Dans la conception des réseaux de centres de données, le choix du câblage à fibre optique est régi par deux contraintes principales : les exigences de débit de transmission et la portée des canaux. Alors que la fibre monomode-(SMF) offre une portée étendue adaptée aux applications de campus et WAN,fibre multimode(MMF) reste le support prédominant pour la connectivité intra-de centre de données à courte portée-en raison du coût inférieur des émetteurs-récepteurs basés sur VCSEL-.
Cependant,fibre multimodeest soumis à des limitations de distance strictes résultant de la physique optique. À mesure que les normes Ethernet évoluent de 10GBASE-SR à 40GBASE-SR4 et 100GBASE-SR4, la longueur de canal autorisée diminue considérablement. Comprendre lelimite de distance de fibre multimodepour chaque catégorie de mode optique (OM) est essentiel pour garantir la conformité de la couche physique et l’intégrité du signal.
Cet article analyse les spécifications techniques, les capacités de bande passante etdistance maximale pour la fibre multimodeclassifications allant de OM1 à OM5.
Contraintes physiques sur la transmission multimode
Les limitations de distance dans les systèmes optiques multimodes sont principalement causées par deux facteurs : la dispersion chromatique et l'atténuation (perte de puissance optique).
Dispersion modale et interférence intersymbole
Contrairement à la fibre monomode-, qui propage un seul mode de lumière,fibre multimodeprésente un diamètre de noyau plus grand (50 µm ou 62,5 µm) qui prend en charge des centaines de modes de propagation.
Lorsqu’une impulsion lumineuse est lancée dans la fibre, différents modes parcourent des longueurs de trajet distinctes. Les modes d'ordre élevé- (déplacement à proximité du revêtement) prennent un chemin plus long que les modes d'ordre faible- (déplacement à proximité de l'axe). Ce phénomène, connu sous le nom de DMD (Différentiel Mode Delay), provoque l’étalement de l’impulsion optique dans le temps.
À mesure que les taux de transmission augmentent, l'intervalle entre les bits diminue. Un étalement excessif des impulsions entraîne une interférence intersymbole (ISI), où les bits adjacents se chevauchent, rendant le signal illisible par le récepteur. Cela nécessite des longueurs de câble plus courtes pour maintenir un taux d'erreur sur les bits (BER) acceptable.
Bande passante-Produit à distance
Les performances du câblage multimode sont quantifiées par sa bande passante modale effective (EMB), mesurée en MHz·km.
Lancement surrempli (OFL) :Utilisé pour mesurer la bande passante avec des sources LED (OM1/OM2).
Laser optimisé (EMB) :Utilisé pour mesurer la bande passante avec les sources VCSEL (OM3/OM4/OM5).
Une valeur EMB plus élevée indique une capacité à transmettre des données sur une plus longue distance avant que la dispersion modale ne dégrade le signal.
Spécifications techniques par type de fibre
La Telecommunications Industry Association (TIA) et l'ISO/IEC définissent cinq qualités de fibre multimode. Chaque génération est définie par son diamètre de noyau, l'optimisation de sa source lumineuse et sa capacité de bande passante.
OM1 et OM2 (normes héritées)
Les fibres OM1 et OM2 ont été conçues pour les applications Fast Ethernet et Gigabit Ethernet utilisant des sources lumineuses LED.
OM1 (62,5/125 µm) :
Couleur de la veste :Orange.
Bande passante :200 MHz·km (à 850 nm).
Limitation de distance :Capable de 275 mètres à 1 Gbps. À 10 Gbit/s, lelimite de distance de fibre multimodetombe à 33 mètres, ce qui le rend inadapté à la topologie moderne.
OM2 (50/125 µm) :
Couleur de la veste :Orange.
Bande passante :500 MHz·km (à 850 nm).
Limitation de distance :Capable de 550 mètres à 1 Gbit/s mais limité à 82 mètres à 10 Gbit/s.
Remarque : OM1 et OM2 sont largement considérés comme obsolètes pour les nouvelles installations nécessitant des débits supérieurs à 1 Gbit/s.
