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如何延展你的数据中心多模光纤网络


光纤在线编辑部  2016-04-11 10:04:55 综合整理 浏?#26469;?#25968;
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1.前言

    多模光纤依然是数据中心中首选的较为经济的布线介质这是由于数据中心中那些相对较短链路都在利用低成本收发器所带来的优势当多模光纤成为经济性的首选时对于那些可能存在的较长的链路如大于300米和需要多个连接增加插入损?#27169;?#30340;情形它可能被认为有局限性在本文中我们将主要对那些超出通道长度和损耗的标准规定的可能性进行一些讨论

衰减与带宽相互依存的类比论证

    在文章中的字词可以被大脑解读黑色的曲线和直线的形状文字一定是可辨识的为了使其发生,需要具备两个基本要求:文字必须足够亮,这样他们可以到达眼睛中的传感部位,和图像必须聚焦,大脑可以识别形状将其类比为这三个过程1) 将这些字符认为是类似于光纤中的光脉冲信息2)眼睛对光亮度的依赖关系像接收机的灵敏度和信号衰减的影响信号强度和3)焦距或由于带宽限制带来相关畸变而在接收机形成的合成信号的模糊图像 (信号纯度)



    在我大部?#36136;?#38388;都有很好的视力之后45岁时候我开?#27982;?#20020;远视的困扰不能近距离地聚焦在某一事物上也就是我需要老花镜第一次注意到这个情形是由于我在设法通过CD上的版权日期以确认歌曲专辑的登记日期我需要将CD移至远离我正常的阅读距离才能实现文字的聚焦近期则更多的是与我工作有关的当我在与各种的光纤连接器或微小导管等产品工作时我感受到了无法将光纤与?#24863;?#30340;孔径配合的综合征

    有些聚焦问题是可以使用更明亮些的补偿光源(照明灯)不过,这种增加光源的补偿方式对于聚焦问题的帮助也是有限的增强亮度是选择方法之一我可能还需要做的是将目标移动到适当的焦距位置如同我看CD 盒一样对于任何一个有远视的人都知道确保能够看?#20204;?#26970;的解决方案需要采取以下的一种措施

    1) 调整光源亮级以及眼睛和目标物体间的距离直到找到看?#20204;?#26970;的最佳位置

    2) 买付眼镜

    就像是光强度和眼睛焦距的关系一样在逐渐衰减的信号强度多数是因为光纤和连接器的衰减和光纤的距离限制多数是由于光纤的带宽之间也存在类似的关系特别是对于不断提高的传输速度为数不多的解决方案是

1) 提高光脉冲的强度和/或缩短光源和光接收机之间的距离以确保正常工作状态

2) 升级你的?#20302;常?

    在阅读时的光亮与焦距之间的关系不是线性的在光亮度非常低的地方?#35789;?#25991;字在我的视觉的焦距窗口之中也仍然无法看清形状同样地如果光强度是理想的但是文字不在我的焦距窗口之内也是无法阅读这些打印的文字的

    在10G 光纤链路中为了让光接收机收到并读懂光脉冲我们需要确保光强度和聚焦之间的关系维持在一个理想的工作点就如同随年龄变化的视力一样老化的收发器也不得不受限于随时间衰落的?#38405;ܣ?#30456;对于产品的初期使用而言这时受到带宽和损耗的影响会更?#29992;?#26174;

    IEEE的模型模拟了几个参数和由此构成的光接收机的?#38405;ܣ?#24182;阐述光脉冲通过光纤传输?#30340;?#20844;司则使用改进了部分参数和?#30340;?#20844;司?#20302;?#32452;件的相同模型这个模型可以实现一个超越IEEE保守参数模型的更有信心的设计?#24066;?#25193;展距离更长的链路和更高的通?#28010;v模?#26356;多连接的解决方案本文提供了一个对模型的深度解析和?#30340;?#30340;?#21040;?#35780;估表输出从而使?#20302;成?#35745;师可以找到理想的临界点和对于他们的网络真正的极限

2. 背景/初衷

    我们看到如表1所示大?#27982;?-7年LAN和SAN协议的传输速度有一个阶跃变化的增长但是?#20302;成?#35745;师通常会因为要提升速?#35782;?#34987;迫降低信道的长度和损耗采用多模光纤标准比如以太网和光纤通道通常定义了基于最长距离下的最大信?#28010;?#20943;但是如果信道的损耗高于或距离长于给定的光纤类型上的规定值那么这些标准是没有提供相应的选项表2总结了在数据中心中多模光纤上运行的较为常用的一些协议的最大信道距离和衰减极限值如果使用合理的设计工具或者高?#38405;?#30340;?#20302;?#37096;件?#35789;?#22312;超过链路长度和衰减限值的情况下也仍然是可以实现一个全速率传输的网络


