Để triển khai một cơ sở hạ tầng kết nối cáp sợi quang lần đầu tiên hoặc triển khai lại sau một thời gian dài, có nhiều tùy chọn cáp sợi quang đa dạng để người dùng lựa chọn. Tuy nhiên,bài viết này chủ yếu tập trung vào các công nghệ và ứng dụng của sợi quang đa mốt.
Đến giữa những năm 1990, các tùy chọn cáp sợi quang còn khá đơn giản. Sợi quang đơn mốt cung cấp băng thông không giới hạn và khoảng cách truyền xa. Sợi quang đa mốt có 2 loại chính là lõi 62.5 micron và 50 micron. Trong đó, cáp sợi quang lõi 50 micron sử dụng chủ yếu cho các dịch vụ viễn thông và những ứng dụng quân đội đặc biệt ở một số quốc gia. Còn trong môi trường doanh nghiệp, cáp sợi quang lõi 62.5 micron là lựa chọn phổ biến.
Do có kích thước lõi lớn hơn, cáp sợi quang đa mốt 62.5 micron cung cấp khẩu độ lớn hơn. Tại thời điểm đó, nguồn phát chính trong các bộ thu phát quang là ánh sáng LED. So với nguồn laser thường dùng hiện nay, nguồn LED phát ra chùm sáng rộng, một số tia sáng được truyền vào lõi sợi quang và số khác thì không. Khẩu độ NA của cáp lõi 62.5 lớn hơn, nên khả năng nhận và truyền tải ánh sáng cao hơn cáp sợi quang lõi 50 micron.
Biểu đồ thể hiện khoảng cách và ứng dụng của Ethernet mà các loại cáp sợi quang hỗ trợ.
Gigabit thay đổi cuộc chơi
Sự ra đời của truyền dẫn quang tốc độ Gigabit, và Gigabit Ethernet nói riêng, đã làm thay đổi các đặc điểm kỹ thuật của cáp sợi quang đa mốt. Tốc độ gigabit yêu cầu sử dụng nguồn phát quang VCSEL, tạo ra chùm sáng hẹp ngược lại với chùm sáng rộng của nguồn phát LED. Như vậy, khẩu độ không còn giữ vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng truyền tải dữ liệu của sợi quang. Ngoài ra, VCSEL tạo ra tín hiệu Gigabit Ethernet hoạt động trong dải bước sóng 850 nm. Phần lớn các cáp sợi quang lõi 62.5 micron đã triển khai giữa thập niên 1990 là loại FDDI (Fiber Distributed Data Interface), được trang bị tốt để hỗ trợ nguồn LED hoạt động trong dải bước sóng 1300 nm, do sợi quang sẽ có băng thông cao hơn tại 1300 nm so với 850 nm. Sợi quang loại FDDI vẫn có thể hỗ trợ ứng dụng Gigabit Ethenet tại bước sóng 850 nm sử dụng nguồn sáng VCSEL, nhưng truyền được khoảng cách ngắn hơn so với các sợi quang khác.
Đối với sợi quang lõi 50 micron, ở bước sóng 850 nm sẽ có băng thông cao hơn so với sợi quang lõi 62.5 micron (500 MHz.km so với 200 MHz.km), và khoảng cách truyền ứng dụng Gigabit Ethernet cũng xa hơn (550 m so với 275 m).
Khi tốc độ nhảy vọt gấp 10 lần từ Gigabit Ethernet sang 10 Gigabit Ethernet đã dẫn đến sự phát triển của sợi quang OM3. Khi toàn bộ hệ sinh thái 10 Gigabit Ethernet dựa trên truyền dẫn sợi quang trở nên phổ biến, ngành công nghiệp đòi hỏi phải có một sợi quang đa mốt hiệu suất cao hơn để hỗ trợ khoảng cách truyền dẫn xa cho ứng dụng 10 GbE ở bước sóng 850 nm. Để đáp ứng nhu cầu này, các nhà sản xuất sợi quang đã phát triển sợi quang đa mốt lõi 50 micron theo cách tối tối ưu nhất để hỗ trợ tín hiệu ở bước sóng 850 nm truyền được khoảng cách xa. Sợi quang này thường được gọi là “sợi quang đa mốt 50 micron tối ưu lazer”, dù được thiết kế đặc biệt cho bước sóng 850 nm nhưng vẫn có thể hỗ trợ được bất kỳ nguồn phát lazer nào trong dải hoạt động.
