Superación de la reflectancia de conexión y las fallas de red en la migración del centro de datos 10G/40G/100G/400G

La inevitable obsolescencia de las infraestructuras de cobre y la migración a fibra óptica 10G a entornos Ethernet de mayor capacidad ofrecen interesantes oportunidades, desafíos y complejidades para los administradores y contratistas de redes de centros de datos. Una de estas complejidades de red, que a menudo se descuida, es la reflectancia de la conexión, que puede provocar graves tiempos de inactividad y fallos de red, lo que también puede comprometer el éxito de la migración. Mediante el uso de equipos de prueba adecuados y la adaptación de las prácticas de prueba actuales a métodos más orientados al futuro para adaptarse a la avalancha de nuevos cambios en la conectividad, como la óptica paralela, PAM4, los requisitos de flujo restringido MMF y la fibra multimodo de banda ancha OM5 (WBMMF) con multiplexación por división de longitud de onda corta (SWDM), lo que podría ser un grave problema de red se puede resolver de forma fácil y rápida.

Reflectancia de conexión en el panel de conexión: el enlace permanente está cambiando

A medida que aumentan las velocidades de transmisión, especialmente para 40, 100 y 400G, los requisitos de pérdida de inserción de fibra y reflectancia de conexión deben ser más estrictos. Por ejemplo, migrar de 10 GbE a 25 GbE proporciona 2,5 veces más rendimiento por línea, mientras que elegir la velocidad de línea de 25 G para un enlace de 100 G (4×25) puede requerir un nuevo transceptor. Por lo tanto, es discutible que las especificaciones de reflectancia publicadas por algunos de los principales organismos de normalización de la industria, de -20 dB (ISO/IEC 11801 2010; TIA-568.3D 2013) para fibra multimodo y de -35 dB UPC (TIA-568.3-D 2013, votación 6) para fibra monomodo, sean inadecuadas. Una reflectancia de -35 dB para multimodo y de -40 a -45 dB para monomodo podría ser un requisito más realista para un panel de conexión existente equipado con LC/UPC (para QSFP28 4x25G, 100G). Los umbrales de reflectancia también deben considerar que el enlace permanente está cambiando para la red de centros de datos de alta densidad y escalabilidad, con una mayor adopción de la optimización de la óptica paralela utilizando únicamente conectores MPO multifibra que se conectan directamente al transmisor mediante latiguillos. Este enfoque es ideal para la migración de 40-100G y la futura migración a 400G, y utiliza fibra plana para instalaciones rápidas y sencillas, ahorrando tiempo y mano de obra.

Imagen 1: MPO-MPO (40G-100G-400G) IEEE 802.3ba

Sin embargo, los conectores MPO, tanto multimodo como monomodo, pueden requerir tolerancias de pérdida más estrictas. A diferencia de los conectores monofibra SC y LC, los conectores MPO pueden ser más susceptibles a un contacto físico deficiente tras múltiples conexiones y desconexiones, lo que puede provocar una pérdida de inserción y una reflectancia reducidas. Para multimodo, los pulidos de grado Elite (para la marca MTP de US Conec) o Ultra UPC, y para monomodo, los pulidos APC (contacto físico en ángulo) ayudan a minimizar los problemas de reflectancia.

Modificación de los procedimientos de prueba de reflectancia y cambios en el centro de datos

Los avances en la infraestructura de fibra óptica para centros de datos han evolucionado rápidamente en los últimos años, y la hoja de ruta para la infraestructura de fibra óptica y los transceptores es cada vez más clara. Por lo tanto, los operadores de red y los contratistas ahora pueden planificar su propia estrategia para el crecimiento del ancho de banda. Mediante estudios e I+D, los ingenieros de EXFO han comprendido las macrotendencias que dictarán las implementaciones de infraestructura de red y la migración del ancho de banda en los próximos años, y han diseñado y lanzado equipos de prueba que reflejan dichas tendencias y avances tecnológicos. Una de estas tendencias es que muchos centros de datos de hiperescala y otros grandes centros de datos están adoptando únicamente fibra monomodo, a la vez que negocian precios competitivos para los transceptores monomodo más costosos. Aprovechando los nuevos formatos de modulación, como PSM4 y PAM4, y la óptica paralela en sus infraestructuras, los grandes centros de datos están implementando 100G (4x25G) hoy, mientras que en un futuro próximo planean implementaciones de 200G y 400G.

