s275是什么材质(LSB主材)

1. 多模光纤的发展历史

1.1 多模光纤规范

多模光纤主要用于数据通信。ISO/IEC 11801 在2002年9月颁布了新的多模光纤标准,将多模光纤重新分为OM1,OM2和OM3三类,OM1和OM2为传统以LED为光源的多模光纤,OM3则为应用VCSEL光源、波长为850nm的50/125mm的激光优化光纤。2009年8月TIA通过了新的EIA/TIA492AAD定义的OM4多模光纤标准,OM4实际上是OM3光纤的升级版。

OM5光纤是采用VCSEL光源, 为短波长的波分复用(SWDM)设计的梯度型折射率分布、50/125 mm多模光纤, 与常规OM4光纤祗是在850nm波长附近有高带宽不同, OM5宽带多模光纤在850-950nm波长范围内都具有高带宽,适用于数据中心网络, 为未来100Gb/s到400Gb/s 多波长系统提供了光纤解决方案。OM5宽带多模光纤是早在2014年10月,为建立VCSEL激光优化另一个维度的系统, 由TIA提出建议、称之为宽带OM4的多模光纤, 于2016年10月正式定名为OM5宽带多模光纤。

OM5宽带多模光纤可在850nm到953nm波长范围内实现四波长波分复用, 如图1所示。波长λc 分别为853、883、914、946nm; 通带宽约为14nm, 防护带宽约为16nm。近年来由于1060nm VCSEL收发模块的开发成功,有望出现长波长多模光纤(波长从850nm到1060nm:损耗从2.3dB/km下降为0.95dB/km; 波长色散从 -90.42ps/nm.km下降到 -34.2ps/nm.km )。

多模光纤在数据中心中的应用

图1 OM5多模光纤在850nm到953nm波长范围内实现四波长波分复用

1.2 弯曲损耗不敏感多模光纤

在数据中心的应用中弯曲损耗不敏感多模光纤的使用愈益广泛,它可以优化设计光缆、硬件及设备,以节约空间,提高冷却效率,便于连接及线缆管理。

弯曲不敏感OM3/ OM4多模光纤(bend insensitive multimode fiber, BIMMF)的折射率剖面结构基本与标准的多模光纤相似, 如图2所示。BIMMF的折射率剖面分布,在纤芯区与常规的50mm的多模光纤相同,祗是在近纤芯的包层区设置环沟型折射率下陷区(trench-assisted multimode fiber)。

在常规的多模光纤MMF中, 位于纤芯区的低价导模处于强导状态, 而在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模,因其有效折射率neff接近包层折射率n2, 故处于弱导状态。处于弱导状态的高阶导模在光纤弯曲半径太小时, 其光强会逸出纤芯, 造成光纤损耗。而在弯曲不敏感光纤BIMMF中,下陷的环沟型折射率分布区有两个界面,其内界面折射率从大到小,形成导光界面。由于此界面的存在,增强了光纤纤芯中导模的传导性,从而使原为弱导状态的高阶导模转化为强导状态,而下陷的环沟型折射率分布区的外界面折射率从小到大,形成折光界面。由于这一特殊的折射率剖面结构,在BIMMF光纤中存在着传导性的漏泄模(leaky mode)。漏泄模是本征方程在截止区外的解析连续,他们的场是相同的, 但其本征值或传播常数是本征方程的复数解,因而漏泄模在传播中有固有衰减而无法正常传播。漏泄模的有效折射率neff小于包层折射率n2。在常规多模光纤中,漏泄模耗衰得很快,因为常规光纤中没有折射率剖面结构可支持其在光纤中传播。而正是BIMMF光纤中,这一特殊的折射率剖面结构形式,强势地维持着在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模的传导性,从而有效地改善了光纤的抗弯曲性能。

多模光纤在数据中心中的应用

图2 常规的多模光纤MMF和弯曲不敏感光纤BIMMF的模场

2. 宽带多模光纤的设计

梯度型折射率分布多模光纤的径向折射率n(r)可表示为:

