Ako si vybrať typy vnútorných optických káblov: OM3 vs OM4 vs OS2?
Výber vnútorného kábla z optických vlákien závisí predovšetkým od požiadaviek na prenosovú vzdialenosť, špecifikácií rýchlosti prenosu dát a typu svetelného zdroja použitého v transceiveroch - s multimódovým vláknom (OM3, OM4, OM5) navrhnutým pre aplikácie s krátkym{4}}dosahom s použitím 850nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) vysielačov a pomocou2OS určených pre jednovláknové{{6} dlhé linky} 1310nm alebo 1550nm DFB (Distributed Feedback) lasery alebo Fabry{11}}Perotove zdroje. Označenie „OM“ znamená Optical Multimode a riadi sa nomenklatúrou stanovenou v normách ISO/IEC 11801 a TIA-568, zatiaľ čo „OS“ označuje Optical Single-mode; tieto klasifikácie definujú priemer jadra, modálnu šírku pásma a charakteristiky chromatickej disperzie, ktoré určujú maximálnu prenosovú vzdialenosť pri rôznych rýchlostiach prenosu dát.
Základy multimódových vlákien - OM3 a OM4
Vlákno OM3 má priemer jadra 50-mikrónov (v porovnaní so 62,5-mikrónov v starších vláknach OM1/OM2) s 125{16}}mikrónovým plášťom a má laserom optimalizovaný profil odstupňovaného indexu, ktorý poskytuje efektívnu modálnu šírku pásma 2000 MHz·m pri vlnovej dĺžke 850nm Táto špecifikácia šírky pásma znamená, že 10-gigabitový ethernetový signál sa môže šíriť 300 metrov predtým, než medzisymbolové rušenie spôsobené oneskorením rozdielového režimu zníži signál pod prijateľné prahové hodnoty bitovej chybovosti (zvyčajne 10^-12 pre ethernetové aplikácie). Teraz to začína byť zaujímavé – vlákno OM4 používa rovnakú 50/125-mikrónovú geometriu ako OM3, ale dosahuje efektívnu modálnu šírku pásma 4700 MHz·km vďaka prísnejším výrobným toleranciám na profile indexu lomu, čo znamená dosah 550 metrov pri 10GbE a predlžuje 40/100 metrov od gigabitového ethernetu (OM4) na vzdialenosti 1503 ethernetov (OM4) pomocou paralelných optických transceiverov s 8 alebo 20 vláknovými kanálmi.
Rozdiel v nákladoch medzi káblom OM3 a OM4 sa značne zmenšil približne od roku 2015, keď sa objem výroby vlákien OM4 zvýšil -, v súčasnosti sa pozeráte na možno 15-20 % prirážku za OM4 oproti OM3 pri hromadných nákupoch káblov (1000+ metrové kotúče), hoci predbežné{10}}náklady na materiál niekedy vykazujú menšie náklady na prácu továrensky{15}}ukončené riešenia. Niektoré nákupné oddelenia stále špecifikujú OM3 pre úsporu nákladov na krátke trasy (50 – 100 metrov), kde extra šírka pásma OM4 neposkytuje žiadnu praktickú výhodu, ale toto obmedzenie môže spôsobiť problémy pri neskorších aktualizáciách, keď chcete presadiť 40GbE alebo 100GbE cez existujúcu infraštruktúru a zistiť, že prepojenia OM3 nepodporujú vzdialenosť, ktorú potrebujete.
Túto hru sme videli v univerzitnom dátovom centre v 2019 -, v roku 2013 nainštalovali OM3 do celej budovy, keď pripájali 10GbE prepínače, väčšinou 80-120 metrové horizontálne prepojenia medzi miestnosťami s vybavením. Všetko fungovalo dobre, kým sa nepokúsili upgradovať na 40GbE pomocou transceiverov QSFP+ SR4, ktoré sú na OM3 dimenzované iba na 100 metrov. Asi 30 % ich prepojení prekročilo túto vzdialenosť a vyžadovalo si buď nové vlákna (drahé, rušivé) alebo nasadenie jednorežimových transceiverov LR4 (4-násobok nákladov na multimódovú optiku SR4). Pôvodne by inštalácia OM4 stála možno o 3 000 dolárov viac a nakoniec by sa na riešenia vynaložilo 45 000 dolárov.
