Hiểu biết

Cách chọn loại cáp quang trong nhà: OM3 vs OM4 vs OS2?

Việc lựa chọn cáp quang trong nhà phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu về khoảng cách truyền, thông số kỹ thuật về tốc độ dữ liệu và loại nguồn sáng được sử dụng trong bộ thu phát - với sợi đa chế độ (OM3, OM4, OM5) được thiết kế cho các ứng dụng tầm ngắn sử dụng bộ phát VCSEL (Laze phát sáng bề mặt khoang dọc) 850nm và sợi đơn chế độ (OS2) dành cho các liên kết đường dài sử dụng 1310nm hoặc 1310nm hoặc Laser DFB (Phản hồi phân tán) 1550nm hoặc nguồn Fabry{11}}Perot. Ký hiệu "OM" là viết tắt của Quang học đa chế độ và tuân theo danh pháp được thiết lập trong các tiêu chuẩn ISO/IEC 11801 và TIA{15}}568, trong khi "OS" biểu thị Chế độ đơn quang học; những phân loại này xác định đường kính lõi, băng thông phương thức và các đặc tính phân tán màu sắc xác định khoảng cách truyền tối đa ở các tốc độ dữ liệu khác nhau.

Nguyên tắc cơ bản về sợi đa mode - OM3 và OM4

Sợi OM3 có đường kính lõi 50-micron (so với 62,5-micron ở các sợi OM1/OM2 cũ hơn) với lớp bọc 125-micron và có cấu hình chỉ số phân loại được tối ưu hóa bằng laser cung cấp băng thông phương thức hiệu quả 2000 MHz·km ở bước sóng 850nm. Thông số băng thông này có nghĩa là tín hiệu Ethernet 10 Gigabit có thể truyền đi 300 mét trước khi nhiễu giữa các ký hiệu do độ trễ chế độ vi sai làm suy giảm tín hiệu dưới ngưỡng tỷ lệ lỗi bit có thể chấp nhận được (thường là 10^-12 đối với các ứng dụng Ethernet). Bây giờ mới là điều thú vị - Sợi OM4 sử dụng cùng hình dạng 50/125-micron như OM3 nhưng đạt được băng thông phương thức hiệu quả 4700 MHz·km thông qua dung sai sản xuất chặt chẽ hơn trên cấu hình chỉ số khúc xạ, có nghĩa là phạm vi tiếp cận 550 mét đối với 10GbE và mở rộng khoảng cách 40/100 Gigabit Ethernet từ 100 mét (OM3) đến 150 mét (OM4) bằng cách sử dụng bộ thu phát quang học song song với 8 hoặc 20 kênh sợi.

Chênh lệch chi phí giữa cáp OM3 và OM4 đã thu hẹp đáng kể kể từ khoảng năm 2015 khi khối lượng sản xuất sợi OM4 tăng lên. - hiện tại, bạn đang xem mức giá cao hơn có thể là 15-20% cho OM4 so với OM3 khi mua cáp số lượng lớn (1000+ cuộn mét), mặc dù các cụm lắp ráp được kết thúc trước đôi khi có sự khác biệt nhỏ hơn vì chi phí nhân công chiếm ưu thế trong chi phí vật liệu trong các giải pháp kết thúc tại nhà máy{15}}. Một số bộ phận mua hàng vẫn chỉ định OM3 để tiết kiệm chi phí trong thời gian ngắn (50-100 mét) trong đó băng thông bổ sung của OM4 không mang lại lợi ích thực tế nào, nhưng việc tiết kiệm tiền này có thể gây ra vấn đề trong quá trình nâng cấp sau này khi bạn muốn đẩy 40GbE hoặc 100GbE lên cơ sở hạ tầng hiện có và phát hiện ra các liên kết OM3 đó sẽ không hỗ trợ khoảng cách bạn cần.