多模光纤在数据中心中的应用

其中, Δ为相对折射率差:

多模光纤在数据中心中的应用

r为所述多模光纤中某个点距离芯层中心轴的径向距离,为芯层半径, n0为芯层中心的折射率,nc为包层折射率,α为芯层剖面折射率分布参数,

多模光纤的最佳折射率剖面分布参数αopt如下式所示:

多模光纤在数据中心中的应用

其中

多模光纤在数据中心中的应用

掺杂石英玻璃的折射率和波长的关系可由Sellmeier方程表示:

多模光纤在数据中心中的应用

式中,Ai为振子强度因子,Li为振子波长因子。对于含有m种组分的玻璃,这两个因子由以下两个公式决定:

多模光纤在数据中心中的应用

多模光纤在数据中心中的应用

其中,Mj是第j种组分的摩尔浓度,Aij和Lij分别是该组分的振子强度和波长因子。

综合上述方程可以计算所述多模光纤在不同波长的优化αopt,其中αopt随传输波长变化非常明显。对于传统多模光纤,αopt对波长变化的敏感性非常高,当αopt一定时,其带宽性能通常在特定的工作波长下达到最优,当工作波长变大或变小,其带宽性能都会明显下降。因此,目前该传统多模光纤难以满足OM5技术的应用要求。

为了解决市场对光纤带宽容量不断提升的需求,非常有必要在高带宽且满足多模光纤标准的前提下降低最优αopt与波长之间的敏感性,优化带宽的多波长特性,设计出能够满足多波长范围的宽带多模光纤。通过纤芯掺杂结构的改变,调节参数为最佳值,使得多模光纤的渐变折射率剖面得到优化,从而能降低αopt与波长之间的敏感性,实现宽带性能的优化。宽带多模光纤的带宽/波长特性如图3所示,图中曲线1为未优化光纤,曲线2为经优化的宽带多模光纤的带宽/波长特性。

多模光纤在数据中心中的应用

图3 宽带多模光纤的带宽/波长特性

3. 多模光纤的波长色散

对于使用850nmVCSEL的多模系统,进一步提高OM4多模光纤的带宽并不能使光模块传输更长的距离,因为系统带宽取决于光纤有效模式带宽和色散(与VCSEL的谱宽和光纤波长有关)的综合作用。如要增加系统带宽,除了光纤的模式带宽外,还需要优化色散值。这可以通过差分模式延迟(DMD)多模光纤补偿部分色散,也可使用更窄谱线宽度的850nm的VCSEL或工作在更低色散的长波区域。

多模光纤的色散包括模间色散(intermodal dispersion)和模内色散(intramodal dispersion)两部份, 在光纤数字信号传输中, 输入光脉冲在多模光纤中分成从基模到最高阶模的各阶模式, 每阶模式分别承载一部份脉冲功率, 在输出端重新组合成输出光脉冲, 但各模式因在光纤中的传输时间不同, 故而到达输出端的时间不同, 造成输出脉冲展宽, 此即模间色散。阶跃型折射率剖面的多模光纤模间色散很大,严重制约了光纤的传输速率,故采用梯度型折射率剖面的多模光纤, 使各阶模式在光纤中有基本相同的传输时间, 从而可显著减小模间色散,以增大传输速率。作为比较,阶跃型折射率剖面和梯度型折射率剖面的多模光纤的模间色散分别为84.76ns/km和0.18ns/km(NA=0.275, n1=1.487)。模内色散是指: 单一模式的脉冲是包含不同波长分量所组成的,不同波长分量因在光纤中传输时间不同, 造成输出脉冲展宽, 故模内色散又可称为波长色散(chromatic dispersion)。波长色散包括材料色散和波导色散两部份, 波导色散在单模光纤中起着重要作用, 但在多模光纤中可忽略不计, 因此多模光纤的模内色散, 或称波长色散主要就是指材料色散。材料色散是由材料的色散特性造成的脉冲展宽: 由于光纤材料(二氧化硅)的折射率在红外波段是波长的函数,即n=n(λ), 而光波在介质中的传播速度为v=c/ n(λ), c为光速, 这样, 光波的传播速度因随波长而变化, 从而产生材料色散。在1300nm波长上材料色散为零, 加上处于光纤的低损耗窗口,故而多模光纤的工作波长为850nm和1300nm。在波长为850nm处的波长色散系数可从多模光纤的零色散波长λ0和零色散斜率S0计算得到为0.105ns/nm.km (λ0为1343nm; S0=0.097ps/nm2.km)。由此可见,当光源谱宽(nm)较大时, 梯度型折射率剖面的多模光纤的波长色散会大于模间色散。因而在梯度型折射率剖面的多模光纤的技术规范中均会列出零色散波长λ0和零色散斜率S0的数值。采用VCSEL激光器作为光源的激光优化的光纤为50/125mm的梯度型折射率剖面的多模光纤, 工作波长为850nm。

