Auswahl von MPO Systemen für 10, 40 und 100 Gb/s Ethernet Was bei der Auswahl von MPO Systemen im RZ zu beachten ist.

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1 Auswahl von MPO Systemen für 10, 40 und 100 Gb/s Ethernet Was bei der Auswahl von MPO Systemen im RZ zu beachten ist. Thorsten Punke Dipl. Ing. Global Program Manager Building Network Program Manager Data Center EMEA A publication of Tyco Electronics

2 Einführung: Rechenzentren (RZ) sind seit ein paar Jahren einem enormen Technologiewandel unterworfen. Durch den weltweiten Anstieg von IT Nutzung sind auch die Aufgaben im RZ angestiegen, d.h die Verwaltung, Verarbeitung und Speicherung von Daten. Glasfasersysteme werden dabei eine wichtige Rolle spielen, da diese die größte Leistungsfähigkeit besitzen. Aufgrund der besonderen Kombination von kleinen Längen, schnellen Diensten sowie größtmöglicher Flexibilität haben sich weltweit vorkonfektionierte Hochfasersystem(e) auf Basis MPO durchgesetzt. Seitens IEEE wird aktuell 40 und 100 Gb/s definiert. Das erhöht die Anforderung an die Hardware in Bezug auf Einfüge- und Rückflussdämpfung. Beide Parameter entscheiden maßgebend über die Leistungsfähigkeit des Übertragungskanals. Da neuere Rechenzentren mehr denn je strukturiert nach Normen wie ISO/IEC 2764 und EN aufgebaut werden, können bestehende MPO Systeme an ihre Grenzen kommen. Tyco Elelectronics hat daher das MPOptimate System entwickelt. Data Center Design Diese Information soll helfen, die Einsatzmöglichkeiten beider Systeme zu verstehen und zu nutzen. 2

3 Standard MPO System Die auf dem Markt typischen MPO Systeme, haben in der Regel die folgenden optischen Eigenschaften: Kassette: Einfügedämpfung: 1dB Rückflussdämpfung: 20 db OM3 oder OM3 Plus Faser= 3 db/km Die installierte Länge in einem Data Center wird im weiteren Teil des Dokuments mit 100m angenommen. Die 10 Gigabit Ethernet SR Anforderung ist: 2,55 db pro Kanal Mit den Werten von oben ist die Kalkulation wie folgt: (2x 1dB)+0,3 db=2,3 db Mit dem Limit von 2,55 db, ist die Abweichung nur 0,25 db. Jede Änderung im Design oder eine Aufrüstung zu höheren Diensten erfordert entweder Switche bzw. Verstärkung oder ein komplett neues System mit verbesserter Hardware. Zusammenfassung: Kein upgrade auf 40 oder 100 Gb/s Keine Änderung oder Anpassung des Data Center Designs Keine Anpassung auf Technologietrends wie Super Switching oder universelle Data Center Designs Gewöhnliche Standard MPO Systeme erfüllen die Anforderungen für 10 Gigabit Ethernet mit nur 2 Kassetten. Jegliche Änderung wie z.b. schnellere Dienste oder mehr Verbindungen erfordert bessere Hardware. OM3 ist die Standardfaser. Die Faserqualität darüber wie z.b. OM4 hat keine nennenswerte Auswirkung und ist somit überflüssig bei den typischen Kurzlängen im Rechenzentrum. Die bessere Faserqualität resultiert in Linklängen größer 300 m, welche jedoch in anderen Einsatzbereichen gefragt ist. 3

