In Rechenzentren erreichte die Nachfrage nach 40 Gbit/s im Jahr 2018 ihren Höhepunkt. Aktuell ist ein deutliches Wachstum bei 100-Gbit/s-Verbindungen zu verzeichnen, parallel dazu auch bei 25-Gbit/s-Verbindungen. Im 100-Gbit/s-Segment decken 100GBASE-SR4- und Transceiver mit einer Reichweite von 2 km den Großteil der Nachfrage ab.
Das Wachstum beider Verbindungsarten (25 Gbit/s und 100 Gbit/s) ist maßgeblich auf die neuen Spezifikationen des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) und der MSA (Multisource Agreement) für 25-Gbit/s-Verbindungen (IEEE 802.3bm, PSM4 und CWDM4) zurückzuführen. Zuvor war die bevorzugte Lösung für 100 Gbit/s 10 Gbit/s über 10 Lanes (100GBASE-SR10) gemäß den älteren IEEE-802.3ba-Spezifikationen. Die Einführung von 25 Gbit/s pro Lane im IEEE 802.3bm-Standard hat das Wachstum neuer 100-Gbit/s-Lösungen auf dem Markt beschleunigt. Aktuell sind zahlreiche 100-Gbit/s-Transceiver mit MPO-Steckverbindern im Einsatz.
Die Verbreitung höherer Geschwindigkeiten und neuer Transceiver-Formfaktoren nimmt rasant zu. Da Gruppen 50-Gbit/s- und 100-Gbit/s-Verbindungen für 400- und 800-Gbit/s-Transceiver entwickeln wollen, müssen Netzwerkadministratoren auf die Arbeit mit MPO-Steckverbindern vorbereitet sein. Halten Sie Ihre Verkabelungsinfrastruktur flexibel, denn die Einführung der nächsten Geschwindigkeitsgeneration rückt näher als Sie denken, und die Vielzahl an Optionen kann die Entscheidung für die zukünftige Technologie schwierig machen.

MPO-Anschlussstandards:
Obwohl Rechenzentren aktiv auf höhere Geschwindigkeiten umsteigen, nutzen die meisten Unternehmensrechenzentren derzeit primär 10-Gbit/s-Switches und 1-Gbit/s-Server.
Cloud-Netzwerke arbeiten seit einigen Jahren mit 40-Gbit/s-Uplinks und 10 Gbit/s auf dem Server. Wie bereits erwähnt, werden diese Netzwerke im Laufe der Zeit auf 100-Gbit/s-Uplinks und 25 Gbit/s auf dem Server umsteigen. Der MPO-Anschluss hat sich als gängige Schnittstelle für 40- und 100-Gbit/s-Transceiver mit kurzer Reichweite etabliert.
Neben den bereits erwähnten Standards 100GBASE-SR4 und SR10 ist 100GBASE-PSM4 eine weitere gängige Spezifikationsoption für 100 Gbit/s. Dieser Standard nutzt eine parallele Singlemode-Glasfaserinfrastruktur, um Reichweiten von mindestens 500 Metern zu unterstützen. Er ermöglicht die Kompatibilität mit verschiedenen elektrischen Formfaktoren, darunter QSFP, CFP und integrierte optische Module.

Angesichts des rasanten Wachstums der Glasfaserinfrastruktur sucht die Verkabelungsbranche fieberhaft nach neuen Standards für höhere Datenraten. Aktuell sind nur zwei Transceiver mit 200 Gbit/s verfügbar: der Singlemode-Transceiver 2x100-PSM4 und der Multimode-Transceiver 2x100-SR4 (siehe unten). Diese proprietären Lösungen von Cisco basieren beide auf 24-Faser-MPO-Steckverbindern.
Unter den derzeitigen 400-Gbit/s-Transceivern mit MPO-Anschlüssen dürften sich der Singlemode-Transceiver 400G-DR4 und der Multimode-Transceiver 400G-SR4.2 in den kommenden Jahren am weitesten verbreiten. Der 400G-DR4 nutzt vier optische Kanäle (acht Fasern) mit jeweils 100 Gbit/s. Die BiDi-Lösung 400G-SR4.2, ursprünglich von einem MSA-Hersteller entwickelt, wird derzeit von IEEE P802.3cm weiterentwickelt und soll Anfang 2020 auf den Markt kommen.

Tabellen 1 und 2: Transceiver, die MPO-Verbindungen benötigen

Unterschiede zwischen MPO und MTP

MPO- oder MTP-Kabel (Push-On Multifiber Termination) werden häufig in Umgebungen mit hoher Packungsdichte eingesetzt. Die Begriffe MPO und MTP werden oft synonym verwendet.
Es besteht jedoch ein technischer Unterschied: MPO ist ein Typ von Glasfaserstecker, während MTP eine eingetragene Marke für einen von US Conec hergestellten MPO-Stecker ist. Alle MTP-Stecker sind MPO-Stecker, aber nicht alle MPO-Stecker sind MTP-Stecker. Optisch unterscheiden sich die beiden Steckertypen kaum, und an Kabel- und Transceiver-Schnittstellen sind sie kompatibel.