Charakteristiky jedného-vlákna OS2
Vlákno OS2 má oveľa menšie jadro - 8.2 až 9,5 mikrónov v závislosti od výrobcu a konkrétneho dizajnu (optimalizované varianty G.652 verzus G.657 ohyb-) -, ktoré podporuje iba jeden režim šírenia pri vlnových dĺžkach nad približne 1260 nm, úplne eliminuje modálny rozptyl a umožňuje prenosovú vzdialenosť obmedzenú primárne vláknom 0,35-0,40 dB/km pri 1310 nm a 0,19-0,25 dB/km pri 1550 nm pre štandardné vlákno G.652.D) a chromatickú disperziu (okolo 17 ps/nm·km pri 1550 nm). Označenie OS1 technicky odkazuje na vlákno s útlmom menším alebo rovným 1,0 dB/km, zatiaľ čo OS2 špecifikuje menej ako alebo rovný 0,4 dB/km, ale v praxi už OS1 nikto nevyrába – všetky moderné jednovidové vlákna spĺňajú špecifikácie OS2 a kategória OS1 existuje hlavne kvôli spätnej kompatibilite v štandardných dokumentoch.
Kábel OS2 s vnútorným/vonkajším hodnotením zvyčajne používa tesnú-konštrukciu s vyrovnávacou pamäťou s 900{4}}mikrónovým sekundárnym povlakom nad 250-mikrónovým primárnym povlakom, ktorý sa aplikuje počas ťahania vlákna, poskytuje mechanickú ochranu a umožňuje priame ukončenie bez súprav na rozťahovanie; to je v kontraste s vonkajšími káblomi rastlín, ktoré používajú voľnú-konštrukciu rúrok, kde viacero vlákien (typicky 6-12) je umiestnených vo vnútri rúrok-naplnených gélom, ktoré chránia pred vlhkosťou a umožňujú tepelnú rozťažnosť/kontrakciu bez namáhania skla. Vonkajší uvoľnený-trubkový kábel môžete ťahať v interiéri, ak naozaj chcete, ale neprejde hodnotením pléna (CMP podľa článku 770 NEC), pretože gélové zlúčeniny a materiály PE trubíc vytvárajú počas spaľovania nadmerný dym a toxické plyny.
Kompromisy vzdialenosti a rýchlosti prenosu dát
Pre 10 Gigabit Ethernet podporuje OM3 300 metrov, OM4 to rozširuje na 550 metrov, zatiaľ čo OS2 single{6}}režim dosahuje 10 kilometrov s 10GBASE-LR optikou alebo 40 kilometrov s 10GBASE-vysielačmi ER (a teoreticky oveľa ďalej, pri niektorých-vysielačoch s vyšším výkonom, napríklad so zosilnením13} limity chromatickej disperzie, ktoré vyžadujú kompenzáciu disperzie). Pri 40GbE vzdialenosti vo viacerých režimoch dramaticky klesajú - OM3 zvláda iba 100 metrov a OM4 dosahuje 150 metrov pomocou paralelnej optiky SR4, zatiaľ čo 40GBASE-LR4 v jednom-režime pokrýva 10 kilometrov. K tomuto kolapsu vzdialenosti dochádza, pretože 40GbE a 100GbE multimode štandardy používajú paralelný prenos (4 alebo 10 vlákien na smer) s 10 Gbps alebo 25 Gbps na pruh namiesto jediného sériového toku 40 Gbps alebo 100 Gbps a rýchlosti pruhov sa blížia k limitom šírky pásma daného vlákna.
Nezabúdajte, že existuje aj 40GBASE-SR4 BiDi, ktorý využíva multiplexovanie s delením vlnovej dĺžky na odoslanie dvoch tokov s rýchlosťou 20 Gb/s na vlákno (celkovo 40 Gb/s na jedno duplexné pripojenie LC namiesto toho, aby vyžadovalo 8 vlákien s konektormi MPO), ale to je na OM4 dimenzované iba na 100 metrov, zatiaľ čo v skutočnosti som na OM4 nenasadil väčšiu vzdialenosť, ako je štandardná optická 4. výhoda - BiDi prístup dáva väčší zmysel pre aplikácie CWDM alebo DWDM na vlákne s jedným{10}}režimom, kde sa snažíte maximalizovať využitie páru vlákien.