4 Das MPOptimate System Die Werte für das MPOptimate System sind wie folgt: Kassette: Einfügedämpfung: 0,35 db Rückflussdämpfung: 28 db/mpo und 35 db LC Standard OM3 Kabel= 3 db/km Installierte Länge im Rechenzentrum:100 m Mit den obigen Werten ist die Kalkulation wie folgt: (2x0,35 db)+0,3 db= 0,97 db Mit dem Limit von 2,55 db ergibt sich eine Abweichung von 1,55 db. Änderungen am Design oder Upgrades zu neuen Applikationen sind möglich. Jedoch genauso wichtig ist die Betrachtung der Rückflussdämpfung. Mit den aktuellen und zukünftigen Lichtquellen ist die Reflexion ein limitierender Faktor in der Architektur von Rechenzentren. Das MPOptimate System hat signifikant verbesserte Werte bei der Rückflussdämpfung, was in einer Erhöhung der Verbindungen resultiert. Bietet die Möglichkeit zum Upgrade auf 40 Gb/s und 100 Gb/s Ethernet Unterstützt 10 Gb/s Kanäle mit bis zu 6 Kassetten bei 300 m Einfügedämpfung 0.35 db LC Rückflussdämpfung 0.28 db MPO Reduziert die Anzahl der LAN Electronics; dadurch Energieeinsparung im RZ möglich 4

5 Vergleich MPO MPOptimate System 10 Gb/s 40 und 100 Gb/s - 6 Kassetten pro Kanal - Einfügedämpfung max. (Kassette) 1 db 0,35 db Rückflussdämpfung min. (MPO) 20 db 28 db Rückflussdämpfung LC min. 20 db 35 db Marge 10Gb/s (2 cassettes) 0,25 db 1,55 db Marge 40/100 Gb/s (2 Kassetten) - 0,7 db Marge 40/100 Gb/s (4 Kassetten) - 0 db Patchkabel als Teil der Systemperformance - Rückflussdämpfung Wie wichtig die Rückflussdämpfung ist, zeigt die untere Tabelle. Bei 10 Gigabit Ethernet ist das Budget seitens der Transceiver maximal 12 db. Anzahl der Kassetten Standard MPO MPOptimate System 1 17 db 27 db 2 14 db 24 db 3 12 db 22 db 4 11 db 21 db 5 10 db 20 db 6 9,2 db 19 db Wichtig: Einfüge- und Rückflussdämpfung müssen gleichzeitig betrachtet werden, ansonsten funktioniert der Übertragungskanal nicht. Jede Steckverbindung verursacht Reflexionen, daher ist der Parameter so wichtig in der Planungsphase. Beispiel: Im unten gezeigten Beispiel hätte man folgende Werte im Falle eines 100 m Links: Einfügedämpfung: 2.27 db und eine Rückflussdämpfung von 14 db 5

6 Würde man jetzt nur eine einzige Kassette dazu nehmen, hätte man eine Einfügedämpfung von 3,27 db und eine Rückflussdämpfung von 12 db, bei einigen Systemen auf dem rkt auch darunter. In diesem Fall hätte man beide Grenzwerte erreicht bzw. überschritten. Daher ist es wichtig, auch die Daten zur Rückflußdämpfung zu hinterfragen. Die Werte sollten bei MPO 28 db und bei LC-Steckverbindern 35 db betragen. OM3+ Fasern Eigentlich garantiert eine höhere Bandbreite mehr Marge oder Optionen für die Zukunft. Im Rechenzentrum ist das aber nicht so. Aufgrund der typischen Längen von bis zu 100 m kann eine OM4 Faser ihre Stärke hier nicht ausspielen. Das bessere Bandbreiten-Längen Produkt resultiert in einer erweiterten Linklänge von bis zu 550m bei 10 Gb/s. Für heutige und zukünftige Entwürfe von Rechenzentren ist jedoch die Einfüge- und Rückflussdämpfung der Komponenten der entscheidende Faktor. Zur Erreichung sind daher kontrollierte Produktionsprozesse sowie eine extrem präzise Geometrie notwendig. Vereinfacht gesprochen sind die Komponenten im Rechenzentrum wichtiger als die eigentliche Faser. In anderen Bereichen wie z.b. bei Backbone oder Campusverkabelungen ist das nicht unbedingt der Fall. Zur Erreichung von heutigen und zukünftigen Anforderungen ist die Spezifikation der Verbindungs-Hardware wichtiger als eine besser spezifizierte Faser wie OM3. Die Verbindungs-Hardware bestehend aus Kassetten und Patchkabeln entscheidet über die Leistungsfähigkeit des Übertragungskanals. Selbst Fasern mit Biegeradienoptimierung haben nur einen geringen Einfluss. Interferometerbild eines 12 fasrigen MPO-Steckers 6

