データセンターのネットワーク設計では、光ファイバー ケーブルの選択は、伝送速度要件とチャネル到達距離という 2 つの主な制約によって決まります。シングルモード ファイバー（SMF）はキャンパスや WAN アプリケーションに適した広範囲な到達距離を提供しますが、-マルチモードファイバー(MMF) は、VCSEL- ベースのトランシーバーのコストが低いため、短距離のデータセンター内接続では依然として主要な媒体です。{0}{1}{2}
しかし、マルチモードファイバー光学物理学に起因する厳しい距離制限の影響を受けます。イーサネット規格が 10GBASE- SR から 40GBASE- SR4 および 100GBASE- SR4 に進化するにつれて、許容されるチャネル長は大幅に減少します。理解するマルチモードファイバーの距離制限物理層のコンプライアンスと信号の整合性を確保するには、光モード (OM) カテゴリごとに必要不可欠です。
この記事では、技術仕様、帯域幅機能、およびマルチモードファイバーの最大距離OM1 から OM5 までの分類。
マルチモード伝送の物理的制約
マルチモード光学システムにおける距離制限は、主に、波長分散と減衰 (光パワー損失) という 2 つの要因によって引き起こされます。
モード分散とシンボル間干渉
単一の光モードを伝播するシングルモード ファイバーとは異なり、-マルチモードファイバーより大きなコア直径 (50μm または 62.5μm) が特徴で、何百もの伝播モードをサポートします。
光パルスがファイバーに発射されると、異なるモードが異なる経路長を伝播します。高次モード（クラッドの近くを移動する）は、低次モード（軸の近くを移動する）よりも長い経路をたどります-。差動モード遅延 (DMD) として知られるこの現象により、光パルスが時間の経過とともに広がります。
伝送速度が増加すると、ビット間の間隔が減少します。パルスが過度に拡散すると、隣接するビットが重なり合うシンボル間干渉 (ISI) が発生し、受信機が信号を読み取ることができなくなります。このため、許容可能なビット誤り率 (BER) を維持するにはケーブル長を短くする必要があります。
帯域幅-距離積
マルチモード ケーブル配線のパフォーマンスは、MHz/km 単位で測定される有効モード帯域幅 (EMB) によって定量化されます。
オーバーフィル発射 (OFL):LED 光源 (OM1/OM2) で帯域幅を測定するために使用されます。
レーザー最適化 (EMB):VCSEL ソース (OM3/OM4/OM5) での帯域幅の測定に使用されます。
EMB 値が高いほど、モード分散によって信号が劣化する前に、より長い距離にわたってデータを送信できることを示します。
ファイバータイプ別の技術仕様
Telecommunications Industry Association (TIA) と ISO/IEC は、マルチモード ファイバーの 5 つのグレードを定義しています。各世代は、コア直径、光源の最適化、帯域幅容量によって定義されます。
OM1 および OM2 (レガシー標準)
OM1 および OM2 ファイバーは、LED 光源を利用するファスト イーサネットおよびギガビット イーサネット アプリケーション向けに設計されました。
OM1 (62.5/125 μm):
ジャケットの色:オレンジ。
帯域幅:200MHz・km（850nm時）。
距離制限:1 Gbps で 275 メートルの伝送が可能。 10 Gbps では、マルチモードファイバーの距離制限33 メートルまで低下し、現代のトポロジーには不向きになります。
OM2 (50/125 μm):
ジャケットの色:オレンジ。
帯域幅:500MHz・km（850nm時）。
距離制限:1 Gbps で 550 メートルまで可能ですが、10 Gbps で 82 メートルに制限されます。
注: OM1 および OM2 は、1 Gbps を超える速度を必要とする新規インストールでは廃止されたものであると広く考えられています。
OM3 (レーザー-最適化 50 µm)
OM3 は、垂直-キャビティ面-発光レーザー (VCSEL) の最適化への移行を示しました。これは、10 ギガビット イーサネットのエントリーレベルの標準です。-
ジャケットの色:アクア。
有効モーダル帯域幅 (EMB):2000MHz・km。
応用：OM3 は 10GBASE-SR までサポートします300メートル。高速並列光ファイバー（40GBASE- SR4 および 100GBASE- SR4）の場合、-マルチモードファイバーの最大長に限定されています100メートル.
OM4 (高-帯域幅レーザー-最適化された 50 µm)
OM4 は、OM3 よりも高い帯域幅仕様を提供し、差動モード遅延を削減します。これにより、到達距離の延長とより高い挿入損失マージンが可能になります。
ジャケットの色:アクアかヴァイオレット（エリカ・ヴァイオレット）。
有効モーダル帯域幅 (EMB):4700MHz・km。
応用：OM4 は 10GBASE-SR の到達範囲を拡張します550メートル。データセンターのバックボーンにとって重要であり、最大 40G/100G アプリケーションをサポートします。150メートル.
