OM5: Hip or Jive? | Data Center | Corning

por Scott Gregg Corning Optical Communications
Presente en Cabling Installation and Maintenance de septiembre de 2017

La fibra multimodo (del inglés MMF) OM5 se presentó con mucha fanfarria en 2016, pero hasta ahora ha tenido muy pocas implementaciones. ¿Por qué? ¿Y por qué se creó OM5 en primer lugar? Qué esperar en el futuro: ¿OM5 va a colar?

MMF sigue siendo el tipo de fibra dominante que se utiliza en las redes de área local (LAN) y los centros de datos (DC), ya que casi siempre resulta en el costo de enlace más bajo (definido como el costo de la fibra, la conectividad y los transceptores ópticos) para distancias cortas. Pero la época en que OM1 y OM2 aprovecharon la mayoría de las implementaciones ya pasó. Hoy, quienes dictan las reglas son las fibras con mayor ancho de banda, como OM3 y OM4. Y recientemente, OM5 se unió a la fiesta. Para comprender las circunstancias en las que nació OM5, es necesario comprender algunas cosas sobre los transceptores ópticos y los estándares que los rigen.

Primero, debemos comprender la distinción entre transceptores que cumplen con los estándares y transceptores propietarios. Cuando hablamos de transceptores que cumplen con los estándares en un contexto de Ethernet, estamos hablando de una orientación de transmisión y recepción óptica que ha sido ratificada como parte de un estándar Ethernet IEEE 802.3. Cuando hablamos de transceptores propietarios, estos son transceptores cuya orientación no es parte del estándar IEEE, ya sea porque la tecnología dependiente del medio físico (del inglés PMD) propuesta no obtuvo suficientes votos de los miembros para ser incluida en el estándar, o porque el transceptor usa una tecnología que nunca se ofreció para convertirse en parte de un estándar industrial abierto. Es importante hacer esta distinción entre transceptores compatibles con IEEE y transceptores propietarios, porque en los últimos años hemos visto una proliferación de los tipos de transceptores disponibles en el mercado, muchos de los cuales son diseños propietarios.

En el universo Ethernet de 1G a 100G, todos los transceptores multimodo que cumplen con los estándares tienen una cosa en común: utilizan láseres emisores de superficie de la cavidad vertical (del inglés VCSEL), que operan en la longitud de onda de 850 nm. Cuando los VCSEL comenzaron a estar disponibles comercialmente, fueron diseñados para producir luz a 850 nm, que era una de las longitudes de onda operativas especificadas de MMF. Como los VCSEL operaban a 850 nm, las mejoras posteriores en el diseño y fabricación de fibras MMF se centraron en optimizar el ancho de banda de la fibra a 850 nm. Por ejemplo, cuando se introdujo la fibra OM4, ofreció mejoras significativas de ancho de banda sobre OM3 a 850 nm, con OM4 ofreciendo 4700 MHz/km de ancho de banda modal efectivo (del inglés EMB) a 850 nm, en comparación con los 2.000 MHz/km proporcionados por OM3.

Lo segundo que hay que saber sobre los transceptores multimodo es el concepto de transmisión en paralelo, que algunas personas denominan óptica paralela. Para velocidades Ethernet de 1G, 10G y 25G, los transceptores multimodo utilizan dos fibras, una transportando la señal de transmisión y la otra transportando la señal de recepción. Esto a menudo se denomina transmisión en serie y, dado que se trata de dispositivos de 2 fibras, la interfaz del conector del transceptor es el conector LC dúplex. Sin embargo, con la adopción del estándar Ethernet 802.3ba 40G en 2010, se introdujo el concepto de óptica paralela. En el caso del transceptor 40GBASE-SR4, tenemos cuatro fibras en paralelo, cada una de las cuales transmite 10G por fibra, y otras cuatro fibras reciben 10G por fibra cada una. Por lo tanto, estos transceptores requieren ocho fibras para un solo canal y, como resultado, el conector multifibra MTP® es la interfaz definida para el transceptor. Una de las principales características de los transceptores ópticos paralelos, como el 40GBASE-SR4, es que, dado que las fibras individuales transportan una señal 10G, un solo puerto MTP 40G en un conmutador se puede dividir en cuatro puertos LC dúplex 10GBASE-SR, que normalmente resulta en ahorros significativos en el costo de energía por puerto y una mayor densidad de puertos del conmutador. Con este tipo de división, una placa de línea con 32 puertos de 40G se puede dividir en 128 canales de 10G. Para los administradores de red que necesitan funcionalidad de división de puertos y distancias de 40G más allá de los 150 m admitidos por el transceptor 40GBASE-SR4, también se ha introducido un transceptor de rango extendido propietario, el eSR4.