Kedy použiť čo
Všeobecné pravidlo: viacrežimový pre prepojenie v rámci-budovy do 300 metrov (dátové centrum, chrbtica kampusu medzi budovami na rovnakom pozemku, rozmiestnenie veľkých kancelárskych priestorov), jeden-režim pre siete medzi budovami{3}}kampusov s dĺžkou presahujúcou 300 metrov alebo akékoľvek spojenie, ktoré môže prípadne vyžadovať preklenutie niekoľkých kilometrov. V rámci kategórie multimode sa OM4 stal de facto štandardom pre nové inštalácie približne od roku 2016-2017 napriek cenovej prirážke, pretože cesta upgradu 25GbE a 100GbE ťaží z väčšej šírky pásma a o niečo dlhšieho dosahu -, aj keď inštalujete 10GbE oproti 5 dolárom za meter, čo je dnes výhodnejšie poistenie za 5 USD za vlákno navyše rokov.
Teraz je k dispozícii aj vlákno OM5, ktoré rozširuje laserovú-špecifikáciu šírky pásma optimalizovanú tak, aby zahŕňala vlnovú dĺžku 953nm pre krátke-aplikácie multiplexovania s delením vlnovej dĺžky (SWDM) - umožňuje 40GbE a 100GbE cez duplexné LC pripojenia namiesto MPO,50884 vlnových dĺžok (800888 953nm) s 10Gbps alebo 25Gbps na vlnovú dĺžku. Teoreticky to znie skvele, v praxi to funguje dobre, ale dostupnosť a cena transceivera zostávajú problémom; od roku 2024 hlavní dodávatelia prepínačov stále štandardne používajú optiku SR4 pre 40/100GbE multimode, a nie SWDM, takže výhody OM5 nie sú v skutočnosti realizovateľné, pokiaľ to konkrétne nenavrhnete. Cenová prémia oproti OM4 je v súčasnosti približne 25 – 30 %, čo sťažuje predaj, keď OM4 už pokrýva väčšinu požiadaviek na vzdialenosť dátových centier.
Jednotný-režim vyhráva v dlhodobej-ekonómii
Tu je niečo, čo nie je dostatočne zdôraznené v literatúre od dodávateľa -jednorežimové vlákno{1}}vopred stojí vyššie (kábel je o niečo drahší, konektory vyžadujú väčšiu presnosť, takže práca pri ukončovaní je vyššia, transceivery stoja 2-4x viac ako ekvivalentná multimódová optika), ale infraštruktúra trvá v podstate navždy. Nainštalujte vlákno OS2 ešte dnes a bude podporovať 10GbE, 25GbE, 40GbE, 100GbE, 400GbE, pravdepodobne 800GbE a 1,6TbE, keď tieto štandardy nakoniec prídu - stačí vymeniť transceivery za inováciu, samotné vlákno nebude zastarané. Multimode má kratší životný cyklus technológie, pretože každá generácia vysokorýchlostného Ethernetu sa posúva bližšie k limitom šírky pásma; Vlákno OM1/OM2 inštalované v 90. rokoch minulého storočia sa stalo neadekvátnym pre 10GbE v polovici 21. storočia, OM3 z roku 2000 dnes zápasí s 40/100 GbE a OM4/OM5 pravdepodobne narazí na obmedzenia okolo 400 GbE alebo 800 GbE.
Výpočet celkových nákladov na vlastníctvo za 20 rokov silne uprednostňuje jeden-režim pre akékoľvek spojenie, ktoré zostane v prevádzke dlhodobo-, dokonca aj krátke spojenia -, čím vyššie počiatočné náklady sa amortizujú počas dvoch desaťročí, zatiaľ čo multimode môže vyžadovať výmenu alebo doplnenie o ďalšie vlákna na podporu rozšírenia šírky pásma. Problémom je prinútiť manažment, aby schválil vyššie počiatočné náklady na základe hypotetických budúcich výhod; Finančný riaditeľ vidí ceny za 45 000 USD (multimode) oproti 68 000 USD (jedno{7}}režim) za kabeláž budovy a vyberie si nižšie číslo, neuvažuje o projekte re{9}}kabeláže v hodnote 30 000 USD o sedem rokov neskôr, keď sa multimode ukáže ako nedostatočný.
Pracovali na nemocničnej sieti, kde v roku 2004 nainštalovali vlákno OM2 (62,5/125{13}}mikrónov) v celom zariadení, čo bolo v poriadku pre 1GbE infraštruktúru, ktorú v tom čase mali. Do roku 2014 potrebovali 10GbE pre medicínske zobrazovacie systémy (CT skenery, MRI, digitálna rádiografia generujú obrovské súbory), ale OM2 podporuje len 10GbE do 33 metrov a väčšina ich prenosov bola 80-150 metrov medzi skriňami zariadení. Skončilo to inštaláciou paralelnej infraštruktúry s jedným{20}}režimom, pričom starú multimódu ponechali na mieste (pretože jej odstránenie by si vyžadovalo otvorenie stien a stropov v celom prevádzkovom zariadení), takže teraz existujú dve kompletné továrne na optické vlákna – jedna, ktorá sa používa na 1GbE pripojenia k menej kritickým systémom, jedna na 10GbE lekárske siete. Celkové náklady vrátane prerušenia nemocničnej prevádzky pravdepodobne dosiahli 200 000 USD, v porovnaní s možno 80 000 USD, ak by pôvodne nainštalovali jeden režim.
