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Die Entwicklung von Rechenzentren geht ständig in Richtung höherer Dichten und schnellerer Geschwindigkeiten, insbesondere in Hyper-Scale-Unternehmen wie Google, Amazon, Apple, Microsoft und Facebook. Geschwindigkeiten wie 25-Gigabit- und 100-Gigabit-Ethernet haben sich in Rechenzentren durchgesetzt, und die Industrie arbeitet an der Entwicklung von Ethernets der nächsten Generation wie 200-Gigabit- und 400-Gigabit-Ethernet.
MMF (Multimode-Faser) ist unter diesen Bedingungen eine kostengünstige Lösung, da sie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Faserverschiebungen und einen relativ geringen Verbindungsverlust an jeder Steckerschnittstelle aufweist. MMF-Verkabelungstechniken in Kombination mit VCSEL und LEDs sind am besten für optische Verbindungen mit begrenzter Reichweite geeignet.
Die Kanalkapazität von Multimode-Fasern hat sich durch die parallele Übertragung über mehrere optische Fasern vervielfacht (vier oder sechzehn mit einem Pool von 25-Gigabyte-pro-Sekunde-Verbindungen in jeder Richtung). Diese Methode erhöht jedoch die Kosten des Verkabelungssystems.
Welche Probleme bringt die Multimode-Faser mit sich?
OM2- und OM1-Multimode-Glasfaserkabel, die ursprünglich für Fast Ethernet (1000BASE-SX und 100BASE-FX) entwickelt wurden, unterstützen nicht mehr die Datenübertragungsgeschwindigkeiten von 25Gbps und 10Gbps. In der Norm ANSI/TIA-568.3-D sind OM2- und OM1-Multimode-Glasfasertypen "top", und wir empfehlen sie nicht für weitere Installationen.
Heute sind OM4 und OM3 (LOMMF) die führenden Multimode-Glasfaserkabel, die 10-Gigabit-, 40-Gigabit- und 100-Gigabit-Ethernet, Fiber Channel Log und InfiniBand unterstützen.
Da die Anforderungen an die Bandbreite im Vergleich zur Kurve der VCSEL-basierten optischen Transceiver-Technologie schnell steigen, werden Glasfasersysteme teurer, um den Übergang zu Ethernet-Geschwindigkeiten der nächsten Generation zu unterstützen. Zum Beispiel definiert der IEEE 802.3bs-Standardentwurf 400GBASE-SR4, um die Technologie 100GBASE-SR4 wiederzuverwenden, erfordert aber einen neuen MPO-32 anstelle des Steckers MPO-12. (Bild oben: 400GBASE-SR16 (Multi-fiber push on 32) Schnittstelle)
Mögliche Alternativen: WBMMF (Breitband-Multimode-Faser)
Wir betrachten WBMMF als eine Weiterentwicklung der ANSI/TIA, die höhere Datenraten mit der erforderlichen Infrastruktur unterstützen kann, um eine übermäßige Bandbreite zu erhalten. Anstatt vier Signale über optische Kanäle mit vier separaten Glasfasern zu übertragen, können wir die Signale über vier verschiedene Betriebsfenster pro Faser übertragen. Sie können die Wellenlänge nutzen, um die Kapazität jeder Faser um mindestens das Vierfache zu erhöhen und so die Datenrate um mindestens das Vierfache zu steigern (oder die Anzahl der Fasern, die wir benötigen, um eine bestimmte Datenrate zu erreichen, um mindestens das Vierfache zu reduzieren).
Wir gegrüßten ANSI/TIA-492AAAE, eine neue Norm für WBMMF, im Juni 2016 für 20 Monate, nachdem die TIA-Arbeitsgruppe unter TR-42.11 (Unterausschuss für optische Systeme) und TR-42.12 (Unterausschuss für optische Systeme) Industriestudien durchgeführt hat. Die weltweite Organisation IEC/ISO hat kürzlich die OM5-Nomenklatur für WBMMF-Kabel eingeführt. Die Funktionsgruppe IEEE 802.3 hat diese neue Glasfasernorm bei der Entwicklung des Ethernet-Standards der nächsten Generation berücksichtigt.
Das Dokument TIA-492AAAE definiert die Rohfasereigenschaften für den Breitbandbetrieb, während TIA 568.3-D und IEC/ISO OM5 die Fasereigenschaften für Kabel mit WBMMF definieren.
