Danh mục sản phẩm

Dùng loại cáp quang multimode hay cáp quang singlemode

Công nghệ và tiêu chuẩn cáp quang multimode thế hệ tiếp theo
Sự khác nhau cơ bản giữa cấu tạo cáp quang Multimode theo tiêu chuẩn và cáp quang BIMMF nằm ở thiết kế lớp vỏ bọc xung quang lõi (core) và lớp phản xạ (cladding).
Trung bình mỗi phút, có 72 giờ video được đăng tải trên Youtube, và mỗi tháng sẽ có 4 tỷ lượt xem video trên trang web chia sẻ video phổ biến nhất này. Bên cạnh đó, cộng đồng mạng Facebook đã có hơn 1 tỷ tài khoản đang duy trì hoạt động. Những con số trên chưa đề cập đến các ứng dụng phục vụ mục đích thương mại. Có thể thấy, các ứng dụng quen thuộc hàng ngày đang chiếm một lưu lượng dữ liệu rất lớn. Tuy nhiên, ít ai biết đằng sau sự phát triển vượt bậc trên, cần phải có một hạ tầng cáp quang khổng lồ đáp ứng việc liên kết và truyền dẫn dữ liệu cho người sử dụng. Theo thống kê, có hơn 6000 sợi cáp quang tập trung trên một tủ rack, và trong một trung tâm dữ liệu (TTDL) có hàng ngàn tủ rack như vậy!!!
Để đảm bảo nhu cầu dữ liệu ngày càng tăng, các tiêu chuẩn truyền thông tin tốc độ cao đang không ngừng được phát triển và hoàn thiện. Mới đây, tổ chức IEEE vừa công bố các tiêu chuẩn truyền dẫn tốc độ cao 40 và 100 GE trên hệ thống cáp quang. Kế hoạch đường truyền dữ liệu có tốc độ Tbps (Terabit per second) dự kiến sẽ được triển khai trong năm 2015.

Những hạn chế chung của cáp quang 
Khi lựa chọn cáp quang, quyết định then chốt là nên dùng loại cáp nào, multimode hay singlemode? Multimode thường được dùng phổ biến cho những ứng dụng trong nhà, vì có chi phí thấp và khoảng cách hoạt động tối đa khoảng 500 m cho tốc độ Gigabit hoặc 2 km cho tốc độ 100 Mbps. Trái ngược với multimode, singlemode có chi phí cao hơn nhưng có thể hoạt động ở khoảng cách xa hàng chục kilomet. Tuy nhiên, do phải phụ thuộc vào phần cứng đặc trưng tương thích với chúng và có chi phí cao, singlemode chỉ được sử dụng trong một vài ứng dụng cụ thể. 
Về phương diện chi phí, giải pháp sử dụng singlemode có chi phí cao hơn hẳn so với multimode, bao gồm cả chi phí cáp và thiết bị kết nối. Trong thực tế, singlemode hiếm khi được sử dụng trong hệ thống giám sát an ninh, trừ khi các kết nối trong cơ sở hạ tầng mạng vượt quá khoảng cách multimode có thể xử lý. 
Chú ý: Phần lớn cáp quang ở việt nam sử dụng cáp quang singlemode nên chi phí và các vật tư tương thích kết nối cũng có chi phí thấp hơn so với cáp quang Multimode.