Typy konektorov a polarita
Multimode OM3/OM4/OM5 zvyčajne používa LC duplexné konektory pre 1/10GbE aplikácie (dve vlákna, jedno vysielacie a jedno prijímacie) alebo MPO/MTP konektory pre 40/100GbE paralelnú optiku (8, 12 alebo 24 vlákien v jednom pravouhlom konektore). Situácia s MPO sa komplikuje, pretože existujú tri metódy polarity (metóda A, metóda B, metóda C na TIA-568), ktoré ovplyvňujú, ako sa prenosové vlákna na jednom konci pripájajú k prijímaniu vlákien na druhom konci, a zmiešavanie typov polarity spôsobuje nefunkčné spojenia, ktoré sa zdajú mať dobrý optický výkon, ale neprechádzajú prenosom; Strávil som až príliš veľa času odstraňovaním problémov s „mŕtvymi“ prepojeniami 40GbE, ktoré sa ukázali ako hlavné káble metódy A pripojené k vylamovacím zostavám metódy B.
OS2 single-režim takmer vždy používa LC alebo SC duplexné konektory v lokálnych aplikáciách, pričom SC je bežnejší v starších inštaláciách (90. roky-začiatok 21. storočia) a LC sa stáva dominantným po roku 2005 kvôli menšej veľkosti umožňujúcej vyššiu hustotu portov na prepojovacích paneloch a čelných doskách prepínačov. Niektoré aplikácie s ultra{7}}vysokou{8}}hustotou využívajú MDC (Multi{9}}vláknový distribučný kábel) alebo MXC konektory, ktoré obsahujú 2 až 4 páry vlákien do tiel konektorov podobnej veľkosti ako tradičný duplex LC, ale nedosiahli rozšírené uplatnenie mimo dátových centier hyperscale, kde záleží na každom milimeter priestoru v stojane.
Variácie konštrukcie káblov
Vnútorné optické káble sa dodávajú vo viacerých konštrukčných typoch - tesné-káble distribučné s vyrovnávacou pamäťou (viaceré jednotlivo tlmené vlákna v jednom plášti), prerušovacie káble (viacnásobné jednoduché tesné-tlmené vlákna, z ktorých každý má svoj vlastný pod-plášť vo vonkajšom plášti) a zips (dve tesné-8 prierezov{6} vlákien). Distribučný kábel je najekonomickejší pre vysoký počet vlákien (12-144 vlákien) vedený medzi prepojovacími panelmi, kde ich zakončíte na konektoroch alebo pripojíte na vopred ukončené zostavy; breakout cable stojí viac, ale poskytuje individuálne uvoľnenie napätia na každom vlákne, čo je užitočné pre priame pripojenie zariadení bez patch panelov; zipscord je hlavne pre krátke prepojovacie šnúry a prepojky.
Pre súlad s NEC je dôležité hodnotenie pretlakového priestoru verzus stúpačka - pretlakový kábel (CMP alebo OFNP) môže bežať vo vzduchových-priestoroch nad zníženými stropmi alebo pod zvýšenými podlahami bez vedenia, používa materiály, ktoré nešíria plameň a počas požiaru produkujú minimálne množstvo dymu/toxických plynov; stúpací kábel (CMR alebo OFNR) je lacnejší, ale je obmedzený na vertikálne šachty a musí byť v potrubí, ak je inštalovaný v pretlakových priestoroch. Rozdiel vo výkone medzi pretlakovým a stúpacím vláknom je nula - rovnaké optické charakteristiky, rovnaké prenosové schopnosti - je to čisto o požiarnej bezpečnosti a súlade so stavebnými predpismi. Cenový rozdiel je zvyčajne 20-40 %, čo vytvára pokušenie všade používať kábel s nadstavcom a ignorovať požiadavky na plénum, ale to je porušenie kódexu, ktoré bude označené počas stavebných inšpekcií a môže viesť k zrušeniu poistného krytia, ak niekedy dôjde k požiaru.
