A questo proposito, l'integrazione di canali a 40 e 100 GHz nei data center richiede collegamenti costituiti da strutture multifibra parallele, molto diverse da quelle necessarie per i canali duplex.
Tuttavia, la realtà impone che entrambi i tipi di collegamento possano essere stabiliti simultaneamente in un data center e che il passaggio dall'uno all'altro non comprometta la gestione e le prestazioni della rete.

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Connettività duplex (Base 2)
Prima di spiegare cos'è la connettività multifibra parallela, è utile ricordare come funziona un collegamento duplex.
Lo scopo delle due fibre in un collegamento duplex utilizzato per stabilire un semplice canale di telecomunicazione bidirezionale è che ciascuna fibra trasporti il ​​segnale da un trasmettitore (Tx), situato a un'estremità, a un ricevitore (Rx), all'estremità opposta.

La corretta disposizione delle fibre per ottenere questo risultato, indipendentemente dal numero di connettori gestiti nel collegamento, è detta polarità Base 2.
Per comprenderne l'importanza, analizziamo cosa accade se, nel tentativo di stabilire un canale duplex, si scopre che il segnale destinato al ricevitore (Rx) esce dal connettore destinato al trasmettitore (Tx).
La soluzione più semplice è quella di scambiare i due connettori unipolari nello stesso punto del collegamento, a una delle due estremità o in un qualsiasi punto di gestione intermedio.
È facile dedurre che questa soluzione può portare a un problema più grande di quello che intende risolvere: la perdita di controllo della rete fisica a causa della perdita di fiducia nella gestione della rete, dovuta all'enorme numero di connettori in un data center.

Tuttavia, anche senza arrivare a tali estremi, possiamo incontrare difficoltà più immediate nell'applicazione della soluzione semplice perché:
- non c'è abbastanza tempo per testare la polarità corretta su ogni apparecchiatura o porta collegata (una situazione comune nei data center).
- i connettori duplex non consentono l'intercambiabilità dei singoli connettori.
- diversi tipi di connettività con basi di polarità diverse (Base 2, Base 12, Base 24, ecc.) coesistono nella rete, impedendo il corretto funzionamento senza un'adeguata pianificazione e gestione.
Per evitare questa situazione, il principio di gestione di base di una rete basata su canali di polarità Base 2 si basa sulla regola AB.

Questa regola stabilisce che quando due fibre hanno connettori duplex a entrambe le estremità, la fibra che occupa la posizione A del connettore a un'estremità deve occupare la posizione B all'estremità opposta, in modo che, se le estremità vengono invertite, la configurazione risultante sia simile.
Questa regola si applica sia ai cavi patch duplex che ai pressacavi, nonché alle linee trunk.
Per i cavi patch, la regola è facile da seguire se i connettori a entrambe le estremità sono duplex. La Figura 1 mostra la loro disposizione. Per quanto riguarda
i pressacavi duplex, è facile verificare che la marcatura AB sia invertita su entrambi i lati, quindi sono sempre conformi alla regola (per questo motivo, molti produttori non contrassegnano più i loro pressacavi duplex con A e B). La generalizzazione
di questa regola alle linee trunk, tipicamente formate da un numero pari di fibre maggiore di due, è chiamata regola della coppia invertita.
Questa regola deve essere applicata solo quando sono disponibili pressacavi duplex a entrambe le estremità, poiché la polarità Base2 non si applica ai collegamenti con pressacavi single-ended a una o entrambe le estremità.
La regola dell'inversione di polarità consiste nell'invertire l'ordine delle coppie di fibre a entrambe le estremità.
Seguendo questo criterio, la polarità Base2 viene mantenuta indipendentemente dal tipo di connettore duplex, dal tipo di componenti utilizzati e dal numero di interconnessioni stabilite nel collegamento per creare un canale di comunicazione.