OM5 (広帯域マルチモードファイバー)
OM5 は TIA-492AAAE によって指定されており、短波分割多重 (SWDM) をサポートするように設計されています。
ジャケットの色:ライムグリーン。
技術的特徴:主に 850nm 向けに最適化された OM3/OM4 とは異なり、OM5 は 850nm ～ 953nm の幅広い波長向けに仕様化されています。
距離仕様:標準の IEEE 802.3 トランシーバー (850nm の単一波長を使用) の場合、OM5 は同じものを提供します。マルチモードファイバーの最大距離OM4として。その利点は、SWDM4 トランシーバーを使用して単一のファイバー ペアで複数の信号を送信する場合にのみ実現されます。
距離制限参照表
次の表は、光ファイバーケーブルの最大長標準IEEE 802.3でサポートイーサネットアプリケーション。
|
繊維カテゴリー |
100Mbps (ファストイーサネット) |
1 Gbps (1000BASE-SX) |
10 Gbps (10GBASE-SR) |
40 Gbps (40GBASE-SR4) |
100 Gbps (100GBASE-SR4) |
|
OM1 |
2000 m |
275 m |
33 m |
サポートされていません |
サポートされていません |
|
OM2 |
2000 m |
550 m |
82 m |
サポートされていません |
サポートされていません |
|
OM3 |
2000 m |
550 m |
300 m |
100 m |
70 m |
|
OM4 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
|
OM5 |
2000 m |
550 m |
550 m |
150 m |
100 m |
最大距離に関するエンジニアリング上の考慮事項
理論上の達成マルチモードファイバーの最大距離リンク損失バジェットを厳守する必要があります。物理ケーブルはチャネルの 1 つのコンポーネントにすぎません。相互接続ポイントからの挿入損失は、達成可能な到達距離に大きな影響を与えます。
チャネル挿入損失の予算
データ レートが増加すると、許容される光損失バジェットは減少します。
10GBASE-SR (OM3):約 . 2.6 dB の予算。
40GBASE-SR4 (OM3):約 . 1.9 dB の予算。
構造化されたケーブル配線リンクに複数のパッチパネル、カセット、または相互接続が含まれる場合、合計挿入損失最大ケーブル長に達する前に、トランシーバーの感度しきい値を超える可能性があります。エンジニアは次の式を使用して総損失を計算する必要があります。
リンク損失=(ケーブル長 × dB/km) + (コネクタ ペア × 損失/ペア)
超低損失（ULL）MTP/MPO コネクタの使用（通常は<0.35 dB) is often required to support maximum distance runs in 40G/100G architectures.
トランシーバーの差異 (標準到達距離と拡張到達距離)
上の表にリストされている距離は、IEEE の標準仕様を参照しています。ただし、「Extended Reach」(eSR4/CSR4) トランシーバーは市場に存在します。
OM4 上の標準 100G- SR4:100メートル。
OM4 上の独自の 100G-eSR4:最大300メートル。
これらの非標準光学系は、より高い送信電力またはより感度の高い受信機を利用して、問題を克服します。{0}マルチモードファイバーの距離制限。互換性についてはスイッチの製造元に確認する必要があります。
ケーブル配線の選択基準
物理層インフラストラクチャを設計する場合、次のしきい値が標準的な選択ガイドとして機能します。
到達距離 < 100 メートル:OM3 は、10G、40G、および 100G に十分な帯域幅を提供します。これは、ラック内およびトップオブラック (ToR) からエンドオブ ロー (EoR) への接続において、最もコスト効率の高いソリューションです。{6}{6}
100 - 150 メートルに到達:OM4 は 40G/100G 伝送速度をサポートするために必須です。 OM3 は、標準 SR4 プロトコルではこれらの距離には不十分です。
到達距離 > 150 メートル:150 メートルを超えるリンクの場合、シングルモード ファイバー（OS2）が推奨される技術標準です。-その間マルチモードファイバー物理的には 1G または 10G を長距離伝送できますが、150 メートルの制限を超える 40G/100G への移行はサポートできません。{6}}シングルモード ファイバーを導入すると、PSM4 または DR4 アーキテクチャとの将来の互換性が確保されます。
結論
のマルチモードファイバーの距離制限は、ケーブルの有効モード帯域幅とアクティブな機器の伝送速度の関数です。従来の OM1 および OM2 ファイバーは高速ネットワークでは廃止されましたが、OM3 と OM4 は依然として短距離データセンター アプリケーションの業界標準です。-
ネットワーク プランナーにとって、重要な境界点は 150 メートルです。このしきい値を下回る場合、OM4 はパフォーマンスとトランシーバー コストの最適なバランスを提供します。このしきい値を超えると、信号の整合性と現在および将来のイーサネット規格のプロトコル サポートを確保するためにシングルモード ファイバー (OS2) が必要になります。
よくある質問
標準の 10G/40G/100G ネットワークでは、OM5 ファイバーは OM4 よりも優れていますか?
標準的な距離制限には適用されません。単一波長（850nm）を使用する従来の並列光学系（SR4）の場合、OM5 は OM4 とまったく同じ距離制限を提供します（たとえば、100GBASE- SR4 の場合は 100m）。 OM5 は、SWDM (短波分割多重) トランシーバーを使用する場合にのみ優れており、複数の波長を同じファイバー上で伝送できます。 SWDM 光学系を使用していない場合、OM5 には OM4 に比べて到達距離に関する追加の利点はありません。
40G と 100G の距離制限が 10G より短いのはなぜですか?
モード分散のため。データ レートが増加する (パルス持続時間が減少する) と、光受信機は、光がファイバ コア内を異なる経路をたどることによって引き起こされる「信号スミアリング」(分散) に対してより敏感になります。 10Gbps では許容できる少量の信号拡散が 100Gbps では重大な障害となるため、信号の完全性を維持するために最大物理距離を減らす必要があります。
どのくらいの距離でマルチモード ファイバーからシングルモード ファイバーに切り替える必要がありますか?{0}}
「150 メートル ルール」は業界のベスト プラクティスです。
150 メートル未満: マルチモード (OM4) は、光学系が安価であるため、通常、コスト効率が高くなります。-
150 メートルを超える場合: シングル-モード (OS2) を推奨します。
OM4 ファイバーには OM3 との下位互換性がありますか?
はい、完全な下位互換性があります。OM4 ファイバーは本質的に OM3 の「高スペック」バージョンです。今すぐ OM4 ケーブルを設置して、古い 10G OM3 トランシーバーで使用できます。リンクは正常に機能します。
