Bij het ontwerpen van datacenternetwerken wordt de selectie van glasvezelbekabeling bepaald door twee primaire beperkingen: vereisten voor transmissiesnelheid en kanaalbereik. Hoewel single{1}}mode glasvezel (SMF) een groot bereik biedt, geschikt voor campus- en WAN-toepassingen,multimode glasvezel(MMF) blijft het belangrijkste medium voor intra-datacenterconnectiviteit met een kort-bereik, vanwege de lagere kosten van op VCSEL-gebaseerde transceivers.
Echter,multimode glasvezelis onderworpen aan strikte afstandsbeperkingen als gevolg van optische fysica. Naarmate Ethernet-standaarden evolueren van 10GBASE-SR naar 40GBASE-SR4 en 100GBASE-SR4, neemt de toegestane kanaallengte aanzienlijk af. Het begrijpen van demultimode glasvezelafstandslimietvoor elke optische modus (OM)-categorie is essentieel voor het garanderen van de naleving van de fysieke laag en de signaalintegriteit.
Dit artikel analyseert de technische specificaties, bandbreedtemogelijkheden enmaximale afstand voor multimode glasvezelclassificaties variërend van OM1 tot OM5.
Fysieke beperkingen op multimode-transmissie
De afstandsbeperkingen in multimode optische systemen worden voornamelijk veroorzaakt door twee factoren: chromatische spreiding en verzwakking (optisch vermogensverlies).
Modale spreiding en intersymboolinterferentie
In tegenstelling tot single{0}}-glasvezel, die een enkele lichtmodus propageert,multimode glasvezelbeschikt over een grotere kerndiameter (50 µm of 62,5 µm) die honderden voortplantingsmodi ondersteunt.
Wanneer een lichtpuls in de vezel wordt gelanceerd, leggen verschillende modi verschillende padlengtes af. Hoge- modi (reizen in de buurt van de bekleding) volgen een langer pad dan lage- modi (reizen in de buurt van de as). Dit fenomeen, bekend als Differential Mode Delay (DMD), zorgt ervoor dat de optische puls zich in de loop van de tijd verspreidt.
Naarmate de transmissiesnelheid toeneemt, neemt het interval tussen de bits af. Overmatige pulsspreiding resulteert in Intersymbol Interference (ISI), waarbij aangrenzende bits elkaar overlappen, waardoor het signaal onleesbaar wordt voor de ontvanger. Dit vereist kortere kabellengtes om een acceptabele Bit Error Rate (BER) te behouden.
Bandbreedte-Afstandsproduct
De prestaties van multimode-bekabeling worden gekwantificeerd aan de hand van de Effectieve Modale Bandbreedte (EMB), gemeten in MHz·km.
Overvolle lancering (OFL):Wordt gebruikt voor het meten van bandbreedte met LED-bronnen (OM1/OM2).
Lasergeoptimaliseerd (EMB):Wordt gebruikt voor het meten van bandbreedte met VCSEL-bronnen (OM3/OM4/OM5).
Een hogere EMB-waarde duidt op de mogelijkheid om gegevens over een langere afstand te verzenden voordat modale spreiding het signaal verslechtert.
Technische specificaties per vezeltype
De Telecommunications Industry Association (TIA) en ISO/IEC definiëren vijf soorten multimode glasvezel. Elke generatie wordt gedefinieerd door zijn kerndiameter, lichtbronoptimalisatie en bandbreedtecapaciteit.
OM1 en OM2 (verouderde standaarden)
OM1- en OM2-vezels zijn ontworpen voor Fast Ethernet- en Gigabit Ethernet-toepassingen waarbij gebruik wordt gemaakt van LED-lichtbronnen.
OM1 (62,5/125 µm):
Jaskleur:Oranje.
Bandbreedte:200 MHz·km (bij 850 nm).
Afstandsbeperking:Geschikt voor 275 meter bij 1 Gbps. Bij 10 Gbps is demultimode glasvezelafstandslimietdaalt tot 33 meter, waardoor het ongeschikt is voor de moderne topologie.
OM2 (50/125 µm):
Jaskleur:Oranje.
Bandbreedte:500 MHz·km (bij 850 nm).
Afstandsbeperking:Geschikt voor 550 meter bij 1 Gbps, maar beperkt tot 82 meter bij 10 Gbps.
