シングルモード ファイバ-とマルチモード ファイバ-

シングルモードファイバー（SMF）-

仕組み

シングルモード ファイバーには、次のようなコアがあります。-8～10マイクロメートル幅は人間の髪の毛の幅のおよそ 10 分の 1-。-。この小さなコアが鍵です。非常に小さいため、一度に 1 つの光線だけが通過でき、端から端まで直線的に移動します。すべての光が同じ経路をたどるため、信号は鮮明なままで広がりません。これはと呼ばれますモード分散シングルモード ファイバーには基本的にそのような機能はありません。-

このような小さな開口部に光を通すために、SMF にはレーザー光源。レーザーは、非常に焦点が絞られた狭いビーム - を、まさに必要なものを生成します。欠点は、レーザー-ベースのトランシーバーのコストが、マルチモード システムで使用される LED または VCSEL 光源よりも高いことです。-とはいえ、長距離をカバーする必要があるリンクや非常に高い帯域幅を伝送する必要があるリンクの場合、そのパフォーマンスには追加コストを払う価値があります。

輝く場所: 現実世界の例-

シングルモード ファイバーは、信号が遠くまで伝わる必要があるあらゆるアプリケーションで優位に立っています。-いくつかの具体例:

Google のグローバル ファイバー ネットワークでは、米国と日本を接続する 9,000 km 以上の FASTER ケーブルなど、海底ケーブル システムにシングルモード ファイバーを使用しています。{{0}{1}} （出典: Google Cloud ブログ、2022 年）

米国全土に展開されている AT&T のファイバー・トゥ・ザ・ホーム（FTTH）--- は、OS2 シングルモード ファイバーに完全に依存しており、ノードあたり 20 km 以上の距離で 1 Gbps 以上のデータ レートをサポートできます。- (出典: AT&T 投資家向け情報、2023 年)

AWS や Microsoft Azure で運営されているようなハイパースケール データセンターでは、距離が 500 メートルを超える場合、建物間およびキャンパスのバックボーン リンクにシングルモード ファイバーを使用しています。{0}{1}{1}

ソース参照: Google インフラストラクチャ、AT&T FTTH ホワイトペーパー 2023、IEEE 802.3 標準

OS1 および OS2 標準

シングルモード ファイバーには主に 2 つのグレードがあります。-OS1壁、ケーブル トレイ、建物のライザーを通過する屋内使用用に構築されています -。最大信号損失は 1 キロメートルあたり 1.0 dB です。OS2は、ファイバがケーブル ジャケット内のルーズ チューブで保護される屋外設置用に作られています。 OS2 は、信号損失が 0.4 dB/km 以下-と非常に低い信号損失を達成しています-。そのため、キャンパス内の長距離走行、都市全体の地下鉄ネットワーク、都市間の長距離リンクに使用されています。-

キャンパス内の 2 つの建物間でファイバーを実行している場合、またはリモート サイトに接続している場合は、ほとんどの場合 OS2 が正しい選択です。 OS1 は、単一の建物内でケーブル配線を行っており、最大到達距離よりもメーターあたりのコストが重要な場合に合理的です。

マルチモード ファイバー（MMF）-

仕組み

マルチモード ファイバーは別のアプローチをとります。-そのコアははるかに大きい-50マイクロメートルほとんどの最新の設置では 62.5 µm、古い OM1 ケーブルでは 62.5 µm。大きなコアは扱いやすいため、低コストの光を受け入れます-LED または VCSEL ソース高価なレーザーよりも、ファイバーの端を接続するときにより寛容です。

-トレードオフは次のとおりですモード分散。複数の光線がわずかに異なる角度で同じコアを通過すると、わずかに異なる時間で遠端に到着します。短距離であれば問題ありません。長距離では信号がぼやけて読みにくくなります。これが、トランシーバーがどれほど優れていても、マルチモード ファイバーには距離制限がある根本的な理由です。-

最新の MMF はグレーデッド インデックス デザインを使用しています。-コアは、中心から遠くに伝わる光線がより速く移動し、中心近くの光線とほぼ同時に到着するように設計されています。これによりモード分散が部分的に補償され、新しい OM グレードのパフォーマンスが OM1 よりもはるかに優れているのはこのためです。

OM 規格: OM1 ～ OM5

OM 分類システム (ISO/IEC 11801 で定義) は、マルチモード ファイバーが伝送できる帯域幅と距離を示します。-各世代は前世代よりも優れています。

出典: ISO/IEC 11801:2017、TIA-492AAAE (OM5 標準)

OM1 と OM2 は、既存のインフラストラクチャを使用している場合にのみ関連します。新規インストールの場合は、少なくとも OM3 から開始してください。 OM4 は現在最も広く導入されている標準であり、コストとパフォーマンスのバランスが取れています。 40G または 100G の速度を計画していて、短波分割多重（SWDM）によって使用するファイバーの本数を減らしたい場合は、OM5 を検討する価値があります。-

実際の例:-シスコのデータセンター設計ガイド新しい 10G および 25G 導入のベースラインとして OM4 を推奨し、今後数年以内に 100G への移行を計画しているサイトには OM5 を推奨します。 （出典：シスコ データセンター設計ガイド、2023 年）