7 Anwendung für das MPOptimate System und OM4 Fasern Eine interessante und passende Anwendung ist der Bereich Campus oder Backboneverkabelung. Hier können beide Komponten, die Faser und die Verbindungs-Hardware ihre Stärken ausspielen. Der 10 Gigabit Ethernet SR Standard erlaubt bei einem 300 m Kanal maximal 2,55 db Dämpfung. Beispiel: Backbone mit 300 m Anzahl der Kassetten Standard MPO MPOptimate System 2 2,9 db 1,6 db 3 3,9 db 1,95 db 4 4,9 db 2,3 db Mit dem MPOptimate System ist es damit auch möglich, in diesem Bereich die Vorteile von vorkonfektionierten Mehrfaserprodukten einzusetzen. Längen größer 300m können aber nur mit OM4 Fasern erreicht werden. Der Grund ist eine verbesserte DMD Performance oder in anderen Worten eine bessere Laserbandbreite. Beispiel: Backbone mit 550 m Anzahl der Kassetten Standard MPO MPOptimate System 2 2,9 db 2,35 db 3 3,9 db 2,7 db 4 4,9 db 3,05 db Nur das MPOptimate System kann in diesem Fall mit 2 Kassetten eingesetzt werden. Das MPOptimate System ist in Kombination mit einer OM4 Faser ideal für Anwendungen im Backbone oder Campus Bereich. Die bessere Laserbandbreite spielt eine wichtige Rolle bei Längen größer 300 m. Mit der verbesserten MPO Hardware kann damit auch eine Lösung für diesen Bereich angeboten werden. 7

8 Lichtquellen Nahezu alle aktuellen LWL-Transceiver benutzen als Quelle einen VCSEL. Die Strahlungscharakteristik dieser Quellen hat jedoch eine nicht unerhebliche Streuung. Das bedeutet für das Verkabelungssystem, dass es so spezifiziert sein muß, dass die angegebenen optischen Werte für alle Arten von Quellen garantiert sein müssen. Das MPOptimate System ist für alle Arten von VCSEL Quellen entwickelt worden und erreicht seine Werte auch für Quellen mit ungünstigen Strahlungsbedingungen. Das bedeutet für den Kunden größtmöglichen Investitionsschutz und maximale Freiheit bei der Wahl der Switche bzw. Transceiver. Einige auf dem Markt befindliche Systeme, die sich z.b. low loss nennen sind nur für eine bestimmt Art von LWL Transceivern entwickelt worden. Das kann zu unerwarteten Überraschungen führen, wenn der Kunde den Switch wechselt oder der LWL Transceiver gewechselt werden muss. Parameter Low loss System A Low loss System B MPOptimate System Garantierte max. > 0,5 db > 0,5 db 0,35 db Einfügedämpfung Rückflussdämpfung MPO / LC Nicht bekannt Nicht bekannt 28/35 db Maximale Anzahl Kassetten Nicht bekannt Nicht bekannt 6 ISO/IEC , 1 and 10 Gb/s compliant Nein Nein Ja Beim Vergleich von Datenblättern sollte auf die Bezeichnung max., min. und zufällig geachtet werden. Speziell bei der Einfügedämpfung ist der maximale Wert, der für den Kunden wichtige Wert. Zufällig bedeutet eine Streuung um den angegeben Wert. Bei der Rückflußdämpfung ist der Mindestwert der anspruchsvolle. Ein modernes und zukunftsorientiertes MPO System ist so entwickelt, dass es mit jedem LWL Transceiver auf dem Markt betrieben werden kann. Das erlaubt dem Kunden die freie Wahl von Switchen und von LWL Transceivern. Die Werte für das MPOptimate System sind für alle auf dem Markt befindlichen 850nm VCSEL Transceiver garantiert. Andere Systeme auf dem Markt sind auf gewisse Transceiver optimiert und können die spezifizierten Werte nicht erreichen, wenn ein anderer Transceiver benutzt wird. Standards: Alle Normen für Rechenzentren wie: ISO/IEC EN TIA/EIA 942 spezifizieren eine OM3 Faser als Standard. Das bedeutet Planungssicherheit als auch Investitionsschutz. Grundsätzlich ist es natürlich nie verkehrt etwas Besseres zu spezifizieren. Im Rechenzentrum bedeutet das aber höhere Anforderungen an die Verbindungs-Hardware und nicht wie in anderen Bereichen an die Glasfaser. Die wichtigsten globalen Normen spezifizieren eine OM3 Faser als Minimum. Ein System mit einer OM4 Faser hat Längenvorteile, welche bis jetzt in keinem Standard berücksichtigt ist. 8