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Per implementare la regola della coppia invertita nella pratica, procedere come segue:
1. Assegnare a ciascuna fibra del cavo un numero sequenziale (poiché ogni fibra corrisponde a un colore, si consiglia di seguire una codifica a colori standard). Vedere l'esempio nella Tabella 1.
2. Verificare che i pressacavi del cavo duplex siano posizionati in modo identico a entrambe le estremità. Figura 2a
. Se sono in posizione orizzontale, la "guida chiave" del connettore è solitamente posizionata in
alto.
b. Se sono in posizione verticale, verificare che la "guida chiave" si trovi
sullo stesso lato (destro o sinistro) a entrambe le estremità.
c. Se i pressacavi non sono disposti allo stesso modo a entrambe le estremità, assegnare le corrispondenze
tra i pressacavi a entrambe le estremità.
3. Installare i connettori nei pressacavi del cavo duplex a entrambe le estremità secondo i seguenti criteri:
a. A un'estremità del cavo, installare i connettori nei pressacavi in ​​ordine consecutivo (1-2, 3-4, 5-6
…) ad esempio da sinistra a destra (o dall'alto verso il basso).
b. All'altra estremità del cavo, installare i connettori nei pressacavi con numerazione inversa delle coppie (2-1, 4-3, 6-5…), nella stessa direzione dell'altra estremità: ad esempio, da sinistra a destra (o dall'alto verso il basso).

Bisogna prestare particolare attenzione quando si esegue il passaggio 3 nel caso 2.c, poiché è molto facile commettere un errore. La causa principale dell'errore deriva dal fatto che, se presenti, le marcature AB alternate su entrambi i lati dello stesso pressacavo duplex possono portare a errori nel corretto posizionamento del connettore.

Fibre di tronco.
Un modo per comprendere la coerenza della polarità di Base 2 è osservare che la somma dei componenti necessari per stabilire un canale (tronchi + paratie + cavi patch) è sempre un numero dispari.

In effetti, il numero minimo di elementi necessari per stabilire un canale è un singolo cavo patch. Se si uniscono due cavi patch per creare il canale, è necessario un pressacavo duplex per collegarli, quindi il numero di elementi diventa tre. Seguendo questo schema, sia che si aggiungano linee trunk o cavi patch al canale, si aggiunge sempre lo stesso numero di pressacavi, quindi il numero finale di elementi che compongono un canale è un numero dispari. Si vedano gli esempi nelle Figure 3 e 4.

Connettività multifibra parallela (Base 12)
Come accennato in precedenza, l'integrazione di sistemi di trasmissione a 40 e 100 Gbps nei data center ha reso necessario un ripensamento della connettività in questi ambienti.
Per trasmettere velocità di dati così elevate, esistono essenzialmente due approcci.
Il primo prevede lo sviluppo di trasmettitori e ricevitori con una larghezza di banda sufficiente a gestire questa enorme quantità di dati. Questa opzione incontra limitazioni fisiche intrinseche alla dinamica interna dei dispositivi optoelettronici, il che ne ostacola l'implementazione nei prodotti commerciali.
In alternativa, il secondo approccio si basa sulla scomposizione del canale ad alta velocità in diversi "sottocanali" a velocità inferiore e sulla loro successiva aggregazione. In questo caso, la velocità di trasmissione scelta per ciascun sottocanale è, al massimo, di 10 Gbps, per la quale sono disponibili dispositivi optoelettronici commerciali.
Diverse opzioni sono allo studio per il trasporto di questi sottocanali, che vanno dalla multiplazione di lunghezza d'onda su una singola fibra alla trasmissione parallela su fibre indipendenti, nonché alla multiplazione di fase e polarizzazione.
Tra tutte queste opzioni, la trasmissione parallela su fibre indipendenti è la più semplice da implementare ed è di gran lunga la più economica quando la lunghezza del canale è breve, come nel caso di un data center.

Per implementare questa soluzione, le fibre vengono raggruppate sotto un unico connettore. La soluzione di connettività più diffusa che utilizza questo approccio si basa sul connettore MPO. Si veda la Figura 5.
La configurazione più comune in un connettore MPO è una singola fila di 12 fibre. È evidente che questo elevato numero di fibre consente un'ampia varietà di combinazioni nell'assegnazione delle posizioni ai connettori alle estremità di un cavo patch o di un cavo trunk.

Tra tutte le configurazioni possibili, ne è stata standardizzata una in grado di garantire la comunicazione basata sull'aggregazione di sottocanali in parallelo. Questa configurazione è chiamata polarità in base 12. Vedere la Tabella 2.

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Per implementare questa base di polarità, la disposizione dei connettori di un cavo trunk o patch deve seguire la regola Key-Up / Key-Up. Vedere la Figura 6.