Chứng kiến ​​điều này diễn ra tại một trung tâm dữ liệu của trường đại học ở 2019 -, họ đã cài đặt OM3 khắp tòa nhà vào năm 2013 khi kết nối các bộ chuyển mạch 10GbE, hầu hết chạy liên kết ngang 80-120 mét giữa các phòng thiết bị. Mọi thứ đều hoạt động tốt cho đến khi họ thử nâng cấp lên 40GbE bằng bộ thu phát QSFP+ SR4, chỉ được định mức trong 100 mét trên OM3. Khoảng 30% liên kết của họ vượt quá khoảng cách đó và yêu cầu chạy cáp quang mới (đắt tiền, gây gián đoạn) hoặc triển khai bộ thu phát đơn chế độ LR4 (chi phí gấp 4 lần so với quang học đa chế độ SR4). Ban đầu có thể tốn thêm 3000 đô la để cài đặt OM4, cuối cùng phải chi 45.000 đô la cho các giải pháp thay thế.

Đặc điểm sợi OS2 ở chế độ đơn-

Sợi OS2 có lõi nhỏ hơn nhiều - 8.2 đến 9,5 micron tùy thuộc vào nhà sản xuất và thiết kế cụ thể (các biến thể được tối ưu hóa G.652 so với G.657 uốn cong-) - chỉ hỗ trợ một chế độ lan truyền duy nhất ở các bước sóng trên khoảng 1260nm, loại bỏ hoàn toàn sự phân tán phương thức và cho phép khoảng cách truyền bị giới hạn chủ yếu bởi sự suy giảm sợi (thường là 0,35-0,40 dB/km ở 1310nm và 0,19-0,25 dB/km ở 1550nm đối với sợi G.652.D tiêu chuẩn) và độ phân tán màu sắc (khoảng 17 ps/nm·km ở 1550nm đối với sợi quang dịch chuyển không{23}}tán sắc{24}}). Ký hiệu OS1 về mặt kỹ thuật đề cập đến sợi có độ suy giảm Nhỏ hơn hoặc bằng 1,0 dB/km trong khi OS2 chỉ định Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4 dB/km, nhưng trên thực tế không ai sản xuất OS1 nữa - tất cả các sợi đơn mode hiện đại đều đáp ứng các thông số kỹ thuật của OS2 và danh mục OS1 tồn tại chủ yếu để tương thích ngược trong các tài liệu tiêu chuẩn.

Cáp OS2 được xếp hạng trong nhà/ngoài trời thường sử dụng cấu trúc đệm-chặt với lớp phủ thứ cấp 900-micron trên lớp phủ chính 250-micron được áp dụng trong quá trình kéo sợi, cung cấp khả năng bảo vệ cơ học và cho phép chấm dứt trực tiếp mà không cần bộ dụng cụ nối dây; điều này trái ngược với các loại cáp bên ngoài nhà máy sử dụng cấu trúc ống-lỏng lẻo trong đó có nhiều sợi (thường là 6{10}}12) nằm bên trong các ống chứa đầy gel{11}}có tác dụng bảo vệ khỏi độ ẩm và cho phép giãn nở/co lại vì nhiệt mà không gây áp lực lên kính. Bạn có thể kéo cáp ống-ngoài trời trong nhà nếu thực sự muốn, nhưng nó sẽ không vượt qua xếp hạng toàn thể (CMP theo Điều 770 của NEC) vì hợp chất gel và vật liệu ống PE tạo ra quá nhiều khói và khí độc trong quá trình đốt cháy - cáp đệm kín-trong nhà sử dụng vật liệu không halogen (LSZH) ít khói hoặc hợp chất xếp hạng toàn thể dựa trên fluoropolyme như FEP hoặc PVDF.

Sự cân bằng giữa khoảng cách và tốc độ dữ liệu

Đối với 10 Gigabit Ethernet, OM3 hỗ trợ 300 mét, OM4 mở rộng phạm vi đó lên 550 mét, trong khi chế độ đơn-OS2 đạt 10 km với ống kính quang học 10GBASE-LR hoặc 40 km với bộ thu phát 10GBASE-ER (và về mặt lý thuyết còn xa hơn nữa với bộ phát công suất khuếch đại{13}}cao hơn, mặc dù tại một số điểm, bạn gặp phải giới hạn phân tán màu đòi hỏi phải phân tán bồi thường). Ở 40GbE, khoảng cách đa chế độ giảm đáng kể - OM3 chỉ quản lý được 100 mét và OM4 đạt 150 mét khi sử dụng quang học song song SR4, trong khi 40GBASE-LR4 ở chế độ đơn-có phạm vi 10 km. Sự sụt giảm khoảng cách này xảy ra do các tiêu chuẩn đa chế độ 40GbE và 100GbE sử dụng truyền song song (4 hoặc 10 sợi mỗi hướng) với 10Gbps hoặc 25Gbps trên mỗi làn thay vì một luồng nối tiếp 40Gbps hoặc 100Gbps duy nhất và tốc độ làn đạt đến giới hạn băng thông phương thức của sợi.

