASE-SR) |
40 Gbps (40GBASE-SR4) |
100 Gbps (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Ni podprto |
Ni podprto |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Ni podprto |
Ni podprto |
|
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 |
Tehnični premisleki za največjo razdaljo
Doseganje teoretičneganajvečja razdalja večmodnega vlaknazahteva dosledno upoštevanje proračunov izgube povezav. Fizični kabel je le ena komponenta kanala; vnesena izguba iz povezovalnih točk bistveno vpliva na dosegljivost.
Proračuni izgube zaradi vstavitve kanala
Ko se hitrosti prenosa podatkov povečajo, se dovoljeni proračun za optične izgube zmanjša.
10GBASE-SR (OM3):Približno . 2.6 dB proračuna.
40GBASE-SR4 (OM3):Približno . 1.9 dB proračuna.
Če strukturirana kabelska povezava vključuje več povezovalnih plošč, kaset ali navzkrižnih-povezav, skupnavstavljena izgubalahko preseže prag občutljivosti sprejemnika-sprejemnika, preden je dosežena največja dolžina kabla. Inženirji morajo izračunati skupno izgubo po formuli:
Izguba povezave=(dolžina kabla × dB/km) + (pari konektorjev × izguba/par)
Uporaba konektorjev MTP/MPO z ultra-nizkimi izgubami (ULL) (običajno<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Varianca oddajnika (standardni proti razširjenemu dosegu)
Razdalje, navedene v zgornji tabeli, se nanašajo na standardne specifikacije IEEE. Vendar pa na trgu obstajajo oddajniki-sprejemniki z razširjenim dosegom (eSR4/CSR4).
Standardni 100G-SR4 na OM4:100 metrov.
Lastniški 100G-eSR4 na OM4:Do 300 metrov.
Ta ne-standardna optika uporablja višjo oddajno moč ali bolj občutljive sprejemnike za premagovanjeomejitev razdalje večmodnega vlakna. Združljivost je treba preveriti pri proizvajalcu stikala.
Merila za izbiro kablov
Pri načrtovanju infrastrukture fizične plasti so naslednji pragovi standardni izborni vodniki:
Doseg < 100 metrov:OM3 zagotavlja zadostno pasovno širino za 10G, 40G in 100G. Je stroškovno-najučinkovitejša rešitev za povezave znotraj-omare in povezave od vrha-of-omarice (ToR) do konca--vrste (EoR).
Doseg 100 - 150 metrov:OM4 je obvezen za podporo hitrosti prenosa 40G/100G. OM3 ne zadošča za te razdalje po standardnih protokolih SR4.
Doseg > 150 metrov:Za povezave, ki presegajo 150 metrov, je priporočen tehnični standard Single-Mode Fiber (OS2). Medtem kovečmodno vlaknoje fizično sposoben prenašati 1G ali 10G na daljše razdalje, ne more podpirati prehoda na 40G/100G nad omejitvijo 150-metrov. Uvedba enomodnega vlakna zagotavlja prihodnjo združljivost z arhitekturama PSM4 ali DR4.
Zaključek
Theomejitev razdalje večmodnega vlaknaje funkcija efektivne modalne pasovne širine kabla in hitrosti prenosa aktivne opreme. Medtem ko so stara vlakna OM1 in OM2 zastarela za hitra-omrežja, OM3 in OM4 ostajata industrijski standard za-aplikacije podatkovnih centrov kratkega dosega.
Za načrtovalce omrežja je kritična razmejitvena točka 150 metrov. Pod tem pragom ponuja OM4 optimalno razmerje med zmogljivostjo in ceno oddajnika. Nad tem pragom je za zagotavljanje celovitosti signala in podpore protokola za trenutne in prihodnje standarde Ethernet potrebno eno-optično vlakno (OS2).
pogosta vprašanja
Ali je vlakno OM5 boljše od OM4 za standardna omrežja 10G/40G/100G?
Ni za standardne omejitve razdalje. Za tradicionalno vzporedno optiko (SR4), ki uporablja eno valovno dolžino (850 nm), OM5 ponuja popolnoma enake omejitve razdalje kot OM4 (npr. 100 m za 100GBASE-SR4). OM5 je boljši samo pri uporabi oddajnikov SWDM (kratkovalovno multipleksiranje), kjer omogoča potovanje več valovnih dolžin po istem vlaknu. Če ne uporabljate optike SWDM, OM5 ne zagotavlja dodatne prednosti dosega v primerjavi z OM4.
Zakaj je omejitev razdalje za 40G in 100G krajša od 10G?
Zaradi modalne disperzije. Ko se hitrost prenosa podatkov poveča (trajanje impulza se zmanjša), postane optični sprejemnik veliko bolj občutljiv na "razmazovanje signala" (razpršitev), ki ga povzroči svetloba, ki gre skozi različne poti skozi jedro vlakna. Majhna količina širjenja signala, ki je sprejemljiva pri 10 Gbps, postane kritična napaka pri 100 Gbps, zaradi česar je treba zmanjšati največjo fizično razdaljo, da se ohrani celovitost signala.
Na kakšni razdalji naj preklopim z večmodnega na eno-modno vlakno?
"Pravilo 150 metrov" je najboljša praksa v industriji.
Pod 150 metrov: večmodni (OM4) je zaradi cenejše optike običajno stroškovno{2}}učinkovitejši.
Več kot 150 metrov: priporočen je enojni-način (OS2).
Ali je vlakno OM4 nazaj združljivo z OM3?
Da, popolnoma nazaj združljiv.Vlakno OM4 je v bistvu "višja različica" različice OM3. Danes lahko namestite kable OM4 in jih uporabljate s starejšimi oddajniki-sprejemniki 10G OM3. Povezava bo delovala normalno.