Opmerking: OM1 en OM2 worden algemeen als verouderd beschouwd voor nieuwe installaties die snelheden van meer dan 1 Gbps vereisen.
OM3 (laser-geoptimaliseerd 50 µm)
OM3 markeerde de overgang naar verticale-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL)-optimalisatie. Het is de instapstandaard- voor 10 Gigabit Ethernet.
Jaskleur:Aqua.
Effectieve modale bandbreedte (EMB):2000 MHz·km.
Sollicitatie:OM3 ondersteunt 10GBASE-SR tot300 meter. Voor parallelle optica met hoge-snelheid (40GBASE-SR4 en 100GBASE-SR4), is demaximale lengte van multimode glasvezelis beperkt tot100 meter.
OM4 (laser met hoge-bandbreedte-geoptimaliseerd 50 µm)
OM4 biedt een hogere bandbreedtespecificatie dan OM3, waardoor vertraging in de differentiële modus wordt verminderd. Dit zorgt voor een groter bereik en hogere marges voor invoegverlies.
Jaskleur:Aqua of Violet (Erika Violet).
Effectieve modale bandbreedte (EMB):4700 MHz·km.
Sollicitatie:OM4 breidt 10GBASE-SR-bereik uit naar550 meter. Cruciaal voor de backbones van datacenters is dat het 40G/100G-applicaties tot maximaal 40G/100G ondersteunt150 meter.
OM5 (breedband multimode glasvezel)
OM5 is gespecificeerd door TIA-492AAAE en is ontworpen om Short Wave Division Multiplexing (SWDM) te ondersteunen.
Jaskleur:Limoengroen.
Technisch kenmerk:In tegenstelling tot OM3/OM4, die primair zijn geoptimaliseerd voor 850 nm, is OM5 gespecificeerd voor een breed bereik aan golflengten tussen 850 nm en 953 nm.
Afstandsspecificatie:Voor standaard IEEE 802.3-transceivers (die een enkele golflengte bij 850 nm gebruiken) biedt OM5 hetzelfdemaximale afstand voor multimode glasvezelals OM4. Het voordeel wordt alleen gerealiseerd bij gebruik van SWDM4-transceivers om meerdere signalen over één enkel vezelpaar te verzenden.
Referentietabel afstandslimiet
De volgende tabel geeft een overzicht van deglasvezelkabel maximale lengteondersteund door standaard IEEE 802.3Ethernettoepassingen.
|
Vezelcategorie |
100 Mbps (Fast Ethernet) |
1 Gbps (1000BASE-SX) |
10 Gbps (10GBASE-SR) |
40 Gbps (40GBASE-SR4) |
100 Gbps (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Niet ondersteund |
Niet ondersteund |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Niet ondersteund |
Niet ondersteund |
|
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 |
Technische overwegingen voor maximale afstand
Het bereiken van de theoriemaximale afstand van multimode glasvezelvereist een strikte naleving van de koppeling van verliesbudgetten. De fysieke kabel is slechts één onderdeel van het kanaal; Invoegverlies van verbindingspunten heeft een aanzienlijke invloed op het haalbare bereik.
Verliesbudgetten voor kanaalinvoeging
Naarmate de datasnelheden toenemen, neemt het toegestane budget voor optische verliezen af.
10GBASE-SR (OM3):Ongeveer . 2.6 dB budget.
40GBASE-SR4 (OM3):Ongeveer . 1.9 dB budget.
Als een gestructureerde bekabelingslink meerdere patchpanelen, cassettes of kruis-verbindingen omvat, het totaalinvoegverlieskan de gevoeligheidsdrempel van de transceiver overschrijden voordat de maximale kabellengte is bereikt. Ingenieurs moeten het totale verlies berekenen met behulp van de formule:
Verbindingsverlies=(kabellengte × dB/km) + (connectorparen × verlies/paar)
Met behulp van Ultra-Low Loss (ULL) MTP/MPO-connectoren (meestal<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Transceivervariantie (standaard versus groter bereik)
De afstanden in de bovenstaande tabel verwijzen naar standaard IEEE-specificaties. Er bestaan echter "Extended Reach" (eSR4/CSR4)-zendontvangers op de markt.
Standaard 100G-SR4 op OM4:100 meter.
