Применение 24-волоконных разъемов MTP

В Таблице 1 представлены технические характеристики сетевых приложений, работающих на многомодовом оптоволокне OM4.

Все перечисленные приложения также поддерживают работу и на волокне класса OM3, правда, с иными характеристиками. Но в рамках данной статьи данный класс волокон не рассматривается. Благодаря развитию технологий и стандартов, описывающих построение кабельных систем в ЦОД и работу приложений, широкое распространение получили волоконно-оптические (ВО) кабельные системы на базе претерминированных кабельных сборок с использованием 12-ти волоконных разъемов MTP (MTP-12) и соответствующих разветвительных кассет MTP-LC (чаще называемых MTP модулями). Кабельные системы ЦОД, построенные с использованием данных решений, на практике подтвердили свое преимущество над традиционными способами построения кабельных систем (метод сварки волокон, прокладка претерминированных кабельных сборок LC-LC, прокладка одиночных коммутационных шнуров). Принципы построения кабельных систем на базе MTP-12 известны большинству заказчиков ЦОД и системных интеграторов. Основное отличие (помимо дизайна) в принципах построения, предлагаемых разными производителями, в используемой схеме полярности (подробно рассматриваемой в стандарте TIA-568-C.0) и подходов по миграции с технологий 10G на технологии 40G/100G.

Современные технологии (8/10/16 Гбит/c) подразумевают использование в качестве физического интерфейса дуплексных разъемов LC, а технологии 40G/100G подразумевают использование в качестве физического интерфейса MTP. Причем для работы сетевых приложений ЛВС требуются разъемы MTP-8 (применяются в трансиверах (оптических модулях) 40GBase-SR4 и 100GBase-SR4) и MTP-20 (трансивер (оптических модулях) 100GBase-SR10).

Трансиверы. Лицевой вид.?

При модернизации сетевой инфраструктуры, в целях экономии средств на перекладку всей кабельной системы ЦОД, возможна миграция кабельной системы с разъемов LC на разъемы MTP. Но для этого изначально должен быть выбран принцип построения с использованием претерминированных кабельных сборок MTP. В данной статье рассматривается применение разъемов MTP-24 и решений, в которых данные разъе?мы применяются, при построении ВО кабельных систем центров обработки данных, а также преимущества данного метода по сравнению с традиционными способами построения систем на базе 12-ти волоконных разъемов.

Основные отличия в конструкции феррула

Оотличие феррул MTP-12 и MTP-24 – в количестве волокон. В ферруле MTP-12 волокна 125 мкм располагаются в ряд из 12-ти волокон, в то время как в MTP-24 волокна располагаются в два ряда по 12, друг под другом. Кроме того, при увеличении количества волокон возникают особенные требование к пружинам внутри разъемов. Эти пружины обеспечивают более плотную стыковку волокон при соединении разъемов в адаптере. Технические спецификации говорят, что при применении феррул MT Elite и усиленных пружин (при соблюдении требований по оконечиванию, полировке и чистке разъемов) для 24-х волоконных соединений типовые вносимые потери могут составлять 0,1 дБ для каждого волокна, а максимальные потери могут составлять 0,35дБ. Таким образом, в настоящее время нет разницы во вносимых потерях для 12-ти и 24-х волоконных разъемов.

Конструкция разъема, кабеля и хвостовика.

Внешние габариты разъемов и проходных адаптеров MTP-12 и MTP-24 одни и те же. Для изготовления многоволоконных кабельных сборок, HUBER+SUHNER применяет круглый кабель Optipack. Конструкция данного кабеля обеспечивает соблюдение всех требований по прокладке кабелей внутри зданий (требования по усилиям на растяжение, на изгиб, требования по пожарной безопасности и т.д.) Круглая конструкция кабеля дает гибкость. При этом для 12-ти волоконных кабельных сборок применяется кабель с наружным диаметром 3,0 мм, а для 24-х волоконных кабельных сборок – 3,6 мм. Соответственно, для кабеля 3,6 мм применяются более крупные хвостовики.

