تتعامل وحدات الألياف الضوئية SFP مع البيانات بكفاءة

 

 

عملية التحويل لا أحد يتحدث عنها

 

إليك ما يحدث بالفعل داخل هذا الغلاف المعدني الصغير: يقوم صمام ثنائي ليزر أو VCSEL بإطلاق الفوتونات إلى الألياف بأطوال موجية تتراوح عادة بين 850 نانومتر و1550 نانومتر. يلتقط الكاشف الضوئي الموجود على الطرف المستقبل تلك الفوتونات ويحولها مرة أخرى إلى إلكترونات. بسيطة بما فيه الكفاية على الورق.

لكن مكاسب الكفاءة تأتي مما لا يحدث. على عكس النقل النحاسي حيث يؤدي التداخل الكهرومغناطيسي إلى تدهور سلامة الإشارة عبر المسافة، فإن الضوء الذي ينتقل عبر الألياف الزجاجية يواجه الحد الأدنى من المقاومة. تعمل وحدة 1000BASE-LX على دفع البيانات لمسافة 10 كيلومترات عبر ألياف ذات وضع واحد-بدون مكررات. جرب ذلك باستخدام كابل Cat6.

تستهلك أجهزة إرسال VCSEL في الوحدات متعددة الأوضاع حوالي 150-300 ميجاوات أثناء التشغيل. تسحب الوحدات ذات الوضع الفردي-أشعة ليزر DFB المزيد-أحيانًا 500 ميجاوات أو أعلى - ولكنها تنقل الإشارات عبر شبكات الحرم الجامعي ووصلات المترو حيث لم يكن النحاس خيارًا متاحًا على الإطلاق على أي حال.

 

 

إن اختيار الطول الموجي له أهمية أكبر مما يعترف به البائعون

 

معظم مسؤولي الشبكة يحصلون على أي شيءSFPالموزع لديه في المخزون. هذا يعمل حتى لا يحدث ذلك.

وحدات 850 نانومتر تقترن بألياف متعددة الأوضاع لاتصالات الحامل - إلى - الحامل. إن اختيار الطول الموجي ليس اعتباطيًا-تعاني الأطوال الموجية الأقصر من التشتت المشروط في النواة الأكبر حجمًا للأنماط المتعددة والتي تبلغ 50 أو 62.5 ميكرون، ولكن 850 نانومتر تصل إلى نقطة جيدة حيث تظل مصادر LED وVCSEL فعالة من حيث التكلفة-. سترى هذه المسمى SX.

يوجد 1310 نانومتر في نافذة تشتت منخفضة-للألياف أحادية الوضع-. تصل وحدات LX التي تستخدم هذا الطول الموجي إلى 10 كيلومترات دون أن يستهلك أي شخص ميزانية الارتباط. بعض متغيرات الوصول-الممتدة-تسميات EX وZX-تدفع 40 كم أو 80 كم عند 1550 نانومتر، حيث ينخفض ​​توهين الألياف إلى 0.2 ديسيبل لكل كيلومتر تقريبًا.

وحدات BiDi تستحق الذكر هنا. ترسل ألياف SFP أحادية - أحادية الاتجاه بطول موجة واحد (على سبيل المثال، 1310 نانومتر) بينما تستقبل عند طول موجي آخر (1490 نانومتر). يخفض عدد الألياف إلى النصف بالنسبة لروابط النقطة -إلى-النقطة. توفير واضح في التكاليف، على الرغم من أن استكشاف الأخطاء وإصلاحها يصبح غريبًا عندما لا يمكنك فقط تبديل الوحدات بين الأطراف.

 

 

إمكانية التبديل السريع-وسبب كونها مفيدة بالفعل

 

لقد شاهدت الفنيين وهم ينتزعون SFPs من المفاتيح المباشرة دون أن يتوانوا. التصميم الساخن-القابل للتوصيل يعني تمامًا أنه ليس هناك حاجة إلى-إيقاف الطاقة-. يقوم EEPROM الخاص بالوحدة بتعريف نفسه للجهاز المضيف خلال أجزاء من الثانية من الإدخال.

يحتوي EEPROM على أكثر من مجرد بيانات تعريف. تُبلغ وحدات DOM- القادرة (المراقبة البصرية الرقمية، والتي تسمى أحيانًا DDM) عن طاقة إرسال الوقت الحقيقي-، وطاقة الاستقبال، ودرجة الحرارة، وتيار انحياز الليزر، وجهد الإمداد. عندما يبدأ الرابط في الخفقان عند الساعة 3 صباحًا، تخبرك هذه المقاييس ما إذا كانت المشكلة تكمن في ليزر ميت، أو موصل متسخ، أو شخص قام بثني كابل التصحيح بشكل حاد خلف الحامل.

تتراوح طاقة TX النموذجية من -9.5dBm إلى -3dBm لوحدات جيجابت. أرضيات حساسية جهاز الاستقبال حوالي -20dBm إلى -24dBm. أي شيء أضعف من هذا الحد ولا يستطيع الكاشف الضوئي التمييز بشكل موثوق بين الإشارة والضوضاء.