OM3 (Laser-Optimisé 50 µm)
OM3 a marqué la transition vers l'optimisation verticale-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL). Il s'agit de la norme d'entrée de gamme-pour 10 Gigabit Ethernet.
Couleur de la veste :Aqua.
Bande passante modale effective (EMB) :2 000 MHz·km.
Application:OM3 prend en charge 10GBASE-SR jusqu'à300 mètres. Pour les optiques parallèles-haute vitesse (40GBASE-SR4 et 100GBASE-SR4), lelongueur maximale de fibre multimodese limite à100 mètres.
OM4 (Laser à bande passante élevée--Optimisé 50 µm)
OM4 fournit une spécification de bande passante plus élevée que OM3, réduisant ainsi le délai de mode différentiel. Cela permet une portée étendue et des marges de perte d’insertion plus élevées.
Couleur de la veste :Aqua ou Violet (Erika Violet).
Bande passante modale effective (EMB) :4 700 MHz·km.
Application:OM4 étend la portée 10GBASE-SR à550 mètres. Essentiel pour les backbones des centres de données, il prend en charge les applications 40G/100G jusqu'à150 mètres.
OM5 (fibre multimode à large bande)
OM5 est spécifié par TIA-492AAAE et est conçu pour prendre en charge le multiplexage par répartition sur ondes courtes (SWDM).
Couleur de la veste :Vert citron.
Caractéristique technique :Contrairement à OM3/OM4, qui sont optimisés principalement pour 850 nm, OM5 est spécifié pour une large gamme de longueurs d'onde entre 850 nm et 953 nm.
Spécification des distances :Pour les émetteurs-récepteurs standard IEEE 802.3 (utilisant une seule longueur d'onde à 850 nm), OM5 offre la mêmedistance maximale pour la fibre multimodecomme OM4. Son avantage n'est réalisé que lors de l'utilisation d'émetteurs-récepteurs SWDM4 pour transmettre plusieurs signaux sur une seule paire de fibres.
Tableau de référence des limites de distance
Le tableau suivant résume leslongueur maximale du câble à fibre optiquepris en charge par la norme IEEE 802.3Ethernetcandidatures.
|
Catégorie de fibre |
100 Mbit/s (Ethernet rapide) |
1 Gbit/s (1 000BASE-SX) |
10 Gbit/s (10GBASE-SR) |
40 Gbit/s (40GBASE-SR4) |
100 Gbit/s (100GBASE-SR4) |
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OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
Non pris en charge |
Non pris en charge |
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OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
Non pris en charge |
Non pris en charge |
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OM3 |
2000 m |
550 m |
300 m |
100 m |
70 m |
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OM4 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
|
OM5 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
Considérations techniques pour la distance maximale
Réaliser la théoriedistance maximale de la fibre multimodenécessite le strict respect des budgets de pertes liés. Le câble physique n'est qu'un composant du canal ; la perte d'insertion des points d'interconnexion a un impact significatif sur la portée réalisable.
Budgets de perte d’insertion des canaux
À mesure que les débits de données augmentent, le budget de perte optique autorisé diminue.
10GBASE-SR (OM3) :Budget d'environ . 2.6 dB.
40GBASE-SR4 (OM3) :Budget d'environ . 1.9 dB.
Si une liaison de câblage structuré comprend plusieurs panneaux de brassage, cassettes ou connexions croisées-, le totalperte d'insertionpeut dépasser le seuil de sensibilité de l'émetteur-récepteur avant que la longueur maximale du câble ne soit atteinte. Les ingénieurs doivent calculer la perte totale à l'aide de la formule :
Perte de liaison=(longueur du câble × dB/km) + (paires de connecteurs × perte/paire)
Utilisation de connecteurs MTP/MPO à ultra-faible perte (ULL) (généralement<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
Variation de l'émetteur-récepteur (portée standard ou étendue)
Les distances indiquées dans le tableau ci-dessus font référence aux spécifications standard IEEE. Cependant, des émetteurs-récepteurs « Extended Reach » (eSR4/CSR4) existent sur le marché.
Standard 100G-SR4 sur OM4 :100 mètres.
