Při návrhu sítě datových center se výběr kabelů z optických vláken řídí dvěma primárními omezeními: požadavky na přenosovou rychlost a dosahem kanálu. Zatímco jedno-režimové vlákno (SMF) nabízí široký dosah vhodný pro kampusy a aplikace WAN,vícevidové vlákno(MMF) zůstává převládajícím médiem pro krátkodobou -vnitropodnikovou{1}}konektivitu datových center díky nižší ceně transceiverů založených na VCSEL-.
Však,vícevidové vláknopodléhá přísným omezením vzdálenosti vyplývajícím z optické fyziky. Jak se standardy Ethernetu vyvíjejí z 10GBASE-SR na 40GBASE-SR4 a 100GBASE-SR4, přípustná délka kanálu se výrazně snižuje. Pochopenílimit vzdálenosti vícevidových vlákenpro každou kategorii optického režimu (OM) je zásadní pro zajištění shody fyzické vrstvy a integrity signálu.
Tento článek analyzuje technické specifikace, možnosti šířky pásma amaximální vzdálenost pro vícevidové vláknoklasifikace od OM1 do OM5.
Fyzikální omezení vícerežimového přenosu
Omezení vzdálenosti ve vícevidových optických systémech jsou primárně způsobena dvěma faktory: chromatickou disperzí a útlumem (ztráta optického výkonu).
Modální disperze a mezisymbolová interference
Na rozdíl od jednoho-vlákna, které šíří jeden světelný režim,vícevidové vláknomá větší průměr jádra (50 µm nebo 62,5 µm), který podporuje stovky režimů šíření.
Když je světelný puls vypuštěn do vlákna, různé režimy urazí různé délky dráhy. Režimy vysokého-řádu (cestování v blízkosti opláštění) trvají delší dráhu než režimy nízkého-řádu (cestování v blízkosti osy). Tento jev, známý jako zpoždění diferenciálního režimu (DMD), způsobuje, že se optický puls časem rozšíří.
S rostoucí přenosovou rychlostí se interval mezi bity snižuje. Přílišné šíření pulzů má za následek mezisymbolové rušení (ISI), kde se sousední bity překrývají, čímž je signál pro přijímač nečitelný. To vyžaduje kratší délky kabelů pro udržení přijatelné bitové chybovosti (BER).
Šířka pásma-Dálkový produkt
Výkon vícevidové kabeláže je kvantifikován její efektivní modální šířkou pásma (EMB), měřenou v MHz·km.
Overfilled Launch (OFL):Používá se pro měření šířky pásma s LED zdroji (OM1/OM2).
Laserově optimalizované (EMB):Používá se pro měření šířky pásma se zdroji VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Vyšší hodnota EMB indikuje schopnost přenášet data na delší vzdálenost, než modální disperze degraduje signál.
Technické specifikace podle typu vlákna
Telekomunikační průmyslová asociace (TIA) a ISO/IEC definují pět druhů multimódových vláken. Každá generace je definována svým průměrem jádra, optimalizací světelného zdroje a kapacitou šířky pásma.
OM1 a OM2 (starší standardy)
Vlákna OM1 a OM2 byla navržena pro aplikace Fast Ethernet a Gigabit Ethernet využívající světelné zdroje LED.
OM1 (62,5/125 µm):
Barva bundy:Pomerančový.
šířka pásma:200 MHz·km (při 850nm).
Omezení vzdálenosti:Dosah 275 metrů při 1 Gbps. Při rychlosti 10 Gbps,limit vzdálenosti vícevidových vlákenklesá na 33 metrů, což jej činí nevhodným pro moderní topologii.
OM2 (50/125 µm):
Barva bundy:Pomerančový.
šířka pásma:500 MHz·km (při 850nm).
Omezení vzdálenosti:Schopný 550 metrů při 1 Gbps, ale omezen na 82 metrů při 10 Gbps.
Poznámka: OM1 a OM2 jsou široce považovány za zastaralé pro nové instalace vyžadující rychlosti nad 1 Gbps.
