Мобильные сети пятого поколения
Приход в отрасль связи Google и Facebook с учетом очень высоких темпов роста интернет-трафика вообще и доли видеотрафика. Тем самым, обострило проблему физического предела пропускной способности оптического волокна на фоне роста информационных потоков. В результате вызванного развитием интернета вещей и сетей мобильной связи пятого поколения (5G) создало ряд задач.
Сети 5G должны иметь такие функции. сверхвысокие скорости передачи информации (1 Гбит/с и выше). Во-вторых, чрезвычайно малые задержки передачи сигнала (1 мс и менее). Прежде всего, сильное влияние на суммарное значение задержки оптического сигнала в системе передачи оказывает длина оптоволокна. К примеру, повышение эффективности ВОЛС с помощью системы плотного спектрального волнового уплотнения (DWDM) значительно увеличивает задержки непосредственно в элементах сети DWDM, где сигнал подвергается различным преобразованиям. То есть скорость распространения оптического сигнала в оптоволокне существенно ниже скорости распространения электрических сигналов в медных линиях связи и радиосигналов в атмосфере. В результате, технологические улучшения сделали возможность создавать системы связи, позволяющие передать поток 400 Гбит/с (4 х 100 Гбит/с) по одной оптической несущей («лямбде»).
Однако эмпирический предел спектральной эффективности для подобных оптических систем составляет примерно 5 бит/с/Гц и уже достигнут, вследствие чего одно оптическое волокно имеет предельную пропускную способность порядка 25–50 ТБод в зависимости от задействованных оптических диапазонов. Как следствие, в скором времени во всей отрасли связи начнутся серьезные перемены, обусловленные исчерпанием ресурса кабельных линий. То есть ожидаемый результат – интенсификация работ по уплотнению уже существующего оптического волокна и строительству новых оптических линков всех классов.
Претерминированные изделия в ЦОД
Центры обработки данных — наиболее емкая область использования претерминированных решений. То есть, создаваемые тракты передачи рассчитываются на поддержку мультигигабитного диапазона скоростей.
(10 Gigabit Ethernet и Fibre Channel со скоростью передачи 4 и 8 Гбит/с)
В результате Оборудование Категории 6А отличается очень высокими требованиями в отношении соблюдения технологии выполнения монтажа.
То есть обеспечение очень высоких параметров формируемых стационарных линий и трактов, которые необходимы для функционирования мультигигабитных сетевых интерфейсов усложняется, вследствие особенностей структуры нормативной части стандарта. Важно соблюдать абсолютно все нормы, так как невозможно компенсировать даже малейшие отклонения от одних требований за счет определенного превышения по другим.
Претерминированные изделия в оптической подсистеме
В случае оптических трактов передачи надо использовать претерминированные изделия на нижних уровнях проводки (в первую очередь, в подсистеме внутренних магистралей), так как энергетические характеристики сетевого оборудования мультигигабитного диапазона скоростей неудовлетворительны. То есть, согласно спецификациям 10GВaseSR, величина потерь в тракте протяженностью 300 м не должна превышать 2,55 дБ. Как следствие, в данной ситуации, переход на кабели, оконцованные элементами разъемов в заводских условиях, позволяет добиться выигрыша по потерям на каждом из двух оптических разъемов. Данный выигрыш можно оценить в 0,3-0,4 дБ на каждый соединитель, если сравнивать с требованиями нормативных положений стандартов. Более того, наряду с использованием кабелей наивысшего качества с уменьшенным погонным затуханием эта весьма значимая величина создает техническую основу для внедрения модульно-кассетных решений, имеющих два дополнительных разъемных соединителя в тракте.
Более того, имеется много разнообразных претерминированных изделий, применяемых в линейной части кабельной системы. То есть они делятся на две основные разновидности: претерминированные сборки и модульно-кассетные решения. Каждая, в свою очередь, состоит из большого количества вариантов.
Волоконно-оптические волокна могут быть двух типов. Во-первых, одномодовое (SM, Single Mode). Во-вторых, многомодовое (MM, Multi Mode).