Le configurazioni Key-up/Key-down, sia a coppie dirette che invertite, seguono una filosofia basata sugli stessi criteri applicati per la creazione di collegamenti classici con connettori single-ended o duplex (AB), rispettivamente. È facile constatare che non rispettano la polarità Base-12, poiché assegnano la posizione 1 a un'estremità alla posizione 1 all'altra (caso diretto, Figura 7a) o alternano posizioni pari e dispari a due a due (caso a coppie invertite, Figura 7b).
Con la polarità Base-12 (Key-up/Key-up), le comunicazioni che utilizzano diversi sottocanali paralleli, come 40 e 100 G, sono facilmente implementabili, come si può vedere negli schemi riportati nelle Tabelle 3 e 4. Tuttavia, è impossibile stabilire questo tipo di canale con configurazioni Key-up/Key-down, come già spiegato.

Si noti che per gestire 10 sottocanali in ciascuna direzione di trasmissione, sono necessari due sottocollegamenti da 12 fibre per canale. In questo caso, i due sottocollegamenti devono essere disposti in modo da collegare le porte Tx e Rx a entrambe le estremità. Questa disposizione equivale a combinare una polarità Base2 a livello di sottocollegamento con una polarità Base12 a livello di fibra. Questa combinazione di polarità è nota come polarità Base24.
Esistono diversi modi per ottenere la polarità Base24, ma tutti dipendono dal tipo di connettore utilizzato. Pertanto, se si utilizzano connettori MPO a 24 fibre in una disposizione a due file da 12 fibre, il sottocollegamento formato dalle fibre nella fila inferiore a un'estremità deve corrispondere a quelle nella fila superiore all'estremità opposta.

Tuttavia, la pratica più comune è quella di utilizzare connettori MPO a 12 fibre. In questo caso, i connettori femmina MPO sono disposti a coppie e la gestione dei sottocollegamenti è simile a quella dei collegamenti in fibra ottica che utilizzano connettori singoli. Ovvero, è simile alla gestione dei canali duplex con cavi patch individuali, con la differenza che in questo caso ogni cavo patch è costituito da un gruppo di 12 fibre.
C'è un'ultima considerazione riguardo ai connettori MPO che dovrebbe essere tenuta in considerazione perché, sebbene non influisca direttamente sulla polarità, ha un impatto sulla progettazione della rete e sulla selezione dei suoi componenti.

Poiché le fibre sono disposte in un unico blocco, non è possibile controllare l'allineamento delle fibre in corrispondenza dei collegamenti utilizzando un manicotto nella paratia. Per ottenere un allineamento preciso delle fibre, si utilizza una soluzione con chiavetta e scanalatura. La chiavetta (chiamata anche bullone, perno, ecc.) si inserisce perfettamente nella scanalatura o nel foro, impedendo il movimento laterale di entrambi i connettori.

Metodo A (trunk a configurazione singola):
1) Due diversi tipi di cavi patch duplex.
2) Semplice configurazione trunk key-up/key-down.
Incompatibile con 40/100 G.
3) Consente l'utilizzo di una singola configurazione su tutti i moduli adattatori.

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Metodo B (Trunk parallelo):
1) Un singolo tipo di cavo patch duplex conforme alla regola AB.
2) Trunk parallelo key-up/key-up.
Compatibile con 40/100 G.
3) La responsabilità del corretto adattamento da Base2 a Base12 è esclusivamente dei moduli adattatori. Alcune opzioni richiedono configurazioni diverse a entrambe le estremità.

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Metodo C (Trunk duplex):
1) Un singolo tipo di cavo patch duplex conforme alla regola AB.
2) Trunk duplex key-up/key-down (applica la regola della coppia invertita a una singola configurazione).
Incompatibile con 40/100 G.
3) Consente l'utilizzo di una singola configurazione su tutti i moduli adattatori.

Il design scelto per i connettori MPO determina la presenza di due chiavi (connettori MPO maschio) o due scanalature (connettori MPO femmina). Pertanto, nei connettori MPO, la denominazione "femmina" non può più essere associata ai pressacavi, come avviene nei connettori "classici". Vedere le figure 8 e 9.
Gli standard di settore avrebbero potuto definire i connettori MPO con una chiave su un lato e una scanalatura sull'altro. Con questa configurazione, tutti i connettori sarebbero stati identici, ma questa opzione comporta altre limitazioni tecniche che esulano dall'ambito di questo articolo.
Mentre l'interblocco tra chiave e scanalatura è responsabile dell'allineamento, la responsabilità del corretto allineamento, e più specificamente del mantenimento della pressione corretta tra le fibre contrapposte, è affidata alle molle interne ai connettori. Tuttavia, queste molle non possono funzionare se i connettori non sono ancorati in qualche punto.

