În proiectarea rețelei de centre de date, selecția cablajului cu fibră optică este guvernată de două constrângeri principale: cerințele privind rata de transmisie și acoperirea canalului. În timp ce fibra mono-model (SMF) oferă o acoperire extinsă, potrivită pentru aplicațiile campus și WAN,fibră multimodală(MMF) rămâne mediul predominant pentru conectivitate cu rază scurtă de-intra-dată în centrele de date datorită costului mai scăzut al transceiverelor bazate pe VCSEL-.
Cu toate acestea,fibră multimodalăeste supus unor limitări stricte de distanță care rezultă din fizica optică. Pe măsură ce standardele Ethernet evoluează de la 10GBASE-SR la 40GBASE-SR4 și 100GBASE-SR4, lungimea permisă a canalului scade semnificativ. Înțelegerealimita distanței de fibră multimodalăpentru fiecare categorie de mod optic (OM) este esențială pentru asigurarea conformității stratului fizic și a integrității semnalului.
Acest articol analizează specificațiile tehnice, capacitățile de lățime de bandă șidistanta maxima pentru fibra multimodclasificări variind de la OM1 la OM5.
Constrângeri fizice asupra transmisiei multimodale
Limitările de distanță în sistemele optice multimode sunt cauzate în primul rând de doi factori: dispersia cromatică și atenuarea (pierderea de putere optică).
Dispersia modală și interferența intersimbolului
Spre deosebire de fibra mono-mod, care propagă un singur mod de lumină,fibră multimodalăprezintă un diametru de miez mai mare (50 µm sau 62,5 µm) care acceptă sute de moduri de propagare.
Când un impuls de lumină este lansat în fibră, diferite moduri parcurg lungimi diferite de traseu. Modurile de-comandă înaltă (călătoresc lângă placare) au o cale mai lungă decât modurile de-comandă redusă (călătoresc în apropierea axei). Acest fenomen, cunoscut sub numele de întârziere în mod diferențial (DMD), face ca pulsul optic să se extindă în timp.
Pe măsură ce ratele de transmisie cresc, intervalul dintre biți scade. Răspândirea excesivă a impulsului are ca rezultat Intersymbol Interference (ISI), unde biții adiacenți se suprapun, făcând semnalul necitit de către receptor. Acest lucru necesită lungimi mai scurte de cablu pentru a menține o rată de eroare de biți (BER) acceptabilă.
Lățimea de bandă-Produs de distanță
Performanța cablajului multimod este cuantificată prin lățimea de bandă modală efectivă (EMB), măsurată în MHz·km.
Lansare supraumplută (OFL):Folosit pentru măsurarea lățimii de bandă cu surse LED (OM1/OM2).
Optimizat cu laser (EMB):Folosit pentru măsurarea lățimii de bandă cu surse VCSEL (OM3/OM4/OM5).
O valoare EMB mai mare indică capacitatea de a transmite date pe o distanță mai lungă înainte ca dispersia modală să degradeze semnalul.
Specificații tehnice în funcție de tipul de fibră
Asociația Industriei Telecomunicațiilor (TIA) și ISO/IEC definesc cinci grade de fibră multimodală. Fiecare generație este definită de diametrul miezului, de optimizarea sursei de lumină și de capacitatea lățimii de bandă.
OM1 și OM2 (standarde vechi)
Fibrele OM1 și OM2 au fost proiectate pentru aplicații Fast Ethernet și Gigabit Ethernet utilizând surse de lumină LED.
OM1 (62,5/125 µm):
Culoare jachetă:Portocale.
Lățime de bandă:200 MHz·km (la 850nm).
Limitarea distanței:Capabil de 275 de metri la 1 Gbps. La 10 Gbps,limita distanței de fibră multimodalăscade la 33 de metri, făcându-l inadecvat pentru topologia modernă.
OM2 (50/125 µm):
Culoare jachetă:Portocale.
Lățime de bandă:500 MHz·km (la 850nm).
Limitarea distanței:Capabil de 550 de metri la 1 Gbps, dar limitat la 82 de metri la 10 Gbps.