Xin lưu ý bạn, còn có 40GBASE-SR4 BiDi sử dụng tính năng ghép kênh phân chia bước sóng để gửi hai luồng 20Gbps trên mỗi sợi quang (tổng cộng 40Gbps trên một kết nối LC song công thay vì yêu cầu 8 sợi với đầu nối MPO), nhưng điều đó chỉ được xếp hạng cho phạm vi 100 mét trên OM4 và tôi thực sự chưa bao giờ thấy nó được triển khai trong sản xuất vì quang học đắt hơn SR4 tiêu chuẩn trong khi không mang lại lợi thế về khoảng cách - phương pháp BiDi mang lại nhiều lợi ích hơn có ý nghĩa đối với các ứng dụng CWDM hoặc DWDM trên sợi quang đơn chế độ mà bạn đang cố gắng tối đa hóa việc sử dụng cặp sợi quang.

Khi nào nên sử dụng cái gì

Quy tắc chung: đa chế độ cho các liên kết nội bộ tòa nhà dưới 300 mét (trung tâm dữ liệu, đường trục khuôn viên giữa các tòa nhà trong cùng một khu đất, phân bổ sàn văn phòng lớn), chế độ đơn-cho các mạng lưới khuôn viên liên tòa nhà vượt quá 300 mét hoặc bất kỳ kết nối nào cuối cùng có thể cần kéo dài nhiều km. Trong danh mục đa chế độ, OM4 đã trở thành tiêu chuẩn thực tế cho các cài đặt mới kể từ khoảng năm 2016-2017 bất chấp chi phí cao hơn vì đường dẫn nâng cấp 25GbE và 100GbE được hưởng lợi từ băng thông bổ sung và phạm vi tiếp cận dài hơn một chút - ngay cả khi bạn đang cài đặt 10GbE ngay hôm nay, việc chi thêm $2 mỗi mét cho cáp quang tốt hơn là cách bảo hiểm rẻ cho việc phải đi cáp lại sau 5 năm.

Hiện tại còn có sợi OM5, mở rộng thông số băng thông được tối ưu hóa-laser để bao gồm bước sóng 953nm cho các ứng dụng ghép kênh phân chia bước sóng ngắn (SWDM) - cho phép 40GbE và 100GbE qua kết nối LC song công thay vì MPO bằng cách sử dụng bốn bước sóng (850, 880, 910, 953nm) với 10Gbps hoặc 25Gbps trên mỗi bước sóng. Về mặt lý thuyết nghe có vẻ hay, hoạt động tốt trong thực tế, nhưng tính khả dụng của bộ thu phát và chi phí vẫn còn là vấn đề; kể từ năm 2024, các nhà cung cấp bộ chuyển mạch lớn vẫn mặc định sử dụng quang học SR4 cho đa chế độ 40/100GbE thay vì SWDM, vì vậy lợi ích của OM5 không thực sự trở thành hiện thực trừ khi bạn thiết kế cụ thể xung quanh nó. Chi phí cao hơn OM4 hiện ở mức khoảng 25-30%, điều này khiến nó trở nên khó bán khi OM4 đã đáp ứng hầu hết các yêu cầu về khoảng cách trung tâm dữ liệu.

