Testing MPO and evolving data center standards

When we think of fiber-optic networks, most of us picture thin, arcing pathways of light tracing a web of instantaneous telecommunications around the world. When we think of server farms or data centers, we imagine thick bundles of twisted-pair cable nestled in cable tray and spraying a rainbow of wires into racks of blinking equipment.

So far, so good. Except these days, more and more fiber being installed into the backs of that equipment, thanks to multiple-fiber cables terminated with MPO connectors.

It is hard to see exactly where the future lies in terms of fiber-versus-copper for the 40/100G data center buildout. The present seems to be a case of co-evolution, as growth in the demand for bandwidth and transmission density spurs innovation to supply the necessary solutions that one or the other has lacked. Design constraints include the requirement of low power consumption and the steep price of real estate for the network physical plant.

The MPO (multi-fiber push-on) design is a perfect example of the kind of adaptive engineering that helps fiber-optic cable compete with copper in enterprise facilities and data centers. MPO connectors allow cable carrying multiple fiber strands to be terminated with a single push-on connection at patch panels or cassettes linking a multi-fiber trunk to fanout cables with standard SC/LC ends. Some SFP will now directly accept an MPO/MTP connector. This saves a ton of time in deployment. More importantly, installers can quickly fieldtest multi-fiber permanent links before and after they run, vouching for the integrity of the cable and installation.

Polyvalence et complexité de la conception en broches

La norme la plus courante en matière de conception du MPO prescrit d’assurer le raccordement de 12 fibres d’affilée maximales. Un système d’accouplement à 2 broches est employé pour aligner à la perfection les extrémités de la fibre à introduire dans un coupleur ou un adaptateur rejoignant une autre liaison qui se termine par un connecteur MPO et stabilise le branchement. Les liaisons et les terminaisons sont constituées de telle façon que les connecteurs MPO individuels et les coupleurs peuvent être ou non munis de broches, autrement dit mâle ou femelle.

En outre, les connecteurs MPO sont munis d’un détrompeur pour être orientés vers le haut ou vers le bas, ce qui permet d’inverser l’ordre d’alignement des fibres. De cette façon, une multitude de configurations câble/connecteur sont possibles sur l’ensemble d’un canal de câbles multiliaison. Une telle variabilité de configuration donne beaucoup de liberté aux concepteurs tout en faisant naître davantage de possibilités d’erreur à l’installation ou lors de la certification. La suite du présent document va aborder ce problème.

Les pertes de transmission sont une plaie

Les pertes de signal peuvent être vues comme un facteur déterminant dans les choix faits au moment de concevoir un système câblé. C’est d’autant plus vrai quand s’accroît la nécessité de certifier des applications à haute bande passante. Bien que le principe de perte du signal soit similaire dans la fibre optique et les paires torsadées en cuivre, les propriétés physiques sont en revanche complètement différentes.

Au royaume de la fibre, la fibre optique multimode est apparue comme un meilleur choix pour les distances plus courtes des câbles principaux à l’intérieur des bâtiments où le produit bande passante-distance plus élevé de la fibre monomode n’est pas très pertinent. Le cœur plus volumineux de la fibre multimode est optimisé pour les longueurs d’onde plus courtes, ce qui permet l’utilisation de sources lumineuses moins onéreuses, comme les LED ou les diodes laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL). Même si le multimode est physiquement moins efficace pour contenir un faisceau lumineux, la nouvelle norme CEI 61280-4-1 relative aux flux encerclés (EF) signifie que les liaisons par câble fibre optique multimode à un seul brin peuvent être certifiées avec des exigences plus strictes en matière de perte de transmission. Les EF offrent une méthode pour préciser les limites de contenance de faisceau lumineux pour les câbles de lancement lors de la mise en place des tests et des cordons de référence. Même si cela ne concerne pas directement le MPO, la faculté de certifier la conformité EF n’est pas une mince affaire dans la mesure où les économies liées à la limitation des pertes peuvent s’additionner sur la totalité d’un canal et ainsi offrir une meilleure rentabilité des applications en 40 Gbits/s.

Matériaux mis à part, il existe des facteurs techniques rendant difficile toute définition exacte des pertes de transmission pour les réseaux fibre à 40/100 Gbits/s en installation réelle. Simon Harrison, directeur général de la division WireXpert de Softing, a fait remarquer, lors d’une récente discussion sur les tests multifibre, que les normes régissant Ethernet, le câblage et les tests sont relativement peu cohérentes entre elles dans la prise en compte de la variété potentielle de configurations offerte par les connecteurs MPO à broches pour les liaisons multifibre. Dans les cas où il revient à l’utilisateur de décider des limites à utiliser, il peut arriver que les normes régissant des liaisons individuelles prescrivent une limite supérieure à celle imposée par la norme IEEE 802.3 relative aux raccordements entre équipements. En d’autres termes, alors que les méthodes de tests de liaisons individuelles doivent se conformer à la norme CEI 61280-4-1, le canal dans son entier doit, lui, satisfaire la norme IEEE 802.3 pour garantir les performances de la transmission à 40 Gbits/s.

