EduardKoza1, JozefPavlov1, IvanGolian2 Oddelenie inžinierstva1, oddelenie kvality2 Sylex s.r.o., Mlynské luhy 31, 82105 Bratislava
Abstrakt
Zvýšený dopyt po dátových centrách vyvolal otázku o výkonnosti pripojení potrebných na prepojenie dvoch sieťových bodov. Táto biela kniha sa zaoberá súčasnými a budúcimi možnosťami riadenia dátového centra pomocou dostupnej technológie prepojenia založenej na viacvláknových konektoroch, ako je MTP®.
1. Úvod
Pri súčasných zvýšených nárokoch na aplikácie dátových centier sa čoraz častejšie objavuje otázka o dĺžke a počte konektorov, ktoré môžu byť medzi dvoma bodmi siete. Existuje aj niekoľko dôvodov, ktoré vedú k potrebe vyšších sieťových prenosových rýchlostí, ako je FCoE, virtualizácia, štvorjadrové (osemjadrové) procesory, konvergencia sietí. Toto zvýšenie rýchlosti prenosu dát je náročné a ovplyvňuje kvalitu/výkon fyzických vrstiev. Okrem toho má tento problém veľké opodstatnenie, pretože norma TIA-568-C.0 deklaruje, že akákoľvek 10 Gb linka postavená na kábloch OM3 môže mať maximálnu vložnú stratu 2,6 dB. Výrobcovia systémov a subsystémov čelia požiadavke dvoch základných, ale veľmi náročných požiadaviek. Najprv je jasne deklarovaná celková strata vedenia (2,6 dB). Druhým dôvodom je pokračujúci rast a odliv pracovníkov v dátových centrách, čo spôsobuje problémy pri implementácii fyzickej siete.
2. Zmeny v dátovom centre
Manažéri dátových centier sa presúvajú od architektúr typu bod-bod k lepšie spravovateľným/škálovateľným architektúram štruktúrovanej kabeláže s viacvláknovými konektormi s vysokou hustotou. To znamená, že je veľmi ťažké predpovedať konečný počet bodov spojovacieho párovania. Za týchto neistých podmienok je jedinou možnosťou, ako splniť rozpočet na energiu, ponúknuť výrobky, ktorých parametre presvedčia zákazníkov o ich vhodnosti pre celú pripravovanú aplikáciu. Okrem toho by mali byť vopred pripravené na iné aplikácie, ako napríklad 40 alebo 100 GB, ktorých limitné hodnoty rozpočtu IL na trasu sú ešte prísnejšie. (Pozri tabuľku 1).
Tieto vysoko výkonné sieťové systémy sú založené na multimódových vláknach typu OM3 alebo OM4, ktorých typická hodnota strát nesmie podľa normy IEC 60793 prekročiť 3,5 dB/km pri vlnovej dĺžke 850 nm. Na základe všeobecných skúseností z odvetvia (zistenia spoločnosti Siemon) je preukázané, že jednotlivé prepojovacie káble používané v aplikáciách dátových centier sú v priemere krátke (obr. 1).
Napriek tomu môže nastať situácia, že celé vedenie alebo dokonca len jeden spojovací kábel bude na hranici maximálnej dĺžky 300 m. Skutočné inštalačné postupy (viazacie pásky, nadmerné ohyby kábla atď.) spôsobujú zvýšenie vložných strát (IL). Aj káblové zostavy sa spájajú alebo spájajú v štruktúrovanej káblovej architektúre, čím sa pridávajú ďalšie (možno neplánované) dĺžky fyzických spojení a ďalšie vložné straty pri prechode z MTP® na LC pre 10GbE. Tieto nové štruktúrované kabeláže poskytujú väčšiu flexibilitu fyzickej vrstvy a možnosť správy, ale môžu tiež zvýšiť dĺžku kábla a párovanie konektorov v prepojení. Manažéri dátových centier požadujú flexibilne spravovateľnú káblovú sieť so zárukou splnenia budúcich požiadaviek na výkon spojenia. Riešenia štruktúrovanej kabeláže implementované s konektormi MPO/MTP® s vysokou hustotou poskytujú správcovi dátového centra vysokú úroveň spravovateľnosti a flexibility, avšak nízkovýkonné optické zostavy môžu spôsobiť problémy s výkonom siete pri škálovaní rýchlosti prenosu dát, rekonfigurácii siete alebo pri nesprávnych inštalačných postupoch, čím sa znižuje úsilie pri inštalácii štruktúrovanej káblovej siete s vysokou hustotou.
Ďalším určujúcim prvkom okrem kábla je konfigurácia dvoch typov konektorov, hlavne vo verzii LC duplex a MPO/MTP®. Konektory LC sú v súčasnosti štandardom pre všetky optické aplikácie a optická komunita o ich parametroch nepochybuje (pokiaľ ide o renomovaných výrobcov). Konektory typu MPO/MTP® môžu byť v konfigurácii 8F až 72F. Pomaly, ale isto získavajú výnimočné postavenie v špecifických aplikáciách ako široko akceptované vysoko výkonné riešenie optických konektorov s veľmi rastúcim rozsahom inštalácie.
