Veri Merkezlerinde Yüksek Hızlı Bağlantılar İçin Fiber Optik Alt Yapı Yazı Dizisi-2

Veri Merkezlerinde Yüksek Hızlı Bağlantılar İçin Fiber Optik Alt Yapı
Yazı Dizisi-2

Kutlugün Sürmeli, Jim Young

Dupleks iletişim mi veya Paralel iletişim mi?

Ethernet ve Fiber Kanal'ın evrimi, piyasada beklenen zaman çizelgeleri içinde 10G'nin ötesine geçmektedir ve daha yüksek hızların sağlanması için birlikte çalışacak çok sayıda yaklaşım gerektirmektedir. Uçtan uca bağlantının performansını ve kapasitesini arttırmak için daha verimli modülasyon, çoklu iletim şeritleri, çoklu fiberler ve / veya çoğullama kullanılabilir. Daha yüksek hızlar elde etmek için nispeten basit bir teknik, birden çok şeridin paralel olarak kullanılmasıdır, örneğin, 40G'yi desteklemek için her yönde dört fiber ve 100G'yi desteklemek için her yönde on fiber gibi. Çoklu fiber çiftleri destekleyen MPO konektörleri, bu uygulamalar için mükemmel bir uyum sağlar.

Şekil 5: MPO bağlantısı kullanarak Paralel İletim

40GBASE-SR4, 100GBASE-SR10, 100GBASE-SR4 veya 400GBASE-SR16 gibi standartlar, bu iletim teknolojisini kullanır ve kanal başına 10G veya 25G'e dayalı birden fazla bağlantı ekleyerek gerekli hızı elde ederler. 100G-PSM4 gibi single modlu protokoller bile aynı paralel teknolojiyi kullanır. Açıkçası, fiber optiklere duyulan daha fazla ihtiyaç, dağıtımı daha pahalı hale getirmektedir, ancak paralel optik alıcı-vericiler, daha hızlı uygulamalar ile daha hızlı pazarlanmak için nispeten hızlı bir şekilde geliştirilebilmektedir.

Multi modlu fiberler üzerinden Short Wave Division Multiplex (SWDM) uygulamasıyla beraber paralel fiber yapısı kullanılmadan 40G veya 100G'ye geçiş mümkün kılınmıştır. Bunun yerine, aynı fiber üzerinde çoklu dalga boyları birleştirilmektedir. Artık daha az maliyetli ve daha verimli yeni altyapı uygulamaları veya mevcut kablo tesisinin yeniden kullanımı için sadece iki fiber veya tek bir çift yönlü bağlantı kullanılarak daha yüksek hızlar elde edilmektedir.

Endüstride ortaya çıkan ilk örnek, fiber başına yön başına bir dalga boyu kullanan Cisco 40G-BiDi idi. Bugün 100G-BiDi, 40G-SWDM4 ve 100G-SWDM4 gibi diğerleride mevcut. Bu teknolojiler, paralel MMF veya SMF seçenekleriyle karşılaştırıldığında çok daha düşük maliyetler sağlayan birçok kullanıcı tarafından benimsenmiştir.

Şekil 6: SWDM Teknolojisi ve OM5 Bant Genişliği

SWDM teknolojisi şu anda, çok modlu fiberlerde ilk pencerede çalışan dört dalga boylu (850nm, 880nm, 910nm, 940nm) kullanmaktadır. Bu nedenle, TIA veya IEC gibi farklı uluslararası fiber optik standardizasyon komiteleri, ek dalga boylarını destekleyecek yeni bir optik fiber türünü standartlaştırmak için çalışmaya başladı. Haziran 2016'da, TIA TR-42, Geniş Bant Çok Modlu Fiber (WBMMF) veya OM5 olarak da bilinen TIA-492AAAE fiberini standardize etti. OM5 şu anda EIA / TIA 942-B veya ISO / IEC 11801-5 gibi yönetmeliklerde veri merkezlerindeki fiber optik bağlantıların dağıtımı için bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır.

İnceleme, single mod'lu alıcı-vericilerin multi mod'lu alıcı-vericilere kıyasla daha pahalı olduğunu göstermiştir. Şekil 7'de gösterildiği gibi, 100GBASE-SR4 ile 100G SWDM4 alıcı-vericilerinin karşılaştırılmasında yaklaşık % 20'lik bir maliyet artışı göstermektedir.

Şekil 7: 100G Fiberlerin alıcı-vericilerinin göreceli maliyeti.