表1: 市场支持以太网速率的服务器端口数与标准批准时间的对比


表2 常用协议的最大信道长度/插入损耗

*IEEE中1G没有定义OM3/4

3. 模型

这个讨论聚焦点是IEEE对于10G bps以太网传输的要求关于10GBase-SR基于多模光纤上使用850nm VCSEL的10G bps中定义的尽管是专注于10G的标准所讨论的逻辑性也是适用于40G100G以太网和光纤通道标准的限定

基于OM3光纤上10G标准定义的工作临界点300米/2.6dB是来自于IEEE的10G Base-SR10G以太网物理介质传输模型这个模型是基于多个参数包括但不限于光纤损?#27169;?#36830;接器插入损?#27169;?#20809;纤带宽色散光源谱宽光源中心波长模式噪声补偿和接收灵敏度等IEEE模型用于模拟以太网和光纤通道物理接口FC-PI-5所批准的8GFC和16GFC 光纤通道对大量的参数进行分析上面列出的预测出一些输出参数和产生了这样一个?#20302;?#30524;图

基本上模型确认了每?#20013;?#35758;接收的信号是优质信号考虑到传输信号条件和到达接收器前可能发生的最大畸变如果我们降低?#20302;?#38271;度那么可以获得更多的余量用以增加连接数量并且依旧收到可接受的信号问题是信道插入损耗与长度的关系式怎样的呢非常不幸的是他们不是线性的关系因此我们需要一个模型来帮助我们确认这些关系IEEE 10GBase-SR的模型截图如下所示


图1 用于IEEE802.310GBase-SR的建模工具

4. ?#30340;?#25439;耗/距离?#21040;?#35780;估表的理念

在IEEE 10G-Base-SR 模型中的数据假设了链路中部件的?#38405;?#26159;最差的参数包括了两端收发器物理布线介质等通常而言已发布的标准是依据这些保守的参数值情形而考虑的仅仅是提供了一个插入损耗和距离关系的临界点参考如表2所示

?#30340;?#20844;司提供的高?#38405;?#26080;源产品是超越标准模型中的这些假设的?#21040;?#35780;估表提供了表2中运行距离和?#20302;?#25439;耗的关系矩阵这其中考虑了?#30340;?#20844;司产品所提供的始终如一的更高?#38405;ܣ?#29305;别是光纤损?#27169;?#20809;纤带宽连接器损?#27169;?#36825;些?#38405;?#26159;超越标准模型中采用的部件的?#38405;ܡ?#21478;外不同于标准表格中显示的单一临界点的数值?#30340;?#20844;司的?#21040;?#35780;估表提供了设计人员一套完整的损耗和距离相互关系的详细说明确保高质量的信号到达接收端和提供IEEE模型验证

信?#28010;?#32791;与长度之间的权衡是一个非线性的关系?#30340;到?#35780;估表中的值是使用相同的IEEE模型推算得出而作为标准的衍生数据该模型考虑了?#20302;?#20013;所有参数的非线性关系此外,?#30340;到?#35780;估表提供一系列明确的光纤类型链路的理想临界点?#20445;?#36825;对于?#20302;?#35268;划人员在确保链路?#38405;?#36866;用在IEEE?#20302;?#40664;认的最大长度/最大损失限制之内是有帮助的,就如同基于OM3 光纤上传输10GbE 的2.6 dB/300米一样设计师需要的是确保链路可以在各种条件的信道上正常工作的信心,?#30340;?#20844;司?#21040;?#35780;估表提供了这样的保证

5.支?#36136;?#29992;这种理念的方法论

这样一来那些初次看到这个评估表的读者就会有问题要问这种理念并?#24378;的?#29420;有的在标准内容中也已经包含了类似的表格是的在CENELEC 信息技术-通用布线?#20302;常?#31532;5部分数据中心EN50173-54和光纤通道物理接口FC-PI-5中,我们也已经不再寻求长度和通?#28010;?#32791;的单一数据点这对于无源布线而言是缺乏灵活性的设计指导如表2所示进而我们发?#36136;?#29992;?#21040;?#35780;估表更加合适它是基于通道长度上附加连接器的影响这个结果在标准中是一个矩阵提供了一系列的长度和信?#28010;?#32791;组合这些长度和损耗的组合数据中心设计师可以更加自如和自信地进?#24418;?#29702;设计不会感受到来自标准限定带来的约束

