(OM1-OM5) Обмеження відстані та характеристики багатомодового волокна

При проектуванні мережі центру обробки даних вибір волоконно-оптичних кабелів регулюється двома основними обмеженнями: вимогами до швидкості передачі та охопленням каналу. У той час як одномодове-оптоволокно (SMF) забезпечує широке охоплення, придатне для додатків кампуса та глобальної мережі,багатомодове волокно(MMF) залишається переважаючим середовищем для-підключення до-центрів обробки даних через нижчу вартість трансиверів-на основі VCSEL.

однак,багатомодове волокнопідлягає суворим обмеженням відстані, що є результатом оптичної фізики. Оскільки стандарти Ethernet розвиваються від 10GBASE-SR до 40GBASE-SR4 і 100GBASE-SR4, допустима довжина каналу значно зменшується. Розуміннямежа відстані багатомодового волокнадля кожної категорії оптичного режиму (OM) має важливе значення для забезпечення відповідності фізичного рівня та цілісності сигналу.

У цій статті аналізуються технічні характеристики, можливості пропускної здатності тамаксимальна відстань для багатомодового волокнакласифікації від OM1 до OM5.

Фізичні обмеження багатомодової передачі

Обмеження відстані в багатомодових оптичних системах викликано, перш за все, двома факторами: хроматичною дисперсією та затуханням (втрата оптичної потужності).

Модальна дисперсія та міжсимвольна інтерференція

На відміну від одномодового-волокна, яке поширює одну моду світла,багатомодове волокномає більший діаметр сердечника (50 мкм або 62,5 мкм), який підтримує сотні режимів розповсюдження.

Коли світловий імпульс надходить у волокно, різні моди проходять різні довжини шляху. Режими високого-порядку (переміщення поблизу оболонки) проходять довший шлях, ніж режими низького{2}}порядку (переміщення поблизу осі). Це явище, відоме як затримка диференційного режиму (DMD), спричиняє розподіл оптичного імпульсу в часі.

Зі збільшенням швидкості передачі інтервал між бітами зменшується. Надмірне розповсюдження імпульсу призводить до міжсимвольної інтерференції (ISI), коли сусідні біти накладаються, що робить сигнал нечитабельним для приймача. Це вимагає меншої довжини кабелю для підтримки прийнятного рівня бітових помилок (BER).

Пропускна здатність-Відстань

Продуктивність багатомодового кабелю кількісно визначається його ефективною модальною смугою пропускання (EMB), виміряною в МГц·км.

Переповнений запуск (OFL):Використовується для вимірювання смуги пропускання за допомогою світлодіодних джерел (OM1/OM2).

Лазерно оптимізований (EMB):Використовується для вимірювання пропускної здатності з джерелами VCSEL (OM3/OM4/OM5).

Більше значення EMB вказує на здатність передавати дані на більшу відстань до того, як модальна дисперсія погіршить сигнал.

Технічні характеристики за типом волокна

Асоціація телекомунікаційної промисловості (TIA) та ISO/IEC визначають п’ять класів багатомодового волокна. Кожне покоління визначається діаметром сердечника, оптимізацією джерела світла та пропускною здатністю.

OM1 і OM2 (застарілі стандарти)

Волокна OM1 і OM2 були розроблені для додатків Fast Ethernet і Gigabit Ethernet із використанням світлодіодних джерел світла.

OM1 (62,5/125 мкм):

Колір куртки:Помаранчевий.

Пропускна здатність:200 МГц·км (на 850 нм).

Обмеження відстані:Здатність до 275 метрів зі швидкістю 1 Гбіт/с. На швидкості 10 Гбіт/смежа відстані багатомодового волокнападає до 33 метрів, що робить його непридатним для сучасної топології.

OM2 (50/125 мкм):

Колір куртки:Помаранчевий.

Пропускна здатність:500 МГц·км (на 850 нм).