То есть одномодовый оптический кабель передает одну моду и имеет диаметр сечения ≈ 9,5 нм. В свою очередь, одномодовый волоконно-оптический кабель может быть с несмещенной, смещенной и ненулевой смещенной дисперсией. Как следствие, Волоконно-оптический многомодовый кабель ММ передает множество мод и имеет диаметр 50 или 62,5 нм.
К тому же, кабель оптический SM имеет волокно с меньшей толщиной (8-10 микрон). Это обуславливает его возможность передавать волну только одной длины по центральной моде. То есть толщина основного волокна в кабеле ММ значительно больше, 50-60 микрон. Как следствие, данный кабель одновременно может передавать несколько волн с разными длинами по нескольким модам. Однако большее количество мод сужают пропускную способность волоконно-оптического кабеля.
Оптический кабель одномодовый имеет и стержень и оболочку, изготовленные только из стекла, а в качестве источника света — лазер. К тому же, кабель же ММ может иметь как стеклянные, так и пластиковые оболочку и стержень, а источником света для него служит светодиод. То есть одномодовый волоконно оптический кабель типа 9/125 используется как внутри зданий, так и на внешних магистралях. Как следствие, данный кабель можно закапывать в грунт или применять в качестве подвесного.
То есть кабель волоконно-оптический 50/125(OM2) многомодовый, применяется в оптических сетях с 10-гигабайтными скоростями, построенных на многомодовом волокне. В результате изменении спецификации ISO/IEC 11801 в таких сетях рекомендуется использовать тип патч-кордового кабеля класса ОМЗ с типоразмером 50 125. Оптический кабель многомодовый 50 125 предназначается для патч-кордов и разводки до рабочего места, и используется только внутри помещений.
Виды применяемых волокон.
В свою очередь, в производстве SM и MM кабелей используются одномодовые и многомодовые волокна следующих типов:
- одномодовое, рекомендация ITU-Т G.652.В (в маркировке тип “Е”);
- одномодовое, рекомендация ITU-Т G.652.С, D (в маркировке тип “А”);
- одномодовое, рекомендация ITU-Т G.655 (в маркировке тип “Н”);
- одномодовое, рекомендация ITU-Т G.656 (в маркировке тип “С”);
- многомодовое, с сердцевиной диаметром 50 мкм, рекомендация ITU-Т G.651 (в маркировке тип “М”);
- многомодовое, с сердцевиной диаметром 62,5 мкм (в маркировке тип “В”)
Претерминированная оптическая кабельная сборка (КСП) на базе оптического кабеля. То есть обеспечивает возможность организации линии оптической связи без сварки или установки разъемов на объекте монтажа. Более того, на данном кабеле заводским способом установлены коннектора. То есть существует множество преимуществ использования многоволоконных кабельных. Во-первых, это быстрая сборка и простая инсталляция. Во-вторых, высокое качество заводской оконцовки и полировки коннекторов. И в-третьих, малая зависимость от сезона и погодных условий.
КСП изготавливаются на основе магистральных кабелей и могут иметь от 1 до 48 волокон. То есть сборка может быть: бронированной стальной лентой (кабели для прокладки в канализацию), бронированной стальной проволокой (грунтовые кабели за исключением кабелей с двойным поливом брони), без брони (на основе внутриобъектовых кабелей или кабелей для задувки в трубы), а так же в подвесном варианте (на основе самонесущих кабелей и кабелей с выносным тросом). Претерминированные кабельные сборки производятся только под заказ, по техническим требованиям заказчика.
Многоволоконные оптические кабельные сборки – готовые к установке изделия, облегчающие монтаж волоконно-оптических сетей. То есть они готовы к подключению сразу после прокладки кабеля. В свою очередь, сборка и монтаж не требуются. К тому же, длина оптической сборки от 3 до 2000 м и данные оптические сборки пригодны для эксплуатации в температурном диапазоне -50-+50 градусов. То есть оптические кабельные сборки могут быть изготовлены на оптических волокнах многомодовых MMF (multi mode fiber) ММ (50/125 или 62,5/125) или одномодовых SMF (single mode fiber). К тому же, оптическое волокно устойчивое к изгибам, одномодовые волокна спецификации G.652 (минимальный радиус изгиба 30 мм) и G.657. оптическое волокно устойчивое к изгибам). Как следствие, волокна спецификаций G.652 и G.657 полностью совместимы друг с другом. То есть многомодовые волокна определяются стандартами: ОМ1(62,5/125), ОМ2(50/125), ОМ3(50/125).