-対-の直接比較

出典: TIA-568.3-D、ISO/IEC 11801、IEEE 802.3 イーサネット標準

適切なファイバーの選び方

選択は、距離、帯域幅、予算の 3 つの要素によって決まります。ここではそれについて簡単に考える方法を示します。

次の場合にシングルモード ファイバーを使用します。-

ケーブル配線が 500 メートルを超えています

現在または将来的には 100G、400G、またはそれ以上の速度 - が必要です

別々の建物、キャンパス、またはリモートのデータセンターを接続している場合

あなたは光ファイバー-ホーム--アクセス ネットワークを構築しています

長距離にわたる信号損失を最小限に抑えたい

次の場合にマルチモード ファイバーを使用します。-

すべてのリンクは 1 つの建物内または短いキャンパス内 (300 ～ 550 m 未満) にあります。

トランシーバーのコストが主な要因となる高密度のデータセンターの水平ケーブル配線を構築している場合

目標速度は 10G または 25G (OM3/OM4)、または短距離で最大 100G (OM5) です。

短いリンクが多い場合は、初期予算をできるだけ低く抑える必要があります。

よく驚かれる点が 1 つあります。マルチモード ケーブルの料金はシングル モードよりも 1 メートルあたりわずかに高くなりますが、-トランシーバーははるかに安いです。何百もの短い接続があるデータセンターの場合、トランシーバーの節約は急速に加算されます。 OM3/OM4 用の 10G SFP+ SR トランシーバーの価格は通常 15 ～ 30 ドル程度ですが、同等のシングルモード LR トランシーバーは 80 ～ 150 ドル以上になることがあります。- (出典: Fiberstore の価格データ、2024 年、主要ベンダー全体で検証)

逆に、10- km のバックボーン リンクの場合、終点 - に到達するずっと前にマルチモード信号を再生成するためのアクティブな機器が必要になります。一方、シングル- モードは問題なく全距離をカバーします。その場合、実際にはシングルモードの方が全体的に安価なオプションになります。

よくある質問

シングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーの主な違いは何ですか?{0}}

コアのサイズ。シングルモード ファイバは非常に小さいコア（約 9 µm）を持ち、光路を 1 つだけ許可するため、信号損失が非常に低く、長距離をカバーできます。マルチ-モード ファイバーには、多くの光路をサポートする大きなコア (50 または 62.5 μm) があり、距離は制限されますが、より安価なトランシーバーが可能になります。

シングルモード ファイバーをいつ使用する必要がありますか?-

ケーブル配線が数百メートルを超える場合、または 100G や 400G などの非常に高い帯域幅が必要な場合。シングル-モードは、WAN 接続、長距離リンク、メトロ ネットワーク、および家庭内への光ファイバー導入の標準です。{{4}

マルチモードのファイバーはシングルモードよりも安価ですか。-

短いリンクの場合は、トランシーバーのコストが大幅に低くなるため、- です。ただし、リンクが長い場合は、マルチ-モードで必要となる信号増強装置を回避できるため、シングルモードの方が全体的に安価になります。-損益分岐点は、速度や使用する機器によって異なりますが、およそ 300～500 メートルです。-

OS1とOS2の違いは何ですか?

どちらもシングルモード規格です。- OS1 は、信号損失が最大 1.0 dB/km の屋内用のタイト バッファリングされたケーブルです。- OS2 は屋外用のルーズチューブ ケーブルです。-損失が 0.4 dB/km と非常に低く、建物間やキャンパス間の長距離配線に適しています。-

マルチモード ファイバーは 100G ネットワークをサポートできますか?{0}}

はい、ただし短距離のみです。 SWDM（短波分割多重）を使用した OM5 ファイバーは、100G を最大 150 メートル伝送できます。-それ以上の場合は、シングルモード ファイバーが必要です。-

最終的な考え

シングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーのどちらがあらゆる状況において優れているというわけではありません。-これらはさまざまな作業向けに設計されています。

シングルモード ファイバー-マルチモードでは太刀打ちできない到達距離と帯域幅を実現します。{0}}ネットワークが建物、キャンパス、都市にまたがる場合 -、または 400G 以上を計画している場合 - シングルモードが適切な基盤です。

マルチモード ファイバー-データセンターのサーバー ルームや企業の LAN クローゼットなど、短くて高密度な環境のコストを抑えます。{0} 10G ～ 100G の速度で 500 メートル未満の場合、これは実用的で実証済みの選択肢です。-

私の一般的な推奨事項: 将来の距離や帯域幅のニーズに疑問がある場合は、シングルモードを使用してください。-ケーブル自体は高価ではなく、OS2 ファイバーは簡単に見つかります。現在のトランシーバーの価格は高くなっていますが、価格は着実に下がってきています-。要件が大きくなってもケーブルを引き抜く必要はありません。-

新しいデータセンターのホールにケーブルを配線したり、すべての配線が明らかに 300 メートル未満であるキャンパス LAN をアップグレードしたりする場合、2024 ～ 2025 年の導入には OM4 が確実でコスト効率の高い選択肢となります。-

参考文献

• ISO/IEC 11801:2017 - 顧客構内の汎用ケーブル配線

• TIA-568.3-D - 光ファイバーケーブルコンポーネント規格

• IEEE 802.3 イーサネットワーキンググループ標準

• Cisco データセンター設計ガイド、2023 年版

• AT&T FTTH インフラストラクチャ ホワイトペーパー、2023 年

• Google Cloud インフラストラクチャ ブログ、海底ケーブル システム、2022 年

• Fiberstore (FS.com) トランシーバーの価格と互換性データ、2024 年