في تصميم شبكة مركز البيانات، يخضع اختيار كابلات الألياف الضوئية لقيودين أساسيين: متطلبات معدل النقل والوصول إلى القناة. على الرغم من أن الألياف ذات الوضع الواحد-(SMF) توفر وصولاً واسع النطاق مناسبًا لتطبيقات الحرم الجامعي وشبكة WAN،الألياف المتعددة الوسائط(MMF) يظل الوسيلة السائدة لاتصال مركز البيانات -قصير المدى داخل-مراكز البيانات نظرًا لانخفاض تكلفة أجهزة الإرسال والاستقبال المستندة إلى VCSEL-.
لكن،الألياف المتعددة الوسائطيخضع لقيود المسافة الصارمة الناتجة عن الفيزياء البصرية. مع تطور معايير Ethernet من 10GBASE-SR إلى 40GBASE-SR4 و100GBASE-SR4، ينخفض طول القناة المسموح به بشكل ملحوظ. فهمحد مسافة الألياف المتعددة الأوضاعيعد كل فئة من فئات الوضع البصري (OM) أمرًا ضروريًا لضمان توافق الطبقة المادية وسلامة الإشارة.
تحلل هذه المقالة المواصفات الفنية وإمكانيات النطاق الترددي وأقصى مسافة للألياف متعددة الأوضاعتتراوح التصنيفات من OM1 إلى OM5.
القيود المادية على الإرسال المتعدد الوسائط
ترجع قيود المسافة في الأنظمة البصرية متعددة الأوضاع في المقام الأول إلى عاملين: التشتت اللوني والتوهين (فقدان الطاقة الضوئية).
التشتت المشروط والتداخل بين الرموز
على عكس الألياف ذات الوضع الفردي-، والتي تنشر وضع ضوء واحدًا،الألياف المتعددة الوسائطيتميز بقطر أساسي أكبر (50 ميكرومتر أو 62.5 ميكرومتر) يدعم المئات من أوضاع الانتشار.
عندما يتم إطلاق نبضة ضوئية في الألياف، تنتقل أوضاع مختلفة إلى أطوال مسارات مختلفة. تأخذ أوضاع الترتيب العالي- (التي تسير بالقرب من الكسوة) مسارًا أطول من أوضاع الترتيب- المنخفضة (التي تسير بالقرب من المحور). تتسبب هذه الظاهرة، المعروفة باسم تأخير الوضع التفاضلي (DMD)، في انتشار النبض البصري بمرور الوقت.
ومع زيادة معدلات الإرسال، يقل الفاصل الزمني بين البتات. يؤدي نشر النبض المفرط إلى تداخل بين الرموز (ISI)، حيث تتداخل البتات المتجاورة، مما يجعل الإشارة غير قابلة للقراءة بواسطة جهاز الاستقبال. وهذا يتطلب أطوال كابل أقصر للحفاظ على معدل خطأ بت مقبول (BER).
عرض النطاق الترددي-منتج المسافة
يتم قياس أداء الكابلات متعددة الأوضاع من خلال عرض النطاق الترددي الفعال (EMB)، الذي يتم قياسه بالميغاهرتز · كم.
التشغيل الزائد (OFL):يستخدم لقياس عرض النطاق الترددي مع مصادر LED (OM1/OM2).
الليزر الأمثل (EMB):يستخدم لقياس عرض النطاق الترددي مع مصادر VCSEL (OM3/OM4/OM5).
تشير قيمة EMB الأعلى إلى القدرة على نقل البيانات عبر مسافة أطول قبل أن يؤدي التشتت المشروط إلى تدهور الإشارة.
المواصفات الفنية حسب نوع الألياف
تحدد جمعية صناعة الاتصالات (TIA) وISO/IEC خمس درجات من الألياف متعددة الأوضاع. يتم تعريف كل جيل من خلال قطره الأساسي، وتحسين مصدر الضوء، وسعة النطاق الترددي.
OM1 وOM2 (المعايير القديمة)
تم تصميم ألياف OM1 وOM2 لتطبيقات Fast Ethernet وGigabit Ethernet باستخدام مصادر ضوء LED.
OM1 (62.5/125 ميكرومتر):
لون السترة:البرتقالي.
عرض النطاق الترددي:200 ميجا هرتز·كم (عند 850 نانومتر).
حدود المسافة:قادر على الوصول إلى مسافة 275 مترًا بسرعة 1 جيجابت في الثانية. بسرعة 10 جيجابت في الثانيةحد مسافة الألياف المتعددة الأوضاعينخفض إلى 33 مترًا، مما يجعله غير مناسب للطوبولوجيا الحديثة.
OM2 (50/125 ميكرومتر):
لون السترة:البرتقالي.
عرض النطاق الترددي:500 ميجاهرتز · كم (عند 850 نانومتر).
حدود المسافة:قادر على الوصول إلى 550 مترًا بسرعة 1 جيجابت في الثانية ولكنه يقتصر على 82 مترًا بسرعة 10 جيجابت في الثانية.