Претерминированная транковая сборка представляет собой сегмент волоконно-оптического кабеля, оконцованный разъемами в промышленных условиях. То есть оконцованные и протестированные в заводских условиях транковые сборки позволяют гарантировать характеристики, которых невозможно достичь при полевой заделке. Транковые сборки используются для прокладки магистральных линий ЦОД и высокоплотных СКС, подключения абонентов сетей FTTх, а также для тестирования волоконно-оптических линий. К примеру, при прокладке разъемы транковой сборки оснащаются специальной защитой, позволяющей безопасно прокладывать кабель,а протяжка сборок внутри кабельных каналов осуществляется с помощью специальных петель (коушей), которые затем удаляются вместе с защитой при конечном подключении.
OTS Оптические транспортные системы
H+S разрабатывает спектральные мультиплексеры, сплиттеры, каплеры, 40 Гигабитные и 100 Гигабитные транссиверы.
Optipack – кабельные системы для ЦОД
Кабельные системы Optipack представляют собой кабельные сборки высокой плотности и разных конфигураций, то есть, в части используемых типов кабеля, соединителей и длин и служат для создания кабельной сети ЦОД. В свою очередь, за счет использования оптимизированных по весогабаритным параметрам кабелей системы Optipack позволяют рационально использовать рабочее пространство ЦОД, а физические свойства сборок с разъемами LC XD и/или MPO обеспечивают удобство коммутации и высокую надежность передачи данных со скоростями 40/100 Гбит/сек.
Кабели типа «гидра» MPO/MTP
Кабели типа «гидра» MPO/МТР используются для подключения оборудования со стандартными оптическими разъемами к многоволоконным сегментам MPO/МТР, в частности – для межсоединений внутри волоконно-оптических кассет МТР, а также в пределах стойки или шкафа. К тому же, конфигурация «гидра» обеспечивает переход от одного 12-ти волоконного интерфейса MPO/МТР к множеству стандартных оптических разъемов. То есть кабели «гидра» можно подключать к активному оборудованию напрямую. В результате доступны различные типы оптического волокна.
Патч-корды волоконно-оптические MPO/MTP
Патч-корды MPO/МТР могут применяться, во-первых, для межсоединений в высокоплотных волоконно-оптических системах. В результате позволяет подключать оборудование к многоволоконным сегментам. В данных кордах используется оптоволоконный кабель уменьшенного диаметра (mini-core) и многоволоконные разъемы MPO/МТР, волокна с низкими потерями на изгибах малого радиуса, а также различные варианты кабелей и исполнений разъемов по заказу.
Патч-корды MPO/MTP
Во-первых, организация зон распределения в ЦОД и высокоплотных СКС
Во-вторых, коммутация приложений 10G Ethernet Fiber Channel, InfiniBand
В-третьих, подключение оборудования к кассетам с разъемами MPO/МТР
К тому же, основным поставщиком высококлассных изделий является швейцарская компания HUBER+SUHNER AG – глобальный поставщик ВЧ и СВЧ соединителей, коаксиальных кабелей, антенн, резистивных компонентов, аксессуаров для измерений, оптических компонентов и электрических кабелей.
ODF-панель (Optical Fiber Distribution Frame — рамка оптического распределения). То есть панель для распределения оптических волокон. К тому же, данная панель используется для распределения оптических волокон кабеля с целью дальнейшего удобства их коммутации.
В результате, Модульная и масштабируемая система коммутации оптических линий, обеспечивающая передачу данных в 10 и 40/100 Гбит.
IANOS® – Building blocks for next generation data centers
Система IANOS обеспечивает быструю, удобную и масштабируемую коммутацию оптических волокон в центрах обработки данных. Более того, название данной системы связано с именем двуликого персонажа Римской мифологии, способного смотреть в прошлое и в будущее одновременно. К тому же и система IANOS впитала в себя как предыдущий опыт компании, так и позволяет внедрять технологические решения, ориентированные в будущее.