Dado que no todos los centros de datos son iguales, una segunda tendencia observada es que, para centros de datos empresariales de menor tamaño, la fibra multimodo sigue siendo una buena opción, incluso si las distancias máximas de fibra para cumplir con los requisitos de 100G/200G/400G sobre MMF se limitan a un máximo de 60-70 metros para permitir una migración segura a 200G/400G. La reciente ratificación de la fibra OM5 por parte del Comité de Ingeniería TR-42 de la TIA permite la tecnología WDM (4 longitudes de onda) en la región de 850 nm y sirve como un ejemplo más de que la fibra multimodo es un medio fiable y con garantía de futuro. Sin embargo, un plan exitoso para cumplir con los nuevos requisitos tecnológicos, nos guste o no, requiere nuevas prácticas y procedimientos de prueba.

Una práctica de prueba común en los centros de datos actuales es usar primero un OLTS (equipo de prueba de pérdida óptica) avanzado para evaluar el importante presupuesto de pérdida de extremo a extremo de la infraestructura de interconexión de fibra óptica y la longitud de los enlaces de fibra para garantizar que las señales se transmitan correctamente por el transceptor según la aplicación específica. Un OLTS compatible con Encircled Flux, como el MAX-945 iCERT QUAD , puede proporcionar pruebas bidireccionales en 2 longitudes de onda en menos de 3 segundos. Sin embargo, cómo y cuándo se usa un OLTS para pruebas debe modificarse para considerar factores como la reducción sustancial del presupuesto de pérdida (1,5 dB sobre MMF para 40G/100G), por ejemplo, y realizar la evaluación precisa de dónde se distribuye la pérdida de inserción a lo largo del enlace de fibra o qué porción va a casetes y conexiones versus la fibra misma. La reducción del presupuesto de pérdidas y el margen de maniobra se vuelve aún más compleja al probar implementaciones de 10G con 25G o futuras implementaciones de carriles de 50G para 100G/200G/400G. Además, las redes de mayor velocidad requieren pruebas adicionales, como la reflectancia de las conexiones en el panel de conexiones. Omitir las pruebas de estos sistemas, como hacen algunas empresas, puede provocar fallos desastrosos en la red que podrían haberse evitado fácilmente.

Una de las principales fuentes de pérdida de enlace de fibra y reflectancia multimodo es la discordancia de la fibra, que genera desfases en el conector al utilizar un VSCEL que llena el núcleo de luz de forma insuficiente y subestima las pérdidas, o un LED que llena demasiado y produce pérdidas sobreestimadas durante las pruebas. Los estudios indican que puede haber una variación de hasta un 60 % en la medición de potencia debido a la susceptibilidad del VCSEL a llenar el núcleo de la fibra de forma insuficiente, lo que resulta en mediciones imprecisas y aleatorias. Para lograr repetibilidad, consistencia, reproducibilidad y validez de los resultados de las pruebas, se deben emplear las métricas y métodos de flujo circundado, como se ilustra en las imágenes 2-4.

Imagen 2: VCSEL

Imagen 3: LED

Imagen 4: Flujo rodeado

Una mala conectividad física puede generar altas tasas de errores de bits, posible pérdida de paquetes y latencia, por lo que se recomienda una fuente de luz compatible con Encircled Flux, como el MAX-945 iCERT QUAD .