Sợi quang đa mốt - OM
Với sự xuất hiện các loại sợi quang đa mốt mới này và nhu cầu cần phân biệt sợi quang này với các sợi quang khác, ngành công nghiệp đã sử dụng “OM” đại diện cho cáp sợi quang đa mốt và được định nghĩa trong tiêu chuẩn ISO/IEC 11801. Bốn loại được mô tả đến nay là OM1, OM2, OM3 và OM4, được đo bằng tiêu chí quan trọng là MHz.km. Cụ thể, băng thông ở dải bước sóng 850 nm của OM1 là 200 MHz.km, OM2 là 500MHz.km, OM3 là 1500 MHz.km và OM4 là 3500 MHz.km. Mức hiệu suất băng thông này được đo bằng phương pháp OFL (Overfilled Launch). Một phương pháp đo lường băng thông khác là EMB (Effective Modal Bandwidth) là phép đo được tính toán. Băng thông theo EMB chỉ có ở sợi quang OM3 và OM4, không tồn tại ở OM1 và OM2. Băng thông EMB tối thiểu của cáp OM3 là 2000 MHz.km và 4700 MHz.km.
Như vậy, cáp OM1 có thể hỗ trợ ứng dụng 1000Base-SX tại bước sóng 850nm ở khoảng cách 275 m. OM2 hỗ trợ khoảng cách 550m. Khi tốc độ lên đến 10 Gb/s của ứng dụng 10GBase-SR, cáp OM1 hỗ trợ khoảng cách 33 m, OM2 là 82 m, OM3 là 300 m và OM4 là 600 m.
Tuy nhiên, tiêu chuẩn các thành phần kết nối sợi quang ANSI/TIA-568.3-D đã được phê duyệt và xuất bản trong tháng 2/2016, thì sợi quang OM1 và OM2 không còn nằm trong quy định của tiêu chuẩn, mà được chuyển sang phụ lục và không còn được khuyến nghị sử dụng trong lắp đặt cáp sợi quang. Hiện nay, OM3 là hiệu suất khuyến nghị tối thiểu cho sợi quang đa mốt.
Việc đưa OM1 và OM2 xuống phụ lục để hạn chế người dùng tiếp tục mua và sử dụng hai loại cáp này. OM3 có thể tương thích ngược với OM2 và có thể lắp đặt vào hệ thống kết nối cáp sợi quang OM2 đang tồn tại mà không làm giảm hiệu suất. Tuy nhiên, với cáp sợi quang OM1 có lõi 62.5 micron sẽ không kết hợp được với các sợi quang đa mốt có lõi 50 micron vì sẽ gây ra suy hao cao tại các kết nối khi tín hiệu được truyền từ lõi 62.5 micron sang 50 micron.
Lịch sử lặp lại
Khi công nghệ phát triển đến mức độ nhất định, sự phát triển của OM3 bị lặp lại và dẫn đến sự ra đời của sợi quang OM4. Sau khi sợi quang OM3 được ra đời và đảm bảo hỗ trợ khoảng cách truyền của ứng dụng 10GBase-SR, các nhà sản xuất đã phát triển sợi quang hiệu suất cao hơn với băng thông cao hơn, suy hao thấp hơn và hỗ trợ 10G ở khoảng cách xa hơn. Với sợi quang OM3 này, các nhà cung cấp, người dùng và một số tổ chức trong ngành thường sử dụng thuật ngữ “OM3+” để nói đến các sợi quang có mức băng thông và hiệu suất vượt mức yêu cầu kỹ thuật của OM3.
Khi ứng dụng 40 và 100-Gigabit Ethernet được phát triển, khoảng cách hỗ trợ của OM3 bị rút ngắn lại, nhưng vẫn không ngắn như OM1 và OM2 khi hỗ trợ ở 10G. Nhu cầu cần một sợi quang đa mốt có hiệu suất cao hơn, đạt được khoảng cách truyền xa hơn đã dẫn đến sự ra đời của OM4.
Khi TIA chấp thuận các thông số kỹ thuật của OM4 vào năm 2009, Paul Kolesar đại diện hãng CommScope đã giải thích trong một bài báo là “không phải ai cũng có thể chờ đợi đến khi chuẩn OM4 xuất hiện. Những người chấp thuận sớm đã trải nghiệm OM4 hơn 5 năm qua. Vào thời điểm Ủy ban TIA bỏ phiếu cho sợi quang OM4 mới, hàng trăm TTDL trên toàn thế giới đã vận hành trơn tru với thệ hệ sợi quang vượt chuẩn OM3 mà sau này sẽ đáp ứng các chuẩn của OM4. Tiêu chuẩn OM4 với các thông số nghiêm ngặt đã được đệ trình để xem xét, vì vậy, một số cáp chỉ tuân theo các thông số kỹ thuật ít nghiêm ngặt hơn không được xem là tuân thủ theo tiêu chuẩn.” (OM4 – chuẩn cáp sợi quang cho TTDL thế hệ tiếp theo).
Băng thông tối thiểu theo EMB của OM4 tại 850 nm là 4700 MHz.km, và băng thông OFL tối thiểu của OM4 ở 850 nm là 3500 MHz.km. Giống như OM1, OM2 và OM3, OM4 có một băng thông OFL tối thiểu 500 MHz.km tại 1300 nm. OM4 hỗ trợ ứng dụng 40GBase-SR4 và 100GBase-SR10 lên đến 150 mét, trong khi OM3 hỗ trợ 100 mét.
