راهنما فیبر نوری مالتی مد – چند حالته

راهنما فیبر نوری مالتی مد – چند حالته: فیبر نوری مالتی مد یا به عبارتی فیبر نوری چند حالته (MMF یا Multi-mode Fiber) نوعی فیبر نوری است که بیشتر جهت ایجاد لینک های نوری در فواصل کوتاه مانند داخل ساختمان ها (ستون فقرات backbone ) و یا بین ساختمان ها ( Campus ) مورد استفاده قرار می گیرد. فیبر های نوری مالتی مد میتوانند پهنای باند های 100 گیگابیت بر ثانیه و نسل جدید تا 400 گیگابیت بر ثانیه را پشتیبانی نمایند. فیبر نوری چند حالته (مالتی مد) دارای قطر هسته نسبتاً بزرگتری می باشد که امکان انتشار چندین حالت نور را فراهم می نماید و حداکثر طول لینک انتقال دیتا را به دلیل پراکندگی مودال محدود می نماید. استاندارد فیبر نوری ITU-T در طبقه بندی G.651.1 پرکاربردترین اشکال فیبر های نوری مالتی مد (چند حالته) را تعریف می نماید.

فیبر نوری مالتی مد یا چند حالته (MMF) با قابلیت پاسخگویی به نیازهای پهنای باند بیشتر در شبکه های LAN  امروزی، نقش مهمی را در زیرساخت های شبکه مدرن امروزی ایفا می نماید.

راهنما فیبر نوری مالتی مد – چند حالته

فهرست مطالب

1. راهنما کامل فیبر نوری مالتی مد
   1. تعریف فیبر نوری مالتی مد
   2. تاریخچه
   3. ساختار و مشخصات
   4. Step-Index
   5. Graded-Index
   6. استاندارد ها
   7. روش های های اتصال
   8. قطر انواع
   9. رنگ بندی

1. مزایا
2. معایب
3. مشخصاتOM1
4. مشخصاتOM2
5. مشخصاتOM3
6. مشخصات OM4
7. مشخصاتOM5

تاریخچه

اوایل دهه 1980 کابل های فیبر نوری مالتی مد ( چند حالته ) برای اولین بار در شبکه های مخابراتی مستقر گردید. در اواخر همان دهه برای اولین بار در شبکه های عمومی مورد استفاده قرار گرفت و سپس در شبکه های  Enterprise، پشتیبانی از شبکه های کاربردی مانند سوئیچ های تلفن خصوصی  (PBX)، مالتی پلکسرهای داده و شبکه های محلی نیز مورد کاربری قرار گرفت.
در دهه 90 میلادی شبکه های مسی و فیبر نوری بسیار رونق یافتند. کابل های فیبر نوری مالتی مد به رسانه اصلی جهت ایجاد ستون فقرات backbone و سایر لینک های پشتیبانی گیگابیت تبدیل شدند و نیاز به دسترسی پهنای باند های فراتر از قابلیت کابل های شبکه مسی اترنت را فراهم ساختند. در همان روزها نرخ انتقال داده از 100 مگابیت بر ثانیه فراتر رفت، لیزرهای VCSEL با انتشار 850 نانومتر نسبت به منابع LED مقرون به صرفه تر شدند. تولید VCSEL ها جرقه تبدیل قطر هسته MMF را از 62.5 میکرومتر ( فیبر نوری OM1 ) به 50 میکرومتر ( فیبر نوری OM2 ) ایجاد نمود.

در اواخر دهه 90 میلادی عصر گیگابیت اترنت کلید خورد و محدودیت ها با تکنیک ها و روش های اندازه گیری پهنای باند آشکار گشت. شناسایی پهنای باند از طریق اندازه‌گیری تفاضل تاخیر حالت های(مدهای) استاندارد شده ( DMD یا differential mode delay ( میسر گشت. فرایند فوق از توزیع لیزری متغیر جهت جداسازی حداقل پهنای باند لیزر استفاده می نمود. فیبر نوری که بتواند اندازه گیری های اشاره شده را با موفقیت پشت سر بگذارد به عنوان فیبر نوری مالتی مد بهینه شده لیزری (LOMMF یا Laser Optimized MMF ) شناخته می شد . نخستین فیبر نوری  LOMMF  پهنای باند حداقل 2000 مگاهرتز*کیلومتر را در 850 نانومتر – شناخته شده به عنوان فیبر نوری OM3 ارائه شد.