Eigen 100G-eSR4 op OM4:Tot 300 meter.
Deze niet-standaardoptieken maken gebruik van een hoger zendvermogen of gevoeligere ontvangers om de problemen te ondervangen. De compatibiliteit moet worden geverifieerd bij de fabrikant van de schakelaar.
Selectiecriteria voor bekabeling
Bij het ontwerpen van een fysieke laaginfrastructuur dienen de volgende drempelwaarden als standaard selectierichtlijnen:
Bereik < 100 meter:OM3 biedt voldoende bandbreedte voor 10G, 40G en 100G. Het is de meest kostenefficiënte oplossing voor intra-rack- en Top-van-Rack (ToR) naar End-of-Row (EoR)-verbindingen.
Bereik 100 - 150 meter:OM4 is verplicht om 40G/100G-transmissiesnelheden te ondersteunen. OM3 is onvoldoende voor deze afstanden onder standaard SR4-protocollen.
Bereik > 150 meter:Voor verbindingen langer dan 150 meter is Single-Mode Fiber (OS2) de aanbevolen technische standaard. Terwijlmultimode glasvezelfysiek in staat is om 1G of 10G over langere afstanden te verzenden, kan het geen migratie naar 40G/100G ondersteunen voorbij de limiet van 150-meter. Het inzetten van Single-Mode Fiber zorgt voor toekomstige compatibiliteit met PSM4- of DR4-architecturen.
Conclusie
Demultimode glasvezelafstandslimietis een functie van de effectieve modale bandbreedte van de kabel en de transmissiesnelheid van de actieve apparatuur. Hoewel oudere OM1- en OM2-vezels verouderd zijn voor hoge-snelheidsnetwerken, blijven OM3 en OM4 de industriestandaard voor datacentertoepassingen met een kort- bereik.
Voor netwerkplanners ligt het kritische demarcatiepunt op 150 meter. Onder deze drempel biedt OM4 de optimale balans tussen prestaties en transceiverkosten. Boven deze drempel is Single{4}}Mode Fiber (OS2) vereist om de signaalintegriteit en protocolondersteuning voor huidige en toekomstige Ethernet-standaarden te garanderen.
Veelgestelde vragen
Is OM5-glasvezel beter dan OM4 voor standaard 10G/40G/100G-netwerken?
Niet voor standaard afstandslimieten. Voor traditionele parallelle optica (SR4) die een enkele golflengte (850 nm) gebruiken, biedt OM5 exact dezelfde afstandslimieten als OM4 (bijvoorbeeld 100 m voor 100GBASE-SR4). OM5 is alleen superieur bij het gebruik van SWDM-transceivers (Short Wave Division Multiplexing), waarbij meerdere golflengten op dezelfde vezel kunnen reizen. Als u geen SWDM-optiek gebruikt, biedt OM5 geen extra bereikvoordeel ten opzichte van OM4.
Waarom is de afstandslimiet voor 40G en 100G korter dan 10G?
Vanwege modale spreiding. Naarmate de datasnelheden toenemen (de pulsduur neemt af), wordt de optische ontvanger veel gevoeliger voor "signaalversmering" (verspreiding) veroorzaakt doordat licht verschillende paden door de vezelkern neemt. Een kleine hoeveelheid signaalspreiding die acceptabel is bij 10 Gbps wordt een kritieke fout bij 100 Gbps, waardoor de maximale fysieke afstand moet worden verkleind om de signaalintegriteit te behouden.
Op welke afstand moet ik overstappen van Multimode naar Single{0}}Mode Fiber?
De ‘150-meterregel’ is de beste praktijk in de sector.
Minder dan 150 meter: Multimode (OM4) is doorgaans kosteneffectiever- vanwege goedkopere optica.
Meer dan 150 meter: enkele-modus (OS2) wordt aanbevolen.
Is OM4-glasvezel achterwaarts compatibel met OM3?
Ja, volledig achterwaarts compatibel.OM4-vezel is in wezen een versie met "hogere specificaties" van OM3. U kunt vandaag OM4-bekabeling installeren en deze gebruiken met oudere 10G OM3-transceivers. De link zal normaal functioneren.
Aanbevolen artikelen
OS1 versus OS2 Single Mode glasvezel
Glas versus plastic optische vezel
SC/APC glasvezelkabel