Die obige Tabelle zeigt die Standard-Multimode-Faserspezifikationen und die unterstützten Verbindungslängen für IEEE 802.3 Ethernet-Implementierungen.
WBMMF kann unterstützen:
- WDM (Wavelength Division Multiplexing) im Wellenlängenbereich von 840-953 Nanometern
- Rückwärtskompatibilität mit OM4 MMF bei 850 Nanometern
Die modale Bandbreite - die höchste Signalübertragungsrate über eine bestimmte Entfernung - von Multimode-Breitbandfasern ist so definiert, dass sie eine Bitrate von 25,78125 Gbps gemäß IEEE 802.3bm 100GBASE-SR4 unterstützt. Sie muss jedoch auch 28,05 Gbps unterstützen, wie in der Norm 32 Gigabit Fiber Channel beschrieben, wenn ein Minimum von 100 Metern den gesamten Wellenlängenbereich erreicht.
Die obige Abbildung zeigt die minimalen EMB-Anforderungen gemäß ANSI/TIA-492AAAE. Bei Multimode-Lichtwellenleitern haben wir die maximale Datenrate und Reichweite durch begrenzt:
- Faserdämpfung (Verringerung der Signalstärke) und Verbindungsverlust
- Chromatische Faserdispersion (Streuung der Lichtimpulse über die Zeit aufgrund unterschiedlicher Wellenlängen, die sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausbreiten)
- Modale Bandbreite der Faser
Der minimal erforderliche EMB-Störpegel bei 953 Nanometern ist vergleichsweise niedriger als bei 840 Nanometern. Bei 850 Nanometern haben wir den Mindest-EMB für WBMMF auf einen ähnlichen Wert wie für das auslaufende OM4 (4700 Megahertz/Kilometer) festgelegt, um die Rückwärtsanpassung zu gewährleisten.
Weitere Faktoren, die das Versagen von Verbindungen beeinflussen, sind:
- VCSEL-Anstiegs-Abfall-Timing und spektrale Breite
- Sender gibt Leistung frei
- Faseroptische Modulationsamplitude (der Unterschied zwischen zwei faseroptischen Leistungsstufen)
- SNR (Signal-Rausch-Verhältnis)
- Photodetektor-Bandbreite und -Empfindlichkeit
- Nachbarkanalstörungen
Wir haben diese Spezifikationen in der Regel in IEEE 802.3 entwickelt, um einen technisch geeigneten Transceiver mit genügend Spielraum für die Massenproduktion zu schaffen.
SWDM (Shortwave Division Multiplexing) Anwendungen:
Parallele MPO-Glasfaserkabel (siehe Abbildung 3 unten) sind wesentlich teurer als LC-Multimode-Duplex-Patchkabel (wie in der Abbildung unten dargestellt).
Wir empfehlen die Verwendung eines einzelnen Glasfaserpaares anstelle von MPO-Trunks, um die Kosten für echte Verbindungen zu senken.
Die Verwendung einer einzigen Glasfaser zur Übertragung verschiedener Wellenlängen (WDM) ist nicht neu. Sie ist in der Telekommunikation weit verbreitet, um die Anzahl der Singlemode-Glasfasern zu verringern. Für Datenübertragungen über kurze Entfernungen haben sich auch Cisco BiDi (BiDi-Glasfasertechnologie) und Arista Universal Optical Transceiver-Lösungen mit zwei und vier Wellenlängen auf dem Markt bewährt.
Im Jahr 2015 gründete eine Gruppe von Faser-, Transceiver- und Systemhändlern die Short-Wavelength-Division-Multiplexing (SWDM) Alliance, um MSA für optische SWDM-Transceiver zu produzieren. Da OM5 WBMF einen breiten Wellenlängenbereich von 850 Nanometern bis 953 Nanometern nutzen kann, ist es sinnvoll, die Anzahl der Fasern zu verringern, indem verschiedene VCSEL-Wellenlängen in ähnlichen Multimode-Fasern übertragen werden.
Wir haben die Beispiele von 40 Gigabit und 100 Gigabit QSFP SWDM4 gezeigt. Wir haben die möglichen Wellenlängenraster mit 850 Nanometern (λ1), 880 Nanometern (λ2), 910 Nanometern (λ3) und 940 Nanometern (λ4) bei 30 Nanometern definiert.