Chế độ-đơn lẻ sẽ chiến thắng về mặt kinh tế-dài hạn

Đây là điều chưa được nhấn mạnh đủ trong tài liệu của nhà cung cấp - cáp quang chế độ đơn-có chi phí ban đầu cao hơn (cáp đắt hơn một chút, đầu nối yêu cầu độ chính xác cao hơn nên lao động kết thúc chạy cao hơn, bộ thu phát có giá gấp 2-4 lần chi phí của quang học đa chế độ tương đương) nhưng cơ sở hạ tầng về cơ bản sẽ tồn tại mãi mãi. Hãy cài đặt cáp OS2 ngay hôm nay và nó sẽ hỗ trợ 10GbE, 25GbE, 40GbE, 100GbE, 400GbE, có thể là 800GbE và 1.6TbE khi những tiêu chuẩn đó cuối cùng cũng xuất hiện - bạn chỉ cần đổi bộ thu phát để nâng cấp, bản thân sợi quang sẽ không trở nên lỗi thời. Multimode có vòng đời công nghệ ngắn hơn vì mỗi thế hệ Ethernet tốc độ cao hơn sẽ tiến gần hơn đến giới hạn băng thông phương thức; Sợi OM1/OM2 được lắp đặt vào những năm 1990 đã trở nên không đủ cho 10GbE vào giữa những năm 2000, OM3 từ những năm 2000 phải vật lộn với 40/100GbE ngày nay và OM4/OM5 có thể sẽ gặp các giới hạn ở khoảng 400GbE hoặc 800GbE.

Tổng chi phí tính toán quyền sở hữu trong 20 năm đặc biệt ủng hộ chế độ-đơn cho bất kỳ liên kết nào sẽ còn hoạt động lâu dài-, ngay cả các liên kết ngắn - chi phí ban đầu cao hơn sẽ được khấu hao trong hai thập kỷ trong khi đa chế độ có thể yêu cầu thay thế hoặc bổ sung bằng các sợi quang bổ sung để hỗ trợ nâng cấp băng thông. Vấn đề là khiến ban quản lý phê duyệt chi phí trả trước cao hơn dựa trên những lợi ích giả định trong tương lai; Giám đốc tài chính nhìn thấy báo giá 45 nghìn đô la (đa chế độ) so với 68 nghìn đô la (chế độ{7}}đơn) cho việc đi cáp cho một tòa nhà và chọn con số thấp hơn, không nghĩ đến dự án nối lại cáp trị giá 30 nghìn đô la-vào bảy năm sau khi đa chế độ tỏ ra không đủ khả năng.

Làm việc trên mạng bệnh viện nơi họ đã lắp đặt sợi OM2 (62,5/125{13}}micron) khắp cơ sở vào năm 2004, điều này phù hợp với cơ sở hạ tầng 1GbE mà họ có vào thời điểm đó. Đến năm 2014, họ cần 10GbE cho hệ thống hình ảnh y tế (máy quét CT, MRI, chụp X quang kỹ thuật số tạo ra các tệp lớn), nhưng OM2 chỉ hỗ trợ 10GbE đến 33 mét và hầu hết các lần chạy của họ là 80-150 mét giữa các tủ thiết bị. Cuối cùng, tôi đã phải cài đặt cơ sở hạ tầng chế độ đơn song song trong khi vẫn giữ nguyên đa chế độ cũ (vì việc loại bỏ nó sẽ yêu cầu phải mở các bức tường và trần trong toàn bộ cơ sở điều hành), vì vậy hiện có hai nhà máy cáp quang hoàn chỉnh - một nhà máy được sử dụng cho các kết nối 1GbE đến các hệ thống ít quan trọng hơn, một nhà máy dành cho mạng y tế 10GbE. Tổng chi phí bao gồm cả sự gián đoạn hoạt động của bệnh viện có thể lên tới 200 nghìn đô la, so với có thể là 80 nghìn đô la nếu ban đầu họ cài đặt chế độ đơn.

Các loại đầu nối và cân nhắc phân cực

Đa chế độ OM3/OM4/OM5 thường sử dụng đầu nối song công LC cho các ứng dụng 1/10GbE (hai sợi, một truyền và một nhận) hoặc đầu nối MPO/MTP cho quang học song song 40/100GbE (8, 12 hoặc 24 sợi trong một đầu nối hình chữ nhật). Tình huống MPO trở nên phức tạp vì có ba phương pháp phân cực (Phương pháp A, Phương pháp B, Phương pháp C trên TIA{12}}568) ảnh hưởng đến cách sợi truyền ở một đầu kết nối với sợi nhận ở đầu kia và việc trộn lẫn các loại phân cực khiến các liên kết không hoạt động dường như có công suất quang tốt nhưng không truyền được lưu lượng; Tôi đã dành quá nhiều thời gian để khắc phục sự cố liên kết 40GbE "chết" hóa ra là cáp trung kế Phương pháp A được kết nối với cụm đột phá Phương pháp B.

