(OM1-OM5) محدودیت ها و مشخصات فاصله فیبر چند حالته

در طراحی شبکه مرکز داده، انتخاب کابل‌کشی فیبر نوری توسط دو محدودیت اصلی کنترل می‌شود: الزامات نرخ انتقال و دسترسی به کانال. در حالی که فیبر تک حالته (SMF) دسترسی گسترده ای را برای برنامه های دانشگاهی و WAN ارائه می دهد،فیبر چند حالته(MMF) به دلیل هزینه کمتر فرستنده‌های مبتنی بر VCSEL-رسانه غالب برای اتصال کوتاه-دسترسی درون-مرکز داده است.

با این حال،فیبر چند حالتهدر معرض محدودیت های فاصله ای شدید ناشی از فیزیک نوری است. با تغییر استانداردهای اترنت از 10GBASE-SR به 40GBASE-SR4 و 100GBASE-SR4، طول کانال مجاز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. درک کردنمحدودیت فاصله فیبر چند حالتهبرای هر دسته حالت نوری (OM) برای اطمینان از انطباق لایه فیزیکی و یکپارچگی سیگنال ضروری است.

این مقاله مشخصات فنی، قابلیت های پهنای باند وحداکثر فاصله برای فیبر چند حالتهطبقه بندی از OM1 تا OM5.

محدودیت های فیزیکی در انتقال چند حالته

محدودیت های فاصله در سیستم های نوری چند حالته در درجه اول توسط دو عامل ایجاد می شود: پراکندگی رنگی و تضعیف (افت توان نوری).

پراکندگی معین و تداخل بین نمادی

بر خلاف فیبر یک حالت-، که یک حالت نوری را منتشر می‌کند،فیبر چند حالتهدارای قطر هسته بزرگتر (50μm یا 62.5μm) که از صدها حالت انتشار پشتیبانی می کند.

هنگامی که یک پالس نور به فیبر راه اندازی می شود، حالت های مختلف طول مسیرهای مجزایی را طی می کنند. حالت‌های مرتب-بالا (حرکت در نزدیکی روکش) مسیر طولانی‌تری نسبت به حالت‌های مرتب-پایین (حرکت در نزدیکی محور) طی می‌کنند. این پدیده که به عنوان تاخیر حالت دیفرانسیل (DMD) شناخته می شود، باعث می شود که پالس نوری در طول زمان پخش شود.

با افزایش نرخ انتقال، فاصله بین بیت ها کاهش می یابد. انتشار بیش از حد پالس منجر به تداخل بین نمادی (ISI) می شود، جایی که بیت های مجاور همپوشانی دارند و سیگنال را برای گیرنده غیرقابل خواندن می کند. این امر به طول کابل کوتاه‌تر برای حفظ نرخ خطای بیت قابل قبول (BER) نیاز دارد.

Single Mode vs Multimode Fiber@dimifiber

پهنای باند-محصول فاصله

عملکرد کابل‌کشی چند حالته با پهنای باند معین مؤثر (EMB) که بر حسب مگاهرتز کیلومتر اندازه‌گیری می‌شود، اندازه‌گیری می‌شود.

راه اندازی بیش از حد (OFL):برای اندازه گیری پهنای باند با منابع LED (OM1/OM2) استفاده می شود.

لیزر بهینه شده (EMB):برای اندازه گیری پهنای باند با منابع VCSEL (OM3/OM4/OM5) استفاده می شود.

یک مقدار EMB بالاتر نشان دهنده قابلیت انتقال داده در فاصله طولانی تری قبل از اینکه پراکندگی مودال سیگنال را کاهش دهد، می باشد.

مشخصات فنی بر اساس نوع فیبر

انجمن صنعت ارتباطات (TIA) و ISO/IEC پنج درجه فیبر چند حالته را تعریف می کنند. هر نسل با قطر هسته، بهینه سازی منبع نور و ظرفیت پهنای باند آن تعریف می شود.

OM1 و OM2 (استانداردهای قدیمی)

فیبرهای OM1 و OM2 برای کاربردهای Fast Ethernet و Gigabit Ethernet با استفاده از منابع نور LED طراحی شده‌اند.

OM1 (62.5/125 میکرومتر):

رنگ ژاکت:نارنجی.

پهنای باند:200 مگاهرتز· کیلومتر (در 850 نانومتر).

محدودیت فاصله:قابلیت 275 متر با سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه. در 10 گیگابیت بر ثانیه،محدودیت فاصله فیبر چند حالتهبه 33 متر کاهش می یابد و آن را برای توپولوژی مدرن نامناسب می کند.

OM2 (50/125 میکرومتر):

رنگ ژاکت:نارنجی.

پهنای باند:500 مگاهرتز · کیلومتر (در 850 نانومتر).

محدودیت فاصله:قابلیت 550 متر با سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه اما محدود به 82 متر با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه.

توجه: OM1 و OM2 برای نصب‌های جدیدی که به سرعت بالای 1 گیگابیت در ثانیه نیاز دارند، به طور گسترده منسوخ در نظر گرفته می‌شوند.

