Многомодовое волокно (ММВ) — «рабочая лошадка» для магистралей локальных сетей и сетей ЦОДов — обеспечивает самую низкую стоимость высокоскоростной передачи данных на характерные для таких инфраструктур расстояния.

В своем развитии ММВ прошло путь от среды для передачи данных на мегабитных скоростях с помощью светодиодов (LED) до мультигигабитного транспорта, использующего лазеры поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором (VCSEL). Пропускная способность канала увеличивалась также за счет параллельной передачи данных по нескольким волокнам.

За счет использования этих и других технологических инноваций удалось многократно повысить пропускную способность канала на основе ММВ: от 10 Мбит/с в конце 1980-х годов до 100 Гбит/с сегодня и 400 Гбит/с в ближайшей перспективе. В настоящее время такие высокие скорости обеспечиваются объединением потоков 25 Гбит/с, передаваемых по 4 или 16 волокнам в каждом направлении.

Эволюция многомодового волокна: от OM1 к OM5

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ММВ

ММВ — первый тип волокна, который начал использоваться в телекоммуникационных сетях в начале 80-х годов прошлого века. Диаметр его светопередающего сердечника примерно в шесть раз больше, чем у одномодового волокна. Эта особенность облегчала выравнивание и центровку волокон первых соединителей.

В конце 80-х, когда центровка стала выполняться с точностью до одного микрона и появились лазерные диоды, широкое распространение в сетях связи общего пользования получило одномодовое волокно. Вместе с тем простая центровка волокон, наряду с доступностью недорогих светодиодных (LED) источников, обеспечила ценовое преимущество ММВ при использовании в корпоративных сетях, где оно до сих пор остается основным типом волокна и, как и прежде, применяется для самых разных задач — например, для подключения УАТС и мультиплексоров передачи данных, построения локальных вычислительных сетей и т. д.

В 90-е годы, с превращением Ethernet и Fibre Channel в доминирующие технологии (первой — для локальных сетей (LAN), а второй — для сетей хранения данных (SAN)), ММВ стало основной средой передачи для магистралей и других участков сетей, на которых требуемая дальность передачи превышала возможности медной витой пары. Как только скорости превысили 100 Мбит/с, светодиоды начали уступать место новым недорогим источникам — лазерам VCSEL с длиной волны 850 нм, которые способны гораздо быстрее модулировать сигнал.

Это, в свою очередь, привело к переходу от ММВ с диаметром сердечника 62,5 мкм (кабельные системы класса ОМ1) к волокнам с сердечником 50 мкм (ОМ2), что было обусловлено рядом причин. Во-первых, сердцевина 62,5 мкм перестала быть важным преимуществом, поскольку лазеры VCSEL выдавали узконаправленный световой поток, который эффективно «помещался» в жиле 50 мкм. Во-вторых, волокно с сердечником 50 мкм обеспечивало более широкую полосу пропускания и лучше подходило для передачи сотен мегабит в секунду.

С наступлением в конце 90-х гигабитной эры чрезвычайную важность приобрела величина дифференциальной модовой задержки (Differential Mode Delay, DMD), от которой зависела возможность достижения необходимой пропускной способности. Те волокна, которые успешно проходили тесты на величину DMD, стали называть оптимизированными для лазерной передачи ММВ (Laser-Optimized Multimode Fiber, LOMMF).

Первое стандартное волокно LOMMF обеспечило полосу пропускания (коэффициент широкополосности) не менее 2000 МГц×км на длине волны 850 нм, что в четыре раза больше, чем у волокон OM2. Это волокно стали относить к новому классу OM3, появление которого «открыло дверь» для скоростей 10 Гбит/с в начале 2000-х годов.

К концу десятилетия было разработано волокно ОМ4 с коэффициентом широкополосности не менее 4700 МГц×км — оно было нацелено на поддержку скоростей 25 Гбит/с для систем 25G Ethernet (25GBase-SR), 100G Ethernet (100GBase-SR4) и 400G Ethernet (400GBase-SR16). В сетях SAN характеристики нового волокна оказались востребованы в технологиях 8GFC, 16GFC, 32GFC и 128GFC (4×32GFC). Сегодня волокна OM3 и OM4 — основные оптические среды для сетей Ethernet и Fibre Channel.