Обмеження відстані:Можливість проходження 550 метрів на швидкості 1 Гбіт/с, але обмежена 82 метрами на швидкості 10 Гбіт/с.

Примітка. OM1 і OM2 вважаються застарілими для нових установок, які вимагають швидкості вище 1 Гбіт/с.

OM3 (лазер-оптимізований 50 мкм)

OM3 ознаменував перехід до оптимізації вертикального-поверхневого-випромінюючого лазера (VCSEL). Це стандарт-початкового рівня для 10 Gigabit Ethernet.

Колір куртки:Аква.

Ефективна модальна пропускна здатність (EMB):2000 МГц·км.

застосування:OM3 підтримує 10GBASE-SR до300 метрів. Для високошвидкісної паралельної оптики (40GBASE-SR4 і 100GBASE-SR4)максимальна довжина багатомодового волокнаобмежується100 метрів.

OM4 (високо{1}}лазер-оптимізований 50 мкм)

OM4 забезпечує вищу специфікацію пропускної здатності, ніж OM3, зменшуючи затримку диференціального режиму. Це дозволяє збільшити охоплення та вищі межі внесених втрат.

Колір куртки:Аква або фіалка (Erika Violet).

Ефективна модальна пропускна здатність (EMB):4700 МГц·км.

застосування:OM4 розширює охоплення 10GBASE-SR до550 метрів. Важливо для магістралей центрів обробки даних, він підтримує додатки 40G/100G150 метрів.

OM5 (широкосмугове багатомодове волокно)

OM5 визначено TIA-492AAAE і розроблено для підтримки короткохвильового мультиплексування (SWDM).

Колір куртки:Зелений лайм.

Технічна характеристика:На відміну від OM3/OM4, які оптимізовані переважно для 850 нм, OM5 призначений для широкого діапазону довжин хвиль від 850 нм до 953 нм.

Специфікація відстані:Для стандартних трансиверів IEEE 802.3 (з використанням однієї довжини хвилі на 850 нм) OM5 пропонує те самемаксимальна відстань для багатомодового волокнаяк OM4. Його перевага реалізується лише при використанні трансиверів SWDM4 для передачі кількох сигналів по одній парі волокон.

Довідкова таблиця обмеження відстані

У наступній таблиці підсумованоМаксимальна довжина оптоволоконного кабелюпідтримується стандартом IEEE 802.3Ethernetпрограми.

Технічні міркування щодо максимальної відстані

Досягнення теоретичногомаксимальна відстань багатомодового волокнавимагає суворого дотримання бюджетів збитків за посиланнями. Фізичний кабель є лише одним із компонентів каналу; внесені втрати від точок з’єднання значно впливають на досяжний діапазон.

Бюджети втрат від вставки каналу

Зі збільшенням швидкості передачі даних допустимий бюджет оптичних втрат зменшується.

10GBASE-SR (OM3):Бюджет приблизно . 2.6 дБ.

40GBASE-SR4 (OM3):Бюджет приблизно . 1.9 дБ.

Якщо зв’язок структурованого кабелю включає кілька комутаційних панелей, касет або крос-з’єднань, загальнавнесені втратиможе перевищити поріг чутливості трансивера до досягнення максимальної довжини кабелю. Інженери повинні розрахувати загальні втрати за формулою:

Втрати зв’язку=(довжина кабелю × дБ/км) + (пари роз’ємів × втрати/пара)

Використання роз’ємів MTP/MPO з ультра-низькими втратами (ULL) (зазвичай<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.

Відхилення трансивера (стандартний або розширений діапазон)

Відстані, наведені в таблиці вище, відповідають стандартним специфікаціям IEEE. Однак на ринку існують трансивери з розширеним діапазоном дії (eSR4/CSR4).

Стандартний 100G-SR4 на OM4:100 метрів.

Власний 100G-eSR4 на OM4:До 300 метрів.