4. 多模光纤的带宽测量

传统的多模光纤以LED为光源,多模光纤的满注入OFL(Over-filled Launch)带宽反映的是对光纤在LED光源环境下的带宽性能指标,通常可用时域(脉冲展宽)和频域(扫频)方法测量其带宽,并可通过富里哀变换进行相互转换。随着网络速率和规模的提高,调制速率达到10Gbit/s的短波长850nm的VCSEL激光光源成为高速网络的光源之一,因而OM3、OM4光纤的注入条件与LED光源完全不同, 需釆用综合VCSEL光源注入特性的有效模式带宽的测量方法,

有效模式带宽(Calculated Effective Mode Bandwidth) EMB方法:是将光纤的实测DMD输出时延响应U(r,t)与工作在850nm波长的VCSEL激光器的光强分布特性相结合, 通过计算方法得到的VCSEL光纤系统的带宽, 用以确定光纤在10Gbit/s以太网的使用性能。

EMB测量过程原理如图4所示, 步骤如下:

(a) 测出光纤的DMD, 即探测激光光源输出脉冲幅度对时间t和径向偏移r的分布函数U(r,t) ;

(b)将从VCSEL的径向强度分布函数(环型通量 Encircled Flux)数据导出的加权函数 W(r), 与DMD数据相结合, 得到光纤加权DMD函数;

(c)光纤加权DMD函数W(r)U(r,t) , 它反映了VCSEL的光功率分布特性;

(d) 将各径向偏移点r的DMD脉冲求和, 从而得到合成的光纤的输出脉冲响应:

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(e) 通过富里哀变换(Fourier transform (FT)) 可求得VCSEL-光纤组合系统的传输函数(频率响应),并由此得到有效模式带宽的计算值(EMBc):

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式中R(t)为由DMD注入所产生的参考输入脉冲。

由此求得的光纤有效模式带宽既反映了光纤的带宽特性, 又与VCSEL光源的EF注入条件有关。这种通过计算方法得到的EMB,可模拟为VCSEL光源本身注入光纤得到的光纤传输性能, 如表1所示:

表1 VCSEL光源输入光纤的传输性能

输入脉冲

光纤链路传输特性

输出脉冲

时域

R(t)

hfiber(t)

P0(t)

频域

FT[R(t)][

Hfiber(f)

FT[P0(t)]

表中hfiber(t) 为光纤链路的脉冲响应(Impulse Response), Hfiber(f)为hfiber(t) 的富里哀变换, 即光纤链路的带宽特性。P0(t)为R(t) 和hfiber(t) 的卷积。

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图4 EMB测量过程原理

5. 多波长复用技术

业界正在探索使用多波长复用的方式来减少光纤的使用数量。 目前市场上有两种基于多波长复用技术的产品。 一种是BiDi(Bi-direction)技术,如图5 (以40G为例)所示,光模块有两个20 Gbps的双向通道,每根光纤都具有发送和接收功能(多模光纤支持850nm和900nm两个波长),最终在2根光纤上实现了40G 传输,且无需额外安装MPT 连接器。值得注意的是,由于BiDi 收发器的每根光纤既传输又接收信号,所以不支持端口分支功能。另一种技术是短波分复用(SWDM)技术, 如6所示。与BiDi 类似, SWDM仅需要一个两芯LC 双工连接,不同的是SWDM 需要工作在850nm 到940nm 之间4 个不同的波长上,其中一根光纤用于传输信号,另一根用于接收信号。

