1.前言

　　多模光纖依然是數(shù)據(jù)中心中首選的較為經(jīng)濟(jì)的布線介質(zhì)，這是由于數(shù)據(jù)中心中那些相對較短鏈路都在利用低成本收發(fā)器所帶來的優(yōu)勢。當(dāng)多模光纖成為經(jīng)濟(jì)性的首選時(shí)，對于那些可能存在的較長的鏈路（如大于300米）和需要多個(gè)連接（增加插入損耗）的情形，它可能被認(rèn)為有局限性，在本文中，我們將主要對那些超出通道長度和損耗的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可能性進(jìn)行一些討論。

　　衰減與帶寬相互依存的類比論證

　　在文章中的字詞可以被大腦解讀，黑色的曲線和直線的形狀（文字）一定是可辨識的。為了使其發(fā)生,需要具備兩個(gè)基本要求:文字必須足夠亮,這樣他們可以到達(dá)眼睛中的傳感部位,和圖像必須聚焦,大腦可以識別形狀。將其類比為這三個(gè)過程：1) 將這些字符認(rèn)為是類似于光纖中的光脈沖（信息）；2)眼睛對光亮度的依賴關(guān)系，像接收機(jī)的靈敏度和信號衰減的影響（信號強(qiáng)度）和3)焦距或由于帶寬限制帶來相關(guān)畸變而在接收機(jī)形成的合成信號的模糊圖像 (信號純度)。

　　在我大部分時(shí)間都有很好的視力之后，45歲時(shí)候，我開始面臨遠(yuǎn)視的困擾（不能近距離地聚焦在某一事物上，也就是，我需要老花鏡）。第一次注意到這個(gè)情形是由于我在設(shè)法通過CD上的版權(quán)日期以確認(rèn)歌曲專輯的登記日期，我需要將CD移至遠(yuǎn)離我正常的閱讀距離，才能實(shí)現(xiàn)文字的聚焦。近期則更多的是與我工作有關(guān)的，當(dāng)我在與各種的光纖連接器或微小導(dǎo)管等產(chǎn)品工作時(shí)，我感受到了“無法將光纖與細(xì)小的孔徑配合”的綜合征。

　　有些聚焦問題是可以使用更明亮些的補(bǔ)償光源(照明燈)，不過,這種增加光源的補(bǔ)償方式對于聚焦問題的幫助也是有限的。增強(qiáng)亮度是選擇方法之一，我可能還需要做的是將目標(biāo)移動(dòng)到適當(dāng)?shù)慕咕辔恢茫ㄈ缤铱碈D 盒一樣）。對于任何一個(gè)有遠(yuǎn)視的人都知道，確保能夠看得清楚的解決方案，需要采取以下的一種措施：

　　1) 調(diào)整光源亮級以及眼睛和目標(biāo)物體間的距離直到找到看得清楚的最佳位置。

　　2) 買付眼鏡！

　　就像是光強(qiáng)度和眼睛焦距的關(guān)系一樣，在逐漸衰減的信號強(qiáng)度（多數(shù)是因?yàn)楣饫w和連接器的衰減）和光纖的距離限制（多數(shù)是由于光纖的帶寬）之間也存在類似的關(guān)系，特別是對于不斷提高的傳輸速度，為數(shù)不多的解決方案是：

　　1) 提高光脈沖的強(qiáng)度和/或縮短光源和光接收機(jī)之間的距離以確保正常工作狀態(tài)。

　　2) 升級你的系統(tǒng)！

　　在閱讀時(shí)的光亮與焦距之間的關(guān)系不是線性的，在光亮度非常低的地方，即使文字在我的視覺的焦距窗口之中，也仍然無法看清形狀。同樣地，如果光強(qiáng)度是理想的，但是文字不在我的焦距窗口之內(nèi)，也是無法閱讀這些打印的文字的。

　　在10G 光纖鏈路中，為了讓光接收機(jī)收到并讀懂光脈沖，我們需要確保光強(qiáng)度和“聚焦”之間的關(guān)系維持在一個(gè)理想的工作點(diǎn)。就如同隨年齡變化的視力一樣，老化的收發(fā)器也不得不受限于隨時(shí)間衰落的性能，相對于產(chǎn)品的初期使用而言，這時(shí)受到帶寬和損耗的影響會(huì)更加明顯。

