En el diseño de redes de centros de datos, la selección del cableado de fibra óptica se rige por dos limitaciones principales: requisitos de velocidad de transmisión y alcance del canal. Si bien la fibra monomodo- (SMF) ofrece un amplio alcance adecuado para aplicaciones WAN y de campus,fibra multimodo(MMF) sigue siendo el medio predominante para la conectividad de corto-alcance dentro del centro de datos-debido al menor costo de los transceptores basados en VCSEL-.
Sin embargo,fibra multimodoestá sujeto a estrictas limitaciones de distancia resultantes de la física óptica. A medida que los estándares Ethernet evolucionan de 10GBASE-SR a 40GBASE-SR4 y 100GBASE-SR4, la longitud del canal permitida disminuye significativamente. Entendiendo ellímite de distancia de fibra multimodopara cada categoría de modo óptico (OM) es esencial para garantizar el cumplimiento de la capa física y la integridad de la señal.
Este artículo analiza las especificaciones técnicas, las capacidades de ancho de banda ydistancia máxima para fibra multimodoclasificaciones que van desde OM1 a OM5.
Restricciones físicas en la transmisión multimodo
Las limitaciones de distancia en los sistemas ópticos multimodo se deben principalmente a dos factores: dispersión cromática y atenuación (pérdida de potencia óptica).
Dispersión modal e interferencia entre símbolos
A diferencia de la fibra monomodo-, que propaga un único modo de luz,fibra multimodoPresenta un diámetro de núcleo más grande (50 µm o 62,5 µm) que admite cientos de modos de propagación.
Cuando se lanza un pulso de luz a la fibra, diferentes modos recorren caminos de distintas longitudes. Los modos-de orden alto (que viajan cerca del revestimiento) toman un camino más largo que los modos de orden bajo- (que viajan cerca del eje). Este fenómeno, conocido como retardo de modo diferencial (DMD), hace que el pulso óptico se extienda con el tiempo.
A medida que aumentan las velocidades de transmisión, el intervalo entre bits disminuye. La dispersión excesiva del pulso da como resultado una interferencia entre símbolos (ISI), donde los bits adyacentes se superponen, lo que hace que la señal sea ilegible para el receptor. Esto requiere longitudes de cable más cortas para mantener una tasa de error de bits (BER) aceptable.
Ancho de banda-Distancia Producto
El rendimiento del cableado multimodo se cuantifica por su Ancho de Banda Modal Efectivo (EMB), medido en MHz·km.
Lanzamiento sobrellenado (OFL):Se utiliza para medir el ancho de banda con fuentes LED (OM1/OM2).
Optimizado por láser (EMB):Se utiliza para medir el ancho de banda con fuentes VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Un valor de EMB más alto indica una capacidad para transmitir datos a una distancia más larga antes de que la dispersión modal degrade la señal.
Especificaciones técnicas por tipo de fibra
La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) y la ISO/IEC definen cinco grados de fibra multimodo. Cada generación se define por el diámetro de su núcleo, la optimización de la fuente de luz y la capacidad de ancho de banda.
OM1 y OM2 (Estándares heredados)
Las fibras OM1 y OM2 fueron diseñadas para aplicaciones Fast Ethernet y Gigabit Ethernet que utilizan fuentes de luz LED.
OM1 (62,5/125 µm):
Color de la chaqueta:Naranja.
Ancho de banda:200 MHz·km (a 850 nm).
Limitación de distancia:Capaz de 275 metros a 1 Gbps. A 10 Gbps, ellímite de distancia de fibra multimodocae a 33 metros, lo que lo hace inadecuado para la topología moderna.
OM2 (50/125 µm):
Color de la chaqueta:Naranja.
Ancho de banda:500 MHz·km (a 850 nm).
Limitación de distancia:Capaz de 550 metros a 1 Gbps pero restringido a 82 metros a 10 Gbps.
Nota: OM1 y OM2 se consideran obsoletos para instalaciones nuevas que requieren velocidades superiores a 1 Gbps.