Рис. 1. Первая демонстрация систем с новым волокном WBMMF, разработанным CommScope (LazrSPEED 550 WideBand), состоялась в марте 2015 года на выставке OFC в США. Для организации двунаправленного канала 100G по паре волокон использовались трансиверы Finisar, при этом по каждому волокну передавался поток 100 Гбит/с в виде четырех спектральных каналов
Рис. 1. Первая демонстрация систем с новым волокном WBMMF, разработанным CommScope (LazrSPEED 550 WideBand), состоялась в марте 2015 года на выставке OFC в США. Для организации двунаправленного канала 100G по паре волокон использовались трансиверы Finisar, при этом по каждому волокну передавался поток 100 Гбит/с в виде четырех спектральных каналов

 

ПОТРЕБНОСТЬ В WBMMF

Как уже говорилось, высокие скорости (40G, 50G, 100G) достигаются путем передачи нескольких менее скоростных (10G или 25G) потоков по разным волокнам с последующим объединением трафика. На первый взгляд, такая концепция параллельной передачи проста и эффективна, однако дальнейшее увеличение числа волокон в одном канале ведет к чрезмерному росту затрат на кабельную систему. Поэтому возникла идея организовать «параллельную передачу» нескольких потоков по одному волокну с помощью технологии спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM).

Проблема в том, что характеристики широкополосных волокон OM3 и OM4 оптимизированы для передачи на длине волны 850 нм, при отходе от 850 нм полоса пропускания резко сужается. Для передачи нескольких скоростных (более 10 Гбит/c) потоков в режиме спектрального уплотнения такие волокна неэффективны, в связи с чем потребовалась разработка нового волокна.

Чтобы стоимость системы WDM была невысокой, номинальное разделение между спектральными каналами должно составлять не менее 30 нм. Соответственно, для поддержки по меньшей мере четырех спектральных потоков необходимый рабочий диапазон (с учетом защитной полосы) должен составлять 100 нм — от 850 до 950 нм.

В октябре 2014 года CommScope совместно с Finisar и рядом других компаний (производителями волокна и приемопередатчиков, а также поставщиками системных решений) инициировала в Ассоциации TIA проект по разработке стандарта на волокно, которое обеспечивало бы требуемую полосу пропускания ОМ4 во всем указанном выше диапазоне. Оно получило название «широкополосное многомодовое волокно» — WBMMF.

Первые демонстрации систем с новым волокном, разработанным CommScope (LazrSPEED 550 WideBand), состоялись в марте 2015 года на выставке OFC в США. Для организации двунаправленного канала 100G по паре волокон использовались трансиверы Finisar, при этом по каждому волокну передавался поток 100 Гбит/с в виде четырех спектральных каналов. Соответствующая технология уплотнения получила название Short Wavelength Division Multiplexing (SWDM).

Рис. 2. Различные варианты передачи высокоскоростных потоков, в том числе с применением WDM
Рис. 2. Различные варианты передачи высокоскоростных потоков, в том числе с применением WDM

 

СТАНДАРТИЗАЦИЯ WBMMF

Важным этапом развития технологии широкополосного ММВ стала ее стандартизация в 2016 году. В июне подкомитет TR-42.12, отвечающий в Ассоциации TIA за оптические волокна и кабели, одобрил стандарт ANSI/TIA-492AAAE, в котором специфицировано волокно WBMMF. Так была завершена работа, начатая в октябре 2015 года, когда TR-42 принял запрос на разработку стандарта. В документе описано волокно 50/125-мкм, оптимизированное для лазерной передачи на одной или нескольких длинах волн в диапазоне от 850 до 953 нм. Коэффициент широкополосности на длине волны 850 нм составляет 4700 МГц×км, а на длине волны 953 нм — 2470 МГц×км.

Долгое время в отрасли шли дебаты о том, к какому классу волокна отнести WBMMF; в качестве возможных вариантов назывались OM4W, OM5 и OM5W. В октябре 2016 года на совместном заседании профильных комитетов организаций ISO и IEC было принято окончательное решение: волокно WBMMF классифицировать как OM5. Этот факт, как и спецификация TIA-492AAAE, будет отражен в новой редакции стандартов ISO/IEC 11801 (Edition 3) и ANSI/TIA-568.3-D.

Поскольку новое широкополосное волокно имеет те же характеристики, что и волокно ОМ4 на длине волны 850 нм, оно совместимо со всеми существующими приложениями и при этом обеспечивает передачу данных в режиме SWDM с использованием недорогих лазеров VCSEL. Кроме того, гарантируя наличие широкой полосы на больших длинах волн, это волокно позволит в перспективе использовать и более быстрые лазеры VCSEL — для перехода к потокам по 50 Гбит/с. Очевидно, что с его помощью удастся не только сократить количество волокон, используемых в параллельных системах передачи, например на 100 и 400 Гбит/с, но и достичь в рамках таких систем более высоких скоростей — 800 и 1600 Гбит/с. Иными словами, такие волокна представляют собой идеальную универсальную транспортную среду для решения текущих и будущих задач в центрах обработки данных.

Алексей Кириллов, менеджер по развитию бизнеса, CommScope

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF