Wybór włókna światłowodowego

Kluczowe połączenia dla współczesnych centrów danych

Centra danych znajdują się obecnie w samym sercu współczesnego biznesu, a łącza światłowodowe stanowią strukturę przenoszącą najważniejsze dane, decydujące o kluczowych procesach biznesowych, oraz zapewniającą komunikację z serwerami, przełącznikami i magazynami danych.

Wybierając włókna światłowodowe, projektanci centrów danych muszą wybrać jeden z dwóch typów: włókno wielomodowe lub jednomodowe. W tym rozdziale omówimy rozwój, wdrożenie i zalety obu rodzajów włókien, a także złącza, które pozwalają łączyć je w całość.

Włókno wielomodowe – platforma niskokosztowa

Włókno światłowodowe wielomodowe (ang. Multimode fiber, MMF) pozostaje najczęściej wykorzystywanym rodzajem włókna we współczesnych centrach danych. Po raz pierwszy zastosowano je w sieciach telekomunikacyjnych na początku lat ‘80 XX wieku. Dzięki światłowodowemu rdzeniowi o średnicy około sześciokrotnie większej, niż w przypadku włókna jednomodowego, MMF stanowiło praktyczne rozwiązanie problemu wyrównania wydajnego przepływu światła do i z okablowania.

Obecnie MMF jest koniem pociągowym centrów danych, ponieważ stanowi najtańszy sposób przesyłu dużych ilości danych na stosunkowo krótkie odległości. MMF, które początkowo były włóknami przystosowanymi do transmisji wielu megabitów na sekundę z wykorzystaniem diod LED jako źródła światła, ewoluowały i zostały zoptymalizowane do transmisji wielu gigabitów na sekundę z użyciem lasera o emisji powierzchniowej z wnęką rezonansową (ang. Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VSCEL) o długości fali 850 nm, które wciąż są tańsze od swoich jednomodowych odpowiedników.

Skok wydajności odzwierciedla klasyfikacja przyznaną tym włóknom przez organizacje standaryzacyjne. OM1 i OM2 były wczesnymi rodzajami MMF o wąskim paśmie modalnym i bardzo ograniczonej obsłudze szybszej transmisji optycznej. OM3 i OM4 to nowe MMF, zoptymalizowane do światła laserowego, powszechnie wykorzystywane w centrach danych.

W poniższej tabeli znajdują się przykłady zastosowań w obecnych centrach danych oraz maksymalne długości kanałów dla poszczególnych typów włókien.

Wprowadzenie szerokopasmowego włókna wielomodowego (WBMMF)

OM3 i OM4 zapewniają bardzo wysokie pasmo modalne o długości fali 850 nm, najczęściej występującej długości efektywnie obsługiwanej przez nadajniki VCSEL. Aby zapewnić obsługę stale wzrastającej wydajności w pojedynczej parze włókien wielomodowych, obok fali 850 nm konieczna jest transmisja dodatkowych długości fal. Jest to możliwe dzięki nowej technologii – krótkofalowego zwielokrotniania w dziedzinie długości fali (SWDM). Ponieważ pasmo modalne włókien OM3 i OM4 było zaprojektowane wyłącznie do pracy ze światłem laserowym o długości fali 850 nm, konieczna było opracowanie nowego włókna światłowodowego. Wielu zarządców centrów danych rozważa obecnie wprowadzenie szerokopasmowych włókien wielomodowych (WBMMF), które optymalizują zasięg transmisji SWDM, umożliwiając przesłanie czterokrotnie większej ilości informacji przez tę samą liczbę włókien światłowodowych, na odległość pozwalającą na praktyczne zastosowanie w centrum danych. Dzięki optymalizacji do obsługi dodatkowych długości fal wymaganych przez technologię SWDM (w zakresie od 850 nm do 950 nm), włókno WBMMF zapewnia nie tylko wydajniejszą obsługę przyszłych transmisji w topologii centrum danych, ale także pełną kompatybilność z wcześniejszymi prędkościami transmisji dzięki pełnej zgodności ze specyfikacjami OM4.

Standaryzacja okablowania WBMMF zakończyła się w połowie 2017 r. wraz z uznaniem standardu przez organizacje ISO/IEC oraz TIA. W 3 wydaniu standardu ISO/IEC 11801 nowe, kablowe włókno światłowodowe oznaczono jako OM5.  CommScope także w tym przypadku okazał się liderem rynku w rozwijaniu standardów nowej generacji oraz dostępności produktów, a także było jednym z pierwszym producentów oferujących kompletne rozwiązanie OM5 w wyróżniającym się, jasnozielonym kolorze, uznawanym również przez organizacje standaryzacyjne. W 2016 r., a więc na długo przed wydaniem nowych standardów, CommScope wprowadził na rynek rozwiązanie LazrSPEED OM5 Wideband. Zdawaliśmy sobie bowiem sprawę, że obsługa wyższej przepływności danych za pomocą tańszych technologii optycznych jest dokładnie tym, czego zarządcy centrów danych potrzebują do wdrożenia w swoich obiektach sieci nowej generacji, zarówno dziś, jak i w przyszłości.