OM3 (láser-optimizado 50 µm)
OM3 marcó la transición a la optimización de -superficie de cavidad-láser emisor vertical (VCSEL). Es el estándar-de nivel básico para 10 Gigabit Ethernet.
Color de la chaqueta:Agua.
Ancho de banda modal efectivo (EMB):2000MHz·km.
Solicitud:OM3 admite 10GBASE-SR hasta300 metros. Para ópticas paralelas de alta-velocidad (40GBASE-SR4 y 100GBASE-SR4), lalongitud máxima de fibra multimodose limita a100 metros.
OM4 (láser de alto-ancho de banda-optimizado 50 µm)
OM4 proporciona una especificación de ancho de banda mayor que OM3, lo que reduce el retardo del modo diferencial. Esto permite un mayor alcance y mayores márgenes de pérdida de inserción.
Color de la chaqueta:Aqua o Violeta (Erika Violeta).
Ancho de banda modal efectivo (EMB):4700MHz·km.
Solicitud:OM4 amplía el alcance de 10GBASE-SR a550 metros. Fundamental para las redes troncales de los centros de datos, admite aplicaciones 40G/100G de hasta150 metros.
OM5 (Fibra multimodo de banda ancha)
OM5 está especificado por TIA-492AAAE y está diseñado para admitir multiplexación por división de onda corta (SWDM).
Color de la chaqueta:Verde lima.
Característica técnica:A diferencia de OM3/OM4, que están optimizados principalmente para 850 nm, OM5 está especificado para una amplia gama de longitudes de onda entre 850 nm y 953 nm.
Especificación de distancia:Para transceptores estándar IEEE 802.3 (que utilizan una única longitud de onda a 850 nm), OM5 ofrece lo mismodistancia máxima para fibra multimodocomo OM4. Su ventaja se obtiene sólo cuando se utilizan transceptores SWDM4 para transmitir múltiples señales a través de un solo par de fibras.
Tabla de referencia de límites de distancia
La siguiente tabla resume loslongitud máxima del cable de fibra ópticacompatible con el estándar IEEE 802.3Ethernetaplicaciones.
|
Categoría de fibra |
100Mbps (Ethernet rápido) |
1 Gbps (1000BASE-SX) |
10 Gbps (10GBASE-SR) |
40 Gbps (40GBASE-SR4) |
100 Gbps (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
No compatible |
No compatible |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
No compatible |
No compatible |
|
OM3 |
2000 m |
550 m |
300 m |
100 m |
70 m |
|
OM4 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
|
OM5 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
Consideraciones de ingeniería para la distancia máxima
Alcanzando lo teóricodistancia máxima de fibra multimodorequiere un estricto cumplimiento para vincular los presupuestos de pérdidas. El cable físico es sólo un componente del canal; La pérdida de inserción desde los puntos de interconexión afecta significativamente el alcance alcanzable.
Presupuestos de pérdida de inserción de canales
A medida que aumentan las velocidades de datos, disminuye el presupuesto de pérdida óptica permitida.
10GBASE-SR (OM3):Presupuesto aproximado de . 2.6 dB.
40GBASE-SR4 (OM3):Presupuesto aproximado de . 1.9 dB.
Si un enlace de cableado estructurado incluye varios paneles de conexión, casetes o conexiones cruzadas-, el totalpérdida de inserciónpuede exceder el umbral de sensibilidad del transceptor antes de alcanzar la longitud máxima del cable. Los ingenieros deben calcular la pérdida total utilizando la fórmula:
Pérdida de enlace=(Longitud del cable × dB/km) + (Pares de conectores × Pérdida/par)
Uso de conectores MTP/MPO de pérdida ultrabaja (ULL) (normalmente<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Variación del transceptor (estándar frente a alcance extendido)
Las distancias enumeradas en la tabla anterior se refieren a las especificaciones estándar IEEE. Sin embargo, existen en el mercado transceptores de "alcance extendido" (eSR4/CSR4).