Ця не-стандартна оптика використовує вищу потужність передачі або більш чутливі приймачі, щоб подолатимежа відстані багатомодового волокна. Сумісність необхідно перевірити у виробника комутатора.

Критерії вибору кабелю

При проектуванні інфраструктури фізичного рівня наступні порогові значення служать стандартними орієнтирами для вибору:

Досяжність < 100 метрів:OM3 забезпечує достатню пропускну здатність для 10G, 40G і 100G. Це найбільш{5}}економічне рішення для з’єднань усередині-стійки та верхньої-оф-стійки (ToR) до кінця--ряду (EoR).

Досяжність 100 - 150 метрів:OM4 є обов’язковим для підтримки швидкості передачі 40G/100G. OM3 є недостатнім для цих відстаней за стандартними протоколами SR4.

Досяжність > 150 метрів:Для з’єднань, що перевищують 150 метрів, рекомендованим технічним стандартом є одномодове-волокно (OS2). Покибагатомодове волокнофізично здатний передавати 1G або 10G на великі відстані, він не може підтримувати перехід на 40G/100G понад 150-метрів. Розгортання одномодового волокна забезпечує майбутню сумісність з архітектурами PSM4 або DR4.

Висновок

Theмежа відстані багатомодового волокнає функцією ефективної модальної смуги пропускання кабелю та швидкості передачі активного обладнання. У той час як застарілі волокна OM1 і OM2 застаріли для високошвидкісних-мереж, OM3 і OM4 залишаються галузевим стандартом для-додатків центрів обробки даних.

Для планувальників мереж критична точка розмежування становить 150 метрів. Нижче цього порогу OM4 пропонує оптимальний баланс продуктивності та вартості трансивера. Понад цим порогом для забезпечення цілісності сигналу та підтримки протоколу для поточних і майбутніх стандартів Ethernet потрібне одномодове-волокно (OS2).

FAQ
Чи волокно OM5 краще, ніж OM4 для стандартних мереж 10G/40G/100G?

Не для стандартних обмежень відстані. Для традиційної паралельної оптики (SR4), яка використовує одну довжину хвилі (850 нм), OM5 пропонує ті самі обмеження відстані, що й OM4 (наприклад, 100 м для 100GBASE-SR4). OM5 є кращим тільки при використанні трансиверів SWDM (короткохвильове мультиплексування), де він дозволяє передавати хвилі на кількох довжинах по одному волокну. Якщо ви не використовуєте оптику SWDM, OM5 не надає додаткових переваг у порівнянні з OM4.
 

Чому ліміт відстані для 40G і 100G менший за 10G?

Через модальну дисперсію. У міру збільшення швидкості передачі даних (зменшується тривалість імпульсу) оптичний приймач стає набагато чутливішим до «розмивання сигналу» (дисперсії), викликаного світлом, що проходить різними шляхами через серцевину волокна. Невелике поширення сигналу, прийнятне на 10 Гбіт/с, стає критичним збоєм на 100 Гбіт/с, що змушує зменшувати максимальну фізичну відстань для підтримки цілісності сигналу.
 

На якій відстані я маю переключитися з багатомодового на одномодове-волокно?

«Правило 150 метрів» є найкращою галузевою практикою.

Менше 150 метрів: багатомодовий (OM4) зазвичай економічніший-через дешевшу оптику.

Понад 150 метрів: рекомендовано один-режим (OS2).

Чи волокно OM4 зворотно сумісне з OM3?

Так, повністю сумісний.Волокно OM4 є, по суті, версією OM3 із «вищими специфікаціями». Ви можете встановити кабель OM4 сьогодні та використовувати його зі старими трансиверами 10G OM3. Посилання працюватиме нормально.

 

 

Рекомендовані статті

OS1 проти OS2 одномодового волокна

переглянути більше

Скло проти пластикового оптичного волокна

переглянути більше

Оптоволоконний кабель SC/APC

переглянути більше