Экономически эффективное решение — SWDM часть 1

Экономически эффективное решение — SWDM часть 1

Экономически эффективное решение – коротковолновое спектральное мультиплексирование Short Wavelength Division Multiplexing (SWDM).

Часть I.

Евгений Запорощенко, к.т.н., доцент

Коротковолновое оптическое излучение сетевого оборудования, расположенного в центрах обработки данных, как правило, составляет величину, близкую к длине волны 850 нм и генерируется лазерами VCSEL. Коротковолновое спектральное мультиплексирование (SWDM) - это технология, которая использует несколько лазеров VCSEL, работающих на различных длинах волн вблизи 850 нм для генерации индивидуальных потоков данных, передаваемых и мультиплексируемых в одной паре оптических волокон. Это аналогично понятию, используемому в технологии стандарта Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM), работающего на длинноволновом оптическом излучении 1310 по одномодовому волокну, за исключением того, что в технологии SWDM оптическое излучение создается лазерами VCSEL , имеющими значительно более низкую стоимость. В модуле SWDM, несколько SWDM-лазеров VCSEL генерируют оптические сигналы, которые затем мультиплексируются в одном волокне. Все процессы излучения лазеров VCSEL и оптическое мультиплексирование происходят в одном оптическом модуле. На приемной стороне модуля оптические длины волн демультиплексируются, а затем преобразуются в параллельные электрические сигналы.

Для дальнейшего анализа эффективности решения SWDM необходимо рассмотреть отличия и преимущества оптических волокон класса OM5 – широкополосных многомодовых оптоволокон (Wideband Multimode Fiber (WBMMF).

Введение в широкополосное многомодового оптическое волокно ОМ5

Центры обработки данных (ЦОД) постоянно мигрируют в сторону более высоких скоростей передачи данных и в сторону максимальной плотности размещения оборудования, особенно в крупных компаниях, таких, как: Amazon, Google, Facebook, Apple и Microsoft.

Скорости в 25 Гбит/с и 100 Гбит/с Ethernet для передачи по ЛВС уже стали стандартом в центрах обработки данных. Сегодня промышленность работает по созданию следующего поколения локальных вычислительных сетей, имеющих скорости 200 Гбит/с и 400 Гбит/с.

Многомодовое оптическое волокно (ММ ОВ) - это экономически эффективное решение в таких инфраструктурных объектах, как ЦОДы, благодаря своей высокой адаптации к сросткам и относительно низким потерям на соединении в каждом интерфейсном оптическом разъеме.

Многомодовые волоконно-оптические кабельные системы в сочетании со светодиодными излучателями и лазерами VCSEL (лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором) в составе оптических трансиверов – идеально подходят для коротких оптических кабельных соединений.

Емкость оптического канала на основе многомодового волокна многократно возрастает за счет использования параллельной передачи по нескольким отдельным оптическим волокнам (четырем или шестнадцати, с возможностью передачи 25 Гбит/с в каждом направлении передачи). Однако данное решение увеличивает стоимость кабельной системы.

Проблемы стандартного многмодового оптического волокна

Первоначально разработанное для функционирования в составе ЛВС с Fast Ethernet (протоколы 100BASE-FX и 1000BASE-SX), многомодовое волокно классов OM1 и OM2, более не поддерживает скорости передачи данных 10 Гбит/с и 25 Гбит/с.

Стандарт ANSI/TIA-568.3-D «Многомодовые волокна классов OM1 и OM2» больше не рекомендует данные оптические волокна для новых инсталляций.

До недавнего времени волокна классов OM3 и OM4 (Laser - Optimized Multimode Fiber [LOMMF] - многомодовое оптоволокно, оптимизированное для лазерного излучения) были основными ММ ОВ в составе волоконно-оптических кабельных решений для поддержки протоколов передачи Ethernet, InfiniBand и Fibre Channel в оптических каналах со скоростями передачи 10 Гбит/с, 40 Гбит/с и 100 Гбит/с.

Поскольку пропускная способность систем передачи данных растет значительно быстрее, чем технологии на основе приемопередающих лазеров VCSEL, то это потребует от волоконно-оптических кабельных систем более дорогостоящих решений для поддержки ЛВС на основе Ethernet с более высокими скоростями передачи.

Так, например, в проекте стандарта IEEE 802.3bs, протокол 400GBASE-SR16 был специфицирован для повторного использования технологии передачи 100GBASE-SR4, но вместо разъема MPO-12 потребуется уже новый разъем MPO-32.

Широкополосное многомодовое волокно (WBMMF), как потенциальная альтернатива

Широкополосные многомодовые волокна (WBMMF) представляют собой развитие стандарта ANSI/ТIА и могут работать в инфраструктурных системах связи с высокой скоростью передачи данных, необходимой для поддержки большой пропускной способности каналов передачи данных.

Такое волокно использует набор длин волн для увеличения пропускной способности каждого отдельного волокна, по меньшей мере, в четыре раза, что делает возможным минимум четырехкратное увеличение скорости передачи данных (или четырехкратное сокращение количества волокон, необходимых для достижения заданной скорости). Четыре оптических сигнала вместо передачи по четырем отдельным волокнам могут быть отправлены по одному волокну в четырех рабочих окнах.