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图5 BiDi(Bi-direction)技术,

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图6 短波分复用(SWDM)技术

6. PAM4调制技术

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation, 四电平脉冲幅度调制), 是PAM调制技术的一种,其采用4个不同的信号电平来进行信号传输,每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息, 也就是一个单位时间内是四个电平。

NRZ(Non-return-to-zero)信号传输技术是传统的数字信号采用最多的,即采用高,低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1/0信息,每个信号符号周期可以传输1bit的逻辑信息。

图7是典型的PAM4与NRZ的信号波形及眼图对比。

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图7 PAM4与NRZ调制技术

与NRZ相比, PAM4具有4种数字幅度电平,每个电平或符码都包含两个信息bit, 在相同的波特率下,吞吐量是NRZ的两倍。

网络时代的快速发展,带来了更高网络传输速率的需求。一般提升光通信传输速率有三种方式:

1. 提高调制速率;

2. 增加WDM信道数目;

3. 增加电平数目。

PAM4技术可以有效提升带宽利用效率,同时PAM4采用高阶调制格式,就是一个有效的方式来降低光学器件的采用数量,降低对光学器件性能的要求以及在不同应用场合的性能,成本,功耗以及密度之间达到一个平衡。大数据和云计算的到来,流量的增长,迫切需要一个更复杂的调制方式,PAM4更高效的调制技术。

在新一代的200G/400G接口标准的制定过程中,普遍的诉求是每对差分线上的数据速率要提高到50Gbps以上。如果仍然采用NRZ技术,由于每个符号周期只有不到20ps, 对于收发芯片以及传输链路的时间裕量要求更加苛刻,所以PAM4技术的采用几乎成为了必然趋势 。

PAM4调制的实现基础:

一般实现PAM4调制的技术分为两类,分别是基于DSP的数字DAC实现方法或者是基于模拟的Combine方法。主流的模拟方式是基于MSB+LSB Combiner来实现PAM4信号,有两路NRZ信号进行相加操作。主流的数字方式是基于高速DAC的方式进行0/1/2/3电平的快速输出。

PAM4信号作为下一代数据中心中高速信号互连的热门信号传输技术,被广泛应用于200G/400G接口的电信号或光信号。

7.MPO/MTP分支跳线

MPO(Multi Push On)是一种多芯光纤连接器类型,被IEEE标准所采纳作为40G/100G传输的连接器类型一种。MPO 高密度光纤预连接系统目前主要用于三大领域:数据中心的高密度环境的应用;光纤到大楼的应用;在分光器、光收发设备内部的连接应用 。 MPO连接器是一种多芯数连接器标准,通常将12芯光纤排为一列,可支持一列或多列光纤在同一个MPO连接器内,根据连接器内排放的芯数不同分为一列(12芯),多列(24芯或以上)。

MTP 是美国 US Conec 公司生产注册的MPO光纤连接器品牌,其生产的多芯连接器散件和插芯,专称为MTP连接器。

MPO连接器采用MT(Mechanical Type)插芯,即机械式的对接传输,插芯为多芯数(通常是12芯)。日本住友和藤仓两家公司在MT/MPO光纤连接器方面所进行的研究开发工作。研究重点在这些连接器中的关键部件MT套筒的改进。采用了注入成形 ( injection molding) 法,并选用了PPS(聚苯撑硫)作为基树脂,这种树脂具有低的热膨胀系数、低的吸水率和高的机械强度。还选择了合适的填料混进基树脂中来改善其特性; 提出了在连接端面附近的导引孔周围打倒角,以改善反复接插的耐久性。开发了2-维阵列MT连接器用的24芯扁光纤带光缆代替圆光缆。