در اواخر دهه 2000 فیبر نوری OM4 با حداقل 4700 مگاهرتز * کیلومتر و توانایی پشتیبانی پهنای باند 25 گیگابیت بر ثانیه در هر لینک ارائه گشت. فیبرهای نوری چند حالته OM3  و OM4 رسانه های فیبر اولیه جهت شبکه های اترنت و ترانک های فیبر می باشند،‌برنامه های MMF موازی در داخل اترنت و کانال فیبر با نرخ های > = 40 گیگابیت بر ثانیه با استفاده از حداقل 4 جفت فیبر استاندارد شده اند. پهنای باند 40G-BiDi دوطرفه، به عنوان اولین استفاده از طول موج های چندگانه بین 850 نانومتر و 950 نانومتر جهت فعال نمودن مالتی پلکسینگ کوتاه ایجاد شد.

WBMMF (WideBand MultiMode Fiber)  استاندارد شده است تا توانایی فرستنده گیرنده های Short-WDM مبتنی بر VCSEL را افزایش دهد. فرستنده و گیرنده های 40G-SWDM4 و 100G-SWDM4 توسط قراردادهای مالتی سورس که توسط اتحادیه SWDM پشتیبانی می شود تعریف شده اند.فیبر های نوری WBMMF  به عنوان فیبر نوری OM5 در استانداردهای شبکه ساخت یافته در سطح جهانی شناخته می شود. OM5 یک رسانه شناخته شده در استانداردهای شبکه اترنت و کانال ارتباطات فیبر در حال ظهور با نرخ های 50G، 64G، 100G، 200G، 400G است.

کابل فیبر نوری چند حالته دارای یک هسته قطری بزرگ است که به چندین حالت نور اجازه انتشار می دهد. به همین دلیل، تعداد بازتاب‌های نور ایجاد شده در هنگام عبور نور از هسته افزایش می‌یابد و توانایی برای عبور داده‌های بیشتری در یک زمان معین را ایجاد می‌کند. به دلیل پراکندگی و نرخ تضعیف بالا با این نوع فیبر، کیفیت سیگنال در فواصل طولانی کاهش می یابد. این نرم افزار معمولاً برای برنامه های کاربردی در فواصل کوتاه، داده و صوتی/تصویری در شبکه های LAN استفاده می شود. سیگنال های باند پهن RF، مانند آنچه که شرکت های کابلی معمولا استفاده می کنند، نمی توانند از طریق فیبر چند حالته منتقل شوند.

ساختار فیبر نوری مالتی مد

کابل فیبر نوری مالتی مد ( چند حالته ) دارای هسته ای با قطر بزرگ می باشد که به چندین حالت نور اجازه انتشار می دهد. به همین دلیل، تعداد بازتاب‌های نور ایجاد شده در هنگام عبور نور از هسته افزایش می‌یابد و توانایی برای عبور داده‌های بیشتری در یک زمان معین را ایجاد می نماید. به دلیل پراکندگی و ضریب افت بالا در این نوع فیبر، کیفیت سیگنال در فواصل طولانی کاهش می یابد. فیبر نوری مالتی مد معمولاً برای شبکه های کاربردی در فواصل کوتاه، داده و صوتی/تصویری در شبکه های LAN استفاده می شود. سیگنال های باند پهن RF، مانند آنچه که شرکت های کابلی معمولا استفاده می نمایند، نمی توانند از طریق فیبر چند حالته منتقل شوند.

در بالا: فیبر مالتی مد ( چند حالته ) در دو نوع ساختاری هسته/کلد(روکش) 50/125 و   62.5/125 میکرومتر ارائه میگردند. این بدان معناست که نسبت قطر هسته به روکش 50 میکرون به 125 میکرون و 62.5 میکرون به 125 میکرون است. فیبر نوری  OM1 تنها فیبر نوری مالتی مدی می باشد که قطر هسته آن 62.5 میکرون است. فیبر های نوری OM3 و OM4 و OM5 دارای قطر هسته 50 میکرون می باشند.

