1. Статьи

Реализация нескольких проектов по разработке стандартов приведет к расширению возможностей многомодовых оптоволоконных систем. Ниже мы попробуем оценить, какие преимущества способны дать технологии SWDM и OM5.

Многомодовое оптическое волокно доказало свою надежность и универсальность при использовании для высокоскоростной передачи в сетях центров обработки данных. Некоторые наиболее дальновидные проектировщики утверждают, что будущим оптических сетей в центрах обработки данных является одномодовое волокно. Даже если и так, то это, скорее всего, среднесрочный и долгосрочный прогноз, поскольку по имеющимся сейчас признакам многомодовые оптические кабели и впредь сохранят возможность удовлетворения потребностей пользователей в будущих поколениях сетей.

В этой статье приводятся выдержки из стандартов, техническая информация и мнения технических экспертов, которые указывают на положительные стороны использования многомодового оптического волокна.

Тони Ирухо (Tony Irujo), инженер по сбыту оптоволокна компании OFS, объясняет: «Многомодовое волокно прекрасно использовалось в отрасли в качестве экономически эффективного решения для передачи данных на небольшие расстояния в течение многих лет. Сегодня рабочей лошадкой в многомодовых оптоволоконных системах является кабель OM4, который, в зависимости от применяемых трансиверов, обеспечивает передачу данных на расстояние до 600 метров на 10-гигабитных скоростях и на расстояние до 300 метров со скоростями 40/100 Гбит/с».

Также он пояснил, что волокна OM3 и OM4 «поддерживают передачу с использованием одной длины волны, в основном 850 нм. Для получения более высоких скоростей передачи данных можно увеличить количество волокон; объединение дополнительных волокон позволит получить более высокие скорости передачи данных» за счет использования технологии параллельной оптики. Например, для одной из версий Ethernet 40 Гбит/с требуется использовать восемь многомодовых волокон, четыре из которых обеспечивают передачу со скоростью 10 Гбит/с каждое, а четыре других – прием со скоростью 10 Гбит/с. Эту же концепцию можно распространить и на скорость 100 Гбит/с, когда каждое из четырех волокон обеспечивает передачу со скоростью 25 Гбит/с, а четыре остальных волокна – прием со скоростью 25 Гбит/с каждое.

«Параллельная или многоволоконная передача является хорошим способом увеличения скорости передачи данных, но только до определенного предела», - отмечает Ирухо. «Когда речь заходит о 32-х волокнах для поддержки передачи 400G, система становится громоздкой».

Поддерживающие технологию SWDM (Short-wavelength division multiplexing – уплотнение по коротким длинам волн) трансиверы для обеспечения большего расстояния передачи по оптическому волокну OM5 по сравнению с волокном OM4 или OM3 используют четыре длины волны. Источник: CommScope.

Внедрение технологии SWDM

Альтернативой многомодовым конструкциям с большим количеством волокон является использование волокна OM5 и трансиверов, обеспечивающих уплотнение по длинам волн (WDM). «Технология OM5 позволяет передавать по одному волокну сигналы с несколькими длинами волны», - объясняет Ирухо из компании OFS. WDM - это «технология, которая в течение многих лет использовалась с одномодовыми волокнами. Она называется SWDM – уплотнение по коротким длинам волн. Волокна OM5 рассчитаны на работу не только на длине волны 850 нм, но и в диапазоне от 850 до 953 нм. Технология SWDM позволяет организовать на оптическом волокне OM5 дуплексные каналы 100G и обеспечить работу на скорости 400G с использованием той же конфигурации с восемью оптоволоконными кабелями. Такая же конфигурация в настоящее время применяется для организации каналов 40G и 100G».

Коммерческий успех от совместного использования волокон OM5 и технологии SWDM еще предстоит определить. Более того, у этих технологий имеется определенное число недоброжелателей. Несмотря на это, создаваемые технологические возможности не оспариваются, и сторонники сочетания OM5/SWDM также имеют право голоса.

Одним из таких сторонников является Кристиан Уррикариет (Christian Urricariet), старший директор по глобальному маркетингу компании Finisar. По его мнению, для многих корпоративных пользователей использование в сетях 40G или 100G технологии SWDM, базирующейся на LC-соединителе, является привлекательной альтернативой как одномодовой оптике, так и параллельной, базирующейся на соединителях MPO, многомодовой оптике. По его словам переход от сети 10G, в которой используются соединители LC, на параллельную оптику 40G или 100G на базе соединителей MPO «не только потребует больших капитальных затрат, но также, учитывая невысокий опыт сетевого персонала в обращении и обслуживании соединителей MPO, может увеличить эксплуатационные расходы… Конечно же, предприятиям хотелось бы модернизировать свои центры обработки данных до Ethernet 40G/100G без изменения существующей инфраструктуры, то есть, используя дуплексные многомодовые волокна, которые формируют сеть Ethernet 10G. Более того, многие хотели бы сохранить такие же расстояния передачи данных, как при использовании Ethernet 10G.

«Технология SWDM позволяет удовлетворить эту потребность рынка», - продолжил Уррикариет. «Реализация технологии SWDM с четырьмя длинами волн носит название SWDM4. Четыре длины волны мультиплексируются/демультиплексируются внутри трансивера QSFP со стандартным дуплексным интерфейсом. В этом интерфейсе используется пара многомодовых волокон – по одному волокну для каждого направления».

Трансиверы Finisar 40G SWDM4 QSFP+ обеспечивают передачу на расстояние до 300 метров по волокнам OM3 и на расстояние до 400 метров по устаревшей многомодовой сети OM4. При использовании волокна OM5 трансивер обеспечивает передачу данных на расстояние до 500 метров. Трансиверы Finisar 100G SWDM4 QSFP+ обеспечивают передачу на расстояние до 100 метров по волокнам OM3 и на расстояние до 150 метров по многомодовой сети OM4. При использовании волокна OM5 трансивер обеспечивает передачу данных до 180 метров.

Многомодовые волокна OM5 - проводимая работа

«Помимо расширения рабочего расстояния дополнительным преимуществом перехода к многомодовому волокну OM5 является задел на будущее и возможность использования волоконно-оптической инфраструктуры для подходящих для центров обработки данных многомодовых интерфейсов 200G/400G/800G, которые поддерживают все преимущества технологии SWDM», - добавил Уррикариет.

«Кроме того, технология SWDM дает дополнительные эксплуатационные преимущества в рамках запатентованных решений двунаправленной передачи (решений BiDi), призванных удовлетворить те же потребности рынка. Первым преимуществом является поддержка более протяженных каналов. Вторым – значительное упрощение мониторинга сетей, поскольку трансиверы SWDM4, в отличие от трансиверов BiDi, можно использовать со стандартными сетевыми отводами и со стандартными трансиверами на оборудовании мониторинга».

В заключение он подчеркнул, что технология SWDM «не является исключительным решением одного поставщика. Группа компаний, в том числе поставщики оптических трансиверов, поставщики оптоволоконных кабелей и кабельного оборудования, а также производители OEM-систем, сформировали SWDM Alliance и заключили SWDM MSA [многопользовательское соглашение]. Их целью является продвижение технологии SWDM для использования на дуплексном многомодовом волокне, а также обеспечение оптической совместимости между предлагаемыми различными поставщиками продуктами SWDM».

Хотя Уррикариет и делает упор на использовании технологии SWDM на дуплексной оптоволоконной кабельной сети, эта технология может сосуществовать и с параллельной оптикой. И этот факт учитывается организациями, занимающимися разработкой стандартов. Некоторые подробности приводятся в опубликованном в начале сентября в блоге CommScope материале Пола Колесара (Paul Kolesar), инженера-конструктора в отделе решений для подключения к сети, под названием «Ethernet 400G is About to Get a Boost» (Вскоре Ethernet 400G получит существенный толчок).

Стандартизация 802.3cm: 400GBase-SR и 400GBase-SR4.2

«В марте 2018 года в рамках IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) для решения двух новых задач для работы в сети Ethernet со скоростью 400 Гбит/с по многомодовому волокну была сформирована рабочая группа по проекту 802.3cm», - пояснил Колесар. 400GBase-SR – это 8-парное многомодовое решение с использованием одной длины волны, которое обеспечивает передачу сигнала на расстояние 70/100/100 метров по кабелю OM3/4/5, соответственно. 400GBase-SR4.2 – это 4-парное многомодовое решение с использованием двух длин волн, которое поддерживает расстояния 70/100/150 метров по волокнам OM3/4/5.

«400GBase-SR8 представляет собой первый оптоволоконный интерфейс IEEE, использующий 8 пар волокон. Интерфейс из восьми пар будет иметь два варианта. В одном используется соединитель MPO с 24 волокнами, выстроенными в два ряда по 12 волокон. Второй интерфейс будет использовать однорядный соединитель MPO 16».

«Для сравнения, 400GBase-SR4.2 является первым воплощением решения IEEE 802.3, в котором используется как несколько пар волокон, так и несколько длин волн. Это решение будет работать по той же кабельной сети, что поддерживает технологию 40GBase-SR4, 100GBase-SR4 и 200GBase-SR4. Кроме того, это первый стандарт Ethernet, в котором для удвоения пропускной способности многомодового волокна с 50 Гбит/с до 100 Гбит/с используются две короткие длины волны. Для этого применяется двунаправленное распространение сигнала по каждому волокну, причем каждая длина волны движется в противоположном направлении. Таким образом, каждая рабочая позиция на трансивере является как передатчиком, так и приемником».

Ниже в этом же посте Колесар сообщает: «Технология 400GBase-SR4.2 обладает той же стабильностью, что и четыре другие уже существующие типа трансиверов, которые также используют уплотнение по коротким длинам волн. Два из них – решения BiDi. Еще два - MSA 40G-SWDM4 и 100G-SWDM4 с использованием четырех длин волн. Благодаря оптимизации SWDM, которая обеспечивает практически одинаковые функциональные показатели для всех длин волн от 850 нм до 953 нм, для каждого типа наибольшее расстояние передачи достигается по волокну OM5.

«Уплотнение по длинам волн с давних пор и до наших дней является одним из главных элементов одномодовой передачи. Теперь для увеличения пропускной способности многомодового волокна, которое используется для уменьшения количества пар волокон, важным дополнением стало применения уплотнения по коротким длинам волн. И хотя применение двух длин волн вскоре позволит вдвое сократить число пар между 400GBase-SR8 и 400GBase-SR4.2, использование еще двух длин волн открывает возможность работы по одной паре со скоростью 200 Гбит/с и работы по четырем парам со скоростью 800 Гбит/с. И все это без необходимости увеличения скорости передачи линии или уменьшения рабочего расстояния. Как OM5 обеспечивает наиболее высокую поддержку в современных решениях уплотнения по длине волны, так продолжит и в будущих системах.»

Энди Хименес (Andy Jimenez), вице-президент по технологиям компании Anixter, комментирует: «Стандарт 802.3cm будет иметь наибольшее значение для глобальных центров обработки данных и, возможно, некоторых из крупнейших корпоративных центров обработки данных. Внедрение заказчиками сторонних решений изменило способ создания сетевой инфраструктуры центров обработки данных. Несмотря на сохранение доминирования скорости передачи данных, решающее значение для проектирования центров обработки данных, обеспечивающих высокую производительность, гибкость и масштабируемость, также имеет низкая задержка.

«Магистральные линии 400 Гбит/с в центре обработки данных облегчают переход со скоростей 10 Гбит/с на 40 Гбит/с для соединений с сервером. Для доставки сетевого трафика от уровней распределения и доступа к ядру в сетях центров обработки данных требуется еще большая пропускная способность».

Проектировщики сетей, в своем будущем оперирующие скоростями передачи данных в несколько сотен гигабит, смогут получить своё несколькими возможными путями. Как отмечают сторонники технологий SWDM и OM5, многомодовое оптоволокно живо и хорошо подходит в качестве одного из этих путей.

Патрик Маклафлин

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:

• Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне
• Окно прозрачности оптического волокна
• Типы оптических разъемов
• Преимущества и недостатки оптических волокон
• Производство оптических волокон. Основные этапы технологического процесса.
• Способы построения PON сети в коттеджном поселке

Подписаться на рассылку статей