　　IEEE的模型模擬了幾個(gè)參數(shù)和由此構(gòu)成的光接收機(jī)的性能，并闡述光脈沖通過光纖傳輸。康寧公司則使用改進(jìn)了部分參數(shù)和康寧公司系統(tǒng)組件的相同模型，這個(gè)模型可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)超越IEEE保守參數(shù)模型的更有信心的設(shè)計(jì)，允許擴(kuò)展距離（更長的鏈路）和更高的通道損耗（更多連接）的解決方案。本文提供了一個(gè)對模型的深度解析和康寧的降階評估表輸出從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以找到理想的臨界點(diǎn)和對于他們的網(wǎng)絡(luò)真正的極限。

　　2. 背景/初衷

　　我們看到如表1所示，大約每5-7年LAN和SAN協(xié)議的傳輸速度有一個(gè)階躍變化的增長，但是系統(tǒng)設(shè)計(jì)師通常會(huì)因?yàn)橐嵘俾识黄冉档托诺赖拈L度和損耗。采用多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，比如以太網(wǎng)和光纖通道通常定義了基于最長距離下的最大信道衰減，但是如果信道的損耗高于或距離長于給定的光纖類型上的規(guī)定值，那么這些標(biāo)準(zhǔn)是沒有提供相應(yīng)的選項(xiàng)。表2總結(jié)了在數(shù)據(jù)中心中多模光纖上運(yùn)行的較為常用的一些協(xié)議的最大信道距離和衰減極限值，如果使用合理的設(shè)計(jì)工具或者高性能的系統(tǒng)部件，即使在超過鏈路長度和衰減限值的情況下，也仍然是可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)全速率傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。

　　表1: 市場支持以太網(wǎng)速率的服務(wù)器端口數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)時(shí)間的對比

　　表2： 常用協(xié)議的最大信道長度/插入損耗

　　*IEEE中1G沒有定義OM3/4

　　3. 模型

　　這個(gè)討論聚焦點(diǎn)是IEEE對于10G bps以太網(wǎng)傳輸?shù)囊螅P(guān)于10GBase-SR（基于多模光纖上使用850nm VCSEL的10G bps）中定義的。盡管是專注于10G的標(biāo)準(zhǔn)，所討論的邏輯性也是適用于40G和100G以太網(wǎng)和光纖通道標(biāo)準(zhǔn)的限定。

　　基于OM3光纖上10G標(biāo)準(zhǔn)定義的工作臨界點(diǎn)（300米/2.6dB）是來自于IEEE的10G Base-SR（10G以太網(wǎng)）物理介質(zhì)傳輸模型，這個(gè)模型是基于多個(gè)參數(shù)，包括但不限于光纖損耗，連接器插入損耗，光纖帶寬，色散，光源譜寬，光源中心波長，模式噪聲補(bǔ)償和接收靈敏度等。IEEE模型用于模擬以太網(wǎng)和光纖通道物理接口（FC-PI-5）所批準(zhǔn)的8GFC和16GFC 光纖通道對大量的參數(shù)進(jìn)行分析（上面列出的）預(yù)測出一些輸出參數(shù)和產(chǎn)生了這樣一個(gè)系統(tǒng)眼圖。

　　基本上，模型確認(rèn)了每種協(xié)議接收的信號是優(yōu)質(zhì)信號，考慮到傳輸信號條件和到達(dá)接收器前可能發(fā)生的最大畸變。如果我們降低系統(tǒng)長度，那么可以獲得更多的余量用以增加連接數(shù)量并且依舊收到可接受的信號。問題是：信道插入損耗與長度的關(guān)系式怎樣的呢？非常不幸的是，他們不是線性的關(guān)系。因此，我們需要一個(gè)模型來幫助我們確認(rèn)這些關(guān)系，IEEE 10GBase-SR的模型截圖如下所示。

　　圖1： 用于IEEE802.3，10GBase-SR的建模工具

　　4. 康寧損耗/距離降階評估表的理念

　　在IEEE 10G-Base-SR 模型中的數(shù)據(jù)假設(shè)了鏈路中部件的性能是最差的參數(shù)，包括了兩端收發(fā)器，物理布線介質(zhì)等。通常而言，已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)這些保守的參數(shù)值情形而考慮的，僅僅是提供了一個(gè)插入損耗和距離關(guān)系的臨界點(diǎn)參考，如表2所示。