Mais il y a aussi un facteur lié à la méthodologie employée. Les installations réseau peuvent échouer lors de la certification tout aussi facilement à cause de méthodes de test erronées ou peu méticuleuses qu’en raison de composants déficients. En raison des qualités de réfraction et de réflexion du verre, les extrémités en verre de la fibre sont soigneusement polies et ajustées en usine pour assurer un minimum de perte à l’insertion. C’est notamment le cas pour les connexions MPO où un grand nombre de fibres dans un tout petit espace doivent se retrouver parfaitement réunies à chaque branchement. Sans une observation stricte des bonnes pratiques en matière de tests de fibre optique, qui comprennent un examen au microscope et un étalonnage et une maintenance en bonne et due forme des équipements, tout l’exercice de calcul des pertes de signal le long du canal fibre multiliaison perd son sens.

Les méthodes et l’équipement de tests passent au niveau supérieur

Pour résumer, il existe deux domaines de complexité supplémentaire pour pouvoir exploiter correctement un réseau fibre en 40 Gbits/s : les pertes de transmission aléatoires et la topologie des canaux MPO.

Les jonctions multifibre terminées par des connecteurs MPO prennent évidemment beaucoup moins de temps à installer que leur équivalent à un seul brin. Mais certifier un centre de données déployant de la fibre en 40 Gbits/s peut s’avérer fastidieux car le réglage de référence tout comme le réglage automatique doivent se dérouler dans les conditions précises, avec ou sans broche, de chaque liaison permanente installée, ainsi que de l’ensemble du canal d’équipement à équipement.

Autant dire que c’est plus facile à dire qu’à faire. Les appareils de test peuvent être ou non munis de broches. Tout un éventail de cordons de test et de référence avec ou sans broche doit être à disposition pour pouvoir définir convenablement les conditions de test et de référence pour chacune des liaisons et pour le canal MPO. Le technicien doit aussi pouvoir tester les liaisons du point d’extrémité d’agrégation du MPO jusqu’aux différentes connexions à interface SC/LC du tableau de raccordement, de la cassette et de l’équipement. Cela nécessite un autre appareil de test et des cordons de référence compatibles avec une terminaison non MPO.

Ici, il convient de signaler que la plupart des fabricants d’instruments de test imposent d’utiliser des dispositifs distincts pour tester les connexions MPO. L’appareil de certification WireXpert de Softing emploie un système modulable d’adaptateurs enfichables conçus pour des types de câble spécifiques et vous n’aurez donc besoin que du jeu d’adaptateurs MPO (à broches). À vrai dire, le WireXpert est à l’heure actuelle le seul appareil de certification à proposer une solution modulable pour le MPO. La modularité permet d’obtenir des appareils intelligents en local ou à distance, qui sont réellement pratiques pour tester le canal MO à cassette SC/LC. Il vous suffit de brancher l’adaptateur de source lumineuse en MPO à l’appareil à distance et l’adaptateur multimode standard à l’appareil local du côté équipement. Le rapport de test MPO du WireXpert MPO présente également une carte des polarités extrêmement utile, qui indique clairement Câble de type A 1-1 ou Câble de type B 1-12.

Se projeter et penser au futur

Si vous êtes un prestataire qui effectue une migration vers la fibre ou que vous entrevoyez une hausse de l’activité des centres de données en fibre optique, un examen rapproché de votre appareillage de tests actuel et de votre stratégie de déploiement s’impose. Si l’on se projette dans le futur, la plateforme modulable WireXpert de Softing présente des avantages notables. Elle a été conçue dès le départ pour constituer un dispositif que l’on peut mettre à jour grâce à des adaptateurs interchangeables qui prennent en charge la certification des liaisons permanentes et des canaux concernant les câbles cuivre de catégories 5e/6/6A et dorénavant de la catégorie 8, ainsi que la fibre optique monomode, multimode (conforme aux EF) et MPO/MTP. Cette impressionnante modularité explique pourquoi le WireXpert est le seul à offrir une solution de jeu d’adaptateurs pour le MPO et pourquoi le dispositif lui-même a été conçu et fabriqué pour offrir une telle étendue de mesures : le WireXpert teste jusqu’aux fréquences de 2,5 GHz – la fréquence la plus élevée du marché pour un dispositif portatif – et est le seul à le proposer. Combinez tout cela au Dual Control System (système de commande double appareil) de Softing qui appaire les appareils intelligents locaux et à distance et vous obtenez un système de certification littéralement conçu pour l’Ethernet à 40/100 Gbits/s.

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