ملحوظة: تعتبر OM1 وOM2 قديمة على نطاق واسع بالنسبة للتثبيتات الجديدة التي تتطلب معدلات أعلى من 1 جيجابت في الثانية.
OM3 (ليزر - محسن 50 ميكرومتر)
وضع OM3 علامة على الانتقال إلى تحسين سطح التجويف الرأسي- الذي ينبعث منه الليزر (VCSEL). إنه معيار مستوى الإدخال-لشبكة 10 جيجابت إيثرنت.
لون السترة:أكوا.
عرض النطاق الترددي الفعال (EMB):2000 ميجاهيرتز·كم.
طلب:يدعم OM3 10GBASE-SR حتى300 متر. بالنسبة للبصريات المتوازية ذات السرعة العالية-(40GBASE-SR4 و100GBASE-SR4)، فإنالحد الأقصى لطول الألياف متعددة الأوضاعيقتصر على100 متر.
OM4 (ليزر-عالي النطاق الترددي-محسّن 50 ميكرومتر)
يوفر OM4 مواصفات عرض النطاق الترددي أعلى من OM3، مما يقلل من تأخير الوضع التفاضلي. وهذا يسمح بوصول ممتد وهوامش خسارة أعلى للإدراج.
لون السترة:أكوا أو فيوليت (إريكا فيوليت).
عرض النطاق الترددي الفعال (EMB):4700 ميجاهيرتز·كم.
طلب:يمتد OM4 إلى 10GBASE-SR للوصول إلى550 متر. وهو أمر بالغ الأهمية بالنسبة للعمود الفقري لمركز البيانات، فهو يدعم تطبيقات 40G/100G حتى150 متر.
OM5 (الألياف المتعددة الوسائط ذات النطاق العريض)
تم تحديد OM5 بواسطة TIA-492AAAE وهو مصمم لدعم تعدد الإرسال بتقسيم الموجة القصيرة (SWDM).
لون السترة:الجير الأخضر.
الخصائص التقنية:على عكس OM3/OM4، والتي تم تحسينها بشكل أساسي لـ 850 نانومتر، تم تحديد OM5 لمجموعة واسعة من الأطوال الموجية بين 850 نانومتر و953 نانومتر.
مواصفات المسافة:بالنسبة لأجهزة الإرسال والاستقبال القياسية IEEE 802.3 (باستخدام طول موجي واحد عند 850 نانومتر)، يقدم OM5 نفس الشيءأقصى مسافة للألياف متعددة الأوضاعكما OM4. تتحقق ميزتها فقط عند استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال SWDM4 لإرسال إشارات متعددة عبر زوج ألياف واحد.
الجدول المرجعي لحدود المسافة
ويلخص الجدول التاليالحد الأقصى لطول كابل الألياف الضوئيةمدعوم بمعيار IEEE 802.3إيثرنتالتطبيقات.
|
فئة الألياف |
100 ميجابت في الثانية (إيثرنت سريع) |
1 جيجابت في الثانية (1000BASE-SX) |
10 جيجابت في الثانية (10GBASE-SR) |
40 جيجابت في الثانية (40GBASE-SR4) |
100 جيجابت في الثانية (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
غير مدعوم |
غير مدعوم |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
غير مدعوم |
غير مدعوم |
|
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 |
الاعتبارات الهندسية للمسافة القصوى
تحقيق النظريةأقصى مسافة للألياف متعددة الأوضاعيتطلب الالتزام الصارم بربط ميزانيات الخسارة. الكبل الفعلي هو مكون واحد فقط من القناة؛ يؤثر فقدان الإدراج من نقاط التوصيل البيني بشكل كبير على مدى الوصول الذي يمكن تحقيقه.
ميزانيات خسارة إدراج القناة
مع زيادة معدلات البيانات، تنخفض ميزانية الخسارة البصرية المسموح بها.
10GBASE-SR (OM3):ميزانية . 2.6 ديسيبل تقريبًا.
40GBASE-SR4 (OM3):ميزانية . 1.9 ديسيبل تقريبًا.
إذا كان رابط الكابلات الهيكلية يشتمل على لوحات توصيل أو أشرطة أو وصلات متقاطعة متعددة، فإن إجماليفقدان الإدراجقد يتجاوز عتبة حساسية جهاز الإرسال والاستقبال قبل الوصول إلى الحد الأقصى لطول الكابل. يجب على المهندسين حساب الخسارة الإجمالية باستخدام الصيغة:
فقدان الارتباط=(طول الكابل × ديسيبل/كم) + (أزواج الموصلات × الخسارة/الزوج)
استخدام موصلات MTP/MPO فائقة -منخفضة الخسارة (ULL) (عادةً<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
تباين جهاز الإرسال والاستقبال (الوصول القياسي مقابل الوصول الممتد)
المسافات المذكورة في الجدول أعلاه تشير إلى مواصفات IEEE القياسية. ومع ذلك، توجد أجهزة إرسال واستقبال "الوصول الممتد" (eSR4/CSR4) في السوق.
معيار 100G-SR4 على OM4:100 متر.