　　康寧公司提供的高性能無源產(chǎn)品是超越標(biāo)準(zhǔn)模型中的這些假設(shè)的，降階評估表提供了表2中運(yùn)行距離和系統(tǒng)損耗的關(guān)系矩陣，這其中考慮了康寧公司產(chǎn)品所提供的始終如一的更高性能（特別是光纖損耗，光纖帶寬，連接器損耗），這些性能是超越標(biāo)準(zhǔn)模型中采用的部件的性能。另外，不同于標(biāo)準(zhǔn)表格中顯示的單一臨界點(diǎn)的數(shù)值，康寧公司的降階評估表提供了設(shè)計(jì)人員一套完整的損耗和距離相互關(guān)系的詳細(xì)說明，確保高質(zhì)量的信號到達(dá)接收端和提供IEEE模型驗(yàn)證。

　　信道損耗與長度之間的權(quán)衡是一個(gè)非線性的關(guān)系，康寧降階評估表中的值是使用相同的IEEE模型推算得出而作為標(biāo)準(zhǔn)的衍生數(shù)據(jù)，該模型考慮了系統(tǒng)中所有參數(shù)的非線性關(guān)系。此外,康寧降階評估表提供一系列明確的光纖類型鏈路的“理想臨界點(diǎn)”，這對于系統(tǒng)規(guī)劃人員在確保鏈路性能適用在IEEE系統(tǒng)默認(rèn)的最大長度/最大損失限制之內(nèi)是有幫助的,就如同基于OM3 光纖上傳輸10GbE 的2.6 dB/300米一樣，設(shè)計(jì)師需要的是確保鏈路可以在各種條件的信道上正常工作的信心,康寧公司降階評估表提供了這樣的保證。

　　5.支持使用這種理念的方法論

　　這樣一來，那些初次看到這個(gè)評估表的讀者，就會(huì)有問題要問，這種理念并非康寧獨(dú)有的，在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容中也已經(jīng)包含了類似的表格。是的，在CENELEC 信息技術(shù)-通用布線系統(tǒng)：第5部分：數(shù)據(jù)中心（EN50173-5）4和光纖通道物理接口（FC-PI-5）中,我們也已經(jīng)不再尋求長度和通道損耗的單一數(shù)據(jù)點(diǎn)，這對于無源布線而言是缺乏靈活性的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，如表2所示。進(jìn)而，我們發(fā)現(xiàn)使用降階評估表更加合適，它是基于通道長度上附加連接器的影響，這個(gè)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)中是一個(gè)矩陣，提供了一系列的長度和信道損耗組合。這些長度和損耗的組合，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)師可以更加自如和自信地進(jìn)行物理設(shè)計(jì)，不會(huì)感受到來自標(biāo)準(zhǔn)限定帶來的“約束”。

　　6.如何使用康寧的降階評估表

　　讓我們熟悉一下表格的主要區(qū)域：

　　A: 表格的頁眉表明表格適用的協(xié)議，協(xié)議選項(xiàng)有以太網(wǎng)和光纖通道。

　　B: 指明表中數(shù)值所適用的光纖類別，目前光纖類別有基于康寧標(biāo)準(zhǔn)的抗彎曲多模光纖的OM3和OM4光纖。

　　C: 表示傳輸速率，速率是與A欄中分別顯示的現(xiàn)行的協(xié)議所定義有關(guān)。

　　D: 這行表示在通道中MTP 連接的數(shù)量，表3提供了MTP 連接的舉例，這種連接可能是MTP/MTP連接或者M(jìn)TP/MTP轉(zhuǎn)接模塊的連接，在康寧降階評估表和業(yè)界損耗的定義中，這兩類連接都是被認(rèn)為是等同意義的連接，我們沒有假定最壞的MTP 連接器損耗而是采用基于康寧產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)分布的數(shù)據(jù)作為一對連接器的損耗。

　　E: 表格中的兩個(gè)值表示最大通道的長度和鏈路可以允許的損耗分貝，這不是傳統(tǒng)上使用最差光纖和連接器損耗的情況下的鏈路損耗預(yù)算。

　　上表中框圖部分的舉例中，我們想要確認(rèn)鏈路中使用康寧OM3光纖，包含4對MTP 連接的DEGE產(chǎn)品時(shí)，10G以太網(wǎng)的信道限制。表格顯示了我們可以在最大允許損耗3.01dB的情況下成功地運(yùn)行10G-Base SR達(dá)到320米。注意這個(gè)3.01dB是最大可允許的信道損耗，而不是通常由連接器和光纖最差值計(jì)算而得出的鏈路損耗預(yù)算。康寧降階評估表最大可允許損耗包括了那些與任何無源部件或功率損失無關(guān)的未分配的余量。