Cáp quang sử dụng trong TTDL
Hệ thống cáp quang trong TTDL thường sử dụng hai loại: Multimode (MM) và Singlemode (SM). Việc chọn dùng loại nào phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó, chi phí là yếu tố luôn khiến các nhà quản lý TTDL phải đau đầu. Một phép tính đơn giản: cùng tốc độ 100 GE, chi phí cho thiết bị sử dụng cáp quang MM thấp hơn 10 lần so với cáp quang SM. Chính vì vậy, cáp quang MM thường được chọn dùng trong TTDL. Cáp quang MM hiện được chia làm 4 loại:
OM1: đường kính lõi 62.5 μm, sử dụng phương pháp đo Overfilled Launch (OFL), đạt băng thông 200/500 MHz-km tại bước sóng 850/1300 nm.
OM2: đường kính lõi 50 μm, sử dụng phương pháp đo Overfilled Launch (OFL), đạt băng thông 500/500 MHz-km tại bước sóng 850/1300 nm.
OM3: đường kính lõi 50 μm, sử dụng phương pháp đo Effective Modal Bandwidth (EMB), nguồn phát laser giúp tăng băng thông đến 2000 MHz-km, hỗ trợ ứng dụng 10 GE.
OM4: đường kính lõi sợi quang 50 μm, băng thông hoạt động tăng hơn 2 lần so với OM3, đạt mức 4700 MHz-km (EMB), đặc biệt được thiết kế cho ứng dụng 10, 40 và 100 GE.
Khi tính toán băng thông, yếu tố chính để phân biệt các loại cáp quang MM với nhau là dựa trên phương pháp đo OFL và EMB.
OFL là phương pháp đo băng thông truyền thống, sử dụng cơ chế truyền ánh sáng trên tất cả các mode trong sợi quang. Phương pháp này áp dụng cách tính tương tự một nguồn LED, đạt độ chính xác cao khi sử dụng nguồn phát quang là đèn LED.
EMB là phương pháp đo băng thông ra đời sau này, được áp dụng cho các tiêu chuẩn đo kiểm tiên tiến Encircle Flux (EF) và Differential Mode Delay (DMD), thích hợp sử dụng với nguồn phát quang là đèn laser. Như đã đề cập, băng thông cho OM1 và OM2 đều thấp, ở mức 200/500 MHz-km tại bước sóng 850 nm và 500 MHz-km tại bước sóng 1300 nm. OM3 và OM4 có yêu cầu băng thông cao hơn, đặc biệt là yêu cầu băng thông nguồn phát quang tối thiểu, một đặc tính mấu chốt cho các ứng dụng quan trọng ngày nay.

Độ nhạy uốn cong của cáp quang Multimode
Buổi thảo luận gần đây nhất về tiêu chuẩn cấu tạo cáp quang MM tập trung vào độ nhạy khi uốn cong cáp (BIMMF: BendInsensitive Multimode Fiber). Sự khác nhau cơ bản giữa cấu tạo cáp quang MM tiêu chuẩn và cáp quang BIMMF nằm ở thiết kế lớp vỏ bọc xung quanh lõi (core) và lớp phản xạ (cladding). Cáp quang BIMMF có thêm một lớp vỏ bọc "trench" bao quanh lớp cladding, cấu tạo từ vật liệu chiết suất thấp. Lớp "trench" này giúp giảm thiểu đáng kể suy hao bằng cách ngăn ánh sáng đi ra khỏi sợi quang tại những điểm uốn cong trên đường đi cáp. Các tia sáng được phản xạ bởi lớp "trench" gọi là "leakly mode". Tia "leakly mode" đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất cáp quang BIMMF.
Khi thi công, có thể uốn cong cáp quang BIMMF ở bán kính nhỏ hơn tiêu chuẩn thông thường. Ví dụ, khi quấn 100 vòng cáp quang ở bán kính 100 mm, cả cáp quang MM tiêu chuẩn và cáp quang BIMMF đều yêu cầu suy hao không vượt quá 0,5 dB tại cả hai bước sóng 850 nm và 1300 nm. Sự khác biệt bắt đầu ở bán kính 15 mm, suy hao cho phép của cáp quang MM tiêu chuẩn là 1 dB, cáp quang BIMMF cho phép suy hao chỉ 0,1 dB tại bước sóng 850 nm và 0,3 dB tại bước sóng 1300 nm. Điều này càng thể hiện rõ hơn ở bán kính 7,5 mm, cáp quang MM tiêu chuẩn không yêu cầu thông số suy hao cụ thể, nhưng cáp quang BIMMF lại yêu cầu rất chặt chẽ mức suy hao là 0,2 dB tại bước sóng 850 nm và 0,5 dB tại bước sóng 1300 nm. Qui trình tiêu chuẩn hóa cáp quang BIMMF đang được tiến hành. Hiện nay, Ủy ban Kỹ thuật Điện quốc tế–IEC và Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông–TIA đang xem xét giới thiệu các thông số quan trọng thu được từ cáp quang BIMMF, bao gồm thông số của cáp quang MM trong tiêu chuẩn IEC 60793- 1-43 và khẩu độ số (numerical aperture– NA) trong tiêu chuẩn IEC 60793-1-20.

