Nella progettazione della rete del data center, la scelta del cablaggio in fibra ottica è governata da due vincoli principali: requisiti di velocità di trasmissione e portata del canale. Sebbene la fibra monomodale-(SMF) offra un'ampia copertura adatta per applicazioni campus e WAN,fibra multimodale(MMF) rimane il mezzo predominante per la connettività intra-data center a breve-portata grazie al costo inferiore dei ricetrasmettitori basati su VCSEL-.
Tuttavia,fibra multimodaleè soggetto a rigidi limiti di distanza derivanti dalla fisica ottica. Man mano che gli standard Ethernet evolvono da 10GBASE-SR a 40GBASE-SR4 e 100GBASE-SR4, la lunghezza del canale consentita diminuisce in modo significativo. Comprendere illimite di distanza della fibra multimodaleper ciascuna categoria di modalità ottica (OM) è essenziale per garantire la conformità del livello fisico e l'integrità del segnale.
Questo articolo analizza le specifiche tecniche, le capacità di larghezza di banda edistanza massima per fibra multimodaleclassificazioni che vanno da OM1 a OM5.
Vincoli fisici sulla trasmissione multimodale
Le limitazioni di distanza nei sistemi ottici multimodali sono causate principalmente da due fattori: dispersione cromatica e attenuazione (perdita di potenza ottica).
Dispersione modale e interferenza intersimbolica
A differenza della fibra mono-modale, che propaga una singola modalità di luce,fibra multimodalepresenta un diametro del nucleo maggiore (50 µm o 62,5 µm) che supporta centinaia di modalità di propagazione.
Quando un impulso luminoso viene lanciato nella fibra, diverse modalità percorrono lunghezze di percorso distinte. Le modalità di ordine-alto (che viaggiano vicino al rivestimento) prendono un percorso più lungo rispetto alle modalità di ordine-basso (che viaggiano vicino all'asse). Questo fenomeno, noto come Differential Mode Delay (DMD), fa sì che l'impulso ottico si diffonda nel tempo.
All'aumentare della velocità di trasmissione, l'intervallo tra i bit diminuisce. Un'eccessiva diffusione degli impulsi provoca un'interferenza intersimbolica (ISI), in cui i bit adiacenti si sovrappongono, rendendo il segnale illeggibile dal ricevitore. Ciò richiede lunghezze di cavo più brevi per mantenere un tasso di errore bit (BER) accettabile.
Larghezza di banda-Distanza prodotto
Le prestazioni del cablaggio multimodale sono quantificate dalla larghezza di banda modale effettiva (EMB), misurata in MHz·km.
Lancio troppo pieno (OFL):Utilizzato per la misura della larghezza di banda con sorgenti LED (OM1/OM2).
Ottimizzato per il laser (EMB):Utilizzato per misurare la larghezza di banda con sorgenti VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Un valore EMB più alto indica la capacità di trasmettere dati su una distanza maggiore prima che la dispersione modale degradi il segnale.
Specifiche tecniche per tipo di fibra
La Telecommunications Industry Association (TIA) e l'ISO/IEC definiscono cinque gradi di fibra multimodale. Ogni generazione è definita dal diametro del nucleo, dall'ottimizzazione della sorgente luminosa e dalla capacità di larghezza di banda.
OM1 e OM2 (standard precedenti)
Le fibre OM1 e OM2 sono state progettate per applicazioni Fast Ethernet e Gigabit Ethernet che utilizzano sorgenti luminose a LED.
OM1 (62,5/125 µm):
Colore della giacca:Arancia.
Larghezza di banda:200 MHz·km (a 850 nm).
Limitazione della distanza:Capace di 275 metri a 1 Gbps. A 10 Gbps, illimite di distanza della fibra multimodalescende a 33 metri, rendendolo inadatto alla topologia moderna.
OM2 (50/125 µm):
Colore della giacca:Arancia.
Larghezza di banda:500 MHz·km (a 850 nm).
Limitazione della distanza:Capace di 550 metri a 1 Gbps ma limitato a 82 metri a 10 Gbps.