OM3 (laser-optimalizováno 50 µm)
OM3 znamenal přechod na optimalizaci Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL). Je to základní-standard pro 10gigabitový Ethernet.
Barva bundy:Aqua.
Efektivní modální šířka pásma (EMB):2000 MHz·km.
Aplikace:OM3 podporuje až 10 GBASE-SR300 metrů. Pro vysokorychlostní-paralelní optiku (40GBASE-SR4 a 100GBASE-SR4)maximální délka multimódového vláknaje omezena na100 metrů.
OM4 (vysokopásmový laser-optimalizovaný 50 µm)
OM4 poskytuje vyšší specifikaci šířky pásma než OM3, čímž se snižuje zpoždění rozdílového režimu. To umožňuje rozšířený dosah a vyšší marže ztráty vložení.
Barva bundy:Aqua nebo Violet (Erika Violet).
Efektivní modální šířka pásma (EMB):4700 MHz·km.
Aplikace:OM4 rozšiřuje dosah 10 GBASE-SR na550 metrů. Pro páteře datových center je kritické, podporuje 40G/100G aplikací až do výše150 metrů.
OM5 (širokopásmové multimódové vlákno)
OM5 je specifikován TIA-492AAAE a je navržen pro podporu Short Wave Division Multiplexing (SWDM).
Barva bundy:Limetkově zelená.
Technická charakteristika:Na rozdíl od OM3/OM4, které jsou optimalizovány primárně pro 850nm, je OM5 specifikován pro široký rozsah vlnových délek mezi 850nm a 953nm.
Specifikace vzdálenosti:Pro standardní IEEE 802.3 transceivery (používající jedinou vlnovou délku při 850nm) nabízí OM5 stejnémaximální vzdálenost pro vícevidové vláknojako OM4. Jeho výhoda je realizována pouze při použití SWDM4 transceiverů pro přenos více signálů přes jeden pár vláken.
Referenční tabulka limitu vzdálenosti
Následující tabulka shrnujedélka optického kabelu maxpodporuje standard IEEE 802.3Ethernetaplikací.
|
Kategorie vlákna |
100 Mbps (Fast Ethernet) |
1 Gb/s (1000 BASE-SX) |
10 Gb/s (10 GBASE-SR) |
40 Gb/s (40 GBASE-SR4) |
100 Gb/s (100 GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Není podporováno |
Není podporováno |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Není podporováno |
Není podporováno |
|
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 |
Technická hlediska pro maximální vzdálenost
Dosažení teoretickéhomaximální vzdálenost multimódového vláknavyžaduje přísné dodržování rozpočtů na ztráty. Fyzický kabel je pouze jednou součástí kanálu; vložný útlum z propojovacích bodů významně ovlivňuje dosažitelný dosah.
Rozpočty ztráty vložením kanálu
Se zvyšující se rychlostí přenosu dat se snižuje povolený rozpočet na optické ztráty.
10 GBASE-SR (OM3):Rozpočet přibližně . 2.6 dB.
40 GBASE-SR4 (OM3):Rozpočet přibližně . 1.9 dB.
Pokud propojení strukturované kabeláže obsahuje více propojovacích panelů, kazet nebo křížových{0}}propojení, celkovávkládací ztrátamůže překročit práh citlivosti transceiveru před dosažením maximální délky kabelu. Inženýři musí vypočítat celkovou ztrátu pomocí vzorce:
Ztráta spojení=(délka kabelu × dB/km) + (páry konektorů × ztráta/pár)
Použití konektorů MTP/MPO Ultra-Low Loss (ULL) (obvykle<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Rozptyl transceiveru (standardní vs. rozšířený dosah)
Vzdálenosti uvedené v tabulce výše odkazují na standardní specifikace IEEE. Na trhu však existují transceivery "Extended Reach" (eSR4/CSR4).
Standardní 100G-SR4 na OM4:100 metrů.
Vlastní 100G-eSR4 na OM4:Až 300 metrů.
Tyto nestandardní optiky využívají vyšší vysílací výkon nebo citlivější přijímače k překonánílimit vzdálenosti vícevidových vláken. Kompatibilitu je nutné ověřit u výrobce spínače.