¿Estás listo para saber qué puede hacer la fibra OM5? No te preocupes, ya casi llegamos. Como dijimos, en los últimos años hemos visto una gran cantidad de tipos de transceptores patentados llegar al mercado, comenzando con el transceptor BiDi 40G. El transceptor BiDi es un dispositivo de 2 fibras, con transmisión bidireccional en cada fibra. Cada fibra lleva una señal de transmisión y recepción, operando a diferentes longitudes de onda (850 nm y 900 nm). Dado que el transceptor BiDi requiere solo dos fibras, fue diseñado para proporcionar una ruta de migración de hasta 40G, donde la conectividad de fibra dúplex OM3 u OM4 ya estaba instalada, por lo que no se requeriría conectividad MTP adicional. Los transceptores BiDi han demostrado ser una buena solución para uplinks de switch de 40G. Es importante tener en cuenta que, como funcionan haciendo que cada fibra lleve una señal de transmisión y recepción, la funcionalidad de división de puertos no es compatible.

En esta pelea, teníamos otra tecnología de transmisión de transceptores, el transceptor multiplexado por división de longitud de onda corta (del inglés SWDM). Similar a BiDi, en el que para un circuito de 40G, un transceptor SWDM requiere solo una conexión LC dúplex de 2 fibras, el SWDM se diferencia en que opera en cuatro longitudes de onda por fibra en el rango de 850 a 940 nm, con una fibra dedicada a la transmisión y otra dedicada a la recepción. 

Al igual que con BiDi, el transceptor SWDM está diseñado para ofrecer a los administradores de red que tienen una base instalada de conectividad dúplex OM3/OM4 otra forma de migrar a 40G sin la necesidad de instalar fibras adicionales. Sin embargo, el hecho de que haya cuatro longitudes de onda de transmisión plantea una pregunta interesante para la industria: dado que el ancho de banda de la fibra OM3/OM4 normalmente se especifica solo a 850 nm, ¿cómo cuantificar el rendimiento máximo de este transceptor con una longitud de onda operativa de hasta 940 nm? La respuesta: la Telecommunications Industry Association (TIA) inició un grupo de trabajo en 2014 para desarrollar directrices para la denominada “fibra multimodo de banda ancha (del inglés WB MMF)” para soportar la transmisión SWDM. El estándar TIA-492AAAE para WB MMF se publicó en junio de 2016. MMB WB es efectivamente un tipo de fibra OM4, ya que aún necesita cumplir con los criterios de ancho de banda EMB de EMB ≥ 4700 MHz/km a 850 nm. Sin embargo, la WB MMF también tiene un ancho de banda especificado en 953 nm. La especificación EMB a 953 nm es ≥ 2470 MHz/km. Como WB MMF es una versión de OM4, una de las primeras propuestas de nomenclatura fue que debería utilizar la designación ISO/IEC OM4W. Sin embargo, la votación internacional resultante en octubre de 2016 otorgó a WB MMF una designación de 3 dígitos y nació la fibra OM5.

Solo para resumir hasta ahora, recapitulemos algunas cosas con respecto a los tipos de transceptores que discutimos y cómo la fibra OM4 se compara con OM5.

Dado que la fibra OM5 existe y tiene un mejor precio que OM4, debería proporcionar algún beneficio, ¿verdad? Bueno, sí, de lo contrario, no habría ninguna razón para que la industria creara un estándar para esto. Aquí es donde debemos considerar la capacidad de distancia de transmisión para las diversas combinaciones de MMF/transceptor. Si bien la mayoría de las empresas aún no están operando en 100G, ya que esta es principalmente la competencia de los operadores de centros de datos en la hiperescala, dado que sabemos que se acercarán velocidades más altas en el futuro, evaluaremos los recursos de distancia para 40G y 100G, según lo publicado especificaciones del fabricante del transceptor con conectividad estándar.