Notă: OM1 și OM2 sunt considerate în general învechite pentru instalațiile noi care necesită rate de peste 1 Gbps.
OM3 (Laser-optimizat 50 µm)
OM3 a marcat tranziția la optimizarea Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL). Este standardul-de bază pentru 10 Gigabit Ethernet.
Culoare jachetă:Aqua.
Lățimea de bandă modală efectivă (EMB):2000 MHz·km.
Aplicație:OM3 acceptă 10GBASE-SR până la300 de metri. Pentru optica paralelă-de mare viteză (40GBASE-SR4 și 100GBASE-SR4),lungimea maximă a fibrei multimodaleeste limitat la100 de metri.
OM4 (Laser cu lățime de bandă mare-optimizat 50 µm)
OM4 oferă o specificație de lățime de bandă mai mare decât OM3, reducând întârzierea modului diferențial. Acest lucru permite o rază extinsă și marje de pierdere de inserție mai mari.
Culoare jachetă:Aqua sau Violet (Erika Violet).
Lățimea de bandă modală efectivă (EMB):4700 MHz·km.
Aplicație:OM4 extinde acoperirea 10GBASE-SR la550 de metri. Esențial pentru coloana vertebrală a centrelor de date, acceptă aplicații de până la 40G/100G150 de metri.
OM5 (fibră multimodă în bandă largă)
OM5 este specificat de TIA-492AAAE și este proiectat să suporte Short Wave Division Multiplexing (SWDM).
Culoare jachetă:Verde Lime.
Caracteristica tehnica:Spre deosebire de OM3/OM4, care sunt optimizate în primul rând pentru 850nm, OM5 este specificat pentru o gamă largă de lungimi de undă între 850nm și 953nm.
Specificație distanță:Pentru transceiverele standard IEEE 802.3 (folosind o singură lungime de undă la 850 nm), OM5 oferă acelașidistanta maxima pentru fibra multimodca OM4. Avantajul său este realizat numai atunci când se utilizează transceiver SWDM4 pentru a transmite mai multe semnale pe o singură pereche de fibre.
Tabelul de referință pentru limita de distanță
Următorul tabel rezumălungime max cablu fibră opticăsuportat de standardul IEEE 802.3Ethernetaplicatii.
|
Categoria fibrelor |
100 Mbps (Ethernet rapid) |
1 Gbps (1000BASE-SX) |
10 Gbps (10GBASE-SR) |
40 Gbps (40GBASE-SR4) |
100 Gbps (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Nu este acceptat |
Nu este acceptat |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Nu este acceptat |
Nu este acceptat |
|
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 |
Considerații de inginerie pentru distanța maximă
Realizarea teoreticuluidistanța maximă a fibrei multimodenecesită respectarea strictă pentru a lega bugetele de pierderi. Cablul fizic este doar o componentă a canalului; pierderea de inserție din punctele de interconectare are un impact semnificativ asupra acoperirii realizabile.
Bugetele de pierdere prin inserarea canalului
Pe măsură ce ratele de date cresc, bugetul de pierdere optică admisibil scade.
10GBASE-SR (OM3):Bugetul de aproximativ . 2.6 dB.
40GBASE-SR4 (OM3):Bugetul de aproximativ . 1.9 dB.
Dacă o legătură de cablare structurată include mai multe panouri de patch-uri, casete sau conexiuni transversale-, totalulpierdere de inserțiepoate depăși pragul de sensibilitate al transceiver-ului înainte de a atinge lungimea maximă a cablului. Inginerii trebuie să calculeze pierderea totală folosind formula:
Pierderea conexiunii=(Lungimea cablului × dB/km) + (Perechi de conectori × Pierdere/pereche)
Utilizarea conectorilor MTP/MPO Ultra-Low Loss (ULL) (de obicei<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Varianta transceiver (standard vs. extins)
Distanțele enumerate în tabelul de mai sus se referă la specificațiile standard IEEE. Cu toate acestea, pe piață există transceiver-uri „Extended Reach” (eSR4/CSR4).
100G-SR4 standard pe OM4:100 de metri.
100G-eSR4 proprietar pe OM4:Până la 300 de metri.
