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El movimiento de los centros de datos es constante hacia densidades más altas y velocidades más rápidas, concretamente en empresas de hiperescala como Google, Amazon, Apple, Microsoft y Facebook. Velocidades como Ethernet de 25 Gigabits y 100 Gigabits se han popularizado en los centros de datos, y el sector está colaborando en el desarrollo de Ethernet de próxima generación, como Ethernet de 200 Gigabits y 400 Gigabits.
La MMF (fibra multimodo) es una solución económica en estas condiciones debido a su alta resistencia al desplazamiento de la fibra y a una pérdida de enlace relativamente insignificante en cada interfaz de conector. Las técnicas de cableado MMF combinadas con VCSEL y LED son las mejores para conexiones ópticas de alcance limitado.
La capacidad de canalización de la fibra multimodo ha multiplicado los enlaces que utilizan la transmisión paralela por encima de múltiples fibras ópticas (cuatro o dieciséis con un conjunto de enlaces de 25 Gigabytes por segundo en cada dirección). Sin embargo, este método aumenta el coste del sistema de cableado.
¿Qué problemas conlleva la fibra multimodo?
Los cables de fibra multimodo OM2 y OM1, que originalmente diseñamos para ayudar a Fast Ethernet (1000BASE-SX y 100BASE-FX), ya no admiten velocidades de comunicación de datos de 25Gbps y 10Gbps. En la norma ANSI/TIA-568.3-D, los tipos de fibra multimodo OM2 y OM1 son "superiores" y no los recomendamos para más instalaciones.
En la actualidad, OM4 y OM3 (LOMMF) son los principales cables de fibra óptica multimodo compatibles con Ethernet de 10 Gigabit, 40 Gigabit y 100 Gigabit, Fiber Channel log e InfiniBand.
Como las demandas de ancho de banda aumentan rápidamente en comparación con la curva de la tecnología de transceptores ópticos basados en VCSEL, los sistemas de fibra óptica son cada vez más caros para soportar la transición a las velocidades Ethernet de próxima generación. Por ejemplo, el borrador de la norma IEEE 802.3bs define 400GBASE-SR4 para reutilizar la tecnología 100GBASE-SR4, pero requiere un nuevo MPO-32 en lugar del conector MPO-12. (Imagen de la derecha: Interfaz 400GBASE-SR16 (Multi-fiber push on 32)
Posibles alternativas: WBMMF (fibra multimodo de banda ancha)
Consideramos que WBMMF es un avance de ANSI/TIA que puede soportar mayores velocidades de datos con la infraestructura necesaria para mantener un ancho de banda excesivo. En lugar de transmitir cuatro señales a través de canales ópticos utilizando cuatro fibras ópticas distintas, podemos transferir las señales a través de cuatro ventanas operativas diferentes por fibra. Se puede utilizar la longitud de onda para aumentar la capacidad de cada fibra un mínimo de cuatro veces, aumentando la velocidad de datos un mínimo de cuatro veces (o reduciendo el número de fibras que necesitamos para obtener una velocidad de datos determinada un mínimo de cuatro veces).
Hemos aprobado
ANSI/TIA-492AAAE, una nueva norma para WBMMF, cerca de junio de 2016 durante 20 meses tras los estudios de la industria que el grupo de trabajo de la TIA ha llevado a cabo bajo TR-42.11 (Subcomité de Sistemas Ópticos) y TR-42.12 (Subcomité de Sistemas Ópticos). La organización mundial de IEC/ISO ha introducido recientemente la nomenclatura OM5 para el cable WBMMF. El grupo funcional 802.3 del IEEE ha tenido en cuenta esta nueva norma de fibra óptica para desarrollar la norma Ethernet de próxima generación.
El documento TIA-492AAAE define las características de la fibra bruta para operaciones de banda ancha, mientras que TIA 568.3-D e IEC/ISO OM5 definen las características de la fibra para cables que contienen WBMMF.