MTP光纤连接器有至少四种标准的匹配散件,可适配不同类型的光缆,更具实用性,其中包括:松套结构的圆型光缆;椭圆外被的带状光缆; 带状裸纤;超短尾套连接器散件,非常适合应用在狭小的空间里,减少45%的体积。

上海天诚通信技术股份有限公司开发的整套MPO/MTP链路解决方案:

MPO/MTP光纤链路的单元组件主要有4种,其中有MTP/MPO-MTP/MPO预端接主干、MTP/MPO-LC光纤盒、MTP/MPO-LC分支跳线、以及LCD-LCD光纤跳线(如图8所示)。

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图8 MPO/MTP-LC分支跳线

(1)MTP/MPO-MTP/MPO预端接主干

优点:分支器有自主设计的专利;可支持8~192芯主干缆设计要求;连接器使用进口的高端MTP/MPO连接器;满足1U配线架的96/144/192通道的设计需要。

性能参数:单个MTP/MPO连接器超低损品质,损耗值在0.2dB以下(跳线长度需增加光缆本身损耗)。

运用场景:中短距离的机架或机柜之间数据传输交互。

(2)MTP/MPC-LC 光纤盒(24芯光纤盒、12芯超高密度光纤盒)

优点:光纤盒有自主设计的专利;24芯MTP/MPO-LC光纤盒可以满足1U配线架96通道设计;12芯MTP/MPO-LC超高密度光纤盒可满足1U配线架144/192通道设计。

性能参数:整个光纤盒(MPO+LC连接器)的超低损品质,总损耗值可达到0.35dB以下(内部光纤长度0.4米左右,光缆本身损耗可忽略不计)。

运用场景:把MTP/MPO连接器转化成LC连接器,通过LC连接器的分配与对应的LC型交换机连接传输数据。

(3)MTP/MPO-LC分支跳线

优点:可使用12芯或24芯规格的MTP/MPO连接器;可满足8芯、12芯和16芯、24芯通道的设计要求。

性能参数:2米长度的整根跳线(MPO+LC连接器)的超低损品质,总损耗值可达到0.35dB以下(跳线长度需增加光缆本身损耗)。

运用场景:产品灵活运用于数据中心的服务器之间的光互连、短距离的机架或机柜之间数据连接、或者将1个100G QSFP28 SR4光模块连接到4个25G SFP28 SR光模块。

(4)LCD-LCD Uniboot跳线

优点:跳线使用单管双芯光缆,极大的缩小了光缆体积减少布线空间的占有率;连接器可转换极性的设计,方便客户临时更换产品极性。

性能参数:单个LCD连接器的超低损品质,损耗值可达到0.1dB以下(跳线长度需增加光缆本身损耗)。

运用场景:主要用在配线架与交换机之间的连接,接口必须是LC适配器接口。

MPO/MTP-LC分支跳线的主要优势:

1. MPO/MTP分支跳线提供一个整洁的、高密度的方法来实现高密度交换机端口复制,可以减少交换机的端口损坏或错误的风险。

2. 分支跳线在机柜中占据更少的空间和比传统的跳线更优的垂直管理,如12芯分支跳线一端的分支远远小于等芯数的跳线。

3. 减少因光缆拥塞对于局域网和存储网络中心管理带来的不便;增加冷却的气流,使移动/增加/变更线缆或设备变得更容易。

4. 分支跳线提供可用于包括工程定制化的交错的LC分支来匹配电子设备的网口,以提供布线基础设施和电子设备之间的无缝集成。

MPO连接器参照实行IEC-61754-7和 EIA/TIA-604-5 (aka FOCIS 5)。MTP连接器完全符合所有MPO连接器的专业标准,包括EIA/TIA-604-5 FOCIS 5 和IEC-61754-7。

