Im Oktober 2014 rief die Telecommunications Industry Association (TIA) eine Arbeitsgruppe ins Leben, um Richtlinien für eine Wide-Band-Multimode-Glasfaser (WBMMF) mit 50/125 µm zu entwickeln, die die Übertragung mit mehreren Wellenlängen (Short-Wavelenght Division Multiplexing, SWDM) unterstützt. Die Veröffentlichung des TIA-492AAAE-Faser-Standards datiert auf den Juni 2016. Die Bezeichnung OM5 vergab die ISO/IEC JT1/SC25 dann im Oktober 2016. Bis heute nutzen Anwender OM5 jedoch nur wenig. Warum ist das so? Wird OM5 jemals an Bedeutung gewinnen?

In lokalen Netzwerken sowie in Rechenzentren bleiben Multimode-Fasern (MMF) der dominante Fasertyp, weil sie die niedrigsten Verbindungskosten (Cost per Link) für kurze Entfernungen ermöglichen (berechnet nach den Kosten für die Verbindung und den optischen Transceivern). Es ist dabei wichtig, den Unterschied zwischen standardkonformen Transceivern und proprietären Lösungen, sogenannten MSA-Transceivern zu beachten. Erstere arbeiten im Ethernet-Kontext mit optischer Übertragung und sind als Teil des IEEE 802.3-Ethernet-Standards anerkannt, dessen Vorgaben sie unterliegen und erfüllen.

Eigenentwickelte oder MSA-Transceiver gelten nicht als IEEE-standardkompatibel. MSA-Transceiver (Multi-Source Agreement Transceiver) entstanden auf Basis von Absprachen zwischen verschiedenen Anbietern, um über Herstellergrenzen hinweg kompatibel zu sein. Sie unterliegen aufgrund dieser Vereinbarungen zwischen den Herstellern zwar einem De-Facto-Standard, jedoch keinem offiziell verabschiedeten Industriestandard wie IEEE. Entweder hat die zugrundeliegende Proposed-Physical-Media-Dependent-Technik im Standardisierungsgremium nicht genügend Stimmen erhalten, um als standardkonform zu gelten, oder der Transceiver verfügt über Technik, die nie als Teil des offenen IEEE-Industriestandards geplant war. Die Unterscheidung der beiden Terminologien ist wichtig, da der Markt sehr vielseitig ist und viele verschiedene, eigenentwickelte Transceiver-Typen verfügbar sind.

Im Ethernet-Bereich von 1GbE bis 400GbE haben alle standardkonformen Multimode-Transceiver eine Sache gemeinsam: Sie nutzen Oberflächenemitter (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSELs), die mit Wellenlängen von 850 nm arbeiten. Dies war die damals vorgegebene MMF-spezifische Wellenlänge. Design und Technik der Glasfasern entwickelten die Experten dann weiter, um die Glasfaser-Bandbreite im 850-nm-Fenster zu optimieren. Als etwa die OM4-Faser auf den Markt kam, unterschied sie sich deutlich von den Vorgänger OM3: OM4 bot ein Bandbreitenlängenprodukt von 4.700 MHz x km anstelle der vorherigen 2.000 MHz x km der OM3-Faser.

Im Zeitraum vom dritten Quartal 2019 bis zum ersten Quartal 2020 sollen die ersten 400G-VCSEL-Transceiver für 400GBase-SR8 und 400GBase-SR4.2 verfügbar sein. Der Einsatz von VCSELs bei Geschwindigkeiten von bis zu 400 GBit/s mit Multimode-Fasern zeigt deren Potenzial für Synergien aus kostengünstigen optischen Verbindungen und elektronischen Komponenten.

Eine zweite Eigenheit von Multimode-Transceivern ist ebenfalls wichtig: das Konzept der parallelen Übertragung, das manche auch als parallel-optische Technik bezeichnen. Für die Ethernet-Geschwindigkeiten von 1G, 10G, 25G und 50G nutzen Multimode-Transceiver zwei Fasern – eine zum Empfangen von Signalen und eine zum Senden. Diesen Vorgang nennen Fachleute oft auch serielle Übertragung. Da die Geräte zwei Fasern nutzen, ist das Steckgesicht für diese Transceiver ein LC-Duplex.

40G/100G-2-Faser SWDM-Verbindung (4 x 10G/Wellenlänge und 4 x 25G/Wellenlänge). Bild: Corning

Ergänzend entstand 2010 mit der Einführung des 40G-802.3ba-Ethernet-Standards das Konzept von parallel-optischer Übertragung. Im Fall von 40GBase-SR4-Transceivern arbeiten insgesamt acht Fasern parallel: vier, die mit jeweils 10G senden und weitere vier, die mit jeweils 10G empfangen. Der Multifaser-MTP-Stecker bildet die definierte Schnittstelle in den Transceiver hinein. Ein Hauptmerkmal der parallel-optischen Transceiver – wie zum Beispiel bei 40GBase-SR4 – ist, dass sich ein 40G-MTP-Switch-Port auf vier LC-Duplex 10GBase-SR Ports aufteilen lässt (Port Breakout). Dies führt zu Kosteneinsparungen und einer höheren Dichte der Switch-Ports.

Eine Linecard mit 32 x 40G-Ports ist auf 128 x 10G-Kanäle aufteilbar. Für Netzwerk-Administratoren, die eine Port-Breakout-Funktionalität sowie 40G- oder 100G-Verbindungsstrecken mit mehr als 150 Metern benötigen – die die 40GBase-SR4- und 100GBase-SR4-Transceiver unterstützen – wurde zusätzlich ein proprietärer Transceiver für die Reichweitenerhöhung entwickelt: der eSR4 (40G-eSR4 – 300/400m OM3/OM4 und 100G eSR4 – 170/300m OM3/OM4).
Zusätzlich zu möglichen Energiekosteneinsparungen können Betreiber ebenso mit geringeren Kühlkosten rechnen. Dies ist ein besonders wichtiger Punkt, da er die Nachhaltigkeit von Investitionen verdeutlicht, die für 40G erwiesen ist und für die 100/200/400G-SR4-Varianten skalierend ebenfalls gültig ist.