Spoločnosť Sylex, s.r.o., ako jeden z lídrov v oblasti MT konektivity na európskom trhu, prijala požiadavku na maximálny rozpočet IL ako výzvu. Program spoločnosti pokrýva komplexnú škálu produktov určených pre aplikácie dátových centier. Ako už bolo uvedené, väčšina výrobkov je založená najmä na konektoroch MTP® / MPO a LC, kde strana MT môže byť alternatívne realizovaná z dvoch “mutácií” konektorov MT, t. j. MPO alebo MTP®. Oba konektory sú navzájom plne kompatibilné, ale konektory typu MTP® od spoločnosti USConec majú niekoľko drobných, ale veľmi dôležitých vylepšení:
- Odnímateľný kryt na zmenu pohlavia a prepracovanie
- Kovová svorka (eliminuje stratu kolíkov, zvyšuje silu pružiny a eliminuje poškodenie vlákien pružinou)
- Zapustená svorka čapu na zabránenie kontaktu pružiny s páskou Oválna pružina pre väčšiu vôľu pásky
- Zvýšený plavák objímky na zlepšenie mechanického výkonu (patent USA 6 085 003)
- Elipsovitý hrot vodiaceho kolíka na zvýšenie odolnosti vďaka menšiemu opotrebovaniu vodiacich otvorov (patent USA 6 886 988)
Tieto vylepšenia prispeli k rozhodnutiu, že celý program MT spoločnosti Sylex je založený na konektoroch, ktorých vlastnosti možno zhrnúť slovami: “Konektor MTP® je vysoko výkonný MPO!”
3. Požiadavky na testovanie
Keďže deklarácia parametrov produktu v aplikáciách datacentra je jasne definovaná, v rámci spoločnosti Sylex, s.r.o. bol vykonaný test reálnej konfigurácie, ktorú z hľadiska pripojenia predstavuje typické pripojenie 10 Gb linky v datacentre, pričom sa uvažuje s maximálnou možnou dĺžkou 300 m. Ďalším dôležitým faktorom je, že všetky pripojenia MTP® boli náhodného typu. To znamená, že aj konektory použité v meracích a pomocných kábloch (od meracieho zariadenia a k nemu) boli rovnakej kvality ako merané konektory.
Vo všeobecnosti možno požadované definície (na základe normatívu) zhrnúť takto:
- dĺžka max. 300 m
- počet konektorov – teoreticky neobmedzený
- max. strata na vedení 2,6 dB
Testovacie predpoklady: LC konektory:
- IL<0,35 dB; priemerná hodnota SYLEX 0,034 dB
- Konektory MTP®:< stredná hodnota SYLEX 0,035 dB
- Káble na báze vlákna OM3 s deklarovanou stratou 2,5 dB/km pri 850 nm komerčne dostupné od európskeho výrobcu
Testovaný výrobok:
10 Gb spojenie s dĺžkou 300 m a 6 párovými pármi zložené z nasledujúcich štandardných produktov:
- 2 x MTP®(M)-SC 12F OM3 fanout, 2M
- 2 x MTP®(F)-MTP®(M) 12F, OM3, 147M
- 2 x kazeta Plug&Play MTP® – 12x LC, OM3, 0,35M
- 12 x LC-LC OM3 SXJP, 1,3M
3.1 Výsledky meraní
Dôležitým bodom celého merania je skutočnosť, že sa uskutočnilo za dvoch rôznych podmienok. Prvou možnosťou je zmerať celé vedenie pomocou filtra režimu TIA/EIA-455- 171A, ktorý sa bežne používa v podmienkach všetkých výrobcov. Hlavným dôvodom bola jeho jednoduchosť a predovšetkým prijateľná cena. Druhou možnosťou je použitie regulátora režimu, ktorý vytvára podmienky merania EFLUX (podmienky vypustenia obklopeného toku na 50um vlákne; 850/1310 nm) definované v IEC 61280-4-1. Výrobcovia túto metódu nepoužívajú najmä kvôli nákladom, pretože regulátory režimu sú veľmi drahé. Dôležitou informáciou je, že takmer vždy sú hodnoty namerané regulátorom režimu menej priaznivé ako hodnoty namerané filtrom režimu.
Merania vykonané v rámci spoločnosti Sylex, s.r.o., boli vykonané oboma metódami s cieľom potvrdiť, že výsledky v súlade s normou TIA-568- C.0 pre 10GbE OM3 linky možno dosiahnuť aj v najťažších testovacích podmienkach.