При увеличении количества волокон вдвое, конструкция разъема в целом остается прежней, а диаметр кабеля увеличивается лишь на 20%. То есть объем кабеля и его суммарная масса больше лишь на 20%. Меньшее количество кабелей благоприятно отразится на улучшении вентиляции в ЦОД, а также на пожарной нагрузке. Дополнительная экономия также достигается за счет уменьшения стоимости работ по прокладке кабельных сборок.

Расстояния и бюджет потерь

Расчет вносимых потерь и максимальных длин кабельных систем MTP-12 и MTP-24 выполняется аналогично. Стандарт IEEE 802.3ba определяет максимальные расстояния передачи данных для 40/100G Ethernet - 150 м для волокна класса OM4. Кроме того, стандарт определяет максимальные вносимые потери на соединениях (1,0дБ для OM4) и максимальные потери в канале (1,53 дБ для OM4). Эти параметры относятся как к технологиям 40GBase-SR4 так и 100Gbase-SR10. Те же схемы организации каналов, что были допустимы для кабельных систем MTP-12, допустимы для кабельных систем MTP-24.

Схемы полярности

При создании кабельных систем на базе MTP-12 имеется как минимум три схемы соблюдения полярности. Стандарт TIA-568-C.3 рассматривает эти способы. Под схемой полярности в понимается комбинация разветвительных кассет, кабельных сборок и шнуров, образующих канал передачи данных. Канал в случае 10GBase-SR требует двух многомодовых волокон. В кабельных системах на базе MTP-12 в одной кабельной сборке может одновременно работать до 6-ти каналов. Передатчик (transmitter) в трансивере с одной стороны канала должен быть состыкован с приемником (receiver) с другой стороны. За счет комбинации проходных адаптеров MTP-MTP, ключей на MTP разъемах в кабельных сборках и кассетах, и применения коммутационных шнуров с двух сторон создается дуплексный канал.

Предлагаем рассмотреть способ, подразумевающий применение проходных адаптеров ключ вверх/ключ вниз (key up/key down) и также кабельных сборок, у которых волокна верхнего ряда с одной стороны стыкуются с теми же позициями волокон нижнего ряда с другой стороны (см. рисунок).

Полярность в системе с применением MTP-24.

В такой конфигурации одна кабельная сборка может использоваться для прямого соединения двух 100GBase-SR10 (Single port) трансиверов между собой, к примеру, для соединения двух коммутаторов в одном шкафу, то есть как коммутационный шнур. Однако, для соединения оборудования, размещаемого в разных шкафах ЦОД, не рекомендуется способ прокладки коммутационных шнуров, поскольку при длительной эксплуатации такой подход неизбежно приведет к «спагетти» из кабелей. Для ЦОД рекомендован структурированный подход, который подробно описан в стандарте TIA-942. При структурированном подходе, соединение оборудования происходит с применением коммутационных панелей и оптических кроссов.

?

Соединение двух 100Gbase-SR10
трансиверов при помощи шнура MTP-24

Соединение двух 100Gbase-SR10 трансиверов при помощи
кабельной сборки (постоянной линии) и двух шнуров

Суммарное количество кабельных сборок, разветвительных кассет или разветвительных кабельных сборок участвующих в соединении оборудования, как правило, не меньше 3-х. Наличие двух и более кабельных сборок подразумевает использование адаптеров. Только лишь комбинация адаптеров key up/key down и кабельных сборок top row / bottom row позволяет использовать неограниченное количество адаптеров и кабелей в канале. При этом каждый раз будет соблюдена полярность. То есть при добавлении дополнительной кабельной сборки происходит нечетное количество переворачиваний, что обеспечивает необходимую полярность.

Схемы полярности одной пары волокон

Наиболее распространенные для ЦОД комбинации представлены на рисунках ниже:

1) Две разветвительные кассеты и одна кабельная сборка.
 

Соединение двух трансиверов 10Gbase-SR при помощи кабельной сборки
(постоянной линии), двух разветвительных кассет и двух шнуров.

2) Четыре разветвительных кассеты и две кабельных сборки для топологии кабельной системы с применением центрального кросса..