Cuando los resultados del OLTS sugieren una falla, existe una probabilidad superior al 95% de que el problema resida en los conectores. Sin embargo, el OLTS no puede evaluar ni medir la pérdida de inserción ni la reflectancia, ni detectar el origen del problema ni la ubicación del conector o conectores defectuosos. Esta es la función de un OTDR compatible con Flujo Encerrado, como el FTB-720C QUAD iOLM , que mide la pérdida de inserción y la reflectancia localizadas de cada conector del enlace de fibra y detecta con precisión la ubicación del fallo en todos los conectores de entrada y salida para minimizar el tiempo de inactividad de la red. También proporciona información sobre la ORL total, la pérdida de enlace y la longitud del enlace de fibra.

Dado que la reflectancia es un problema tan grave, se recomienda realizar primero pruebas con el OTDR para garantizar el funcionamiento eficiente de todos los conectores y garantizar una migración correcta a la primera a enlaces de alta velocidad. Posteriormente, se realizan pruebas con el OLTS para cumplir con los requisitos de cumplimiento normativo de la industria y garantizar un rendimiento óptimo de la transmisión de la infraestructura física de extremo a extremo.

Una de las causas más frecuentes de pérdida de retorno es la contaminación del conector por transferencia de aceite de las manos o dedos del técnico durante la instalación y las pruebas, como se muestra en la Imagen 5. La contaminación por aceite provoca cambios significativos en la pérdida de retorno (de 10 dB a 12 dB a 10 G) en este ejemplo de fibra monomodo. El aceite no crea un entrehierro a 10 G, por lo que no afecta la pérdida de inserción; sin embargo, a 25 G, la pérdida de retorno podría ser lo suficientemente grande como para causar una falla grave de la red debido a una degradación significativa del rendimiento de la prueba de tasa de error de bits (BERT).

Imagen 5: Pérdida de retorno de un conector limpio frente a uno contaminado con aceite (diferencia promedio de 10 dB a 12 dB en la pérdida de retorno)

Dado que no hay tolerancia para la suciedad, el polvo o los residuos en los conectores, la inspección y limpieza de la fibra con un osciloscopio óptico FIP-435B es imprescindible cada vez que se manipula un conector y antes de cualquier reconexión de conectores y pruebas OLTS u OTDR para mantener su red en funcionamiento las 24 horas, los 7 días de la semana, los 365 días del año.

El futuro es ahora

Con el rápido crecimiento de los requisitos de ancho de banda y la migración más allá de 10G, el futuro es ahora. La conectividad 10G, así como los procedimientos y hábitos de prueba, ya no son suficientes ni se justifican económicamente. Por ejemplo, seguir operando la red del centro de datos con SFP antiguos ya no es viable, ya que requeriría demasiada fibra y puertos 10G activos. Además, el hecho de que un enlace funcionara sin problemas a 10G no garantiza que 100G/200G o 400G funcionen correctamente en la misma arquitectura existente; es arriesgado asumir que así será. Tampoco garantiza que las nuevas instalaciones de red que utilicen componentes de la mejor calidad no presenten fallos, pérdidas ni reflectancia.

La mejor garantía de una migración exitosa y de una red con bajo mantenimiento y sin tiempos de inactividad es realizar pruebas de manera efectiva y frecuente según lo recomendado, lo que en última instancia le ahorrará a su organización tiempo significativo, costos laborales y preocupaciones, ya que su red funcionará a su máximo rendimiento.

Con más de 30 años como líder del mercado en pruebas y mediciones de fibra óptica y siendo pionero en la incorporación de equipos de fibra óptica a los centros de datos, OFS comprende las necesidades y tecnologías de nuestros clientes. Tanto es así que las amplias líneas de productos OLTS, OTDR y otras de EXFO, que abarcan todo el espectro de pruebas de fibra y garantía de servicio, ya están equipadas con avances de última generación, lo que les proporciona los equipos de prueba y la calidad de servicio (QoS/QoE) más avanzados para hoy, mañana y los próximos años. Para obtener más información sobre las últimas soluciones de prueba, vea la presentación del seminario web de CI&M a demanda de Nicholas Gagnon .

Fuente: Exfo.com