ویژگی ها و مشخصات فیبر های نوری مالتی مد  Multi-mode

فیبر چند حالته با شاخص پله ای  Step-Index

به دلیل هسته بزرگ آن، برخی از پرتوهای نوری که پالس دیجیتالی را تشکیل می‌دهند ممکن است مسیر مستقیمی را طی نمایند، در حالی که برخی دیگر با جهش از روکش دارای حرکت زیگزاگ می‌شوند. این مسیرهای متناوب باعث می‌شود گروه‌های مختلف پرتوهای نور که به آن حالت‌ها گفته می‌شود، به طور جداگانه به نقطه دریافت یا گیرنده برسند. پالس ها ، مجموعه ای از حالت های مختلف، شروع به پخش شدن می نمایند و شکل مشخص خود را از دست می دهند. نیاز به ایجاد فاصله بین پالس ها برای جلوگیری از همپوشانی، مقدار اطلاعات ارسالی را محدود می نماید. این نوع فیبر برای انتقال در فواصل کوتاه مناسب است.

فیبر چند حالته با شاخص درجه بندی شده – Graded-Index

حاوی هسته ای است که در آن ضریب شکست به تدریج از محور مرکزی به سمت روکش کاهش می یابد. ضریب شکست بالاتر در مرکز باعث می شود پرتوهای نوری که به سمت پایین محور حرکت می نمایند کندتر از پرتوهای نزدیک روکش پیشروی نمایند. با توجه به شاخص درجه بندی شده، نور در هسته به جای زیگزاگ از روکش منحنی مارپیچی می شود و مسافت سفر آن را کاهش می دهد. مسیر کوتاه شده و سرعت بالاتر به نور در حاشیه اجازه می دهد تا تقریباً همزمان با پرتوهای آهسته اما مستقیم در محور هسته به گیرنده برسد. نتیجه: پالس دیجیتال از پراکندگی کمتری بهره می برد. این نوع فیبر برای شبکه های محلی مناسب است.

علاوه بر این، فیبرهای مالتی مد یا چند حالته با استفاده از یک سیستم طبقه‌بندی تعیین شده توسط استاندارد ISO 11801  به OM1، OM2، و OM3 – که بر اساس پهنای باند مودال فیبر چند حالته است، توصیف می‌شوند. OM4 (تعریف شده در TIA-492-AAAD) در آگوست 2009 نهایی شد و در پایان سال 2009 توسط TIA منتشر گردد. کابل OM4 از لینک های 125 متری با پهنای باند 40 و 100 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می نماید. حروف “OM” مخفف فیبر نوری مالتی مد یا چند حالت نوری Optical Multi-mode است.

استاندارد های کابل های فیبر نوری مالتی مد

همانطور که اشاره شد، استاندارد ISO/IEC 11801 و TIA-492 مهمترین دسته بندی مربوط به فیبر های نوری مالتی مد را ارائه می نمایند. همانطور که در جدول شماره ۲ مشاهده میفرمایید، مقایسه پهنای باند و افت بین کابل ‌های فیبر نوری مختلف OM / فیبر های نوری مالتی مد OM1, OM2, OM3, OM4, OM5 :

روش های های اتصال فیبر نوری مالتی مد

2 روش اتصال وجود دارد، اتصال مکانیکی و همجوشی (فیوژن فیبر نوری) وجود دارد. هر دو روش افت بسیار کمتری را در مقایسه با زدن کانکتور یا اتصال دهنده های متدوال فیبر ارائه می دهند.

اتصال مکانیکی

اتصال مکانیکی کابل فیبر نوری یک تکنیک اتصال جایگزین است که به اسپلایس فیوژن نیازی ندارد. اتصال مکانیکی ، اتصالی از دو یا چند فیبر نوری است که توسط مجموعه‌ای که فیبر را با استفاده از یک سیال تطبیق شاخص، در یک راستا نگه می‌دارد، و در یک راستا همسان قرار میدهد و در جای خود ثابت می نماید، صورت می پذیرد. اتصال مکانیکی از یک اتصال مکانیکی کوچک به طول حدود 6 سانتی متر و قطر 1 سانتی متر استفاده می نماید که به طور دائم به دو فیبر نوری متصل می شود. این روش دو تار فیبر نوری را تراز می نماید و سپس آنها را به صورت مکانیکی محکم می نماید. یک پوشش از نوع گیره دار، یک پوشش چسب یا هر دو، جهت قرار گیری دائمی اتصال استفاده می شود. تار های فیبر نوری در این روش به طور دائم به یکدیگر متصل نمی شوند، تنها به طور دقیق به هم متصل می شوند تا نور بتواند از یکی به دیگری عبور نماید. ( مقیاس افت <0.5dB )

افت اتصال فیوژن معمولاً 0.3dB می باشد. اگرچه اتصال مکانیکی افت بازتابی (افت برگشتی ORL ) بالاتری نسبت به روش اتصال فیوژن دارد. استفاده از  اتصالات مکانیکی برای سربندی کابل فیبر نوری آسان تر است و برای تعمیرات سریع بسیار مفید هستند. آنها در انواع دائمی و موقت موجود می باشند. اتصالات مکانیکی کابل فیبر نوری برای فیبرهای تک حالته یا چند حالته موجود است.