К тому же, шасси IANOS позволяют разместить 72 LC или МТР порта в 1U, и, соответственно, 288 портов в 4U. То есть такая высокая плотность коммутации позволяет высвободить полезное и дорогое пространство ЦОД для размещения активного оборудования, генерирующего выручку.
Как следствие, система IANOS была разработана специально для применения с серверами и коммутаторами. В результате шасси 1U используются с оборудованием низкой и средней плотности, а шасси 4U – с SAN коммутаторами высокой плотности.
К тому же, система обеспечивает передачу 10 Гбит с LC соединителями и 40/100 Гбит с MPO разъемами. То есть гибкость данной системы и миграция на более высокие скорости передачи данных с одной обеспечивается благодаря использованию модулей различной емкости и конфигурации.
Стойки для высокоплотной коммутации оптических волокон в зоне MDA.
LISA (Leading Inter-connect System Approach)
Стойки глубиной всего 300 мм и доступом с фронтальной стороны могут быть размещены у неиспользуемых стен, а также «спиной к спине» в ряду серверных шкафов. К тому же, емкость данной стойки LISA (900х300х2200/47U) – 1620 портов (3240 волокон) на LC и 1080 портов (25920 волокон) на MPO соединителях. То есть в отличии от стоек в 19” конструктиве, все манипуляции по подключению и отключению портов в стойке LISA осуществимы с фронтальной стороны. Более того, отсек для укладки патчкордами позволяет удобно и безопасно для сети коммутировать все порты по принципу «любой с любым».
LISA side access fiber management in the data center
LC-коннектор. Коннекторы типа LC – это малогабаритный вариант SC-коннекторов. То есть данный коннектор также имеет прямоугольное сечение корпуса. Более того, конструкция исполняется на пластмассовой основе и снабжена защелкой, подобной защелке, применяющейся в модульных коннекторах медных кабельных систем. Как следствие, и подключение коннектора производится схожим образом. К тому же, наконечник изготавливается из керамики и имеет диаметр 1.25 мм.
В свою очередь, оптические модули используют преимущественно два типа разъемов. Во-первых, SC. А во-вторых, LC. То есть, имея в наличии патчкорд с разъемом SC, вы не подсоедините его к разъему LC.
Оптические разъемы LC при высокой плотности монтажа
Оптический интерфейс типа LC (Lucent Connector) – один из самых широко используемых типов разъемных соединителей. В свою очередь, 30 компаний официально обладают лицензией на производство данного типа интерфейса. Среди главных преимуществ оптического соединителя LC – возможность разместить дуплексный оптический порт на той же площади, что и медный порт RJ45, к тому же в соединителе LC используется схожий механизм фиксации защелкой.
До недавнего прошлого удельный вес оптической проводки в общем объеме кабельной системы составлял менее 10%, поскольку основные задачи подключения активного оборудования эффективно решались с помощью традиционных медножильных СКС различных категорий. То есть, ситуация начала меняться с появлением 10G Ethernet и развитием инфраструктуры сетей хранения данных, работающих по протоколу Fibre Channel, который требует более низкого уровня потерь в канале.
Ограниченность доступных площадей в машинных залах ЦОДов и общий рост числа единиц активного оборудования на единицу площади зала привели к появлению более эффективного – с точки зрения размеров, энергопотребления и охлаждения – активного оборудования. В свою очередь, это заставило производителей структурированных кабельных систем адаптировать свои решения для размещения большего количества пассивных оптических портов за счет внедрения малогабаритной дуплексной розетки LC.
SFP
SFP (англ. Small Form-factor Pluggable) — промышленный стандарт модульных компактных приёмопередатчиков (трансиверов), используемых для передачи и приема данных в телекоммуникациях.
То есть модули SFP используются для присоединения платы сетевого устройства (коммутатора, маршрутизатора или подобного устройства) к оптическому волокну или неэкранированной витой паре, выступающим в роли сетевого кабеля. В результате, на смену громоздкому модулю GBIC, пришел модуль SFP. Модуль имеет разъём, сопоставимый по размеру с разъёмом 8P8C, то есть, позволяет на 1 юните (1U) 19-дюймового телекоммуникационного оборудования разместить до 48 оптических портов. Как следствие, наиболее распространённые области применения SFP-модулей — передача данных в телекоммуникационных сетях на скоростях выше 100 Mbps с использованием следующих технологий.