Chế độ-đơn OS2 hầu như luôn sử dụng đầu nối song công LC hoặc SC trong các ứng dụng tại cơ sở, trong đó SC phổ biến hơn trong các cài đặt cũ hơn (thập niên 1990-đầu những năm 2000) và LC trở nên thống trị sau năm 2005 do kích thước nhỏ hơn cho phép mật độ cổng cao hơn trên bảng vá lỗi và tấm mặt chuyển đổi. Một số ứng dụng mật độ cực-cao{8}}sử dụng đầu nối MDC (Cáp phân phối đa sợi quang) hoặc MXC đóng gói 2-4 cặp sợi quang vào thân đầu nối có kích thước tương tự như song công LC truyền thống, nhưng những ứng dụng này chưa được áp dụng rộng rãi bên ngoài các trung tâm dữ liệu siêu quy mô, nơi mỗi milimet không gian giá đỡ đều quan trọng.

Các biến thể xây dựng cáp

Cáp quang trong nhà có nhiều loại cấu trúc - cáp phân phối đệm khít-chặt (nhiều sợi đệm riêng lẻ trong một vỏ), cáp đột phá (nhiều sợi đệm đơn giản{2}}sợi đệm, mỗi sợi có lớp bọc phụ-riêng bên trong một vỏ ngoài) và dây kéo (hai sợi đệm-kín trong một hình{6}}8{9}). Cáp phân phối là giải pháp kinh tế nhất đối với số lượng sợi quang cao (12-144 sợi) chạy giữa các bảng nối nơi bạn sẽ kết thúc trên các đầu nối hoặc nối trên các cụm đã được kết thúc trước; cáp đột phá có giá cao hơn nhưng mang lại khả năng giảm căng thẳng riêng lẻ trên từng sợi, hữu ích cho các kết nối thiết bị trực tiếp mà không cần bảng vá lỗi; zipcord chủ yếu dành cho dây vá ngắn và dây nhảy.

Các vấn đề về xếp hạng Plenum so với Riser đối với cáp toàn thể - (CMP hoặc OFNP) tuân thủ NEC có thể chạy trong không gian-xử lý không khí phía trên trần thả hoặc dưới sàn nâng không có ống dẫn, sử dụng vật liệu không truyền lửa và tạo ra khói/khí độc tối thiểu khi cháy; cáp Riser (CMR hoặc OFNR) rẻ hơn nhưng bị hạn chế ở các trục thẳng đứng và phải đi trong ống dẫn nếu lắp đặt trong không gian thông gió. Sự khác biệt về hiệu suất giữa sợi thông gió và sợi Riser là không - đặc điểm quang học giống nhau, khả năng truyền dẫn giống nhau - hoàn toàn là về an toàn cháy nổ và tuân thủ quy tắc xây dựng. Chênh lệch giá thường là 20-40%, điều này tạo ra sự cám dỗ sử dụng cáp có xếp hạng ống nâng ở mọi nơi và bỏ qua các yêu cầu về mức độ cao hơn, nhưng đó là hành vi vi phạm quy tắc sẽ bị gắn cờ trong quá trình kiểm tra tòa nhà và có khả năng làm mất hiệu lực bảo hiểm nếu xảy ra hỏa hoạn.

Đã có một nhà thầu thử kéo ống nâng-được xếp hạng OM4 trong không gian trần tại một dự án tòa nhà văn phòng vào năm 2021 vì GC đang thu hẹp lợi nhuận và nhà thầu phụ điện muốn tiết kiệm 4000 USD chi phí cáp. Thanh tra tòa nhà đã phát hiện ra nó trong quá trình-kiểm tra sơ bộ, buộc họ phải dỡ bỏ mọi thứ và-kéo lại bằng dây cáp thông gió thích hợp, cuối cùng phải tốn 15.000 USD nhân công để khắc phục cộng với sự chậm trễ trong lịch trình dẫn đến thiệt hại được thanh lý. Việc tiết kiệm được bốn nghìn đô la đã khiến họ mất bốn mươi nghìn đô la và GC đã không thuê người phụ đó nữa.