6.如何使用?#30340;?#30340;?#21040;?#35780;估表


让我们熟悉一下表格的主要区域

A: 表格的页眉表明表格适用的协议协议选项有以太网和光纤通道

B: 指明表中数值所适用的光纤类别目前光纤类别有基于?#30340;?#26631;准的抗弯曲多模光纤的OM3和OM4光纤

C: 表示传输速率速率是与A栏中分别显示的?#20013;?#30340;协议所定义有关

D: 这行表示在通道中MTP 连接的数量表3提供了MTP 连接的举例这种连接可能是MTP/MTP连接或者MTP/MTP转接模块的连接在?#30340;到?#35780;估表和?#21040;?#25439;耗的定义中这两类连接都是被认为是等同意义的连接我们没有假定最坏的MTP 连接器损耗而是采用基于?#30340;?#20135;品的统?#21697;?#24067;的数据作为一对连接器的损耗

E: 表格中的两个?#24403;?#31034;最大通道的长度和链路可以?#24066;?#30340;损耗分贝这不是传?#25104;?#20351;用最差光纤和连接器损耗的情况下的链路损耗预算

上表中框图部分的举例中我们想要确认链路中使用?#30340;OM3光纤包含4对MTP 连接的DEGE产品时10G以太网的信道限制表格显示了我们可以在最大?#24066;?#25439;耗3.01dB的情况下成功地运行10G-Base SR达到320米注意这个3.01dB是最大可?#24066;?#30340;信?#28010;v模?#32780;不是通常由连接器和光纤最差?#23548;?#31639;而得出的链路损耗预算?#30340;到?#35780;估表最大可?#24066;?#25439;耗包括了那些与任何无源部件或功率损失无关的未分配的余量

在表3中对于所有的2到6对MTP连接器组合10GbE的距离长度的数值都是保持不变的这看起来似乎不符合逻辑增加链路连接器数量就会增加信?#28010;v模?#20174;而影响或缩短信道长度然而当使用?#30340;?#30340;高带宽和低损耗产品时IEEE模型显?#31350;?#25903;?#20013;?#36947;长度是保持不变的记住?#30340;到?#35780;估表显示的是最大的距离/损耗关系对于320米这个距离是因为总计为6对连接器而附加损耗较低导致的有限度的补偿

这种情形下的限值主要是和码间串扰有关的功率损失有关并导致的它是带宽的一个函数在1G和40/100G的限值都是由插入损耗和带宽导致的就如同我们看到连接器增加与信?#28010;?#32791;有关而距离长度减少的情?#25105;?#26679;

当我年轻时可以在明亮或者昏暗的情况下近距离或近距离阅读较小的文字?#24515;?#21147;在不同光亮和距离的情形下看清文字相反地我年龄增大后我的视力的敏感性下降视力范围受限明显地受到距离和光亮度的细微变化影响同样地一个带宽和信道插损有限的?#20302;?#20250;因为长度的不同而显著变化由高?#38405;?#37096;件组成的?#20302;?#23558;会更加稳定不会因为有源设备的局限而受到影响


图 2: 模块化即插即用?#20302;?#20013;的MTP连接


图 3: 并行光学应用中的MTP连接

无论是什么?#20302;常?#22312;使用?#30340;到?#35780;估表时MTP连接是被认为等同的以上两类?#20302;?#20013;都是定义为4个MTP连接

7. 结论

?#30340;到?#35780;估表提供了设计人员在使用IEEE和Fiber Channel标准表2规划?#20302;?#36816;行临界点时的一种选择方法表格提供了对于不同光纤类型传输速率和连接数?#21487;ϣ?#19968;系列的?#20302;持?#25345;的信道距离/损?#27169;?#36816;行临界点

这个表格提供了对于如何获得?#20302;?#30340;深刻理解表2列出了标准中最大距离定义和有源设备部件制造商保证的限值然而无法预料的挑战是设计人员必须考虑那些超过标准规定的限值的信道情形?#30340;到?#35780;估表可以?#24066;?#35774;计人?#27604;?#35748;那些超越标准限定之外的布线?#20302;成?#35745;

表格中的数值是基于IEEE模型推?#31995;?#20986;的考虑了?#20302;?#25152;有相关联的参数这些参数都是基于?#30340;?#20135;品色散带宽插损等的典型值在评估了众多参数的相关依赖性应用表格提供了使用?#30340;?#23450;义的光纤系列产品的信道临界点

这有助于?#20302;成?#35745;人员规划那些不在IEEE标准规定以外的参考临界点最大距离/最大损?#27169;?#26631;准仅仅提供了单一数值一个设计人员需要对那些运行在这一数值之外的情形更加有信心表格的其他应用还包括光分路?#20302;成?#35745;有效衰减的介绍可能超越IEEE 定义的限值等





表 4: 基于?#30340;?#25239;弯曲OM3/4光纤和MTP 连接器的光纤通道和以太网?#21040;?#35780;估表

* 最大可支持的信?#28010;?#32791;

作者?#30340;?#20809;通信  Doug Coleman 著房毅 译 
编辑Ray        

 本文关键字 MTP 光纤网络
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