Aceste optice non-standard utilizează putere de transmisie mai mare sau receptoare mai sensibile pentru a depășilimita distanței de fibră multimodală. Compatibilitatea trebuie verificată cu producătorul comutatorului.
Criterii de selecție a cablurilor
La proiectarea infrastructurii stratului fizic, următoarele praguri servesc drept ghiduri standard de selecție:
Atingerea < 100 de metri:OM3 oferă o lățime de bandă suficientă pentru 10G, 40G și 100G. Este cea mai eficientă soluție din -cost pentru conexiunile intra-rack și Top-of-Rack (ToR) la End-of-Row (EoR).
Atinge 100 - 150 metri:OM4 este obligatoriu pentru a suporta rate de transmisie 40G/100G. OM3 este insuficient pentru aceste distante conform protocoalelor standard SR4.
Atingerea > 150 de metri:Pentru legăturile care depășesc 150 de metri, unic-mod fibră (OS2) este standardul tehnic recomandat. în timp cefibră multimodalăeste capabil fizic să transmită 1G sau 10G pe distanțe mai lungi, nu poate accepta migrarea la 40G/100G dincolo de limita de 150-metri. Implementarea Single-Mode Fibre asigură compatibilitatea viitoare cu arhitecturile PSM4 sau DR4.
Concluzie
Thelimita distanței de fibră multimodalăeste o funcție a lățimii de bandă modală efectivă a cablului și a ratei de transmisie a echipamentului activ. În timp ce fibrele vechi OM1 și OM2 sunt învechite pentru rețelele de-viteză mare, OM3 și OM4 rămân standardele din industrie pentru aplicațiile pentru centrele de date cu acoperire scurtă-.
Pentru planificatorii de rețea, punctul critic de demarcație este de 150 de metri. Sub acest prag, OM4 oferă echilibrul optim între performanță și costul transceiver. Dincolo de acest prag, este necesară fibră unic-mode (OS2) pentru a asigura integritatea semnalului și suportul protocolului pentru standardele Ethernet actuale și viitoare.
FAQ
Este fibra OM5 mai bună decât OM4 pentru rețelele standard 10G/40G/100G?
Nu pentru limitele de distanță standard. Pentru optica paralelă tradițională (SR4) care utilizează o singură lungime de undă (850 nm), OM5 oferă exact aceleași limite de distanță ca și OM4 (de exemplu, 100 m pentru 100GBASE-SR4). OM5 este superior numai atunci când se utilizează transceiver-uri SWDM (Short Wave Division Multiplexing), unde permite mai multor lungimi de undă să călătorească pe aceeași fibră. Dacă nu utilizați optica SWDM, OM5 nu oferă niciun beneficiu suplimentar de acoperire față de OM4.
De ce este limita de distanță pentru 40G și 100G mai mică decât 10G?
Din cauza dispersiei modale. Pe măsură ce ratele de date cresc (durata pulsului scade), receptorul optic devine mult mai sensibil la „împărtarea semnalului” (dispersie) cauzată de lumina care parcurge diferite căi prin miezul fibrei. O cantitate mică de răspândire a semnalului care este acceptabilă la 10 Gbps devine o defecțiune critică la 100 Gbps, forțând ca distanța fizică maximă să fie redusă pentru a menține integritatea semnalului.
La ce distanță ar trebui să trec de la Fibră multimod la modul unic{0}?
„Regula de 150 de metri” este cea mai bună practică din industrie.
Sub 150 de metri: multimodul (OM4) este de obicei mai rentabil-din cauza opticii mai ieftine.
Peste 150 de metri: se recomandă modul unic-(OS2).
Este fibra OM4 compatibilă cu OM3?
Da, complet compatibil înapoi.Fibra OM4 este în esență o versiune „cu specificații mai înalte” a OM3. Puteți instala astăzi cablarea OM4 și o puteți utiliza cu transceiver-uri OM3 10G mai vechi. Link-ul va funcționa normal.
Articole recomandate
OS1 vs OS2 Single Mode Fiber
Fibră optică din sticlă vs plastic
Cablu fibră optică SC/APC