100 G-eSR4 propriétaire sur OM4 :Jusqu'à 300 mètres.
Ces optiques non standard-utilisent une puissance d'émission plus élevée ou des récepteurs plus sensibles pour surmonter leslimite de distance de fibre multimode. La compatibilité doit être vérifiée auprès du fabricant de l'interrupteur.
Critères de sélection du câblage
Lors de la conception d'une infrastructure de couche physique, les seuils suivants servent de guides de sélection standard :
Atteindre < 100 mètres :OM3 fournit une bande passante suffisante pour 10G, 40G et 100G. Il s'agit de la solution la plus rentable-pour les connexions intra-rack et du haut-du-Rack (ToR) à la fin-de-Row (EoR).
Atteindre 100 - 150 mètres :OM4 est obligatoire pour prendre en charge les taux de transmission 40G/100G. OM3 est insuffisant pour ces distances selon les protocoles SR4 standard.
Portée > 150 mètres :Pour les liaisons dépassant 150 mètres, la fibre monomode-(OS2) est la norme technique recommandée. Alors quefibre multimodeest physiquement capable de transmettre 1G ou 10G sur de plus longues distances, il ne peut pas prendre en charge la migration vers 40G/100G au-delà de la limite de 150-mètres. Le déploiement de la fibre monomode garantit une compatibilité future avec les architectures PSM4 ou DR4.
Conclusion
Lelimite de distance de fibre multimodeest fonction de la bande passante modale effective du câble et du taux de transmission de l'équipement actif. Alors que les anciennes fibres OM1 et OM2 sont obsolètes pour les réseaux à haut débit-, OM3 et OM4 restent la norme de l'industrie pour les applications de centres de données à courte portée-.
Pour les planificateurs de réseaux, le point de démarcation critique est de 150 mètres. En dessous de ce seuil, l'OM4 offre l'équilibre optimal entre performances et coût de l'émetteur-récepteur. Au-delà de ce seuil, la fibre monomode-(OS2) est requise pour garantir l'intégrité du signal et la prise en charge du protocole pour les normes Ethernet actuelles et futures.
FAQ
La fibre OM5 est-elle meilleure que l'OM4 pour les réseaux standards 10G/40G/100G ?
Pas pour les limites de distance standard. Pour les optiques parallèles traditionnelles (SR4) qui utilisent une seule longueur d'onde (850 nm), OM5 offre exactement les mêmes limites de distance que OM4 (par exemple, 100 m pour 100GBASE-SR4). OM5 n'est supérieur que lors de l'utilisation d'émetteurs-récepteurs SWDM (Short Wave Division Multiplexing), où il permet à plusieurs longueurs d'onde de voyager sur la même fibre. Si vous n'utilisez pas d'optique SWDM, OM5 n'offre aucun avantage de portée supplémentaire par rapport à OM4.
Pourquoi la limite de distance pour 40G et 100G est-elle plus courte que 10G ?
En raison de la dispersion modale. À mesure que les débits de données augmentent (la durée de l'impulsion diminue), le récepteur optique devient beaucoup plus sensible au « maculage du signal » (dispersion) provoqué par la lumière empruntant des chemins différents à travers le cœur de la fibre. Une petite quantité de propagation du signal acceptable à 10 Gbit/s devient une défaillance critique à 100 Gbit/s, obligeant à réduire la distance physique maximale pour maintenir l'intégrité du signal.
À quelle distance dois-je passer de la fibre multimode à la fibre monomode- ?
La « règle des 150 mètres » est la meilleure pratique du secteur.
Moins de 150 mètres : le multimode (OM4) est généralement plus rentable-en raison d'une optique moins chère.
Au-delà de 150 mètres : le mode-single (OS2) est recommandé.
La fibre OM4 est-elle rétrocompatible avec OM3 ?
Oui, entièrement rétrocompatible.La fibre OM4 est essentiellement une version « spécifications supérieures » de l'OM3. Vous pouvez installer le câblage OM4 aujourd'hui et l'utiliser avec d'anciens émetteurs-récepteurs 10G OM3. Le lien fonctionnera normalement.