8. 光纤布线技术的发展趋势

8.1 OM3、OM4在数据中心中的应用

从多模光纤发展历程来看, 1G是一个多模光纤技术的分水岭,1G以前绝大部分采用LED的光源,这样它的传输距离比较短,它得到的应用是有限的。但是从1G到10G,全部都采用VCSEL激光光源,这样把多模光纤应用提升到一个新层次,包括在以太网的传输技术,都是基于激光光源的多模光纤技术上发展的。应用于存储传输协议的光纤通道从2G到4G,到8G,到16G不断演进,我们可以看到多模光纤在整个通信领域里面有非常好的一个发展趋势。

我们可以预测今后的光纤布线技术的发展趋势。下一代光纤技术发展我们认为主要是四个部分,第一,带宽越来越高,第二,是密度,这是一个布线系统不可回避的问题,越是高度的密度能够让我们的机房利用率更高高一些,这个也是一个总体的发展趋势。第三,可靠性。数据中心在运行过程中意外断网对用户损失巨大。在这样的情况下,必须要非常可靠的系统才能保证它的应用,可靠性也要考虑从介质层面、布线层面怎么来解决这个问题。第四,要维护和管理。

由于新一代40G/100G的光纤技术的标准与应用标准都已经出台,为数据中心的规划者有了更明确的光纤类型选择方向,OM3与OM4光纤将成为数据中心的应用主流,多模OM3,OM4光纤分别应用于40G/100G对应的传输协议与支持应用距离,虽然多模40G/100G的传输距离无法与单模光纤长达10km或40km相比较,但在数据中心室内的应用环境下,据统计,中小型数据中心超过90%的光纤链路长度小于100米,大型数据中心超过70%的光纤链路长度小于100米,超过80%的长度小于125米,多模可以满足绝大部分链路的需要,随着网络设备的技术的提升,今后多模光纤支持的传输距离有可能进一步增加。

随着2010年6月IEEE 802.3ba新的以太网40G/100G标准发布后,多模光纤在数据中心领域的应用将翻开新的一页,40G与100G的高速传输不再仅仅依靠单模采用成本极高的WDM串行方式进行传输,新一代以太网40G/100G标准将采用OM3与OM4多模光纤多通道并行传输的方式,这种多模并行传输的方式相比较单模WDM串行传输方式,在40G/100G上的总体成本(包含有源设备,光模块,无源器件)分别只占单模系统的1/3与1/10,可见多模优势十分明显,市场的应用趋向通常是由成本与价格因素来驱动与决定哪种技术模式能在市场取大最大的应用。

8.2 OM5光纤的应用及未来发展

OM5光纤的设计初衷,即为应对多模传输系统的波分复用(WDM)需求。因此,其最具价值的应用,是在短波长波分复用领域。目前,单波50Gb/s基于多模光纤的多波长光模块大都还在研发阶段,只有少数光模块厂商能够提供少量的样品,但仅供内部实验使用。PAM4调制方式可以在现有25Gb/s的VCSEL基础上提供单波50Gb/s的速率。两波长双向(BiDi)技术和四波长复用(SWDM4)技术分别为100Gb/s以上高速以太网链路精简了二分之一和四分之三的光纤用量。

近年来,各光纤厂商和光模块厂商纷纷报道了OM5以及“超宽带多模光纤”在PAM4调制技术及波分复用技术加持下的最新传输结果。从报道的实验结果来看,OM5光纤足以支持150米以上的100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s多波长传输系统。

多模光纤一直是高效灵活的传输媒介,不断开发多模光纤新的应用潜能,能使其适应更高速的传输网络。多模光纤搭配VCSEL具有低链路成本、低功耗、更高可用性的优势,成为大多数企业客户最具成本效益的数据中心解决方案。云数据中心和企业本地数据中心持续稳定的需求增长,为经济高效的多模光纤解决方案提供了广大的市场前景。新行业标准定义的OM5光纤解决方案是针对多波长SWDM和BiDi收发器而优化的,为100Gb/s以上的高速传输网络提供更长的传输链路和网络升级余量。