Pre celkový prehľad sú uvedené všetky namerané hodnoty (tabuľka 1 a tabuľka 2), nielen priemerné hodnoty. Konektory s jedným vláknom sú prakticky konektory tried deklarovaných v IEC 61753. Zákazníci bežne vyberajú požadovanú triedu kvality konektorov pre výpočet rozpočtu IL na základe “strednej” hodnoty, pričom je známa aj maximálna hodnota pre viac ako 97 % testovaných vzoriek. Pri vyhodnocovaní nášho merania vychádzame z najhorších hodnôt, aby sme simulovali najnepriaznivejšiu situáciu v konkrétnej perspektívnej aplikácii.
3.2 Hodnotenie
Max. dosiahnutá hodnota straty celého testovaného vedenia:
- s módovým filtrom (MF) je 1,57 dB (pri 850 nm) a
- s regulátorom režimu (MC) je 1,7 dB (pri 850 nm). (pri tomto type merania sa potvrdil predpoklad horšej hodnoty)
Na základe jednoduchého výpočtu je zrejmé, že podľa štandardných požiadaviek má celá linka ešte rezervu IL 1,03 dB (MF) alebo 0,9 dB (MC) v porovnaní s maximálnou hodnotou 2,6 dB. V celom rade je 6 optických párov, pričom 4 z nich sú založené na konektoroch MTP®. Podľa výrobcu vlákna je samotná strata vlákna 0,75 dB na 300 m. Samotné kĺby majú hodnotu 0,82 dB (MF) alebo 0,95 dB (MC). Ak by sme urobili veľmi hrubú extrapoláciu, jeden optický spoj na celom vedení bude predstavovať stratu 0,137 dB (MF) alebo 0,159 dB (MC). Na dosiahnutie limitov definovaných normou by táto linka mohla obsahovať ďalších 7 (MF) alebo 5 (MC) optických párov (pod podmienkou, že dĺžka linky je maximálna a celý priestor IL by sa mal použiť len na spojenia). Napriek tomu, že extrapolácia nie je úplne presná, získavame celkový prehľad o priestore IL pre ďalšie optické spoje, ktorý je k dispozícii v celom testovacom reťazci. Táto rezerva alebo rezerva rozpočtu straty spojenia sa môže použiť aj na absorbovanie zlých inštalačných postupov, ako sú tesné ohyby káblov, viazacie pásky a nové budúce aplikácie, napríklad štruktúrovaná kabeláž.
Dôležitým záverom celého merania je aj zistenie, že tento druh vedenia je z hľadiska strát vhodný aj pre 40Gb/s alebo 100Gb/s aplikácie, ktoré majú limit IL stanovený na 1,9 dB pre OM3, pričom jeho maximálna dĺžka je 100 m. Ak by sme skrátili celú linku na 100 m pre OM3 a zachovali počet optických spojov, voľný priestor rozpočtu IL nastavený pre 40 Gb/s a 100 Gb/s bude:
Kábel OM3 0,83 dB (MF) a 0,7 dB (MC); limit IL podľa IEEE 802.3ba (max. 1,9 dB)
Samozrejme, môže sa objaviť tvrdenie, že systémy s rýchlosťou 40 a 100 Gb/s budú s najväčšou pravdepodobnosťou postavené na paralelnom prenose. Najmä v prípade 100 Gb/s by sa to týkalo 24F MTP® spojov, ktoré by mohli mať horšie hodnoty IL ako testované 12F spoje. Je potrebné spomenúť, že už existuje technológia publikovaná napríklad spoločnosťou Altera, ktorá vykazuje prenosovú rýchlosť 25 Gb/s. Teoreticky teda aj konektor 12F MTP® v zapojení určenom pre 40 Gb/s dokáže prenášať 100 Gb/s. (Obr. 3)
4. Záver
Test 300 m dlhého vedenia OM3 postaveného na kombinácii konektorov LC a MTP® ukázal, že je možné bez problémov vytvoriť konfiguráciu kompatibilnú so štandardom pre prenosy 10 Gb/s a že má stále rezervu pre stratu spojenia takmer 40 % rozpočtu IL. Je viac ako optimistické tvrdiť, že tá istá linka je vhodná aj na prenosy vyžadujúce rýchlosť 40 až 100 Gb/s. Tu musíme poznamenať, že systémy s rýchlosťou 40/100 Gb/s budú fungovať na paralelných riešeniach, preto je k dispozícii aj celá rezerva strát spojenia z jednovláknových konektorov LC. Nevyhnutným predpokladom je však mať materiály vynikajúcej kvality, ktoré v našom prípade predstavujú výrobky od spoločnosti USConec. Rovnako dôležité je aj know-how spoločnosti Sylex v oblasti výrobných a leštiacich procesov, ktoré dokážu zabezpečiť optické a geometrické parametre na úrovni potrebnej na dodržanie limitov IL 2,6 dB pre 10 Gb/s a 1,9 dB pre 40 a 100 Gb/s.
7. Príloha
