(OM1-OM5) Граници и спецификации на разстоянието на многомодовото влакно

При проектирането на мрежата на центъра за данни изборът на кабели с оптични влакна се ръководи от две основни ограничения: изисквания за скорост на предаване и обхват на канала. Докато едно-модовото влакно (SMF) предлага широк обхват, подходящ за приложения в кампуса и WAN,многомодово влакно(MMF) остава преобладаващата среда за-свързване в-центъра за данни с кратък обхват поради по-ниската цена на VCSEL-базирани трансивъри.

обачемногомодово влакноподлежи на строги ограничения на разстоянието, произтичащи от оптичната физика. Тъй като Ethernet стандартите се развиват от 10GBASE-SR до 40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR4, допустимата дължина на канала намалява значително. Разбиране наограничение на разстоянието на многомодовото влакноза всяка категория оптичен режим (OM) е от съществено значение за осигуряване на съответствие на физическия слой и целостта на сигнала.

Тази статия анализира техническите спецификации, възможностите за честотна лента имаксимално разстояние за многомодово влакнокласификации, вариращи от OM1 до OM5.

Физически ограничения върху многомодовото предаване

Ограниченията на разстоянието в многомодовите оптични системи са причинени основно от два фактора: хроматична дисперсия и затихване (загуба на оптична мощност).

Модална дисперсия и междусимволна интерференция

За разлика от едно{0}}модовото влакно, което разпространява единичен светлинен режим,многомодово влакноразполага с по-голям диаметър на сърцевината (50 µm или 62,5 µm), който поддържа стотици режими на разпространение.

Когато светлинен импулс бъде пуснат във влакното, различните режими изминават различни дължини на пътя. Режимите от висок-порядък (движение близо до облицовката) изминават по-дълъг път от режимите от нисък-порядък (движение близо до оста). Това явление, известно като закъснение в диференциалния режим (DMD), кара оптичния импулс да се разпространява във времето.

С увеличаването на скоростите на предаване интервалът между битовете намалява. Прекомерното разпръскване на импулса води до междусимволна интерференция (ISI), където съседни битове се припокриват, което прави сигнала нечетим от приемника. Това налага по-къси дължини на кабела, за да се поддържа приемлив процент грешки при битове (BER).

Широчина на честотната лента-Продукт за разстояние

Производителността на многомодовото окабеляване се определя количествено чрез неговата ефективна модална честотна лента (EMB), измерена в MHz·km.

Препълнен старт (OFL):Използва се за измерване на честотната лента с LED източници (OM1/OM2).

Лазерно оптимизиран (EMB):Използва се за измерване на честотната лента с VCSEL източници (OM3/OM4/OM5).

По-висока стойност на EMB показва възможност за предаване на данни на по-голямо разстояние, преди модалната дисперсия да влоши сигнала.

Технически спецификации по тип влакно

Асоциацията на телекомуникационната индустрия (TIA) и ISO/IEC определят пет степени на многомодово влакно. Всяко поколение се определя от диаметъра на ядрото, оптимизацията на източника на светлина и капацитета на честотната лента.

OM1 и OM2 (наследени стандарти)

OM1 и OM2 влакна са проектирани за Fast Ethernet и Gigabit Ethernet приложения, използващи LED източници на светлина.

OM1 (62,5/125 µm):

Цвят на якето:оранжево.

Честотна лента:200 MHz·km (при 850nm).

Ограничение на разстоянието:Възможност за 275 метра при 1 Gbps. При 10 Gbps,ограничение на разстоянието на многомодовото влакнопада до 33 метра, което го прави неподходящ за съвременната топология.

OM2 (50/125 µm):

Цвят на якето:оранжево.

Честотна лента:500 MHz·km (при 850nm).

Ограничение на разстоянието:Възможност за 550 метра при 1 Gbps, но ограничена до 82 метра при 10 Gbps.

Забележка: OM1 и OM2 масово се считат за остарели за нови инсталации, изискващи скорости над 1 Gbps.

OM3 (лазерно-оптимизирано 50 µm)

OM3 отбеляза прехода към оптимизиране на вертикално-повърхностно-излъчващ лазер (VCSEL). Това е начален-стандарт за 10 Gigabit Ethernet.

Цвят на якето:Аква.

Ефективна модална честотна лента (EMB):2000 MHz·km.

Приложение:OM3 поддържа 10GBASE-SR до300 метра. За високо{1}}скоростна паралелна оптика (40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR4),максимална дължина на многомодовото влакносе ограничава до100 метра.

OM4 (Лазер с висока-честотна лента-Оптимизиран 50 µm)

OM4 осигурява по-висока спецификация на честотната лента от OM3, намалявайки забавянето на диференциалния режим. Това позволява разширен обхват и по-високи маржове на загуби при вмъкване.

Цвят на якето:Аква или виолет (Erika Violet).

Ефективна модална честотна лента (EMB):4700 MHz·km.

Приложение:OM4 разширява обхвата на 10GBASE-SR до550 метра. От критично значение за гръбнаците на центрове за данни, той поддържа 40G/100G приложения до150 метра.

OM5 (широколентово многомодово влакно)

OM5 е определен от TIA-492AAAE и е проектиран да поддържа мултиплексиране с разделяне на къси вълни (SWDM).

Цвят на якето:Лайм зелено.

Техническа характеристика:За разлика от OM3/OM4, които са оптимизирани предимно за 850nm, OM5 е определен за широк диапазон от дължини на вълните между 850nm и 953nm.

Спецификация на разстоянието:За стандартни трансивъри IEEE 802.3 (използващи една дължина на вълната при 850nm), OM5 предлага същотомаксимално разстояние за многомодово влакнокато OM4. Предимството му се реализира само при използване на трансивъри SWDM4 за предаване на множество сигнали по една двойка влакна.