Hiệu suất sử dụng cáp quang BIMMF
Trong mô hình thiết kế của một hệ thống cáp quang, có ba yếu tố tác động chính đến hiệu suất cần được xem xét:
- Khả năng kết nối và tương thích
- Băng thông
- Độ tin cậy
- Khả năng kết nối và tương thích
Cáp quang BIMMF được thiết kế với mục tiêu cải thiện hiệu suất truyền ánh sáng tại các điểm uốn cong mà không ảnh hưởng đến ba yếu tố trên. Sự tương thích giữa kích thước sợi quang và khẩu độ số tại các điểm kết nối cùng tác động của lớp "trench" là những yếu tố chính để đạt được mục tiêu này.
Cấu trúc cáp quang MM tiêu chuẩn không phân biệt theo độ dài. Nói cách khác, bất kể chiều dài là 2 m hay 100 m, đường kính và khẩu độ số của cáp quang MM tiêu chuẩn đều như nhau. Điều này khác với cáp quang BIMMF: cáp dài 2 m sẽ có đường kính và khẩu độ số lớn hơn cáp dài 100 m. Với cáp quang BIMMF, các tia khúc xạ đi ra khỏi lõi sợi quang sẽ bị phản xạ lại tại lớp "trench". Các tia bị phản xạ này cũng gây ảnh hưởng đáng kể đến các thông số như suy hao và hiệu suất cáp tại khoảng cách ngắn.
Nghiên cứu cho thấy, tính tương thích giữa đường kính sợi quang và khẩu độ số trên đoạn cáp có chiều dài ngắn cho hiệu suất kết nối tốt nhất, vì các tia sáng khúc xạ đi ra khỏi sợi quang được hạn chế tối thiểu. Cáp quang BIMMF có đường kính sợi quang 50 μm, khẩu độ số bằng 0,2 tại chiều dài 2 m sẽ có suy hao thấp hơn nhiều so với cáp quang MM tiêu chuẩn cùng chiều dài. Ở chiều dài 100 m, giá trị suy hao của cáp quang BIMMF vẫn thấp hơn cáp quang MM tiêu chuẩn cùng chiều dài, nhưng chênh lệch sẽ không rõ như ở cáp chiều dài 2 m. Ở chiều dài 300 m, mức độ suy hao của cáp quang BIMMF (đường kính lõi 50 μm, khẩu độ số bằng 0,2) sẽ lớn hơn rất nhiều so với cáp quang MM tiêu chuẩn. Đây là khám phá quan trọng giúp xác định nên ứng dụng cáp quang BIMMF vào môi trường làm việc nào, đồng thời giúp đề xuất thay đổi các phương pháp đo lường cáp quang MM truyền thống trước đây.

Băng thông
Băng thông là yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của hệ thống, nhưng thước đo để tính toán băng thông hiện nay chưa tối ưu. Chẳng hạn, khi sử dụng phương pháp đo băng thông EMB để xem xét hai loại cáp quang MM A và B, kết quả suy hao là như nhau. Nhưng khi sử dụng phương pháp đo OFL, kết quả cáp A chỉ suy hao 1,3 dB, còn cáp B suy hao 3 dB cùng trên khoảng cách 550 m với ứng dụng 10 GE. Ứng với thực tế, số lượng tia sáng khúc xạ trên cáp A sẽ nhiều hơn cáp B, hoặc cáp A có OFL cao hơn cáp B. Phương pháp OFL đo đồng thời các tia sáng di chuyển trong sợi quang và các tia sáng bị khúc xạ ra khỏi sợi quang, còn phương pháp đo EMB lại không quan tâm các tia khúc xạ này. Theo dẫn chứng trên, việc đưa phương pháp đo băng thông OFL vào các tiêu chuẩn mới là một hướng giúp tăng khả năng xác định các vấn đề trên cáp quang MM cho nhà sản xuất, nhân viên thi công và người sử dụng.

