OM5:掌声还是嘘声?

OM5多模光纤于2016年上市,当时引起了不小轰动,但迄今为止普及率仍很低。为什么会出现这种情况?最初为什么研发OM5?未来前景如何;OM5能够流行起来吗?

多模光纤始终是局域网(LAN)和数据中心(DC)的主流光纤,原因主要可归因于短距离的链路成本(指光纤、布线和光收发器的成本)最低。但OM1和OM2作为主流产品部署的日子已经不复存在;带宽更宽的光纤正在主导市场,例如OM3和OM4。而最近,OM5进军市场。想要了解OM5的诞生情况,必须对光收发器及其遵循标准有一定的了解。

首先,我们需要了解符合标准的收发器和专有收发器之间的差异。当我们谈论以太网环境下的符合标准收发器时,我们说的是符合美国电气与电子工程师学会(IEEE) 802.3以太网标准的光传输和接收指南。当我们谈论专有收发器时,我们说的是不符合IEEE标准的收发器,,可能因为所提议物理介质关联层接口(PMD)技术并未得到足够的会员投票,因此未被列入标准,或者因为收发器使用的技术不符合一个公开的工业标准。我们必须了解符合IEEE标准的收发器和专有收发器之间的差异,因为最近几年市场上开始出现各种收发器,其中很多是专有设计的收发器。

在以太网从1G升级到100G的过程中,所有符合标准的多模收发器均有一个共同点:他们使用工作在850nm波长的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL上市伊始,它被设计来发射专为支持多模光纤工作波长850 nm的光源。由于VCSEL的工作波长为850 nm,多模光纤设计和加工制造的后续工作都重点放在了850 nm的光纤带宽优化上。例如,当推出OM4光纤时,OM4在850 nm工作波长条件下的带宽相对于OM3得到了显著提高, OM4在850 nm工作波长条件下可提供 4700 MHz•km的有效模式带宽(EMB),而OM3对应的有效模式带宽为2000 MHz•km。

关于多模收发器,我们必须要了解的第二点是并行传输的概念,有些人将其称为并行光学。对于1G、10G和25G 的以太网速度来说,多模收发器使用两根光纤,其中一根用于传输信号,另一根用于接收信号。这种传输方式通常被称为串行传输,因此使用两芯光纤设备,收发器的连接器接口是LC双工连接器。然而,随着40G 802.3ba以太网标准于2010年得到批准,并行光学的概念得以引入。对于40GBASE-SR4收发器来说,我们使用四根并行光纤传输信号,每根光纤传输10G,而另外四根光纤每根接收10G信号。所以这些收发器的每个通道均需要八根光纤,因此,多光纤MTP®连接器被定义为这种收发器的连接接口。40GBASE-SR4等并行光学收发器的一个主要特征在于每根光纤传输10G信号,交换机上的一个40G MTP端口可以被分支为四个LC双工10GBASE-SR端口,通常可显著降低每端口的供电成本,并获得更高的交换机端口密度。在这种端口分支情况下,一个具有32 x 40G端口的板卡可分支为128 x 10G通道。对于需要端口分支功能且需要使用40GBASE-SR4收发器传输40G超过150 m的网络管理员来说,,可以使用一种专有的延长传输距离收发器eSR4。

图1:  40GBASE-SR4 8-光纤并行传输

准备好了解OM5光纤的作用了吗?不用担心,我们已经准备好了。正如我们所说,最近几年市场上出现了各种专有收发器,例如最开始时的40G BiDi收发器。BiDi收发器是一款2芯光纤设备,每根光纤均可进行双向传输;每根光纤均可传输或接收信号,且工作在不同波长(850 nm 和900 nm)。由于BiDi收发器仅需要两根光纤,因此它被设计用于为已经安装OM3或OM4双芯连接的网络提供向40G迁移的路径,,从而无需额外安装MPT连接产品。BiDi收发器已经被验证是一个支持40G交换机链路的好的解决方案。必须注意的是,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。

在这场竞争中,还有另一种收发器传输技术,短波分复用(SWDM)收发器。与用于40G链路的BiDi类似, SWDM收发器仅需要一个两芯LC双工连接,不同的是SWDM每根光纤工作在850nm到940nm之间的4个不同的波长上,其中一根光纤专用于传输信号,另一根光纤专用于接收信号。

图2:  40G 2芯 SWDM传输(4x10G/波长)

对于BiDi来说,SWDM收发器是设计来为已安装OM3/OM4双工连接的网络管理员提供升级到40G的另一种途径,而无需再额外部署光纤。然而,四种传输波长为行业带来了一个有趣的问题:鉴于OM3/OM4光纤带宽通常仅针对于850 nm,如何量化这种工作波长高达940 nm收发器的峰值表现?答案是:电信工业协会(TIA)在2014年创建了一个工作小组,为所谓的“宽带多模光纤(WB MMF)”编制相关指南来支持SWDM传输。支持WB MMF的TIA-492AAAE标准于2016年6月发布。宽带多模光纤实际上是一种OM4光纤,因为宽带多模光纤仍必须满足OM4光纤在850 nm波长下EMB≥4700 MHz•km的带宽标准,,而且宽带多模光纤还需规定在953 nm的带宽。在953 nm波长下的EMB参数需要≥2470 MHz•km。鉴于宽带多模光纤是一种OM4光纤,它的一个早期命名提议是ISO/IEC命名的OM4W。然而,2016年10月的国际投票为宽带多模光纤提供了一个三位数的命名,就这样OM5光纤诞生了。

总结一下,上文中我们讨论了收发器的类型,以及OM4光纤与OM5的对比情况。

收发器类型
40GBASE-SR4 40G eSR4 40G BiDi 40G SWDM
是否符合IEEE标准?
所需光纤的芯数 8 8 2 2
连接器接口? MTP MTP LC双工 LC双工
工作波长数? 1 1 2 4
端口分支能力?