　　在表3中，對于所有的2到6對MTP連接器組合，10GbE的距離長度的數(shù)值都是保持不變的。這看起來似乎不符合邏輯，增加鏈路連接器數(shù)量就會(huì)增加信道損耗，從而影響或縮短信道長度，然而，當(dāng)使用康寧的高帶寬和低損耗產(chǎn)品時(shí)，IEEE模型顯示可支持信道長度是保持不變的。記住，康寧降階評估表顯示的是最大的距離/損耗關(guān)系，對于320米這個(gè)距離，是因?yàn)榭傆?jì)為6對連接器而附加損耗較低導(dǎo)致的有限度的補(bǔ)償。

　　這種情形下的限值主要是和碼間串?dāng)_有關(guān)的功率損失有關(guān)并導(dǎo)致的，它是帶寬的一個(gè)函數(shù)。在1G和40/100G的限值都是由插入損耗和帶寬導(dǎo)致的，就如同我們看到連接器增加（與信道損耗有關(guān)）而距離長度減少的情形一樣。

　　當(dāng)我年輕時(shí)，可以在明亮或者昏暗的情況下，近距離或近距離閱讀較小的文字，有能力在不同光亮和距離的情形下看清文字。相反地，我年齡增大后我的視力的敏感性下降，視力范圍受限，明顯地受到距離和光亮度的細(xì)微變化影響。同樣地，一個(gè)帶寬和信道插損有限的系統(tǒng)會(huì)因?yàn)殚L度的不同而顯著變化，由高性能部件組成的系統(tǒng)將會(huì)更加穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)橛性丛O(shè)備的局限而受到影響。

　　圖 2: 模塊化即插即用系統(tǒng)中的MTP連接

　　圖 3: 并行光學(xué)應(yīng)用中的MTP連接

　　無論是什么系統(tǒng)，在使用康寧降階評估表時(shí)，MTP連接是被認(rèn)為等同的，以上兩類系統(tǒng)中都是定義為4個(gè)MTP連接。

　　7. 結(jié)論

　　康寧降階評估表提供了設(shè)計(jì)人員在使用IEEE和Fiber Channel標(biāo)準(zhǔn)（表2）規(guī)劃系統(tǒng)運(yùn)行臨界點(diǎn)時(shí)的一種選擇方法，表格提供了對于不同光纖類型、傳輸速率和連接數(shù)量上，一系列的系統(tǒng)支持的信道（距離/損耗）運(yùn)行臨界點(diǎn)。

　　這個(gè)表格提供了對于如何獲得系統(tǒng)的深刻理解，表2列出了標(biāo)準(zhǔn)中最大距離定義和有源設(shè)備部件制造商保證的限值。然而，無法預(yù)料的挑戰(zhàn)是，設(shè)計(jì)人員必須考慮那些超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值的信道情形，康寧降階評估表可以允許設(shè)計(jì)人員確認(rèn)那些超越標(biāo)準(zhǔn)限定之外的布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　表格中的數(shù)值是基于IEEE模型推斷得出的，考慮了系統(tǒng)所有相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，這些參數(shù)都是基于康寧產(chǎn)品（色散，帶寬，插損等）的典型值。在評估了眾多參數(shù)的相關(guān)依賴性，應(yīng)用表格提供了使用康寧定義的光纖系列產(chǎn)品的信道臨界點(diǎn)。

　　這有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員規(guī)劃那些不在IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以外的參考臨界點(diǎn)（最大距離/最大損耗）。標(biāo)準(zhǔn)僅僅提供了單一數(shù)值，一個(gè)設(shè)計(jì)人員需要對那些運(yùn)行在這一數(shù)值之外的情形更加有信心，表格的其他應(yīng)用還包括光分路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效衰減的介紹，可能超越IEEE 定義的限值等。

　　表 4: 基于康寧抗彎曲OM3/4光纖和MTP 連接器的光纖通道和以太網(wǎng)降階評估表

　　* 最大可支持的信道損耗