Nota: OM1 e OM2 sono ampiamente considerati obsoleti per le nuove installazioni che richiedono velocità superiori a 1 Gbps.
OM3 (Laser-ottimizzato 50 µm)
OM3 ha segnato il passaggio all'ottimizzazione della verticale-cavità superficiale-emissione laser (VCSEL). È lo standard-entry level per 10 Gigabit Ethernet.
Colore della giacca:Acqua.
Larghezza di banda modale effettiva (EMB):2000 MHz·km.
Applicazione:OM3 supporta 10GBASE-SR fino a300 metri. Per ottiche parallele ad alta-velocità (40GBASE-SR4 e 100GBASE-SR4), illunghezza massima della fibra multimodaleè limitato a100 metri.
OM4 (laser ad alta-larghezza di banda-ottimizzato 50 µm)
OM4 fornisce specifiche di larghezza di banda più elevate rispetto a OM3, riducendo il ritardo della modalità differenziale. Ciò consente una portata estesa e margini di perdita di inserzione più elevati.
Colore della giacca:Acqua o viola (Erika Violet).
Larghezza di banda modale effettiva (EMB):4700 MHz·km.
Applicazione:OM4 estende la copertura 10GBASE-SR a550 metri. Fondamentale per le dorsali dei data center, supporta applicazioni 40G/100G fino a150 metri.
OM5 (fibra multimodale a banda larga)
OM5 è specificato da TIA-492AAAE ed è progettato per supportare il multiplexing a divisione di onde corte (SWDM).
Colore della giacca:Verde lime.
Caratteristica tecnica:A differenza di OM3/OM4, ottimizzati principalmente per 850 nm, OM5 è specifico per un'ampia gamma di lunghezze d'onda comprese tra 850 nm e 953 nm.
Specifica della distanza:Per i ricetrasmettitori IEEE 802.3 standard (che utilizzano una singola lunghezza d'onda a 850 nm), OM5 offre lo stessodistanza massima per fibra multimodalecome OM4. Il suo vantaggio si realizza solo quando si utilizzano ricetrasmettitori SWDM4 per trasmettere più segnali su una singola coppia di fibre.
Tabella di riferimento dei limiti di distanza
La tabella seguente riassume lalunghezza massima del cavo in fibra otticasupportato dallo standard IEEE 802.3Ethernetapplicazioni.
|
Categoria Fibra |
100Mbps (Ethernet veloce) |
1 Gbps (1000BASE-SX) |
10 Gbps (10GBASE-SR) |
40 Gbps (40GBASE-SR4) |
100 Gbps (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Non supportato |
Non supportato |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Non supportato |
Non supportato |
|
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 |
Considerazioni ingegneristiche per la distanza massima
Raggiungere il teoricodistanza massima della fibra multimodalerichiede un rigoroso rispetto dei budget di perdita collegati. Il cavo fisico è solo un componente del canale; la perdita di inserzione dai punti di interconnessione ha un impatto significativo sulla portata raggiungibile.
Budget di perdita di inserimento nel canale
All'aumentare della velocità dei dati, il budget di perdita ottica consentito diminuisce.
10GBASE-SR (OM3):Budget di circa. 2.6 dB.
40GBASE-SR4 (OM3):Budget di circa. 1.9 dB.
Se un collegamento di cablaggio strutturato include più pannelli di connessione, cassette o cross-connessioni, il totaleperdita di inserzionepotrebbe superare la soglia di sensibilità del ricetrasmettitore prima che venga raggiunta la lunghezza massima del cavo. Gli ingegneri devono calcolare la perdita totale utilizzando la formula:
Perdita collegamento=(Lunghezza cavo × dB/km) + (Coppie di connettori × Perdita/coppia)
Utilizzando connettori MTP/MPO-a bassissima perdita (ULL) (tipicamente<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Varianza del ricetrasmettitore (portata standard o estesa)
Le distanze elencate nella tabella sopra si riferiscono alle specifiche standard IEEE. Tuttavia, sul mercato esistono ricetrasmettitori "Extended Reach" (eSR4/CSR4).