La tabla anterior muestra las especificaciones de fibra multimodo estándar y las longitudes de enlace admitidas en relación con las implementaciones de Ethernet IEEE 802.3.
WBMMF puede apoyar:
- WDM (multiplexación por división de longitud de onda) en el rango de longitudes de onda de 840-953 nanómetros.
- Adaptabilidad hacia atrás con OM4 MMF a 850 nanómetros
El ancho de banda modal -máxima velocidad de transmisión de la señal en una distancia determinada- de la fibra multimodo de banda ancha está definido para soportar una velocidad binaria de 25,78125Gbps según la norma IEEE 802.3bm 100GBASE-SR4. Sin embargo, también tiene que ayudar a 28,05Gbps según la norma 32 Gigabit Fiber Channel, cuando un mínimo de 100 metros alcanza toda la gama de longitudes de onda.
La imagen anterior manifiesta los requisitos mínimos de EMB según ANSI/TIA-492AAAE. En fibra óptica multimodo, hemos limitado la velocidad de datos y el alcance máximos en:
- Atenuación de la fibra (reducción de la intensidad de la señal) y pérdida de enlace
- Dispersión cromática de la fibra (dispersión de los impulsos luminosos en el tiempo debido a las diferentes longitudes de onda que se propagan a distintas velocidades)
- Ancho de banda modal de la fibra
El nivel mínimo de interferencia EMB requerido a 953 nanómetros es comparativamente más bajo que a 840 nanómetros. En 850 nanómetros, hemos especificado el EMB mínimo para WBMMF como un valor similar al OM4 descatalogado (4700 megahercios/kilómetros) para garantizar la adaptabilidad hacia atrás.
Otros factores que influyen en el fallo de la interconexión son
- Temporización de subida y bajada del VCSEL y anchura espectral
- Transmisor liberando potencia
- Amplitud de modulación de fibra óptica (distinción entre dos niveles de potencia de fibra óptica)
- SNR (relación señal/ruido)
- Ancho de banda y sensibilidad del fotodetector
- Interferencia del canal adyacente
Normalmente hemos desarrollado estas especificaciones en IEEE 802.3 para proporcionar un transceptor técnicamente adecuado con margen suficiente para la producción en masa.
Aplicaciones SWDM (Multiplexación por División de Onda Corta):
Los cables de fibra óptica MPO paralelos (véase la figura 3) son bastante más caros que los cables de conexión dúplex multimodo LC (como muestra la imagen inferior).
Recomendamos utilizar un único par de fibras en lugar de troncales MPO para reducir el coste de las conexiones reales.
Utilizar una sola fibra óptica para transmitir distintas longitudes de onda (WDM) no es nuevo. Se utiliza ampliamente en telecomunicaciones para disminuir el número de fibras ópticas monomodo. Para las implementaciones de datos a corta distancia, Cisco BiDi (tecnología de fibra óptica BiDi), incluidas las soluciones de transceptores ópticos Arista Universal que utilizan dos y cuatro longitudes de onda, también han demostrado su eficacia en el mercado.
En 2015, una clase de comerciantes de fibras, transceptores y sistemas formaron la Alianza de Multiplexación por División de Longitud de Onda Corta (SWDM) para producir MSA para transceptores ópticos SWDM. Dado que OM5 WBMF puede utilizar una amplia gama de longitudes de onda de 850 nanómetros a 953 nanómetros, es sensato disminuir el número de fibras transmitiendo diferentes longitudes de onda VCSEL dentro de fibras multimodo similares.
Hemos mostrado los ejemplos de SWDM4 QSFP de 40 Gigabit y 100 Gigabit. Hemos definido las posibles redes de longitudes de onda como 850 nanómetros (λ1), 880 nanómetros (λ2), 910 nanómetros (λ3) y 940 nanómetros (λ4) a 30 nanómetros.