جوش فیبر نوری یا فیوژن

اتصال فیوژن، گران تر است، اما طول عمر بسیار بیشتری نسبت به اتصال مکانیکی دارد. روش فیوژن، هسته های فیبر را با افت کمتری به هم ذوب می نماید. ( مقیاس افت <0.1dB )

در فرآیند اتصال فیوژن، یک دستگاه اسپلایسر فیوژن تخصصی برای تراز نمودن دو انتهای تارفیبر نوری استفاده می‌شود، سپس انتهای شیشه‌ها با استفاده از قوس الکتریکی یا نوعی گرما به یکدیگر «جوش می‌شوند» یا «گدازیده می شوند». فیوژن یک اتصال شفاف، غیر انعکاسی و پیوسته بین تارهای فیبر نوری ایجاد می نماید که نور بسیار کمتری را از دست می دهد.(افت بسیار ناچیز قرارگیری و افت تقریبا صفر برگشتی) لینک انتقال. (افت معمولی: 0.1 دسی بل)

افت فیبر نوری (استاندارد های افت فیبر نوری)

متغیرهای افت نوری شامل اتصال دهنده ها(کانکتور ها و کوپلر ها)، فیوژن ها و افت خود کابل در هر کیلومتر می باشد.

چنانچه مقادیر واقعی برای همه متغیرهای افت مشخص نباشد، جهت تکمیل محاسبات به تخمین هر یک نیاز است. در این مورد، می توانیم از روش حداقلی جهت اطمینان از وجود توان کافی برای لینک استفاده نمایید.

توجه: (افت فیبر / کیلومتر در جدول بالا)
1. این مقادیر بر اساس TIA/EIA و سایر مشخصات صنعت هستند
2. این مقادیر نمونه ای از عملکردی است که می توان با نصب لینک فیبر جدید به دست آورد

IEE همچنین حداکثر فاصله کابل را همانطور که در جدول زیر تعریف شده است توصیه می نماید.

قطر انواع فیبر نوری مالتی مد

اندازه هسته و روکش (کلد) انواع تار فیبر نوری بر اساس قطر هسته و روکش، که بر حسب میکرون بیان می شوند، شناسایی می گردند. فیبر چند حالته در دو اندازه 62.5 یا 50 میکرون و در چهار طبقه بندی موجود است: OM1 با 62.5/125µm ، OM2، OM3، OM4  و OM5 با  50/125µm طراحی گردیده اند.. تمامی فیبر های نوری مالتی مد دارای قطر روکش 125 میکرومتر یا میکرون می باشند.

مزایا فیبر نوری مالتی مد

• به دلیل قطر هسته بزرگتر، سربندی فیبر به راحتی در هنگام اتصال دادن فیبر ها به یکدیگر یا کانکتور تراز می شوند، که زمان سربندی کوتاه تری را فراهم می نماید.
• کانکتورها، اجزا و تجهیزات فعال (اکتیو شبکه) شبکه مالتی مد مورد استفاده مقرون به صرفه تر می باشند.
• جهت انتقال نور از منابع نور و حسگرهای LED ارزان‌تر استفاده می‌شود.

معایب فیبر نوری چند حالته

• به دلیل پهنای باند(سرعت) محدود آنها، به ویژه جهت کاربردهای در مقیاس بزرگ ترجیح داده می شوند.
• تارهای فیبر نوری مالتی مد یا چند حالته ضخیم تر هستند و قیمت آنها معمولا دو برابر کابل های تک حالته یا سینگل مد بوده و گران تر است.
• محدودیت فواصل طولی قابل پشتیبانی نیز در مقایسه با شبکه تک حالته بسیار کوتاه تر است.