Стандарт ANSI/ТIА-492AAAE на новые широкополосные многомодовые волокна был утвержден для публикации в июне 2016 года. Международная организация по стандартизации/Международная электротехническая комиссия (ISO/IEC) недавно приняла решение о номенклатуре широкополосного многомодового оптического волокна класса OM5. Этот новый стандарт оптических волокон уже упоминается рабочей группой IEEE 802.3 при разработке стандарта Ethernet следующего поколения.

Следует обратить внимание, что стандарт TIA-492AAAE определяет производительность кремниевого волокна (из стекла) для широкополосной передачи, в то время, как стандарты ISO/IEC OM5 и TIA 568.3-D определяют работу оптоволоконного кабеля, содержащего широкополосное многомодовое волокно (WBMMF).

Широкополосные многомодовые волокна поддерживают:

  1. Спектральное мультиплексирование (WDM) в диапазоне длин волн 840-953нм.
  2. Обратную совместимость с многомодовым волокном класса OM4 на длине волны 850 нм. 

Параметр коэффициента широкополосности определяет максимальную скорость передачи данных в оптоволокне на заданном участке линии; для широкополосного многомодового волокна этот параметр определен не только для поддержки скорости передачи 25,78125 Гбит/с, как это определено в протоколе IEEE 802.3bm 100GBASE-SR4, но и для поддержки скорости передачи 28,05 Гбит/с, как определено в стандарте 32G Fibre Channel для минимального расстояния 100 м для всего диапазона длин волн.

В стандартном многомодовом оптическом волокне, скорость передачи данных и максимальная длина соединения ограничены:

  1. Затуханием звена передачи данных (вызывающим уменьшение уровня мощности сигнала), приводящим к потере связи.
  2. Хроматической дисперсией в волокне (передачей световых импульсов на длинах волн, распространяющихся на разных скоростях в пределах заданного промежутка времени).
  3. Коэффициентом широкополосности.

Ввиду того, что в многомодовом оптоволокне затухание и хроматическая дисперсия менее выражены на более высоких длинах волн, требуемый коэффициент широкополосности на 953 нм оказывается ниже, нежели в конце диапазона на 840 нм.

На рисунке 1 представлены графики затухания в оптоволокнах ОМ4/ОМ5 (дБ/км) в зависимости от длины волны излучения; затухание на длине волны 950 нм на ~0.9 дБ/км меньше, чем на длине волны 850 нм.

Спецификации затухания в оптических волокнах классов OM4 OM5.jpg

Рис.1 Спецификации затухания в оптических волокнах классов OM4/OM5 согласно ANSI/TIA-568.3-C и ANSI/TIA-568.3-D.

Дисперсия в оптическом волокне класса OM4 в сравнении с дисперсией в волокне класса OM5.jpg

Рис. 2 Дисперсия в оптическом волокне класса OM4 в сравнении с дисперсией в волокне класса OM5, согласно ANSI/TIA-492AAAD и ANSI/TIA-492AAAE.

Для гарантии обратной совместимости, коэффициент широкополосности для волокна WBMMF на длине волны 850 нм имеет такое же значение, как и у волокна OM4 (4700 MГц/км).

Аналогично учитываются и другие параметры:

  • Спектральный диапазон излучения лазера VCSEL.
  • Мощность излучения передатчика.
  • Амплитуда оптической модуляции (разница между двумя уровнями оптической мощности).
  • Соотношение сигнал-шум.
  • Чувствительность и широкополосность фотодетектора.
  • Переходные помехи от соседних оптических каналов передачи.

Указанные спецификации были разработаны IEEE 802.3 для обеспечения гарантированных запасов в технических характеристиках трансиверов при их массовом производстве.

Продолжение

ВАШИ ВЫГОДЫ
Оптимизация затрат

лояльный прайс +
скидки +
спецпредложения

Все в одном месте

укомплектуем заказ под ваши нужды,
всю рутину возьмем на себя

Достойное отношение

поможем и поддержим,
решим вопросы

О КОМПАНИИ
Поставщик сетевого оборудования LAN-ART
Осуществляем
  • Поставки сетевого коммутационного оборудования
  • Производство кабелей связи витая пара UTP Cat.5e Cat.6 FTP Cat.5e
  • Производство телекоммуникационных климатических шкафов
  • Системную интеграцию в Санкт-Петербурге и Ленинградской области
  • Подбор готовых решений
География поставок - Россия, СНГ 

Офис и главный склад расположены в Санкт-Петербурге 

Главная цель компании состоит в создании надежного и удобного сервиса по снабжению организаций материалами и оборудованием 

Нам важно, чтобы работать с нами было выгодно и комфортно
Помогите нам стать лучше - напишите отзыв о нашей работе на service@lan-art.ru

Замечания и предложения по работе сайта пишите на dev@lan-art.ru
НАМ ДОВЕРЯЮТ