¿Qué observamos aquí?

1. Primero, al usar transceptores SR4 o eSR4, dado que estos transceptores operan solo a 850 nm, existen ventajas en términos de distancia para OM4 sobre OM3, pero ninguna ventaja para OM5 sobre OM4, ya que OM4 y OM5 cumplen con la misma especificación de ancho de banda a 850 nm.
2. A 40G, tanto BiDi como SWDM tienen una ventaja en términos de distancia para OM5 sobre OM4, ya que son transceptores de varias longitudes de onda. Sin embargo, las distancias OM4 de 150 m para BiDi y 350 m para SWDM ya son muy grandes y suficientes para la gran mayoría de aplicaciones MMF. Por ejemplo, los datos de la industria publicados revelan que, en el centro de datos, del 90 al 95% de los enlaces OM3/OM4 tienen 100 m o menos.
3. A 100G, existe una ventaja en términos de distancia OM5 para los transceptores BiDi y SWDM, ya que el OM5 proporciona un alcance de hasta 150 m, en comparación con el alcance de 100 m proporcionado por OM4. El alcance total más largo de 300 m lo proporciona el transceptor eSR4 con fibra OM4 u OM5.

Entonces, frente a todo esto, ¿cuál es el lugar adecuado para usar OM5? La respuesta es: “depende”. Para tomar esta decisión, necesitamos comprender una serie de factores relacionados con la velocidad de la red, la distancia de transmisión requerida y la tecnología del transceptor que se está utilizando.

Por ejemplo, si tienes la intención de utilizar transceptores que cumplan con los estándares, utilizarás un transceptor de tipo SR4 y OM5 no ofrece ninguna ventaja sobre OM4. O si sabes que necesitarás la función de división de puertos, utilizarás un transceptor de tipo SR4 o eSR4 y, de nuevo, OM5 no ofrece ninguna ventaja sobre OM4.

Ya sea que planees utilizar transceptores BiDi o SWDM, la velocidad de la red y la distancia de transmisión requerida se convierten en factores decisivos. Como hemos dicho, en un mundo de 40G, la mayoría de los administradores de redes no tendrán muchos enlaces más allá de 150 m, por lo que OM4 se adaptará a la mayoría de las necesidades, y el alcance de 440 m posible con la combinación OM5/SWDM es valioso para media docena de personas. Sin embargo, si planeas migrar a 100G y tienes una cantidad significativa de enlaces más allá de 100 m, OM5 tiene un escenario de uso, ya que proporciona 50 m de rango adicional sobre OM4. Dado que pocos administradores de red tienen enlaces MMF más allá de los 100 m y ha habido muy pocas implementaciones de 100G en redes LAN corporativas o de centros de datos, esto explica la muy lenta adopción de OM5 hasta ahora, ya que simplemente no había necesidad.

¿Qué esperar del futuro? Bueno, si tuviéramos una bola de cristal, la usaríamos para predecir los números de la lotería, en lugar de predecir las tendencias de implementación de la fibra. Sin embargo, a medida que las implementaciones corporativas de 100G comienzan a ser más frecuentes, OM5 puede volverse atractivo si se requiere un alcance de hasta 150 m. Las implementaciones de OM5 brindan alguna ventaja para los administradores de red que implementarán redes 100G utilizando transceptores BiDi o SWDM y que tienen enlaces entre 100 y 150 m. Actualmente, OM5 no está incluido como una opción de medios en ninguno de los estándares publicados de Ethernet o Fibre Channel, sin embargo, si los tipos de transceptores WDM se adoptan dentro de Ethernet o Fibre Channel en el futuro, sería lógico, entonces, que la fibra OM5 se incluyera como una opción de fibra disponible en los estándares, junto con la fibra OM3/OM4. Una cosa es segura: obtendrá el costo de enlace más bajo para la distancia requerida.