9 Die wichtige Rolle der Patchkabel Mit dem MPOptimate System sind die Patchkabel ein Teil der Gesamtlösung. Alle genannten Kanalwerte gelten nur mit den Patchkabeln. Die spezielle Politur mit einer verbesserten Endflächengeometrie sind ein wichtiger Bestandteil zur Verbesserung der Einfüge- und Rückflussdämpfung. LC Standard LC MPOptimate System Einfügedämpfung 0,3 db 0,15 db Rückflussdämpfung 20 db 35 db Wie schon vorher erwähnt, die größte Änderung ist die verbesserte Rückflussdämpfung, der wichtige Bestandteil für moderne und neue Rechenzentren mit bis zu 6 Kassetten in Reihe. Gegenüber früheren Zeiten sind die Patchkabel genauso wichtig wie die MPOptimate Kassetten. Ohne die Patchkabel können die genannten Eigenschaften nicht erreicht werden. Die verwendeten Steckverbinder bzw. deren Verarbeitung und die daraus resultierende Endflächengeometrie sind ein entscheidender Faktor für die Systemperformance. 9

10 Reinigung von MPO/MPOptimate Steckverbindern und Kassetten MPO IBC Kassettrenreiniger: Für MPO Kassetten und MPO Steckverbinder PN: mm stick cleaners: Für LC-Kupplungen PN: mm stick cleaners: Für SC-Kupplungen Reinigung ist ein wichtiger Teil zur Erreichung der Performance auch während des Betriebs. Der Grund sind die kleinen Dämpfungsbudgets. Schmutz hat damit einen immer größeren Einfluss. Ist das Budget bei 10 Gigabit Ethernet SR noch 2,55 db, wird es bei 40 Gb/s ca. 1,7 db sein. Reinigung ist ein Bestandteil der Systemperformance!!! 10