Design mit MPO-Steckverbindern: Grundlagen.
MPO-Steckverbinder sind typischerweise mit 8, 12 oder 24 Fasern für gängige Rechenzentrums- und LAN-Anwendungen erhältlich. Andere Faseranzahlen wie 32, 48, 60 oder 72 Fasern sind zwar verfügbar, werden aber üblicherweise für spezielle, hochdichte Multifaser-Arrays in großflächigen optischen Schaltern verwendet.
Im Gegensatz zu Einzelfaser-Steckverbindern, die alle männlich sind, sind MPO-Steckverbinder entweder männlich (mit Ausrichtungsstiften) oder weiblich (ohne Ausrichtungsstifte). Um zwei MPO-Steckverbinder mithilfe eines Adapters zu verbinden, muss ein Steckverbinder über Stifte verfügen, der andere jedoch stiftlos sein (siehe Abbildung 2). Die Ausrichtungsstifte gewährleisten die perfekte Ausrichtung der Fasern zueinander und somit eine erfolgreiche Verbindung.

MPO-Steckverbinder sind häufig farbcodiert, um Installateuren die Unterscheidung verschiedener Fasertypen und die Einhaltung der Spezifikationen für Singlemode-Fasern zu erleichtern. MPO-Steckverbinder sind sowohl für Singlemode- als auch für Multimode-Multifaserkabel geeignet.
Bei Singlemode-OS2-Anwendungen ist der Kabelmantel gemäß den Spezifikationen der Telecommunications Industry Association (TIA) gelb.
Die Steckerfarbe variiert je nach Steckertyp. Ultra Physical Contact (UPC)-Steckverbinder sind ebenfalls gelb, während Angled Physical Contact (APC)-Steckverbinder grün sind. Bei Multimode-OM3/OM4-Fasern sind sowohl die MPO-Steckverbinder als auch der Kabelmantel gemäß den TIA-Spezifikationen türkis.
Eine zusätzliche Herausforderung bei der Implementierung von MPO-Steckverbindern besteht darin, die Anzahl der Fasern in den zu verbindenden Steckverbindern zu ermitteln. Aufgrund der universellen Steckfähigkeit einiger MPO-Steckverbinder ist es zwar möglich, einen 12-Faser-MPO-Stecker mit einem 24-Faser-MPO-Stecker zu verbinden. Dies führt jedoch nicht zu einer korrekten Verbindung und kann bei Umzügen, Erweiterungen oder Änderungen sowie beim Anschluss neuer Netzwerkinstallationen an bestehende Installationen zu Verwirrung führen. Leviton führte eine farbcodierte Ummantelung ein, um diese Aufgabe zu erleichtern (siehe Abbildung 3). Sowohl bei Singlemode- als auch bei Multimode-Kabeln kennzeichnet eine rote Ummantelung einen 24-Faser-Stecker, eine aquamarinfarbene Ummantelung bei Multimode-Steckern bzw. eine schwarze Ummantelung bei Singlemode-Steckern einen 12-Faser-Stecker und eine graue Ummantelung einen 8-Faser-Stecker. Analog dazu steht bei Adaptern ein roter MTP-Adapter bzw. -Koppler für einen 24-Faser-Stecker und ein schwarzer für einen 12-Faser-Anschluss.

Bei einigen Transceivern der nächsten Generation mit MPO-Steckverbindern sind zusätzliche Komplexitätsebenen zu berücksichtigen. In einigen Transceiver-Spezifikationen für 400 Gbit/s werden neue MPO-Steckverbinderoptionen, wie z. B. 16- und 32-Faser-Steckverbinder, eingeführt. Steckverbinderhersteller arbeiten an Designmerkmalen wie dem Schlüsselversatz, um ein unbeabsichtigtes Verbinden der neuen Optionen mit älteren MPO-Steckverbindern zu verhindern. Um die vier zusätzlichen Fasern zwischen den Ausrichtungsstiften in der Ferrule unterzubringen, werden die Stiftlöcher näher an den Rand des Steckverbinders verlegt. Dies bedeutet, dass die neuen 16- und 32-Faser-MPO-Steckverbinder nicht ordnungsgemäß mit bestehenden 8-, 12- und 24-Faser-Steckverbindern verbunden werden können.