Estándar 100G-SR4 en OM4:100 metros.
eSR4 100G-propiedad en OM4:Hasta 300 metros.
Estas ópticas no-estándar utilizan una mayor potencia de transmisión o receptores más sensibles para superar ellímite de distancia de fibra multimodo. La compatibilidad debe verificarse con el fabricante del interruptor.
Criterios de selección de cableado
Al diseñar una infraestructura de capa física, los siguientes umbrales sirven como guías de selección estándar:
Alcance < 100 metros:OM3 proporciona suficiente ancho de banda para 10G, 40G y 100G. Es la solución más rentable-eficiente para conexiones intra-rack y desde la parte superior-del-rack (ToR) hasta el final-de-fila (EoR).
Alcance 100 - 150 metros:OM4 es obligatorio para admitir velocidades de transmisión de 40G/100G. OM3 es insuficiente para estas distancias según los protocolos estándar SR4.
Alcance > 150 metros:Para enlaces que superan los 150 metros, la fibra monomodo-(OS2) es el estándar técnico recomendado. Mientrasfibra multimodoes físicamente capaz de transmitir 1G o 10G a distancias más largas, no puede admitir la migración a 40G/100G más allá del límite de 150-metros. La implementación de fibra monomodo garantiza la compatibilidad futura con las arquitecturas PSM4 o DR4.
Conclusión
Ellímite de distancia de fibra multimodoes una función del ancho de banda modal efectivo del cable y la velocidad de transmisión del equipo activo. Si bien las fibras OM1 y OM2 heredadas están obsoletas para redes de alta-velocidad, OM3 y OM4 siguen siendo el estándar de la industria para aplicaciones de centros de datos de corto-alcance.
Para los planificadores de la red, el punto crítico de demarcación es de 150 metros. Por debajo de este umbral, OM4 ofrece el equilibrio óptimo entre rendimiento y costo del transceptor. Más allá de este umbral, se requiere fibra monomodo-(OS2) para garantizar la integridad de la señal y la compatibilidad con el protocolo para los estándares Ethernet actuales y futuros.
Preguntas frecuentes
¿Es la fibra OM5 mejor que la OM4 para redes estándar 10G/40G/100G?
No para límites de distancia estándar. Para la óptica paralela tradicional (SR4) que utiliza una única longitud de onda (850 nm), OM5 ofrece exactamente los mismos límites de distancia que OM4 (por ejemplo, 100 m para 100GBASE-SR4). OM5 solo es superior cuando se utilizan transceptores SWDM (multiplexación por división de onda corta), donde permite que múltiples longitudes de onda viajen en la misma fibra. Si no utiliza óptica SWDM, OM5 no proporciona ningún beneficio de alcance adicional sobre OM4.
¿Por qué el límite de distancia para 40G y 100G es más corto que 10G?
Debido a la dispersión modal. A medida que aumentan las velocidades de datos (disminuye la duración del pulso), el receptor óptico se vuelve mucho más sensible a la "difusión de señal" (dispersión) causada por la luz que toma diferentes caminos a través del núcleo de la fibra. Una pequeña cantidad de dispersión de señal que es aceptable a 10 Gbps se convierte en una falla crítica a 100 Gbps, lo que obliga a reducir la distancia física máxima para mantener la integridad de la señal.
¿A qué distancia debo cambiar de fibra multimodo a fibra monomodo-?
La "regla de los 150 metros" es la mejor práctica de la industria.
Menos de 150 metros: el modo multimodo (OM4) suele ser más rentable-debido a que la óptica es más barata.
Más de 150 metros: se recomienda el modo único-(OS2).
¿La fibra OM4 es compatible con versiones anteriores de OM3?
Sí, totalmente compatible con versiones anteriores.La fibra OM4 es esencialmente una versión de "mayor especificación" de OM3. Puede instalar cableado OM4 hoy y usarlo con transceptores 10G OM3 más antiguos. El enlace funcionará normalmente.