Во-первых, Ethernet: 100 Mbps, 1 Gbps, 1,25 Gbps, 10 Gbps, 20 Gbps
Во-вторых, SDH: STM-1 (155 Mbps), STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2488 Mbps).
В-третьих, Fibre Channel: 1, 2, 4, 8, 16 Gbps.
К тому же, встречаются универсальные SFP-модули, которые способны транспортировать как 100 Мбит Ethernet, 1 Гбит Ethernet, так и STM4 и STM16-потоки. Во-первых, для подключения к модулю используется оптический кабель, оконцованный разъёмом типа LC. Во-вторых, для использования в 10 Гбит сетях есть форм-факторы модулей XFP, X2, XENPAK. Например, популярна модификация разъема SFP для скоростей в 10 Гбит – SFP+. В свою очередь, стандартно используются разъёмы типа LC или SC.
SFP модули существуют в вариантах с различными комбинациями приёмника (RX) и передатчика (TX). В результате это позволяет выбрать необходимую комбинацию для заданного соединения, исходя из используемого типа оптоволоконного кабеля: многомод (MM) или одномод (SM).
В свою очередь, разновидности SFP-модулей разнообразны. Во-первых, 850 нм 550 м MMF — SX. Во-вторых, 1310 нм 10 км SMF — LX. В-третьих, 1550 нм (40 км — XD, 80 км — ZX, 120 км — EX или EZX) и DWDM. В-четвертых, 1310/1550 нм 10 км SMF — BX. К тому же, существует CWDM и одноволоконные двунаправленные (1310/1550 нм UpStream/DownStream) SFP-модули.
Различные стандарты
Комитетом 802.3 принято множество разных стандартов Ethernet. То есть, оптические модули поддерживают один из них.
Сейчас распространены следующие типы:
- 100Base-LX — 100 мегабит по волокну на 10км
- 100Base-T — 100 мегабит по меди на 100 м
- 1000Base-LX — 1000 мегабит по волокну на 10 км
- 1000Base-T — 1000 мегабит по меди на 100 м
- 1000Base-ZX — 1000 мегабит по одномодовому волокну на 70 км
- 10GBase-LR — 10GE по одномодовому волокну на 10 км
- 10GBase-ER — 10GE по одномодовому волокну на 40 км
Fibre Channel Protocol (FCP) — транспортный протокол (как TCP в IP-сетях), инкапсулирующий протокол SCSI по сетям Fibre Channel. Является основой построения сетей хранения данных.
| Версии Fibre Channel | |||||
| Название | Линейная скорость (Gbaud) | Линейное кодирование | Производи-тельность ном. (МБ/с) | Пропускная способность (МБ/с) | Год |
| 1GFC | 1,0625 | 8b10b | 100 | 103,2 | 1997 |
| 2GFC | 2,125 | 8b10b | 200 | 206,5 | 2001 |
| 4GFC | 4,25 | 8b10b | 400 | 412,9 | 2004 |
| 8GFC | 8,5 | 8b10b | 800 | 825,8 | 2005 |
| 10GFC Последовательный | 10,51875 | 64b66b | 1 200 | 1 239 | 2008 |
| 10GFC Параллельный | 12,75 | 1500 | 2008 | ||
| 16GFC «Gen 5» | 14,025 | 64b66b | 1 600 | 1 652 | 2011 |
| 32GFC «Gen 6» | 28,05 | 64b66b | 3 200 | 3 303 | 2016 |
| 128GFC «Gen 6» | 4×28,05 | 64b66b | 12 800 | 13 210 | 2016 |
Таким образом, Fibre Channel широко применяется для создания сетей хранения данных (Storage Area Networks). То есть благодаря высокой скорости передачи данных, малой задержке и расширяемости практически не имеет аналогов в этой области. Более того, в последние годы, область его применения постепенно перемещается в сегмент высокопроизводительных систем и решений, а бюджетный сегмент осваивается недорогими решениями iSCSI на базе Gigabit Ethernet и 10G Ethernet.