OM3 (لیزر-50 میکرومتر بهینه شده)

OM3 انتقال به بهینه سازی عمودی-سطح حفره-لیزر ساطع کننده (VCSEL) را مشخص کرد. این استاندارد سطح ورودی{4}} برای اترنت 10 گیگابیتی است.

رنگ ژاکت:آبی.

پهنای باند مودال موثر (EMB):2000 مگاهرتز · کیلومتر

کاربرد:OM3 از 10GBASE{2}}SR تا حداکثر پشتیبانی می‌کند300 متر. برای-اپتیک موازی با سرعت بالا (40GBASE-SR4 و 100GBASE-SR4)،حداکثر طول فیبر چند حالتهمحدود است به100 متر.

OM4 (-لیزر با پهنای باند بالا-50 میکرومتر بهینه شده)

OM4 مشخصات پهنای باند بالاتری نسبت به OM3 ارائه می‌کند و تاخیر حالت دیفرانسیل را کاهش می‌دهد. این امکان دسترسی بیشتر و حاشیه تلفات درج بالاتر را فراهم می کند.

رنگ ژاکت:آبی یا بنفش (اریکا ویولت).

پهنای باند مودال موثر (EMB):4700 مگاهرتز· کیلومتر.

کاربرد:OM4 به 10GBASE{2}}SR دسترسی دارد550 متر. برای ستون فقرات مرکز داده، از برنامه های 40G/100G تا سقف پشتیبانی می کند150 متر.

OM5 (فیبر چند حالته پهن باند)

OM5 توسط TIA-492AAAE مشخص شده است و برای پشتیبانی از تقسیم موج کوتاه (SWDM) طراحی شده است.

رنگ ژاکت:سبز لیمویی.

ویژگی فنی:برخلاف OM3/OM4 که عمدتاً برای 850 نانومتر بهینه‌سازی شده‌اند، OM5 برای طیف وسیعی از طول موج‌های بین 850 نانومتر و 953 نانومتر مشخص شده است.

مشخصات فاصله:برای فرستنده‌های استاندارد IEEE 802.3 (با استفاده از یک طول موج در 850 نانومتر)، OM5 همان را ارائه می‌کند.حداکثر فاصله برای فیبر چند حالتهبه عنوان OM4. مزیت آن تنها در هنگام استفاده از فرستنده گیرنده SWDM4 برای انتقال چندین سیگنال از طریق یک جفت فیبر مشخص می شود.

OM1 to OM5: What is the Difference?@dimifiber

جدول مرجع حد فاصله

جدول زیر خلاصه ای ازحداکثر طول کابل فیبر نوریپشتیبانی شده توسط استاندارد IEEE 802.3اترنتبرنامه های کاربردی

دسته فیبر	100 مگابیت در ثانیه (اترنت سریع)	1 گیگابیت در ثانیه (1000BASE-SX)	10 گیگابیت در ثانیه (10GBASE-SR)	40 گیگابیت در ثانیه (40 گیگابایت-SR4)	100 گیگابیت در ثانیه (100 گیگابایت-SR4)
OM1	2000 m	275 m	33 m	پشتیبانی نمی شود	پشتیبانی نمی شود
OM2	2000 m	550 m	82 m	پشتیبانی نمی شود	پشتیبانی نمی شود
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

ملاحظات مهندسی برای حداکثر فاصله

دستیابی به امر نظریحداکثر فاصله فیبر چند حالتهنیاز به پایبندی دقیق به پیوند بودجه های ضرر دارد. کابل فیزیکی تنها یکی از اجزای کانال است. از دست دادن درج از نقاط اتصال به طور قابل توجهی بر دسترسی قابل دستیابی تأثیر می گذارد.

بودجه از دست دادن درج کانال

با افزایش نرخ داده، بودجه اتلاف نوری مجاز کاهش می یابد.

10GBASE-SR (OM3):بودجه تقریباً . 2.6 دسی بل.

40 گیگابایت-SR4 (OM3):بودجه تقریباً . 1.9 دسی بل.

اگر یک پیوند کابل‌کشی ساختاریافته شامل چندین وصله پانل، نوار کاست یا اتصالات متقابل- باشد، کلاز دست دادن درجممکن است قبل از رسیدن به حداکثر طول کابل، از آستانه حساسیت گیرنده تجاوز کند. مهندسان باید زیان کل را با استفاده از فرمول محاسبه کنند:

از دست دادن پیوند=(طول کابل × دسی بل/کیلومتر) + (جفت اتصال × فقدان/جفت)

استفاده از کانکتورهای MTP/MPO Ultra-Low Loss (ULL) (معمولاً<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.

واریانس فرستنده گیرنده (استاندارد در مقابل دسترسی گسترده)

فواصل ذکر شده در جدول بالا به مشخصات استاندارد IEEE اشاره دارد. با این حال، فرستنده و گیرنده های "Extended Reach" (eSR4/CSR4) در بازار وجود دارند.