100G-eSR4 خاص على OM4:تصل إلى 300 متر.
تستخدم هذه البصريات غير القياسية-طاقة إرسال أعلى أو أجهزة استقبال أكثر حساسية للتغلب علىحد مسافة الألياف المتعددة الأوضاع. يجب التحقق من التوافق مع الشركة المصنعة للمحول.
معايير اختيار الكابلات
عند تصميم البنية التحتية للطبقة المادية، تعمل الحدود التالية كدليل اختيار قياسي:
الوصول إلى أقل من 100 متر:يوفر OM3 عرض نطاق ترددي كافٍ لـ 10G و40G و100G. إنه الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة-للاتصالات داخل الحامل و-أعلى-الحامل (ToR) وحتى نهاية-الصف (EoR).
الوصول إلى 100 - 150 متر:OM4 إلزامي لدعم معدلات نقل 40G/100G. OM3 غير كافٍ لهذه المسافات بموجب بروتوكولات SR4 القياسية.
تصل إلى > 150 مترًا:بالنسبة للروابط التي يتجاوز طولها 150 مترًا، فإن -الألياف أحادية الوضع (OS2) هي المعيار الفني الموصى به. بينماالألياف المتعددة الوسائطقادر فعليًا على إرسال 1G أو 10G عبر مسافات أطول، ولا يمكنه دعم الترحيل إلى 40G/100G بما يتجاوز حد 150{6}} مترًا. ويضمن نشر الألياف أحادية الوضع التوافق المستقبلي مع بنيات PSM4 أو DR4.
خاتمة
الحد مسافة الألياف المتعددة الأوضاعهي وظيفة عرض النطاق الترددي المشروط الفعال للكابل ومعدل نقل المعدات النشطة. في حين أن ألياف OM1 وOM2 القديمة أصبحت قديمة بالنسبة للشبكات عالية السرعة-، تظل OM3 وOM4 هي المعيار الصناعي لتطبيقات مراكز البيانات قصيرة المدى-.
بالنسبة لمخططي الشبكات، فإن نقطة الترسيم الحرجة هي 150 مترًا. أقل من هذا الحد، يوفر OM4 التوازن الأمثل بين الأداء وتكلفة جهاز الإرسال والاستقبال. بعد هذا الحد، يلزم وجود-ألياف ذات وضع واحد (OS2) لضمان سلامة الإشارة ودعم البروتوكول لمعايير Ethernet الحالية والمستقبلية.
التعليمات
هل ألياف OM5 أفضل من OM4 لشبكات 10G/40G/100G القياسية؟
ليس لحدود المسافة القياسية. بالنسبة للبصريات المتوازية التقليدية (SR4) التي تستخدم طولًا موجيًا واحدًا (850 نانومتر)، تقدم OM5 نفس حدود المسافة تمامًا مثل OM4 (على سبيل المثال، 100 متر لـ 100GBASE-SR4). يكون OM5 متفوقًا فقط عند استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال SWDM (تعدد الإرسال بتقسيم الموجة القصيرة)، حيث يسمح لأطوال موجية متعددة بالسفر على نفس الألياف. إذا كنت لا تستخدم بصريات SWDM، فإن OM5 لا يوفر أي فائدة وصول إضافية مقارنة بـ OM4.
لماذا يكون حد المسافة لـ 40G و100G أقصر من 10G؟
بسبب التشتت مشروط. مع زيادة معدلات البيانات (انخفاض مدة النبضة)، يصبح جهاز الاستقبال البصري أكثر حساسية لـ "تلطيخ الإشارة" (التشتت) الناتج عن اتخاذ الضوء مسارات مختلفة عبر قلب الألياف. إن مقدارًا صغيرًا من انتشار الإشارة المقبول بسرعة 10 جيجابت في الثانية يصبح فشلًا فادحًا عند 100 جيجابت في الثانية، مما يفرض تقليل الحد الأقصى للمسافة المادية للحفاظ على سلامة الإشارة.
ما هي المسافة التي يجب أن أقوم بالتبديل فيها من الوضع المتعدد إلى الوضع -المفرد من الألياف؟
"قاعدة الـ 150 مترًا" هي أفضل ممارسات الصناعة.
أقل من 150 مترًا: عادةً ما يكون الوضع المتعدد (OM4) أكثر فعالية من حيث التكلفة-بسبب البصريات الأرخص.
أكثر من 150 مترًا: يوصى بوضع -المفرد (OS2).
هل ألياف OM4 متوافقة مع OM3؟
نعم، متوافق تمامًا مع الإصدارات السابقة.ألياف OM4 هي في الأساس نسخة "أعلى مواصفات" من OM3. يمكنك تثبيت كابلات OM4 اليوم واستخدامها مع أجهزة الإرسال والاستقبال الأقدم 10G OM3. الرابط سوف يعمل بشكل طبيعي
المقالات الموصى بها
OS1 مقابل OS2 الألياف أحادية الوضع
الزجاج مقابل الألياف الضوئية البلاستيكية
كابل الألياف الضوئية SC/APC
