宽带多模光纤的演变历程、技术优势及发展前景

　未来以太网的发展路线图

　　以太网自上个世纪70年代出现以来，由于其低成本，易部署，兼容性好，方便管理等特点目前已经成为企业网络领域真正的统治者。在过去的40年里，以太网过去一直以10为倍数跨跃式地向前发展，从10Mbps发展到2010年的100Gbps，以及目前正在讨论中的400Gbps，速度提高了40, 000倍。

　　以太网未来需要解决三个市场需求：

　　1.运营商和光纤传输网(OTN)，必须提供领先的技术满足带宽需求的急剧增长

　　2.超大型的数据中心，交换机带宽平均2-2.5年翻一番

　　3.企业网数据中心，未来计划采用云技术

　　从技术上来讲，以太网以10为倍数向前发展是可行的，但是从投资和成本的角度来看，以10为倍数发展非常不经济，功耗和价格都会很高。2010年，以太网开始以4为倍数发展，出现了40G以太网的标准，未来以太网络服务器会以2为倍数向前发展，网络主干会以4为倍数向前发展，这个全新的发展路线图会对以太网的发展注入新的活力。

　　IEEE目前正在开发的以太网络标准有2.5Gbps, 5Gbps以太网，主要应用于无线网络接入点；25Gbps, 40Gbps，50Gbps以太网主要应用于服务器；100Gbps, 200Gbps以太网主要应用于数据中心网络主干；400G主要用于运营商中心机房，400G以太网的标准预计于2017年颁布。　　

　　数据中心内单模光纤和多模光纤通信的技术区别及成本考量

　　A. 波分复用 (Wavelength Division Multiplexing)

　　单模光纤通常采用波分复用 (WDM)的方式来增加网络传输速率，2010年发布的100GBase-LR4，采用2芯单模光纤1收1发，能够在一芯光纤上同时复用４个波长，每个波长传输25Gbps。单模光纤传输100Gbps的方案传输距离远，布线成本低，然而，单模光纤需要采用高成本的激光 (LD) 光源收发器，单模光纤的激光收发器价格至少是多模光纤收发器的3倍以上, 功耗至少2倍以上。（备注：来源OFS 2014年数据）

　　B. 串行传输（Serial Transmission）

　　传统的多模光纤一般采用串行传输模式，在这种模式下增加以太网的传输速率必须增加每芯光纤/通道的传输速率。 目前以太网最大串行传输速率为10Gbps/通道，IEEE正在制定25Gbps/通道,50Gbps/通道的网络标准，以400G以太网为例，会有25Gbps/通道， 50Gbps/100Gbps通道3个不同的版本，光纤芯数分别需要32芯/16芯/8芯。400G以太网采用的编码方式有NRZ,PAM4,DMT,更高级的编码方式意味着更复杂的电路和功耗，因而成本更高。

　　C.并行传输(Parallel Transmission)

　　多模光纤提高网络传输速率的另外一种方法是采用并行传输模式，即通过增加光纤芯数来增加传输速率。2010年发布的100G Base-SR10采用10Gbps/通道的传输方式，10通道接收10通道发送，总共需要20芯光纤。

　　D. 短波波分复用 (Short Wavelength Division Multiplexing, WDM)

　　随着100G-NG,200G/400G以太网乃至1T以太网的提出，传统的多模光纤在芯数和距离上成为阻碍未来以太网络发展的瓶颈。短波波分复用技术利用性价比较高的短波的垂直腔面发射激光(VCSEL) 光源，优化的宽带多模光纤 (WBMMF) 能够在一芯多模光纤上支持4个波长，把需要的光纤芯数降低为之前的1/4，同时提高了有效模式带宽（Effective Modal Bandwidth, EMB）, 延长了40/100G的传输距离到300米左右。

　　目前全球96%的数据中心，网络核心区骨干(Spine)交换机到服务器机柜分支（Leaf）交换机的距离在300米以内，因此短波波分复用技术(SWDM)和宽带多模光纤(WBMMF)未来会继续延续多模光纤作为数据中心40/100/400G以太网的主流传输介质的传统。未来通过短波波分复用 (SWDM) 和并行传输技术相结合，只需要8芯宽带多模光纤 (WBMMF) ，就能够支持更高速的应用，比如200/400G以太网。

　　

　　WBMMF的定义及其核心技术

　　多模光纤自上世纪80年代进入市场以来，经历了从OM1、OM2、OM3到OM4的演进。网络速率的不断提升，对光收发器的光源要求也越来越高，光收发器的光源从传统的满注入发射(Overfilled lunch)的发光二极管(LED)发展到高性能低成本的垂直腔面发射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser ,VCSEL)，OM3光纤是针对垂直腔面发射激光(VCSEL)光源优化的多模光纤，有效模式带宽(EMB)达到2000MHZ.Km，支持100GBase-SR10距离达到100米, 而OM4光纤有效模式带宽(EMB)相比OM3光纤提高了1倍多，达到4700MHZ.Km，然而支持100GBase-SR10距离仅有150米，相对于OM3光纤，100G以太网传输距离仅仅增加了50%。

　　进入2010年代，随着100G-NG,200G/400G以太网乃至1T以太网的提出，传统的多模光纤在芯数和距离上成为阻碍未来以太网络发展的瓶颈，而宽带多模光纤(WBMMF)的出现打破了传统多模光纤的技术瓶颈。

　　首先，它借鉴了单模光纤的波分复用(WDM)技术，延展了网络传输时的可用波长范围，能够在一芯多模光纤上支持4个波长，把需要的光纤芯数降低为之前的1/4。

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