多模光纤40G的传输模式采用每对光纤支持10Gbps的速率4*10Gbp=40Gbps,需要用到各4根光纤发送与接收共8芯光纤,100G采用各10根光纤发送与接收10*10Gbps=100G,共使用20芯光纤。采用标准MTP/MPO的多芯连接系统将可以较好的支持新一代光网络40G/100G的传输, 40G的传输模式是在12芯的MTP/MPO连接器内取最外两侧各4芯进行传输,中间4芯处于空置状态,而100G的传输模式是采用两个12芯的MTP/MPO连接器取中间10芯进行传输,如果采用MTP/MPO高密度24芯连接器,则在一个24芯的MTP/MPO连接器上完成100G的接收与发送。100G传输时,每12芯中的两侧各1芯处于空置状态。

多模光纤在数据中心中的应用如表2所示:

表2 多模光纤在数据中心中的应用

多模光纤在数据中心中的应用

8.3 数据中心光纤布线的迭代

随着光纤技术升级,作为数据中心“中枢神经”的光纤布线系统产品技术也正在经历着新一代的更新换代,以中国国内市场中的数据中心布线产品技术来看,如果我们将2005年到2010年这5年间所发展出来的专业应用于数据中心布线光纤解决方案的产品线看作为第一代数据中心光纤布线产品技术,以第一代预连接产品技术为代表的数据中心光纤布线产品在这期间得到了良好的应用与推广。那么随着光纤技术新标准的不断发布,由几家国际布线品牌寡头垄断的中国大中型数据中心布线市场将引领布线产品技术进入数据中心第二代,数据中心第二代光纤布线系统比较有代表性的产品线如超低损预连接光缆方案; 高密度光纤配线系统以及弯曲不敏感光纤系统等组成。

(1 )超低损预连接方案

预连接光缆方案在数据中心布线中有多种连接方式,应用比较广泛的主要有3种主流应用:(1)MTP/MPO到MTP/MPO预连接光缆配套两端内含MPO-LC分支的预连接模块; (2) MTP/MPO到LC预连接光缆配套一端端接内含MPO-LC分支的预连接模块,另一端LC端直接配套LC适配器面板; (3) LC到LC预连接光缆配套两端直接连接LC适配器面板。随着前述今后以太网40G/100G采用多通道光纤传输标准的正式发布,今后在数据中心的光纤主干部署中,MTP/MPO到MTP/MPO并采用OM3,OM4光纤的预连接方案成为前述三种预连接技术方案中的首选方案,与第一代MTP/MPO连接方式的要求不同,第一代的方案应用初期主要为了支持10GbE的应用,根据10GbE以太网对OM3整体光纤通道衰减的要求为2.6dB, 而如果支持今后40G/100G的网络的整体通道衰减需控制在分别1.9dB和1.5dB以内,第一代MTP/MPO的单个连接损耗业界通常只控制在0.75dB以内,显然这样的性能对于后续40G/100G的应用将会因为通道衰减超过标准值而产生有效链路长度缩短的问题。

新一代数据中心预连接系统的MTP/MPO的衰减值将要求采用低损耗的连接器,业界将会要求至少单个MTP/MPO连接点衰减值要小于0.5dB才能让通道发挥出标准界定的40G/100G最长传输距离,目前不同厂家对于预连接系统衰减控制的水平有所不同,以上海天诚公司数据中心布线系统的第二代预连接系统为例,预连接系统推出新一代超低损耗的MTP连接系统,天诚公司超低损耗MTP方案的实现主要通过严格的MPO/MTP品质工艺管控:

(1)MTP/MPO连接器使用进口品牌,插芯的精度高、材质稳定且性能好;

(2)光缆的预收缩处理工艺,尽量减少缆皮后续因环境温度而产生的收缩量;

(3)插芯高低温预处理,释放插芯和内部胶水的作用力,让端面的几何参数更稳定;

(4)完善的研磨工艺,保证了连接器之间更好的端面物理对接;