رنگ بندی فیبر نوری مالتی مد 

• مشخصات فیبر نوری OM1

•  رنگ بندی مطابق استاندارد TIA : نارنجی
• اندازه هسته – 62.5 میکرو متر
• نرخ انتقال داده – 1 گیگابایت در 850 نانومتر
• فاصله پشتیبانی – تا 300 متر (منظور از فاصله پشتیبانی فاصله ای است که نرخ داده استاندارد برآورده شود، نور در شبکه مالتی مد قابلیت انتقال را تا 2000 متر دارا می باشد البته با پهنای باند محدود تر و افت بالاتر)
• کاربرد ها – شبکه های Short-haul، شبکه های محلی  LAN و شبکه های خصوصی ( بیشتر شبکه های صنعتی دهه90  )
•  کابل فیبر چند حالته 62.5/125µm

• مشخصات فیبر نوری OM2

•  رنگ بندی مطابق استاندارد TIA : نارنجی  Orange
• اندازه هسته – 50 میکرو متر
• نرخ انتقال داده – 1 گیگابایت در 850 نانومتر
• فاصله پشتیبانی – تا 600 متر (2 برابر ظرفیت فاصله OM1 )
• کاربرد ها – شبکه های Short-haul، شبکه های محلی  LAN و شبکه های خصوصی ( بیشتر شبکه های صنعتی دهه90  )
• کابل فیبر چند حالته 50/125µm

• مشخصات فیبر نوری OM3 – فیبر نوری بیهنه شده با لیزر LOMMF

•  رنگ بندی مطابق استاندارد TIA :  فیروزه ای Turquoise
• اندازه هسته – 50 میکرو متر
• نرخ انتقال داده – 10 گیگابایت در 850 نانومتر
• فاصله – تا 300 متر
• برنامه های کاربردی – شبکه های خصوصی بزرگتر
• با استفاده از کانکتور MPO/MTP می تواند تا 100 گیگابایت از 40 گیگابایت یا 100 گیگابایت را انتقال نماید
• کابل فیبر نوری OM3 10Gigabit Laser Optimize 50/125µm

• مشخصات فیبر نوری OM4 – فیبر نوری بیهنه شده با لیزر LOMMF

•  رنگ بندی مطابق استاندارد TIA :  بنفش Violet
• اندازه هسته – 50 میکرو متر
• نرخ انتقال داده – 10Gb / 40Gb / 100Gb
• فاصله – 400m @10Gb / 150m @40Gb / 150m @100Gb
• 150 گیگابایت تا 100 متر با استفاده از کانکتور MPO
• برنامه های کاربردی – شبکه های پرسرعت – مراکز داده (دیتا سنتر های ثابت و کانتینری یا ماژولار)، مراکز مالی و پردیس های سازمانی
• با استفاده از کانکتور MPO/MTP می تواند تا 100 گیگابایت از 40 گیگابایت یا 100 گیگابایت را انتقال نماید
• کابل های بهینه سازی شده OM4 50μ-Multi-Mode 10Giga / 550m

اساسا، OM5 برای پهنای باند 40 گیگابیت بر ثانیه و 100 گیگابیت بر ثانیه ساخته شده است. با این حال، از طول موج های چندگانه (850 نانومتر، 880 نانومتر، 910 نانومتر و 940 نانومتر) استفاده می نماید و از فناوری جدیدی به نام SWDM (مالتی پلکس کردن تقسیم طول موج کوتاه موج کوتاه) بهره می برد. این فناوری به فیبر نوری اجازه می دهد تا کانال های متعددی در یک هسته داشته باشد که پهنای باند را تا چهار اتصال توزیع می نماید. به این معنی که یک کابل OM5 40Gb/s به عنوان 4 کابل مجزا با سرعت 10Gb/s عمل می نماید و یک کابل OM5 100Gb/s می تواند به عنوان چهار کابل 25Gb/s استفاده شود. این توسعه هزینه تجهیزات مرکز داده و کابل کشی را کاهش می دهد، به خصوص که با OM3 و OM4 نیز سازگار است. و نسل جدیدی را با چندین اتصال در یک کابل ارائه می دهد.

• مشخصات فیبر نوری OM5 – فیبر نوری پهن باند کوتاه WBMMF

•  رنگ بندی مطابق استاندارد TIA :  سبز لیمویی Lemon green
• سازگاری پشتیبانی از برنامه قدیمی OM4  و OM3
• ظرفیت انتقال تا 100 گیگابیت بر ثانیه
• کاهش نیاز 4 برابری به تار نوری
•  اترنت فعال:  100G-SR, 400G-SR4, 1600G-SR16
• کانال فیبر: 128G-SWDM4

کابل های فیبر نوری

کابل های شبکه مسی

تجهیزات فیبر نوری