100G standard-SR4 su OM4:100 metri.
100G-eSR4 proprietario su OM4:Fino a 300 metri.
Queste ottiche non-standard utilizzano una potenza di trasmissione più elevata o ricevitori più sensibili per superare il problemalimite di distanza della fibra multimodale. La compatibilità deve essere verificata con il produttore dell'interruttore.
Criteri di selezione del cablaggio
Quando si progetta l'infrastruttura del livello fisico, le seguenti soglie fungono da guide alla selezione standard:
Portata <100 metri:OM3 fornisce una larghezza di banda sufficiente per 10G, 40G e 100G. È la soluzione più efficiente in termini di costi-per le connessioni intra-rack e Top-of-Rack (ToR) to End-of-Row (EoR).
Raggiungi 100 - 150 metri:OM4 è obbligatorio per supportare velocità di trasmissione 40G/100G. OM3 non è sufficiente per queste distanze con i protocolli standard SR4.
Portata > 150 metri:Per collegamenti superiori a 150 metri, lo standard tecnico consigliato è la fibra mono-modale (OS2). Mentrefibra multimodaleè fisicamente in grado di trasmettere 1G o 10G su distanze maggiori, non può supportare la migrazione a 40G/100G oltre il limite di 150-metri. L'implementazione della fibra monomodale garantisce la futura compatibilità con le architetture PSM4 o DR4.
Conclusione
ILlimite di distanza della fibra multimodaleè una funzione della larghezza di banda modale effettiva del cavo e della velocità di trasmissione dell'apparecchiatura attiva. Mentre le fibre OM1 e OM2 legacy sono obsolete per le reti ad alta-velocità, OM3 e OM4 rimangono lo standard di settore per le applicazioni di data center a breve-portata.
Per i pianificatori della rete, il punto critico di demarcazione è di 150 metri. Al di sotto di questa soglia, OM4 offre l'equilibrio ottimale tra prestazioni e costo del ricetrasmettitore. Oltre questa soglia, è necessaria la fibra monomodale-(OS2) per garantire l'integrità del segnale e il supporto del protocollo per gli standard Ethernet attuali e futuri.
Domande frequenti
La fibra OM5 è migliore della OM4 per le reti standard 10G/40G/100G?
Non per i limiti di distanza standard. Per l'ottica parallela tradizionale (SR4) che utilizza una singola lunghezza d'onda (850 nm), OM5 offre esattamente gli stessi limiti di distanza di OM4 (ad esempio, 100 m per 100GBASE-SR4). OM5 è superiore solo quando si utilizzano ricetrasmettitori SWDM (Short Wave Division Multiplexing), dove consente a più lunghezze d'onda di viaggiare sulla stessa fibra. Se non si utilizza l'ottica SWDM, OM5 non offre alcun vantaggio di portata aggiuntivo rispetto a OM4.
Perché il limite di distanza per 40G e 100G è inferiore a 10G?
A causa della dispersione modale. Man mano che la velocità dei dati aumenta (la durata dell'impulso diminuisce), il ricevitore ottico diventa molto più sensibile allo "sbavamento del segnale" (dispersione) causato dalla luce che segue percorsi diversi attraverso il nucleo della fibra. Una piccola quantità di diffusione del segnale accettabile a 10 Gbps diventa un guasto critico a 100 Gbps, costringendo a ridurre la distanza fisica massima per mantenere l'integrità del segnale.
A quale distanza dovrei passare dalla fibra multimodale alla fibra monomodale-?
La "regola dei 150 metri" è la migliore pratica del settore.
Sotto i 150 metri: il multimodale (OM4) è solitamente più conveniente- grazie all'ottica più economica.
Oltre 150 metri: si consiglia la modalità-singola (OS2).
La fibra OM4 è retrocompatibile con OM3?
Sì, completamente compatibile con le versioni precedenti.La fibra OM4 è essenzialmente una versione "con specifiche superiori" di OM3. È possibile installare oggi stesso il cablaggio OM4 e utilizzarlo con i vecchi ricetrasmettitori OM3 10G. Il collegamento funzionerà normalmente.
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