11 Anwendung Die Anzahl der möglichen Architekturen im RZ ist enorm, es wird jedoch eine gewisse Harmonisierung geben. Ein Ziel dabei ist auch ein strukturierter Ansatz bezüglich der Verkabelungsarchitektur. Dabei müssen auch Dinge wie Kühlung, Montage- und Servicefreundlichkeit berücksichtigt werden. Strukturierte RZ Verkabelung mit MPOptimate Bei diesen Ansätzen hat der Backbone die höchste Last zu tragen. Das gilt ganz besonders für Patchbereiche oder Architekturen mit Portspiegelung. Dienste wie 40 Gb/s oder 100 Gb/s werden zuerst im RZ eingesetzt und haben noch höhere optische Ansprüche als 10 Gigabit Ethernet. Das obige Bild zeigt ein mögliches Szenario, wie es in vielen Rechenzentren zum Einsatz kommt. Hier werden schon 4 Kassetten (Verbindungspunkte) verwendet. MPO in einem Consolidation Point Die Architektur entspricht in vollem Umfang EN sowie ISO/IEC Mit dem MPOptimate System hat der Kunde bereits heute die Möglichkeit, eine Struktur für 40 und 100 Gigabit Ethernet zu installieren. Später müssen dann einfach nur die Kassetten und Patchkabel ausgetauscht werden. Mit den sehr guten optischen Eigenschaften des MPOptimate Systems besteht sogar die Möglichkeit zwei zusätzliche Verbindungspunkte zu installieren, wie z.b. Unterverteilungen im Doppelboden. Damit kann man vorinstallierte Verbindungspunkte im RZ schaffen. Wenn später Erweiterungen anstehen, werden die neuen Schränke einfach mit einem kurzen Kabel mit dem consolidation point verbunden. 11

12 Ein weiteres Einsatzgebiet ist der Einsatz in POD 1 Zellen. Eine POD Zelle besteht aus 3 Schränken, welche modular und skalierbar aufgebaut sind. Die LWL Links sind 10 Gb/s oder in Zukunft 40/100 Gb/s Links. POD Zelle mit Switch in der Mitte ToR design mit 1 Switch pro Schrank Bei ToR 2 Konzepten hat jeder Schrank einen Switch. Der LWL Link von jedem Switch ist ein 10 Gb/s Link und in Zukunft 40/100 Gb/s. 1 POD= Point of distribution 2 ToR= Top of Rack 12

13 40 und 100 Gigabit Ethernet 40 und 100 Gigabit Ethernet erfordern erstmalig mehr als 2 Fasern. Das erklärt auch den globalen Trend, in Zukunft auf die MT-Technologie zu setzen. 40 Gigabit Ethernet 100 Gigabit Ethernet Anzahl der Fasern 8 20 Tx / Rx Kanäle 4xTx / 4xRx 10xTx / 10xRx Zuordnung 10 Gb/s x 4 Kanäle 10 Gb/s x 10 Kanäle Die größtmögliche Flexibilität ermöglicht die Kombination 2x12 Fasern, da dann jede Applikation von 10 Gigabit Ethernet bis 100 Gigabit Ethernet möglich ist. LC Kassetten mit 2x12 faserigen MPO Steckverbindern und 10 Gb/s Da das MPOptimate System die nötige optische Performance besitzt, brauchen nur die Kassetten und Patchkabel getauscht werden. Dieses Upgrade kann strukturiert und modular durchgeführt werden, so dass ein Mischbetrieb möglich ist. Upgrade mit MPOptimate von 10 Gb/s auf 40 Gb/s oder 100 Gb/s Die optischen Anforderungen werden in Zukunft steigen und die 2 db Grenze pro Kanal bei 40 und 10 Gb/s wird unterschritten werden. Kein Standard MPO System ist in der Lage, diese Anforderungen betriebssicher zu erfüllen. Da die Anforderung an die Rückflussdämpfung auch steigen wird, führt der logische Weg zu dem MPOptimate System. Systeme mit einer OM4 Faser haben an dieser Stelle keinen nennenswerten Mehrwert. Mehr Information finden sie hier: 13

14 AMP NETCONNECT Regional Headquarters: North America Greensboro, NC, USA Ph: Fx: Latin America Buenos Aires, Argentina Ph: Fx: Europe Kessel-Lo, Belgium Ph: Fx: Mid East & Africa Cergy-Pontoise, France Ph: Fx: Asia Hong Kong, China Ph: Fx: Pacific Sydney, Australia Ph: Fx: AMP NETCONNECT in Europe, Middle East, Africa and India: 14 PDF-03/ Tyco Electronics Corporation All rights reserved AMP, AMP NETCONNECT, MPOptimate, Tyco Electronics and TE Logo are trademarks.

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