Khi đề cập đến cáp sợi quang, ta không thể bỏ qua tầm quan trọng của các kết nối tốc độ cao. Ở bất kỳ khoảng cách nào, sợi quang cũng đều bị suy hao. Các điểm kết nối là nguyên nhân chính dẫn đến suy hao trên tuyến cáp sợi quang. Khoảng cách truyền dẫn có thể tăng thêm bằng cách giảm sự suy hao của các kết nối. Tuy nhiên, sợi quang cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc nhận và truyền tín hiệu quang đến các thiết bị.
Hỗ trợ bước sóng đa dạng
Hơn 18 tháng trước, một loại sợi quang đa mốt nổi lên với những thông số kỹ thuật được cải thiện đáng kể so với tiêu chuẩn chính thức, có tên gọi là sợi quang đa mốt băng thông rộng (WBMMF) hoặc “OM4+” tương tự như cách gọi “OM3+” trước đó. Tuy nhiên, điểm khác biệt giữa WBMMF và OM4 sẽ nhiều hơn đáng kể so với giữa OM4 và OM3. Cụ thể, WBMMF đang được phát triển để hỗ trợ truyền dẫn quang tại nhiều dải bước song khác nhau thông qua phương pháp ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM). Trong khi OM3 và OM4 được tối ưu hóa băng thông để hỗ trợ truyền dẫn chủ yếu tại bước sóng 850 nm, WBMMF sẽ hỗ trợ truyền dẫn trong bốn dải bước sóng riêng biệt.
OM3 và OM4 đã được tối ưu hóa để truyền tín hiệu tốt nhất ở bước sóng 850 nm, và hiệu suất băng thông ở các bước sóng khác sẽ thấp hơn nhiều so với 850 nm. Trong khi đó, WBMMF sẽ hỗ trợ truyền dẫn tốc độ cao ở bốn bước sóng trên một sợi quang duy nhất, thay vì cần đến bốn sợi quang riêng biệt để truyền tải bốn tín hiệu quang học khác nhau như truyền thống. Một ứng dụng của WBMMF có thể tối ưu hóa từng bước sóng để cung cấp “làn tốc độ” 10Gbps, cho phép các kết nối đôi (duplex) của WBMMF hỗ trợ tốc độ truyền dẫn 40 Gbps. Và một ứng dụng khác có thể hỗ trợ tốc độ mỗi làn đến 25Gbps, cho phép mỗi kết nối đôi của WBMMF hỗ trợ 100Gbps và có thể nâng tốc độ truyền dẫn lên đến 400Gbps với tám sợi quang đa mốt băng thông rộng.
Để đạt các mục tiêu trên, cần phải có bộ thu phát quang phù hợp để thực hiện việc ghép kênh theo WDM. Trong lúc các tiêu chuẩn vẫn đang được phát triển và các bước sóng chính xác chưa được hoàn thiện, nỗ lực của các nhà làm tiêu chuẩn đã chỉ định sợi quang WBMMF được tối ưu hóa tại bốn bước sóng trong khoảng giữa 850nm và 950nm”. Nhìn chung, khoảng cách các bước sóng được tối ưu hóa càng rộng, thì càng nhiều các nhà sản xuất bộ thu phát quang có thể sản xuất các thiết bị WDM một cách kinh tế hơn.
Sự tối ưu của WBMMF tại bước sóng 850 nm sẽ giúp chúng tương thích ngược với sợi quang OM4. Sợi quang WBMMF đã được sản xuất và có mặt trên thị trường hiện nay. Đồng nghĩa với việc ngươi dùng có thể chọn WBMMF để triển khai cho các ứng dụng của OM4 hiện có, nhưng vẫn có khả năng hỗ trợ cho các ứng dụng WDM trong tương lai.
Tại hội nghị BICSI mùa đông tổ chức vào tháng hai vừa rồi, John Kamino, giám đốc sản phẩm cáp sợi quang đa mốt của OFS đã giới thiệu bài thuyết trình về “Thế hệ sợi quang đa mốt mới”. Nêu lên các nguyên nhân và nhu cầu cần thiết của sợi quang đa mốt có tính năng cao hơn các tiêu chuẩn TIA, chuẩn IEEE (Ethernet) và INCITS (Fibre Channel) hiện hành, cũng như các chi tiết khác về những cập nhật mới nhất trong việc sản xuất và sử dụng sợi quang đa mốt.
Hình minh họa mã màu trong bài viết này cho thấy khoảng cách liên kết Ethernet và các loại sợi quang tương ứng dựa trên bài trình bày của Kamini. Bạn có thể truy cập và tải về từ website bicsi.org. Những tiêu chuẩn và các phát triển mới trong công nghệ sợi quang đa mốt sẽ tiếp tục được cập nhật theo định kỳ phát hành của BICSI.
Nguyễn Văn Đông Minh - Tầm nhìn mạng số 37
Theo CIM