Toplam bağlantı maliyeti hem pasif kısmı içerir (fiber kablolar, paneller ve patch cord'lar), ve akfif cihazları içerir (transceiver'lar: vericilier). Bağlantı uzunluğu arttıkça pasif maliyetler artar ve toplam bağlantı maliyetinin önemli bir parçası olur. Aşağıdaki görüntü, 100GBASE-SR4'ü referans olarak kullanarak 100G bağlantılarını uygulamak için, alıcı-vericiler için ortalama piyasa fiyatlarını ve pasif fiber optik bağlantıyı kullanan genel bağlantı maliyeti karşılaştırmasını göstermektedir.

Şekil 8: SR4 ve diğer alternatifler arasında 100G maliyet karşılaştırması.

IEEE 802.3 Yeni Nesil Multi Mod Fiber (NGMMF)

Kasım 2017'de IEEE, multi mod fiberleri yüksek hızlarda kullanmaya devam etme olasılıklarını araştırmak için NGMMF çalışma grubunu oluşturdu. Bu çalışma grubuna birçok endüstri uzmanı katkıda bulunmuştur. Google ve diğerleri gibi büyük Bulut sağlayıcıları bile 400G-SR8 için destek sağlama hedefine yardımcı olmuştur. (8 multi mod'lu dubleks bağlantılar).

Paralel olarak, ISO / IEC JTC1 SC25 WG3, çok modlu fiber kullanan kanalların yüksek hızlı geçişi için bir kılavuz görevi gören bir Teknik Rapor üzerinde çalışmaya başlamıştır.

Temmuz 2018'de, 400G SR4.2 MSA (Çoklu Kaynak Anlaşması), Cisco dahil bir grup ağ şirketi tarafından yönetildi. (https://www.400gbidi-msa.org/).

IEEE ayrıca 400G SR 4.2 standardı için bir temel kabul etti – IEEE standardı ve MSA'nın her ikisi de aynı sonucu, 400G Multi Mod Fiber optikleri hedeflemektedir. Cisco, IEEE'nin standartlarına yönelik bir ortak temel referansı benimsemesi olasılığına karşı korunmak için bir MSA grubu başlatmıştı. Bi-di taban çizgisinin benimsenmesi ile MSA özellikle gerekli olmayabilir. MSA'nın ilk bitirmesi muhtemel olsa da, IEEE'nin bu yılki sürüm 1.0'a sahip olması gerekiyor. MSA'lar IEEE standartları ile aynı düzeyde bilgi sağlamamaktadır ve alıcı-verici üreticileri IEEE teknik özelliklerine göre çalışacaktır.

Her iki protokol, MSA ve IEEE 400G SR4.2, Multi Mod fiberin düşük maliyetinden yararlanır ve her fiberde 2 dalga boyunu içerir, ve aynı zamanda SWDM teknolojisi ile bağlantı başına 8 fiber kullanması gereklidir, böylece OM5 MSA'da ve IEEE'de standart olarak sunulmuştur. Cisco ve bu girişimleri destekleyen diğer fiber optik üreticileri ile birlikte bu OM5 için önemli bir artıştır.
OM5 şimdi, OM4 için 100 metreye karşı 150 metre olarak listelenmiştir.

Şekil 9: 400G SR4.2 iletim şeması

Özet

Mevcut ve gelecekteki veri merkezlerinde ihtiyaç duyulan yüksek hızlı aktarım için iki fiber optik altyapı alternatifi vardır, single mod ve multi mod çözümler. Geleneksel olarak, multi mod fiberler, daha düşük toplam sahip olma maliyeti göz önüne alındığında, single mod'dan daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yeni multi mod fiber teknolojileri sunulmasıyla beraber bu ilişki bugün 100G ve 400G'de devam ediyor gibi görünmektedir.

SWDM gibi yeni iletim teknolojileri ile birlikte OM5 gibi yeni multi mod fiberlerin ortaya çıkması, daha yüksek hızlı veri merkezi bağlantılarının dağıtımı için etkin maliyeti düşürecektir. IEEE 802.3 NGMMF çalışma grubuysa zaten 400 Gbps'ye kadar multi mod hedefler üzerinde çalışmaktadır.

Multi mod optik fiberler veri merkezlerinde var olmaya devam ediyor ve bundan sonrada olmaya devam edecek. Farklı tipte çok modlu fiberleri keşfetmek ve bilmek için gerekli zamanı ayırmak gereklidir, örnek olarak OM3, OM4 ve OM5 gibi. Dubleks ve SWDM gibi farklı iletim teknolojilerinin ve maliyetlerinin yanı sıra her bir alternatif için izin verilen maksimum mesafeleri bilmek de gereklidir. Bu şekilde, altyapılardan sorumlu olanlar, seçimlerinin mevcut ve gelecekteki ihtiyaçları doğrultusunda mümkün olan en düşük nakit maliyetiyle kesinlik kazanacaklardır.

Aşağıdaki görüntü, farklı hızlarda yukarıda tartışılan alternatiflerin ulaştığı maksimum mesafeler hakkında bir fikir vermektedir.