Questo punto di ancoraggio si trova nel pressacavo. Vedere Figura 10.
Oltre alla sua funzione di fissaggio, il pressacavo è responsabile del mantenimento della corretta polarità, forzando i contatti del connettore nella posizione corretta. Per garantire la polarità, il pressacavo deve attenersi allo stesso principio dei cavi trunk e dei cavi patch: contatto in alto / contatto in alto.
Naturalmente, in un pressacavo sono ammessi solo un connettore maschio e un connettore femmina. Questo requisito determina la posizione di ciascun tipo di connettore, maschio o femmina, all'interno della rete.
Dato che i cavi patch (gli elementi mobili responsabili della gestione della rete) devono avere lo stesso tipo di connettore a entrambe le estremità e che questi sono gli unici elementi che possono collegarsi ai connettori dei dispositivi optoelettronici, ne consegue che i connettori di un cavo patch devono essere compatibili con quelli delle apparecchiature di telecomunicazione. Poiché le apparecchiature hanno connettori MPO-M, i cavi patch devono necessariamente essere realizzati con connettori MPO-F.

Questa decisione, a sua volta, determina la scelta dei connettori per le linee principali, che costituiscono l'infrastruttura fissa della rete, specificando connettori MPO maschio (MPO-M), complementari a quelli utilizzati per i cavi patch.
Nel caso eccezionale in cui sia disponibile un tipo di connettore diverso a ciascuna estremità (MPO-F e MPO-M), come mostrato in Figura 4, si parla di cavo patch ibrido. Questo tipo di configurazione non è raccomandato, in quanto consentirebbe alle apparecchiature di connettersi alla rete ma non sarebbe adatto per la realizzazione di ponti tra i quadri all'interno dell'infrastruttura fissa.

Compatibilità tra Base 2 e Base 12. Moduli di adattamento.
Da quanto discusso finora, emerge che, in un Data Center a prova di futuro, la polarità deve necessariamente essere considerata nella sua concezione e progettazione.
Sembrerebbe ovvio che sia consigliabile realizzare un'infrastruttura fissa con polarità Base 12, e quindi trunk Key-up/Key-up, che consenta l'installazione di canali di trasmissione ad alta velocità. Tuttavia, la realtà impone la necessità di mantenere i classici collegamenti duplex, supportati dalla polarità Base 2.
Spiegheremo ora quali elementi sono necessari e con quali criteri devono essere configurati e utilizzati per consentire la gestione dei canali Base 2 su infrastrutture Base 12.
Sebbene, come spiegheremo di seguito, esistano molte procedure per implementare questa integrazione, il rispetto di determinate premesse volte a facilitare l'amministrazione limita le opzioni nella pratica.
Gli standard internazionali forniscono linee guida specifiche per la realizzazione di collegamenti duplex su trunk a 12 fibre. In particolare, lo standard ANSI/TIA-568-C definisce tre metodi di base, identificati come A, B e C, in grado di soddisfare tale esigenza, ma precisa anche che esistono numerosi criteri per la modifica di questi tre tipi di base, che possono risultare utili per agevolare la gestione e la progettazione futura della rete.

Per comprendere le caratteristiche uniche e le differenze tra i possibili metodi, dobbiamo innanzitutto analizzare i componenti che costituiscono un canale.
Ricordiamo che la costruzione di un canale richiede tutti o alcuni dei seguenti elementi:
- Condotte principali
- Raccordi a paratia
- Cavi patch

A questi componenti fondamentali, dobbiamo aggiungere nuovi elementi che consentano, ove applicabile, l'adattamento delle stazioni base: i moduli di adattamento.
Questi moduli sono situati alle estremità delle linee principali, prima che la linea principale si colleghi al pannello di amministrazione. Pertanto, diventano parte dell'infrastruttura fissa della rete.
Se per garantire il corretto funzionamento e la facilità di gestione di questi elementi sono necessarie determinate condizioni di progettazione,
il numero di possibili metodi di adattamento si riduce significativamente.
In base a queste premesse, i criteri da applicare sono:
- Che le linee principali e i pressacavi siano configurati in Base 12, ovvero che siano del tipo Key-up/Key-up.
- Che il metodo scelto possa funzionare utilizzando solo cavi patch duplex e pressacavi conformi alla Regola AB (Base 2).
Questi requisiti escludono tutti i metodi in cui l'adattamento si basa sulla disposizione delle fibre nelle linee principali, nei pressacavi o nei cavi patch. Infatti, poiché le linee principali e i connettori sono determinati dalla polarità in base 12 e i cavi patch duplex e i relativi connettori dalla polarità in base 2, il metodo scelto viene gestito nei moduli di adattamento.