A przyszłość OM5 rysuje się w jednoznacznie jasnych barwach. Pod koniec 2017r. IEEE wyraziło zgodę na rozpoczęcie projektu mającego na celu określenie technologii transmisji wielomodowej nowej generacji z użyciem krótkofalowego zwielokrotniania w dziedzinie długości fali – technologii, do obsługi której zaprojektowano włókno OM5.

  • Utrzymanie obsługi transmisji z włókna OM4
  • Zwiększenie przepustowości do > 100 Gb/s na każde włókno
  • Zmniejszenie liczby włókien do 4
  • Wsparcie okablowania szeregowego dla zastosowań równoległych
  • Obsługa technologii Ethernet: 40G-SR, 100G-SR, 200G-SR, 400G-SR4
  • Obsługa technologii Fiber Channel: 128G-SWDM, 256GFC-SWDM
  • Przedłużenie statusu MMF jako uniwersalnego medium do komunikacji danych

Włókno jednomodowe: Transmisja na większe odległości

Włókno jednomodowe (ang. single-mode fiber, SMF), cechujące się znacznie węższym rdzeniem, są najczęściej wybierane do transmisji na duże odległości w centrach danych, na przykład do długich połączeń w topologii typu fabric między przełącznikami „listkowymi”, a „gałęziowymi”, między przełącznikiem „gałęziowym” a routerem, oraz w sieciach transportowych, łączących centra danych znajdujące się w różnych miejscach. SMF zapewnia większą przepustowość i jest wolny od ograniczeń dyspersji modalnej, występujących zawsze w MMF. Z tego względu, włókna SMF są wykorzystywane do zastosowań, w których istnieje bezwzględna gwarancja obsługi większych przepustowości nowej generacji. Dzięki temu stanowi idealne medium dla właścicieli wielkoskalowych centrów danych oraz centrów danych usługodawców.

Bardzo duże centra danych, podobnie jak wielkoskalowe centra danych, zazwyczaj wykorzystują włókna SMF do łączenia poszczególnych hal i stref wyposażenia za pomocą scentralizowanej architektury krosowania pośredniego w MDA. Zazwyczaj wykorzystują dedykowaną przełącznicę światłowodową (ang. Optical Distribution Frame, ODF). Zastosowanie ODF pozwala zapewnić optymalną długość okablowania dla transmisji, oraz szybkie i wydajne połączenie ze sobą stref wyposażenia i pozostałych hal danych przy minimalnym zakłóceniu usług i pracy urządzeń sieciowych.

Włókno jednomodowe umożliwia także większą prędkość transmisji dwukierunkowej, ponieważ jest w stanie przenosić wiele różnych długości fali, zmniejszając w ten sposób liczbę włókien. Przewiduje się, że w 200GbE i 400GbE zostanie wykorzystany czteroparowe optyczne połączenie równoległe w miejsce SMF ze względu na niższe całkowite koszty systemu, na które pozwala optyka równoległa. Umowa wielostronna (MSA) PSM4 do transmisji 100GbE także określa czteroparowy nadajnik/odbiornik.

Złącza światłowodowe ewoluowały wraz z okablowaniem wskutek wzrastającego zagęszczenia włókien. Dupleksowe złącze LC pojawiło się na początku XXI wieku i do dziś pozostaje najczęściej wykorzystywanym złączem dwuwłóknowym. Podczas, gdy złącze dupleksowe ewoluowało, pojawiły się także matryce do złącz światłowodowych (równoległy interfejs optyczny). Złącze MPO (multifiber push-on), zastosowane po raz pierwszy w sieciach publicznych, stało się preferowanym rozwiązaniem do szybkiego ułożenia okablowania w centrach danych. Kompaktowe złącze MPO pozwala na podłączenie 12 lub więcej włókien w niewielkiej wtyczce, która zajmuje tyle samo miejsca, co dupleksowe złącze LC. Duże zagęszczenie włókien MPO pozwala na podłączenie fabrycznie zakończonych kabli wielowłóknowych, eliminując jednocześnie czasochłonny proces instalacji złączy światłowodowych w obiekcie.

Opracowano na podstawie materiałów CommScope – źródło