استاندارد 100G-SR4 در OM4:100 متر.

100G-eSR4 اختصاصی در OM4:تا 300 متر.

این اپتیک‌های غیر استاندارد از قدرت انتقال بالاتر یا گیرنده‌های حساس‌تر برای غلبه برمحدودیت فاصله فیبر چند حالته. سازگاری باید با سازنده سوئیچ تأیید شود.

معیارهای انتخاب کابل کشی

هنگام طراحی زیرساخت لایه فیزیکی، آستانه های زیر به عنوان راهنمای انتخاب استاندارد عمل می کنند:

رسیدن به کمتر از 100 متر:OM3 پهنای باند کافی برای 10G، 40G و 100G فراهم می کند. این راه حل مقرون به صرفه ترین-برای اتصالات داخل-راک و بالای-از-راک (ToR) به{9}}از-ردیف (EoR) است.

رسیدن به 100 - 150 متر:OM4 برای پشتیبانی از نرخ انتقال 40G/100G اجباری است. OM3 برای این فواصل تحت پروتکل های استاندارد SR4 کافی نیست.

رسیدن به بیش از 150 متر:برای پیوندهای بیش از 150 متر، فیبر تک حالته (OS2) استاندارد فنی توصیه شده است. در حالی کهفیبر چند حالتهاز نظر فیزیکی قادر به انتقال 1G یا 10G در فواصل طولانی تر است، نمی تواند انتقال به 40G/100G فراتر از حد 150- متر را پشتیبانی کند. استقرار Fiber Single-Mode سازگاری آینده با معماری‌های PSM4 یا DR4 را تضمین می‌کند.

OS1, OS2, & OM1, OM2, OM3, OM4, And OM5 Fiber Optic Cables

نتیجه گیری

رامحدودیت فاصله فیبر چند حالتهتابعی از پهنای باند مودال موثر کابل و نرخ انتقال تجهیزات فعال است. در حالی که فیبرهای قدیمی OM1 و OM2 برای شبکه‌های پرسرعت{3}}منسوخ شده‌اند، OM3 و OM4 استاندارد صنعتی برای برنامه‌های مرکز داده کوتاه-دسترسی هستند.

برای برنامه ریزان شبکه، نقطه مرزی بحرانی 150 متر است. زیر این آستانه، OM4 تعادل بهینه عملکرد و هزینه فرستنده گیرنده را ارائه می دهد. فراتر از این آستانه، فیبر یک حالته (OS2) برای اطمینان از یکپارچگی سیگنال و پشتیبانی پروتکل برای استانداردهای اترنت فعلی و آتی مورد نیاز است.

سوالات متداول
آیا فیبر OM5 برای شبکه های استاندارد 10G/40G/100G بهتر از OM4 است؟

نه برای محدودیت فاصله استاندارد. برای اپتیک‌های موازی سنتی (SR4) که از یک طول موج (850 نانومتر) استفاده می‌کنند، OM5 دقیقاً همان محدودیت‌های فاصله را با OM4 ارائه می‌کند (مثلاً 100 متر برای 100GBASE-SR4). OM5 تنها زمانی برتر است که از فرستنده‌های SWDM (Multiplexing تقسیم موج کوتاه) استفاده می‌کند، جایی که اجازه می‌دهد چندین طول موج روی یک فیبر حرکت کنند. اگر از اپتیک SWDM استفاده نمی کنید، OM5 هیچ مزیت دسترسی اضافی نسبت به OM4 ارائه نمی دهد.

چرا محدودیت فاصله برای 40G و 100G کوتاهتر از 10G است؟

به دلیل پراکندگی مودال با افزایش نرخ داده (مدت زمان پالس کاهش می یابد)، گیرنده نوری نسبت به "لکه گیری سیگنال" (پراکندگی) ناشی از عبور نور از مسیرهای مختلف از طریق هسته فیبر بسیار حساس تر می شود. مقدار کمی از انتشار سیگنال که در 10 گیگابیت بر ثانیه قابل قبول است، در سرعت 100 گیگابیت بر ثانیه به یک شکست بحرانی تبدیل می‌شود و برای حفظ یکپارچگی سیگنال، حداکثر فاصله فیزیکی را مجبور می‌کند کاهش یابد.

در چه فاصله‌ای باید از Multimode به Single-Mode Fiber سوئیچ کنم؟

"قانون 150 متر" بهترین روش صنعت است.

زیر 150 متر: چند حالته (OM4) معمولاً به دلیل ارزانتر بودن اپتیک مقرون به صرفه تر است.

بیش از 150 متر: حالت تک-(OS2) توصیه می شود.

آیا فیبر OM4 به عقب با OM3 سازگار است؟

بله، کاملاً به عقب سازگار است.فیبر OM4 در اصل یک نسخه با مشخصات بالاتر از OM3 است. می توانید کابل OM4 را امروز نصب کنید و از آن با فرستنده های قدیمی 10G OM3 استفاده کنید. لینک به طور معمول کار خواهد کرد.

مقالات پیشنهادی