V roku 2021 sa dodávateľ pokúsil vytiahnuť stúpačku-hodnotenú OM4 do stropných priestorov v projekte kancelárskej budovy, pretože GC stláčal marže a subdodávateľ elektro chcel ušetriť 4 000 USD na nákladoch na káble. Stavebný inšpektor to zachytil počas hrubej{5}}prehliadky, prinútil ich všetko odstrániť a znova vytiahnuť-s vhodným prepojovacím káblom, čo nakoniec stálo 15 000 dolárov za prácu plus časové oneskorenia, ktoré spôsobili likvidáciu škôd. Úspora štyroch tisíc ich stála štyridsať tisíc a GC už túto ponorku nenajal.
Polomer ohybu a montážne postupy
Kábel z optických vlákien nie je možné ohnúť tak pevne ako medený - minimálny polomer ohybu počas inštalácie je zvyčajne 10-násobok priemeru kábla pre štandardné vlákno, 7,5-násobok priemeru kábla-necitlivého na ohyb (G.657.A2/B3 pre jednoduchý-režim, OM4+ ohyb-) a tieto limity platia pre viacrežimovú inštaláciu; statické ohyby pri trvalej inštalácii môžu byť o niečo užšie (5x priemer pre typy s optimalizovaným ohybom). Prekročíte tieto limity a spôsobíte mikroohybové straty, ktoré zoslabia signál, čo môže spôsobiť okrajové spojenia, ktoré fungujú prerušovane alebo zlyhávajú, keď zmeny teploty zaťažujú vlákno inak.
Ťahové napätie tiež záleží na maximálnej výške - 225 libier pre väčšinu vnútorných káblov počas inštalácie, čo znie ako veľa, ale pri dlhých ťahoch cez rúrku s viacerými ohybmi sa rýchlo dosiahne. Zariadenia na monitorovanie napätia existujú, ale zvyšujú náklady na inštaláciu, takže mnohí dodávatelia jednoducho ťahajú, kým to nie je ťažké, a dúfajú, že neprekročili stanovené hodnoty. To spôsobuje latentné poškodenie, ktoré sa nemusí prejaviť okamžite, ale znižuje životnosť a spoľahlivosť vlákna.
Vidíte, problém s inštaláciou vlákna je, že neexistuje žiadny jednoduchý test v teréne, ktorý by overil, že ste počas ťahu nič nepoškodili -, OTDR dokáže zmerať útlm a stratu spätného chodu, ale poškodenie mikroohybom spočiatku často spadá do prijateľných limitov, problematické sa stáva až po tepelnom cyklovaní alebo mechanickom namáhaní, ktoré rozšíri mikrotrhliny v priebehu mesiacov alebo rokov. Takže získate inštalácie, ktoré sa pri uvedení do prevádzky otestujú v poriadku, prejdú akceptačným testom a potom sa objavia problémy o 18 mesiacov neskôr, keď vlákna začnú zdanlivo náhodne zlyhávať.
Lepší prístup zahŕňa riadny dohľad nad inštaláciou (v skutočnosti sledovanie inštalatérov a ich zastavenie, keď uvidíte praktiky, ako sú ostré ohyby alebo nadmerná ťažná sila), povinné školenie o manipulácii s vláknami a zabudovanie primeraných servisných slučiek a odľahčenia napätia v koncových bodoch, aby vlákno nebolo neustále napnuté. Stojí možno o 5-10 % viac inštalačných prác, ale predchádza väčšine dlhodobých problémov so spoľahlivosťou.
Jediný{0}}režim verzus viacrežimový pre vnútorné aplikácie v konečnom dôsledku závisí od požiadaviek na vzdialenosť, plánov inovácie a rozpočtových obmedzení - pre krátke trasy pod 100 metrov, kde 10GbE postačuje a 40/100GbE nie je potrebné, OM3 funguje dobre a šetrí peniaze; pre 100-300 metrové trasy s potenciálnou budúcou inováciou na 40GbE+ poskytuje OM4 potrebnú rezervu; pre čokoľvek nad 300 metrov alebo akékoľvek prepojenie, ktoré zostane v prevádzke viac ako 10 rokov, jednorežimový OS2 poskytuje lepšiu dlhodobú hodnotu napriek vyšším počiatočným nákladom. Jednoducho nezlacňujte kvalitu inštalácie bez ohľadu na to, ktorý typ vlákna si vyberiete, pretože zlé postupy inštalácie ničia potenciál aj toho najlepšieho vlákna.