Độ tin cậy
Yếu tố cuối cùng cần xem xét là độ tin cậy– không chỉ riêng độ tin cậy quang học mà cả độ tin cậy vật lý (các lớp vỏ bảo vệ sợi quang). Hiểu đơn giản, độ tin cậy quang học là khả năng hạn chế sự thất thoát ánh sáng trong quá trình truyền dẫn. Cáp quang BIMMF giúp tăng khả năng truyền dẫn ánh sáng với bán kính uốn cong nhỏ, nhưng không tăng độ tin cậy vật lý. Thỉnh thoảng bạn sẽ thấy hình minh họa một sợi dây nhảy cáp quang được uốn cong trên kệ với bán kính rất nhỏ, khoảng 1 đến 2 mm. Điều này không chính xác, vì bán kính uốn cong nhỏ như vậy sẽ giảm tuổi thọ sử dụng dây nhảy. Quan niệm cho rằng có thể uốn cong cáp quang tương tự như cáp đồng đôi xoắn là hoàn toàn sai lầm.

Tiếp tục phát triển các tiêu chuẩn ứng dụng
Đầu thập niên 90, các ứng dụng cho hệ thống mạng trên khoảng cách ngắn sử dụng đi-ốt phát quang để truyền ánh sáng với tốc độ 10 Mbps. Sự ra đời của nguồn phát quang Laser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser ) đã giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu lên hàng gigabit. Năm 2002-2003, tốc độ truyền dữ liệu đạt 10 GE. Hiện tại, ngành CNTT đang hướng tới tốc độ 40 và 100 Gbps, sử dụng băng thông laser cao hơn với cáp quang OM3 và OM4. Khi tốc độ thay đổi lên đến 40 và 100 Gbps, ngành công nghiệp sản xuất cáp cũng chuyển từ truyền tải từng đôi (1 sợi truyền và 1 sợi nhận) sang liên kết 8 sợi quang với nhau (4 sợi truyền và 4 sợi nhận) cho tốc độ 40 G bps, và liên kết 20 sợi quang với nhau (10 sợi truyền và 10 sợi nhận) cho tốc độ 100 Gbps. Giao diện đầu nối cũng thay đổi theo đó cho phù hợp. Ứng dụng 40 GE sử dụng đầu nối MPO 12 sợi quang: 4 sợi truyền, 4 sợi nhận và 4 sợi tại vị trí trung tâm không sử dụng. Ứng dụng 100 GE có nhiều thay đổi hơn, sử dụng cáp 24 sợi quang (chia làm 2 hàng, 12 sợi quang/hàng), trong đó dùng 10 sợi quang/hàng để truyền dữ liệu với tốc độ 10 GE/sợi.
Môi trường TTDL đang chuyển hướng ứng dụng 10 GE cho các máy chủ server, còn đường trục từ thiết bị chuyển mạch tại tủ server cũng chuyển sang ứng dụng 40 GE dựa trên hệ thống cáp quang OM3 và OM4. Đồng thời, ứng dụng 100 GE cũng được mong đợi sẽ sớm triển khai, dù việc này đòi hỏi phải tăng số lượng cáp quang hiện có trong hệ thống. Sẽ rất lý tưởng nếu có một buổi hội thảo về thiết kế 4 x 25 cho ứng dụng 100 GE (4 sợi quang truyền và 4 sợi quang nhận) ở các thế hệ Ethernet tiếp theo. Thiết kế 4 x 25 được đánh giá cao hơn so với thiết kế 10 x 10 hiện nay vì tiết kiệm chi phí đầu tư cáp mới và thiết bị đi kèm (có khả năng tận dụng lại hệ thống 4 x 10 ứng dụng 40 GE). IEEE đã tổ chức kêu gọi trao đổi về ứng dụng 400 GE với kỳ vọng sẽ nhận được tài trợ cho nhóm nghiên cứu. Song song với đó, việc nghiên cứu tiêu chuẩn kênh quang– Fiber Channel cũng đang được tiến hành. Một hệ thống có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn luôn là mục tiêu để các nhà nghiên cứu và sản xuất thiết bị không ngừng hướng đến.