表1: 40G收发器总结

光纤类型
OM3 OM4 OM5
850 nm时的规定带宽 ≥2000 MHz•km ≥4700 MHz•km ≥4700 MHz•km
953 nm时的规定带宽 未指定 未指定

≥2470 MHz•km

表2: OM3/OM4/OM5光纤带宽总结

由于OM5光纤已经面世且其定价高于OM4,它一定能够提供更多的价值?应该是的,否则就不需要为它制定行业标准了。这就是为什么我们需要考虑各种不同多模光纤/收发器组合的距离传输能力的原因。即使大多数企业目前尚未运行100G(目前主要被超大型数据中心运营商所采用),但考虑到更高速网络将会在不远的将来到来,所以我们根据使用标准连接的已公布收发器制造商规范,评估40G和100G的距离传输能力。

40G 收发器 100G 收发器
光纤类型 40GBASE-SR4 eSR4 BiDi SWDM 100GBASE-SR4 eSR4 BiDi SWDM
OM3 100 m 300 m* 100 m 240 m 70 m 200 m 70 m 75 m
OM4 150 m 400 m* 150 m* 350 m 100 m 300 m 100 m 100 m
OM5 150 m 400 m* 200 m 440 m 100 m 300 m 150 m 150 m

表3:不同光纤类型和收发器类型的传输距离(米)

注释1:距离代表收发器制造商公布的参数;有些交换机供应商提供不同的参数。

注释2:带*标的项目可实现更长的传输距离,使用市场上存在的某些连接解决方案。

 

这里我们观察到什么?

  1. 首先,使用SR4或eSR4收发器,由于这些收发器仅工作在850 nm波长,所以OM4相对于OM3传输距离更长,因为OM4和OM5在850 nm满足同样的带宽规范,所以OM5对OM4没有传输距离优势。
  2. 在40G条件下, 使用OM5的BiDi和SWDM均相对于使用OM4具有传输距离的优势,因为这些是多波长收发器。然而,使用OM4光纤的BiDi 和SWDM分别能传输150m和350m已经非常远,并对于大多数多模光纤应用来说已足够。例如,已公布的行业数据显示在数据中心,90%至95%的OM3/OM4链路长度小于等于100m。
  3. 在100G条件下,OM5的距离优势适用于BiDi和SWDM收发器,因为OM5可提供高达150 m的传输距离,相比之下,OM4的传输距离仅为100 m。最长300 m的传输距离可以通过使用OM4光纤或OM5光纤的eSR4收发器提供。

所以考虑到这些因素,如何恰当的使用OM5?答案是“看情况而定”。为了做决定,我们必须了解很多与网络速度有关的参数、需要的传输距离,以及所使用的收发器技术。

例如,若您计划使用符合标准的收发器,则您可使用SR4型收发器,而OM5相对于OM4没有任何优势。或者,若您知道未来需要提供端口分支能力,则您可使用SR4或eSR4型收发器,同样地,OM5相对于OM4也没有任何优势。

若您计划使用 BiDi或SWDM收发器,则网络传输速度和距离变为了决定性因素。正如我们所说的,在40G的世界中,大多数网络管理员不会使用很多传输距离超过150 m的链路,所以OM4可满足大多数需求,而OM5 / SWDM组合可使传输距离达到440 m,只对少数人有价值。然而,若您计划扩展至100G,则您将有大量传输距离超过100 m的链路,此时OM5的使用优势凸显出现,因其传输距离比OM4多50m。鉴于只有一部分网络管理员的多模光纤链路超过100m,而且企业局域网或数据中心很少部署100G网络,这就解释了OM5迄今为止普及率较低的原因,只是简单的因为不需要。

未来前景如何?好吧,如果我们有一个水晶球的话,我们更愿意用它来预测彩票号码,而不是预测光纤的部署趋势。然而,当企业部署100G开始变得更普遍时,若需要传输距离达到150 m的话,则OM5的吸引力更大。OM5确实可为使用BiDi或SWDM收发器部署100G网络并需要链路长度在100~150 m之间的网络管理员提供一些价值。OM5目前并未被包括在任何已公布以太网或光纤通道标准中作为一个物理传输媒介选项,然而,若未来以太网或光纤通道采用SWDM收发器的话,将OM5光纤和OM3/OM4光纤一样列入标准中可用光纤选项将是合乎逻辑的。有一件事情是肯定的:满足传输距离的前提下,链路成本最低的方案将会取胜。

 

关于作者

Scott Gregg
康宁公司

企业网络部

亚太区营销经理

Scott Gregg 现任康宁公司企业网络部亚太区营销经理,在光结构布线系统设计、安装和推广领域拥有长达20 年的丰富履历。Scott 还是数据中心行业高密度和高级光结构光纤解决方案部署和验收领域的主题专家。Scott 曾先后效力于康宁公司位于美国、日本、新加坡和澳大利亚的分支机构,并担任过光纤通讯展(东京)以及亚太地区多个数据中心研讨会的特邀演讲嘉宾。 Scott 拥有机械工程专业的理学学士学位(BS)以及营销专业的工商管理学硕士学位(MBA),现居美国。