Bán kính uốn cong và thực hành lắp đặt

Cáp quang không thể uốn cong chặt như bán kính uốn cong tối thiểu - đồng trong quá trình lắp đặt thường là đường kính cáp 10x đối với sợi tiêu chuẩn, 7,5 lần đối với sợi quang không nhạy cảm uốn cong- (G.657.A2/B3 đối với chế độ đơn-, uốn cong OM4+-được tối ưu hóa cho đa chế độ) và các giới hạn này áp dụng cho uốn cong động trong quá trình cài đặt; các khúc cua tĩnh trong quá trình lắp đặt cố định có thể chặt hơn một chút (đường kính gấp 5 lần đối với các loại{11}}uốn cong được tối ưu hóa). Vượt quá các giới hạn này, bạn sẽ gây ra tổn thất do uốn vi mô làm suy giảm tín hiệu, có khả năng khiến các liên kết biên hoạt động không liên tục hoặc hỏng khi nhiệt độ thay đổi gây căng thẳng cho sợi theo cách khác.

Lực kéo cũng là vấn đề tối đa - 225 pound đối với hầu hết các loại cáp trong nhà trong quá trình lắp đặt, nghe có vẻ nhiều nhưng sẽ đạt được nhanh chóng khi kéo dài qua ống dẫn có nhiều chỗ uốn. Thiết bị giám sát sức căng tồn tại nhưng làm tăng thêm chi phí lắp đặt, vì vậy nhiều nhà thầu chỉ kéo cho đến khi cảm thấy khó khăn và hy vọng họ không vượt quá định mức. Điều này gây ra những hư hỏng tiềm ẩn có thể không xuất hiện ngay lập tức nhưng làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của sợi quang.

Hãy xem, vấn đề với việc lắp đặt sợi quang là không có thử nghiệm hiện trường dễ dàng nào để xác minh rằng bạn không làm hỏng bất cứ thứ gì trong quá trình kéo - OTDR có thể đo độ suy giảm và suy hao phản hồi nhưng hư hỏng do uốn vi mô ban đầu thường nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được, chỉ trở thành vấn đề sau chu trình nhiệt hoặc ứng suất cơ học lan truyền các vết nứt vi mô qua nhiều tháng hoặc nhiều năm. Vì vậy, bạn nhận được các hệ thống lắp đặt kiểm tra tốt khi vận hành, vượt qua kiểm tra chấp nhận, sau đó phát sinh vấn đề 18 tháng sau khi các sợi bắt đầu hư hỏng dường như một cách ngẫu nhiên.

Cách tiếp cận tốt hơn bao gồm việc giám sát lắp đặt phù hợp (thực sự quan sát những người lắp đặt và dừng họ khi bạn thấy các hành vi như uốn cong đột ngột hoặc lực kéo quá mức), đào tạo bắt buộc về xử lý sợi và xây dựng các vòng dịch vụ phù hợp cũng như giảm sức căng tại các điểm cuối để sợi không bị căng liên tục. Chi phí nhân công lắp đặt có thể cao hơn 5-10% nhưng ngăn ngừa được phần lớn các vấn đề về độ tin cậy lâu dài.

Chế độ-đơn so với chế độ đa chế độ cho các ứng dụng trong nhà cuối cùng đều phụ thuộc vào các yêu cầu về khoảng cách, kế hoạch nâng cấp và hạn chế về ngân sách - đối với các quãng đường chạy ngắn dưới 100 mét trong đó 10GbE là đủ và không cần 40/100GbE, OM3 hoạt động tốt và tiết kiệm tiền; đối với các lần chạy 100-300 mét có khả năng nâng cấp lên 40GbE+ trong tương lai, OM4 cung cấp khoảng trống cần thiết; đối với mọi thứ vượt quá 300 mét hoặc bất kỳ liên kết nào sẽ hoạt động được hơn 10 năm, OS2{15}chế độ đơn mang lại giá trị lâu dài tốt hơn mặc dù chi phí ban đầu cao hơn. Đừng coi thường chất lượng lắp đặt bất kể bạn chọn loại sợi nào, bởi vì cách lắp đặt kém sẽ phá hủy tiềm năng của ngay cả loại sợi tốt nhất.