Questi vincoli escludono i metodi A e C come potenziali candidati per l'infrastruttura di un moderno data center, poiché i trunk di entrambi sono incompatibili con il requisito di polarità Base 12. Vale la pena ricordare che questi due metodi derivano dall'adattamento dei trunk classici, che assegnavano le fibre direttamente (1 a 1, 2 a 2,…) o a coppie invertite (1 a 2, 2 a 1,…), rispettivamente.
Il modulo di adattamento, noto come Hydra per via del suo aspetto, è un elemento che, come già accennato, viene incorporato nell'infrastruttura fissa alle estremità dei trunk e consente la libera assegnazione delle 12 fibre alle corrispondenti porte associate a 6 connettori duplex. Vedere Figura 11.
Le Hydra sono solitamente raggruppate a coppie in un unico contenitore comune noto come Cassetta di adattamento, che viene tipicamente installato nei pannelli di gestione della rete.
Pertanto, il problema del trasporto dei canali Base 2 attraverso l'infrastruttura fissa Base 12 si riduce alla corretta allocazione delle Hydra di adattamento nei pass-through duplex delle cassette.

Si può verificare che esistono diverse configurazioni possibili, per un totale di 46.080, che consentono di realizzare una rete pienamente funzionale compatibile con Base 2 e Base 12 a partire dal Modello B utilizzando un singolo modulo adattatore. In questi casi, la configurazione di entrambi i moduli complementari è identica. Ovvero, i moduli sono auto-complementari, consentendo l'utilizzo dello stesso modulo in tutta la rete, semplificandone l'amministrazione.
È importante notare che ogni modulo auto-complementare è incompatibile con qualsiasi altro modulo auto-complementare.
Logicamente, in un'infrastruttura con elementi fissi (linee di derivazione) dotati di connettori MPO maschio (con chiave), i moduli adattatori devono avere connettori MPO-F. Sebbene si possa considerare anche la configurazione inversa, il vantaggio di configurare le linee di derivazione con connettori MPO-M è già stato illustrato.

Conclusioni
Per progettare il sistema di cablaggio in fibra ottica di un moderno data center, è necessario scegliere una soluzione coerente in cui l'insieme degli elementi costitutivi della sua infrastruttura fissa, di adattamento e di connessione garantisca la coesistenza di polarità duplex Base 2 e parallele Base 12 e 24 attraverso una gestione semplice e sicura.

Per la realizzazione dell'infrastruttura fissa, è consigliabile optare per un'architettura Base 12 implementata con componenti modulari preassemblati in fabbrica, con configurazione key-up/key-up. La prassi più comune prevede l'utilizzo di cavi terminati in fabbrica con connettori MPO-M alle estremità, noti come cavi trunk.
Per la rete mobile, i cavi patch con connettori MPO-F sono adatti per i canali Base 12, mentre i connettori LCD o SCD, secondo la regola AB, sono appropriati per i canali Base 2.
È fondamentale assicurarsi che adattatori, cassette e hydra abbiano connettori MPO adeguati alla loro posizione nella rete. Ovvero, se devono essere integrati nell'infrastruttura fissa, il connettore MPO deve essere lo stesso utilizzato sul cavo trunk.

Tutti gli elementi coinvolti nella rete devono garantire il corretto funzionamento prima dell'uso, con l'obiettivo di minimizzare le manipolazioni e l'aggiunta di elementi intermedi durante la creazione dei canali.
Se questi criteri vengono seguiti sistematicamente, la gestione di un data center con molteplici sistemi di telecomunicazione può risultare molto semplice, gratificante ed economicamente vantaggiosa.

Le figure 12a, b e c illustrano i metodi A, B e C. È importante notare che nei metodi A e C il modulo adattatore è lo stesso e unico, il che è logico considerando che in questi casi la polarità Base 2 viene gestita nei cavi patch duplex (Caso A) o nel trunk stesso (Caso C). Il metodo B richiede due moduli, che possono essere configurati in modo diverso, ma in 46.080 configurazioni su diversi milioni possibili, entrambi i moduli sono formalmente identici, consentendo l'utilizzo di un singolo modulo in tutta la rete e semplificandone l'amministrazione.

Autore: Francisco M. López Torres - Direttore dell'OTP - Fibercom, SL.

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