Kritéria výběru kabeláže
Při navrhování infrastruktury fyzické vrstvy slouží jako standardní vodítka pro výběr následující prahové hodnoty:
Dosah < 100 metrů:OM3 poskytuje dostatečnou šířku pásma pro 10G, 40G a 100G. Je to nákladově{5}}nejefektivnější řešení pro připojení v rámci-skříně a připojení od horního-z{8}}skříně (ToR) do-z{10}}řádku (EoR).
Dosah 100 - 150 metrů:OM4 je povinný pro podporu přenosových rychlostí 40G/100G. OM3 je pro tyto vzdálenosti podle standardních protokolů SR4 nedostatečný.
Dosah > 150 metrů:Pro propojení delší než 150 metrů je doporučeným technickým standardem Single{1}}Fibre (OS2). Zatímcovícevidové vláknoje fyzicky schopen přenášet 1G nebo 10G na delší vzdálenosti, nemůže podporovat migraci na 40G/100G nad limit 150-metrů. Nasazení Single-Mode Fiber zajišťuje budoucí kompatibilitu s architekturami PSM4 nebo DR4.
Závěr
Thelimit vzdálenosti vícevidových vlákenje funkcí efektivní modální šířky pásma kabelu a přenosové rychlosti aktivního zařízení. Zatímco starší vlákna OM1 a OM2 jsou pro vysokorychlostní sítě zastaralá, OM3 a OM4 zůstávají průmyslovým standardem pro aplikace datových center s krátkým-dosahem.
Pro plánovače sítí je kritický demarkační bod 150 metrů. Pod touto hranicí nabízí OM4 optimální rovnováhu mezi výkonem a cenou transceiveru. Za touto hranicí je vyžadováno jedno{4}}režimové vlákno (OS2), aby byla zajištěna integrita signálu a podpora protokolů pro současné i budoucí standardy Ethernetu.
FAQ
Je vlákno OM5 lepší než OM4 pro standardní sítě 10G/40G/100G?
Ne pro standardní limity vzdálenosti. Pro tradiční paralelní optiku (SR4), která používá jednu vlnovou délku (850nm), nabízí OM5 přesně stejné limity vzdálenosti jako OM4 (např. 100 m pro 100GBASE-SR4). OM5 je lepší pouze při použití SWDM (Short Wave Division Multiplexing) transceiverů, kde umožňuje přenos více vlnových délek na stejném vláknu. Pokud nepoužíváte optiku SWDM, OM5 neposkytuje žádnou další výhodu dosahu oproti OM4.
Proč je limit vzdálenosti pro 40G a 100G kratší než 10G?
Kvůli modální disperzi. Jak se rychlost přenosu dat zvyšuje (trvání pulsu se zkracuje), optický přijímač se stává mnohem citlivějším na "rozmazání signálu" (disperze) způsobené světlem, které prochází jádrem vlákna různými cestami. Malé množství šíření signálu, které je přijatelné při rychlosti 10 Gb/s, se při rychlosti 100 Gb/s stává kritickým selháním, což si vynucuje snížení maximální fyzické vzdálenosti, aby byla zachována integrita signálu.
V jaké vzdálenosti bych měl přepnout z vícerežimového na jedno{0}}režimové vlákno?
„Pravidlo 150 metrů“ je osvědčeným postupem v oboru.
Méně než 150 metrů: Multimode (OM4) je obvykle nákladově-efektivnější díky levnější optice.
Více než 150 metrů: Doporučuje se jednoduchý-režim (OS2).
Je vlákno OM4 zpětně kompatibilní s OM3?
Ano, plně zpětně kompatibilní.OM4 vlákno je v podstatě "vyšší specifikace" verze OM3. Kabeláž OM4 můžete nainstalovat již dnes a používat ji se staršími 10G OM3 transceivery. Odkaz bude fungovat normálně.
Doporučené články
OS1 vs OS2 Single Mode Fiber
Skleněné vs plastové optické vlákno
SC/APC optický kabel