Grundlagen zur Reinigung von MPO-Steckverbindern
: Ein wichtiger Aspekt bei der Verwendung von MPO-Steckverbindern ist ihre deutlich höhere Reinigungsintensität. Die Steckverbinderschnittstelle enthält wesentlich mehr Fasern als ein LC-Steckverbinder. Die Reinigung von 8, 12 oder 24 Fasern an der Stirnfläche eines einzelnen Steckverbinders kann eine Herausforderung darstellen.
Die Sauberkeit von MPO-Steckverbindern ist jedoch unerlässlich. Im sauberen Zustand können sich die Faserkerne optimal ausrichten, und das Licht wird ungehindert und problemlos übertragen. Gelangt jedoch Schmutz in die Ferrule, lösen sich die Schmutzpartikel und verteilen sich beim Verbindungsversuch über die Stirnfläche der Ferrule. Der Schmutz verursacht Luftspalte, Retroreflexionen und Einfügedämpfung (siehe Abbildung 4).

Wird der MPO-Stecker an einen Transceiver (Schaltanschluss) angeschlossen, kann dies die Verbindung des Senders erschweren und die Lebensdauer des Transceivers beeinträchtigen.
Die Lösung ist zum Glück einfach: Vor dem Anschließen prüfen. Hierfür ist ein geeignetes Prüfgerät für die Sichtprüfung des MPO-Steckers unerlässlich. Viele Anbieter optischer Testgeräte bieten Inspektionsmikroskope an. Fluke, VIAVI und Exfo gehören zu den bekanntesten Herstellern.

Ist der Stecker nach der Prüfung sauber, kann der MPO angeschlossen werden. Andernfalls reinigen und erneut prüfen. Bei Keramikferrulen mit Einzelfaser wird empfohlen, mit einer Trockenreinigung zu beginnen. Bei Ablagerungen sollte eine Nassreinigung durchgeführt und anschließend mit einer Trockenreinigung abgeschlossen werden. Bei MPOs ist eine Nassreinigung häufiger erforderlich, um eine Seite des Ferrulenendes sauber zu halten. Da mehrere Fasern dicht beieinander liegen, erschweren Faktoren wie Verunreinigungen, statische Aufladung oder Feuchtigkeit, die Verunreinigungen an die Oberfläche ziehen, eine gleichmäßige Reinigung. Für die Nassreinigung sollten geeignete Faserreinigungsmittel verwendet werden, da selbst hochreiner Isopropylalkohol Rückstände von nicht verdunstendem Wasser hinterlassen kann. Das Auftragen einer kleinen Menge Reinigungslösung mit einem fusselfreien Tuch auf die Spitze der One-Click-MPO-Reinigungssonde eignet sich gut zur Reinigung des Steckerendes einer vorkonfektionierten Kassette.

Polaritätsüberlegungen bei MPO:
Die Sicherstellung der Polarität ist eine weitere Herausforderung bei MPO. Die Polarität definiert die Richtung des Lichtwegs bzw. des Lichtstroms, ähnlich der Richtung eines elektrischen Stroms. In der Glasfasertechnik wird dies als AB-CS-Polarität bezeichnet. Um Daten über Lichtsignale zu übertragen, muss das Sendesignal einer Glasfaserverbindung an einem Ende des Kabels mit dem entsprechenden Empfangssignal am anderen Ende übereinstimmen. Obwohl dieses Konzept einfach erscheint, wird es bei MPO-Kabeln und -Steckverbindern mit mehreren Fasern komplexer.
Der Industriestandard TIA-568.3-D nennt drei verschiedene Polaritätsmethoden für MPO: Methode A, Methode B und Methode C. Jede Methode verwendet unterschiedliche MPO-Kabeltypen.

Bei der Untersuchung von 12 Faserkonfigurationen verwendet Methode A (direkte Methode) an einem Ende einen Key-Up-Stecker und am anderen Ende einen Key-Down-Stecker, sodass die Faser in Position 1 am anderen Ende Position 1 erreicht. Methode B (umgekehrte Methode) verwendet an beiden Enden Key-Up-Stecker, um die Transceiver-Receiver-Umpolung zu erreichen, sodass die Faser in Position 1 am gegenüberliegenden Ende Position 12 erreicht, die Faser in Position 2 am gegenüberliegenden Ende Position 11 erreicht usw. Methode C (Twisted-Pair-Methode) verwendet wie Methode A an einem Ende einen Key-Up-Stecker und am anderen Ende einen Key-Down-Stecker, jedoch erfolgt die Umpolung innerhalb des Kabels selbst, indem jedes Faserpaar umgekehrt wird, sodass die Faser in Position 1 am gegenüberliegenden Ende Position 2 erreicht und die Faser in Position 2 Position 1 erreicht.