Соединение двух трансиверов 10Gbase-SR при помощи двух кабельных сборок
(постоянных линий), четырех разветвительных кассет и трех коммутационных шнуров.

Комбинаций может быть больше. Вместо разветвительных кассет могут применяться кабельные сборки типа Fan-out.

Кабельная сборка типа Fan-out.

На диаграммах ниже показан условный путь прохождения сигнала в волокне в наиболее распространенных комбинациях.

Диаграмма полярности для кабельной системы из четырех кассет и двух
кабельных сборок.

Таким образом, в кабельных системах с применением разъемов MTP-24 применяются разветвительные кассеты или кабельные сборки типа Fan-out одного типа полярности, кабельные сборки MTP-24/MTP-24 одного типа (гендерности и полярности) и стандартные шнуры LC (типа A-B/B-A) - два или три коммутационных шнура. Позиция адаптеров LC на лицевой части разветвительных кассетах одна и та же, адаптеры MTP одного типа: key up/key down. Данный метод напоминает метод A в случае с MTP-12.

Миграция с приложений 10G на приложения 40G/100G

При использовании кабельных сборок с разъемами MTP-24, понимание и реализация процесса миграции может быть проще, чем в случае с MTP-12. Так, для миграции на 100G (протокол 100GBase-SR10), необходимо убрать кассету и добавить коммутационных шнур MTP24-MTP24 и адаптер, либо с одной стороны (при работе 100GBase-SR10 в режиме 10х10G), либо с двух сторон (для соединения двух 100GBase-SR10 между собой).

Варианты миграции с приложений 10G на 100G (работающих в параллельном режиме).

Для миграции на 40GBase-SR4 или 100GBase-SR4 потребуются разветвительные кассеты или кабельные сборки типа Fan-out MTP-24-3xMTP-8 для подключения трех передатчиков 40GBase-SR4 или трех передатчиков 100Gbase-SR4. Вариант использования переходных кассет (transition module) менее предпочтителен, поскольку он вносит дополнительное соединение для каждой линии.

Разветвительная кассета и переходной
модуль MTP-24-3xMTP-8.

Миграция с
приложений 10G на 40/100G.

Гендерность разъемов

 Для разъемов типа MTP необходимо учитывать гендерность. Рекомендуется для постоянных линий использовать разъемы типа «мама», так как в процессе монтажа штыри на разъеме можно повредить. Благодаря применению протяжного зажима Pulling Grip от HUBER+SUHNER в процессе монтажа штыри будут защищены. Применение кабелей с разъемами «папа» для постоянных линий упростит последующую миграцию, так как для подключения многоволоконных разъемов потребуются лишь коммутационные шнуры типа «мама»-«мама». 

MTP Pulling Grip.

Коэффициент использования волокон

В случае использования кабельных систем на базе MTP-12, при работе с приложениями 40G-/100Gbase-SR4 будут оставаться неиспользованными 4 волокна из 12. Это потеря 33% волокон, и, соответственно, потеря вложенных инвестиций. В качестве решения многие предлагают использовать переходные модули или разветвительные сборки, с одной стороны 2 разъема MTP-12, с другой стороны 3 разъема MTP-8. Применение таких модулей не всегда оправдано, так как нет гарантии, что длины волокон в разных кабелях будут одинаковыми. Согласно IEEE802.3ba, задержка распространения сигнала (optical skew) по разным линиям не должна превышать 79 нс, поэтому важно, чтобы длина волокон была максимально одинаковой. При соблюдении технологий производства в одной кабельной сборке с 24-мя волокнами и разъемом MTP-24 длины волокон будут одинаковыми, в отличие от двух кабельных сборках с разъемами MTP-12, пусть и одной длины.

Переходные модули и разветвительные сборки на 40G-/100Gbase-SR4.

Использование кабельных систем на базе разъемов MTP-24 имеет ряд преимуществ. Помимо снижения общей массы кабелей, упрощения процесса возможной миграции и простой схемы полярности, их применение также снижает стартовые инвестиции (снижение суммарной стоимости всей кабельной системы до 10%) и в последующем обеспечит возврат инвестиций при миграции на более скоростные приложения.