Референтна таблица за ограничение на разстоянието

Следната таблица обобщавамаксимална дължина на оптичния кабелподдържан от стандарт IEEE 802.3Ethernetприложения.

Инженерни съображения за максимално разстояние

Постигане на теоретичнотомаксимално разстояние на многомодово влакноизисква стриктно спазване на бюджетите за загуба на връзки. Физическият кабел е само един компонент на канала; загубата на вмъкване от точките на свързване значително влияе върху постижимия обхват.

Бюджети за загуби при вмъкване на канали

С увеличаване на скоростта на предаване на данни, допустимият бюджет за оптични загуби намалява.

10GBASE-SR (OM3):Приблизително . 2.6 dB бюджет.

40GBASE-SR4 (OM3):Приблизително . 1.9 dB бюджет.

Ако структурна кабелна връзка включва множество пач панели, касети или кръстосани-връзки, общатавмъкната загубаможе да превиши прага на чувствителност на трансивъра, преди да бъде достигната максималната дължина на кабела. Инженерите трябва да изчислят общата загуба по формулата:

Загуба на връзка=(дължина на кабела × dB/km) + (двойки конектори × загуба/чифт)

Използване на MTP/MPO конектори с ултра-ниски загуби (ULL) (обикновено<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.

Вариация на трансивъра (стандартен срещу разширен обхват)

Разстоянията, посочени в таблицата по-горе, се отнасят за стандартните спецификации на IEEE. Въпреки това на пазара съществуват трансивъри с разширен обхват (eSR4/CSR4).

Стандартен 100G-SR4 на OM4:100 метра.

Патентован 100G-eSR4 на OM4:До 300 метра.

Тази не-стандартна оптика използва по-висока предавателна мощност или по-чувствителни приемници, за да преодолееограничение на разстоянието на многомодовото влакно. Съвместимостта трябва да бъде проверена от производителя на превключвателя.

Критерии за избор на кабели

Когато проектирате инфраструктура на физическия слой, следните прагове служат като стандартни ръководства за избор:

Обхват < 100 метра:OM3 осигурява достатъчна честотна лента за 10G, 40G и 100G. Това е най-разходно{5}}ефективното решение за свързване в -стойка и отгоре-на-стойка (ToR) към край-на-ред (EoR).

Обхват 100 - 150 метра:OM4 е задължителен за поддръжка на скорости на предаване 40G/100G. OM3 е недостатъчен за тези разстояния при стандартни протоколи SR4.

Обхват > 150 метра:За връзки, надвишаващи 150 метра, препоръчителният технически стандарт е Single-Mode Fiber (OS2). Докатомногомодово влакное физически способен да предава 1G или 10G на по-големи разстояния, не може да поддържа миграция към 40G/100G над ограничението от 150-метра. Внедряването на Single-Mode Fiber гарантира бъдеща съвместимост с PSM4 или DR4 архитектури.

Заключение

Theограничение на разстоянието на многомодовото влакное функция на ефективната модална честотна лента на кабела и скоростта на предаване на активното оборудване. Докато наследените OM1 и OM2 влакна са остарели за високо-скоростни мрежи, OM3 и OM4 остават индустриален стандарт за-приложения за центрове за данни с малък обхват.

За проектантите на мрежи критичната демаркационна точка е 150 метра. Под този праг OM4 предлага оптимален баланс между производителност и цена на трансивъра. Отвъд този праг се изисква Single-Mode Fiber (OS2), за да се гарантира целостта на сигнала и поддръжката на протокол за настоящи и бъдещи Ethernet стандарти.

ЧЗВ
OM5 влакното по-добро ли е от OM4 за стандартни 10G/40G/100G мрежи?

Не за стандартни ограничения на разстоянието. За традиционната паралелна оптика (SR4), която използва една дължина на вълната (850 nm), OM5 предлага точно същите ограничения на разстоянието като OM4 (напр. 100 m за 100GBASE-SR4). OM5 е по-добър само при използване на трансивъри SWDM (мултиплексиране с разделяне на къси вълни), където позволява преминаване на множество дължини на вълните по едно и също влакно. Ако не използвате оптика SWDM, OM5 не осигурява допълнително предимство на обхвата спрямо OM4.
 

Защо ограничението за разстояние за 40G и 100G е по-малко от 10G?

Поради модалната дисперсия. Тъй като скоростта на предаване на данни се увеличава (продължителността на импулса намалява), оптичният приемник става много по-чувствителен към "размазване на сигнала" (дисперсия), причинено от светлина, преминаваща по различни пътища през сърцевината на влакното. Малко разпространение на сигнала, което е приемливо при 10Gbps, се превръща в критичен отказ при 100Gbps, принуждавайки максималното физическо разстояние да бъде намалено, за да се запази целостта на сигнала.
 

На какво разстояние трябва да превключа от многомодово към едно-модово влакно?

„Правилото за 150 метра“ е най-добрата практика в индустрията.

Под 150 метра: Многомодовият (OM4) обикновено е по-рентабилен-поради по-евтината оптика.

Над 150 метра: Препоръчва се единичен-режим (OS2).

OM4 влакно обратно съвместимо ли е с OM3?

Да, напълно обратно съвместим.OM4 влакното е по същество версия с "по-висока спецификация" на OM3. Можете да инсталирате OM4 кабели днес и да ги използвате с по-стари 10G OM3 трансивъри. Връзката ще функционира нормално.

 

 

Препоръчани статии

OS1 срещу OS2 едномодово влакно

виж повече

Стъклено срещу пластмасово оптично влакно

виж повече

SC/APC оптичен кабел

виж повече