(5)MPO 100% 端面3D检测。

天诚公司单个多模MTP连接点已经可以控制到0.22dB以下。超低损的第二代预连接光缆为数据中心的今后40G/100G的顺利升级提供基础保障。

国家标准GB/T 18233-2017中光信道链路验收标准:OM3 100G 70米链路的合格标准IL(总)小于等于1.8dB。光信道链路中的损耗主要因素有耦合节点数和光缆长度损耗,整个链路的设计中耦合节点数量和长度需严格控制,天诚为了更好的展现自己品牌的整个链路性能,在样品测试中最大化使用链路中节点的数量。光链路中的损耗主要来自链路节点数量和光缆本身损耗。天诚公司OM3多节点超低损耗光链路,为了更好的展现整个链路的性能,样品测试中最大化使用链路中节点的数量。产品单元:包含了3根MPO-MPO预端接、6个MPO-LC光纤盒和4根LC-LC Uniboot跳线,整个链路的节点有:6个MPO节点 、7个LC节点以及100米OM3光缆,(如图9所示)。最终样品测试值均可达到IL(链路)≤1.5dB,并且已经通过上海二十三研究所检测中心的质量认证。

多模光纤在数据中心中的应用

图9 天诚公司OM3多节点超低损耗光链路

除了控制光纤通道光学性能外,第二代预连接系统结构上也有新的升级,天诚公司预连接光纤的光纤分支采用圆形光纤分支,与上一代扁平MTP/MPO分支相比,更易于在狭小空间上高密度配线且光纤弯折与盘纤没有方向性。主干光纤采用第二代高抗拉小直径光缆,光缆本身提高抗拉力抗压参数以外更加节省管槽空间,同时主干光缆布线安装更加便利。而预连接光缆两端的安装拉手至少可支持500N以上的安装拉力,可以充分满足数据中心在各种安装环境中的机械与可靠性要求。

(2) 高密度配线系统

配线系统除了满足网络升级应用的要求以外,追求高密度布线始终数据中心对光配线系统的一个重要衡量指标,减少配线系统占用机柜的空间,将可最大限度提升生产网络设备安装空间,以增加机房单位面积的利用率与投置回报率。下一代专业的数据中心的布线系统将会采用多种配线方式,如专门为数据机房设计的新一代配线系统可安装于网络桥架上的TOR布线方式,或为地板下走线方式的数据中心直接安装于活动地板下方的集中式区域配线系统。以上所述新一代的高密度配线系统将不再占用机柜的空间。对于光纤配线最为集中的MDA区域,数据中心配线系统将不会仅仅追求越来越高的密度,MDA区域光纤配线系统的可维护性与高密相比也是同等重要,而越高的密度将会影响可维护性,新一代数据中心的配线系统发展方向将是布线高密度与布线系统可维护性两者之间取得最佳的平衡。

(3) 弯曲不敏感光纤

数据中心中高密度配线区中的光纤跳线往往是管理的核心,当光纤配线架端口密度越高,跳线的管理相对也就不再容易,光纤跳线如果弯折半径过小将直接导致光纤整体通道衰减增加。如果弯折严重,衰减过大有可能导致该通道通讯中断。对于大中型数据中心来说,在高密度配线区域中跳线数量成千上万条,很难保证每根跳线的管理都能保证其在标准要求的光缆直径10倍以上的弯折半径以内。而对于数据中心来说网络运行的可靠性是数据中心致命要素之一,正因为如此,新一代的数据中心将越来越多采用弯曲不敏感的光纤系统来解决这个问题。与传统跳线不一样,采用弯曲不敏感光纤的跳线,当我们光纤的弯折半径为7.5mm绕上2-3圈,衰减甚至不超过0.1dB,而同等条件下如果采用普通光纤制作的跳线,衰减可能已经超过0.6dB。

如前所述,当OM3,OM4的布线需要能支持到下一代40G/100G网络,而每一代网络应用的升级,标准对通道最大衰减的要求更为严格,跳线是布线系统管理、移动、改变的核心,当跳线系统采用弯曲不敏感光纤后将会使整体光纤通道的可靠性增加一个等级。通过采用弯曲不敏感光纤来提升光纤物理通道可靠性的方式相比其他方式性价比更高,从这一方面来看,弯曲不敏感光纤在新一代数据中心将会得到越来越广泛的应用。

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