Auch wenn dies auf dem Papier kompliziert erscheinen mag, ist es in der Praxis unkompliziert. Solange die Auftragnehmer bei der Planung eine einheitliche Polarität einhalten, funktioniert alles einwandfrei. Sobald ein Polaritätsplan festgelegt ist, muss die Polaritätsstabilität kontinuierlich überprüft werden, um sicherzustellen, dass Sender und Empfänger korrekt kommunizieren. Dies sollte nicht schwierig sein, jedoch sollten die Systeme nach jeder Konfiguration oder Aktualisierung getestet werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Polarität zu überprüfen. Die Tests können entweder auf der Hauptleitung (dem installierten Teil der Verbindung) oder auf einzelnen Kanälen durchgeführt werden.

8 Fasern vs. 12 Fasern vs. 24 Fasern mit MPO:
Die Verwendung von 24-Faser-Verkabelung gegenüber 12-Faser-Verkabelung bietet Vor- und Nachteile. Hinsichtlich der Dichte ist die 24-Faser-Verkabelung im Vorteil, da die höhere Anschlussdichte im Verteilerkasten mehr Rackplatz für aktive Geräte freigibt und somit den insgesamt für Patching benötigten Rackplatz reduziert. Mit 24 Fasern können Verteilerkästen mit der gleichen Anzahl an Ports doppelt so viele Verbindungen aufnehmen wie 12-Faser-Verteilerkästen.
Das Gegenteil von Dichte ist Platzmangel. Je mehr Verbindungen auf demselben Raum benötigt werden, desto beengter ist das Rack oder der Schrank. Auch hier ist die 24-Faser-Verkabelung vorteilhafter, da nur die Hälfte der Kabel im Vergleich zur 12-Faser-Verkabelung benötigt wird. Weniger Platzmangel verbessert zudem die Luftzirkulation und senkt die Kühlkosten.

Dies wird bei parallelen 8-Faser-Glasfaseranwendungen noch deutlicher. Eine Base8- oder 8-Faser-Verkabelungsinfrastruktur nutzt 12-Faser-MPO-Steckverbinder, um Kanäle mit 40, 100, 200 oder 400 Gbit/s zu realisieren. Dabei werden jedoch nur 8 der 12 Fasern genutzt, wodurch ein Drittel der Steckverbinderkapazität ungenutzt bleibt. Dies ist äußerst ineffizient und führt zu überfüllten Kabeltrassen und einer Belastung der Managementlösungen. Mit einer Base24- oder 24-Faser-Verkabelungsinfrastruktur erhalten Sie die Flexibilität, drei 8-Faser-Kanäle in einem einzigen Steckverbinder zu betreiben. Dies ermöglicht eine 100%ige Auslastung der Fasern im Steckverbinder, reduziert die Überlastung der Kabeltrassen und gewährleistet eine hohe Rentabilität der Infrastrukturinvestition.

Der potenzielle Nachteil von 24-Faser-Verkabelung liegt im zusätzlichen Planungsaufwand, der erforderlich ist, um die korrekte Polarität und das Routing sicherzustellen.
Hersteller von 24-Faser-Lösungen arbeiten jedoch eng mit Netzwerkplanern und -administratoren zusammen, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten. Rechenzentren werden ihre Netzwerke zwangsläufig aufrüsten müssen, um Übertragungsraten von 100, 200 und 400 Gbit/s zu unterstützen. Die Beibehaltung von 12-Faser-MPO-Konfigurationen könnte sich langfristig als schwieriger und kostspieliger erweisen, da die Erhöhung der Switching-Geschwindigkeit und andere Netzwerkmodifikationen aufwändiger sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen,
dass MPO-Steckverbinder die wahrscheinlichste Methode sind, um Geschwindigkeiten von 100, 200 und 400 Gbit/s zu erreichen. Wenn Manager und Auftragnehmer nicht auf MPO setzen, sind sie auf Singlemode-Transceiver mit großer Reichweite oder WDM-Transceiver beschränkt, falls sie die LC-Konnektivität im Glasfaser-Backbone beibehalten möchten. Alternativ müssen sie lange LC-Patchkabel verwenden, um die Transceiver-Ports zu verbinden, was keine skalierbare und flexible strukturierte Verkabelungsstrategie ermöglicht.
Der frühzeitige Einsatz von MPO sichert Unternehmen den Erfolg, da höhere Geschwindigkeiten von 40 und 100 Gbit/s zum neuen Standard in Unternehmen werden. Kassetten lassen sich einfach einsetzen, um MPO-Fasern in Duplex-LC-Paare aufzuteilen, solange Geschwindigkeiten von 1 Gbit/s und 10 Gbit/s genutzt werden. Der MPO-Steckverbinder ist ein bewährtes Design, das alle Einsatzszenarien unterstützt. Der Einsatz geeigneter Inspektionswerkzeuge und Reinigungstechniken gewährleistet die optimale Implementierung und Leistung des Netzwerks.

Heutige Netzwerke müssen schnell und zuverlässig sein und gleichzeitig die nötige Flexibilität besitzen, um den wachsenden Datenbedarf zu decken. 

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