In den vergangenen Jahren kamen mehrere eigenentwickelte/MSA-Transceiver auf den Markt, zum Beispiel die bewährten 40G-BiDi- und 100G-BiDi-Transceiver. Ebenso gibt es die bereits erwähnten SWDM-Trans­ceiver. Ähnlich wie BiDi für 40G- oder 100G-Verbindungen benötigt SWDM nur eine Zwei-Faser-LC-Duplex-Verbindung. Es unterscheidet sich insofern, dass es mit vier Wellenlängen pro Fasernetz arbeitet, die im Frequenzbereich von 850 nm bis 940 nm liegen.

Vier verfügbare Wellenlängen werfen eine interessante Frage auf: Wie kann die bestmögliche Leistung dieser Transceiver für Wellenlängen von bis zu 940 nm ermittelt und optimiert werden, wenn die Bandbreite von OM3/OM4 normalerweise bei 850 nm liegt? WBMMF ist letztendlich eine OM4-Faser, da WBMMF die Bandbreiten-Vorgabe EMB ≥ 4.700 MHz x km bei 850 nm erfüllen muss (EMB = effektive modale Bandbreite). WBMMF hat jedoch auch eine festgelegte Bandbreite bei 953 nm. Die EMB-Spezifikation für 953 nm liegt bei ≥ 2.470 MHz x km.

Da OM5 auf dem Markt erhältlich und zudem teurer als OM4 ist, sollte man annehmen, dass diese Faser bestimmte Vorteile bietet. Gegenüber OM3 erweist sich diese Annahme auch als richtig, da OM5- und OM4-Multimode-Fasern dieselbe Bandbreite bei 850 nm haben und damit OM3 überlegen sind. Bei Bandbreiten jenseits der Standards für 850-nm-Multimode-Transceiver sind OM5 und OM4 somit die bessere Wahl.

Analysen zeigen, dass bei den Datenraten beginnend bei 10G über 40G auf 100G Verbindungslängen bis 100 m etwa 90 bis 95 Prozent aller OM3- und OM4-Verbindungen ausmachen (Bilder 3 und 4). Für die überwiegende Mehrheit der Rechenzentren ist eine Verbindungslänge bis zu 100 m also mehr als ausreichend, um ihre Anforderungen zu erfüllen.

Zusammenfassend lässt sich sagen:

  1. OM5-Fasern bieten keinen Mehrwert gegenüber OM4, wenn standardbasierende 850-nm-Technik zum Einsatz kommt,
  2. Bei 40G bieten sowohl BiDi- als auch SWDM-Transceiver mit OM5 eine bessere Reichweite im Vergleich zu OM4, da beide auf mehreren Wellenlängen arbeiten, und
  3. OM5 bietet mit BiDi- und SWDM-Transceivern auch bei 100G Vorteile, da OM5 eine Reichweite von bis zu 150 m bietet. Die OM4-Faser kommt hingegen auf 100 m.

Was ist also das perfekte Einsatzszenario für OM5? Die Antwort hängt von vielen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Netzwerkgeschwindigkeit, der benötigten Übertragungsdistanz und der eingesetzten Transceiver-Technik. Vor allem, wenn BiDi- oder SWDM-Transceiver zum Einsatz kommen, sind die Netzwerkgeschwindigkeit und die benötigte Übertragungsdistanz die entscheidenden Faktoren. Unternehmen sollten sich also drei Fragen stellen, um für sich zu beantworten, ob OM5 für sie sinnvoll ist. Sie lauten: Steht in naher Zukunft eine Umstellung des Netzwerkes auf 100G an? Ist ein Großteil der Verbindungen im Rechenzentrum länger als 100 m? Und wie wichtig sind die Gesamtkosten pro Verbindung?

Tabelle 1. Übersicht über 100G-Transceiver.

 

Tabelle 2. Übersicht OM3/OM4/OM5-Bandbreiten. Effektive Modal-Bandbreite.

 

Tabelle 3. Übertragungsdistanzen pro Faser-Typ und Transceiver-Typ.

Die Tatsache, dass nur wenige Netzwerkadministratoren MMF-Verbindungen über 100 m einsetzen und nur sehr wenige Unternehmensnetzwerke oder Rechenzentren bereits 100G nutzen, erklärt die bisher langsame Verbreitung von OM5. Kurz gesagt besteht derzeit schlicht noch kein echter Bedarf für eine derart kostspielige Technik. Mit der steigenden Verbreitung von 100G könnte OM5 jedoch attraktiver werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn BiDi- oder SWDM-Transceiver zum Einsatz kommen und Verbindungslängen zwischen 100 m und 150 m nötig sind. Da OM4 sowie OM5 die IEEE-Standards für 100G-SR2, 200G-SR4, 25G -SR, 50G-SR sowie 400G (SR8, SR4.2) erfüllen, hat der Anwender eine gute Auswahl. Davon profitieren insbesondere Betreiber in sehr wettbewerbsintensiven Märkten. Letztendlich ist eines klar: Der niedrigste Preis für die Kosten der Verbindung über die benötigte Distanz wird gewinnen.

Doug Coleman ist Manager of Technology and Standards und Cindy Ryborz ist Marketing Manager DC EMEA bei Corning Optical Communications, www.corning.com.