 

SFP + انتقل إلى 10 جيجابت

 

تشغل وحدات SFP+ نفس البصمة المادية التي تتمتع بها أسلافها من الجيجابت ولكنها تتعامل مع معدلات خطوط تبلغ 10 جيجابت في الثانية. كان التوافق الميكانيكي مقصودًا-نفس القفص ونفس قضبان التوجيه-على الرغم من أن الواجهة الكهربائية تتطلب إعادة العمل لاستيعاب الترددات الأعلى.

تصبح قصة الكفاءة مثيرة للاهتمام هنا. ربما تستهلك وحدة 10G-SR 1 وات بينما تنقل عشرة أضعاف بيانات وحدة 1G-SX التي تسحب 0.8 وات. هذه ليست زيادة في الطاقة الخطية لزيادة عرض النطاق الترددي الخطي. إن تحسينات تصنيع السيليكون وتغييرات التشفير (8b/10b أفسحت المجال لـ 64b/66b لتحسين كفاءة الخط) تتراكم عبر الأجيال.

أحد الأمور الغريبة: أن العديد من منافذ SFP+ تقبل وحدات SFP القديمة بسرعات منخفضة. يتعرف المحول على الوحدة الأبطأ ويحدد حدود المعدل- وفقًا لذلك. مفيد لسيناريوهات الترحيل، ومربك عندما يقوم شخص ما عن طريق الخطأ بتثبيت جهاز بصري خاطئ ويتساءل عن سبب التفاوض على رابط 10G الخاص به مع 1G.

 

 

قفل البائع-يظل بغيضًا

 

تقوم Cisco وJuniper وHP وآخرون ببرمجة المحولات الخاصة بهم للتحقق من بايت معرف البائع الخاص بـ SFP. قد ترفض الوحدات غير المعروفة الإضاءة أو إرسال تحذيرات مستمرة في وحدة التحكم الإدارية.

تعمل الشركات المصنعة التابعة لجهات خارجية على حل هذه المشكلة عن طريق ترميز EEPROMs الخاصة بها لتتوافق مع مواصفات OEM. تعمل برامج SFP المتوافقة مع MSA - من الموردين ذوي السمعة الطيبة بشكل مماثل للوحدات ذات العلامات التجارية بجزء صغير من السعر. لا تعرف الشبكة أو تهتم بما إذا كانت الفوتونات تأتي من وحدة تصنيع المعدات الأصلية بقيمة 500 دولار أم من وحدة -طرف ثالث مكافئة- بقيمة 80 دولارًا بنفس الطول الموجي، ونفس مستويات الطاقة، ونفس الموصل.

تقوم بعض الشركات بتفويض بصريات OEM على أي حال لأسباب تتعلق بعقد الدعم. هذا قرار شراء، وليس قرارًا تقنيًا.

 

عدم تطابق نوع الألياف يسبب الصداع

 

هل يمكن تحويل SFPs-ذات الوضع الفردي إلى ألياف متعددة الأوضاع؟ ممكن تقنيًا باستخدام كبلات تصحيح الوضع المكيف بسرعات جيجابت. يقوم المحول بإطلاق الضوء في موضع إزاحة لإثارة عدد محدود من الأوضاع. يحدد IEEE 802.3z ذلك لـ 1000BASE-LX عبر المصنع القديم متعدد الأوضاع.

لا يعمل -البصريات المتعددة الأوضاع العكسية عبر الألياف-ذات الوضع الفردي-. تقترن الحزمة المتباينة لـ VCSEL بشكل سيئ في قلب الوضع الفردي - الذي يبلغ طوله 9 ميكرون. سوف تحصل على اللوحات الارتباطية، أو أخطاء CRC، أو لا يوجد اتصال على الإطلاق.

جدير بالتذكر: يبلغ الحد الأقصى للألياف متعددة الأوضاع حوالي 550 مترًا لـ 10G-SR على كابل OM4. تحتاج عمليات التشغيل الأطول إلى بنية أساسية لوضع -مفرد بغض النظر عن الميزانية التي حددها شخص ما.

 

 

درجة الحرارة والعوامل البيئية

 

تعمل وحدات SFP التجارية-من الدرجة 0 إلى 70 درجة. ويغطي ذلك مراكز البيانات التي يتم التحكم في مناخها-ومعظم البيئات الداخلية دون أي مشكلة.

تتطلب عمليات النشر الصناعية-المحطات الفرعية وأرضيات التصنيع والخزائن الخارجية-وحدات درجة حرارة ممتدة-مصنفة من -40 درجة إلى 85 درجة. تتطلب دوائر الليزر والمحرك الداخلية تصلبًا للحفاظ على خرج ثابت عبر هذا النطاق. يبلغ قسط التكلفة 2-3 أضعاف نظيراته التجارية.

نادراً ما تقتل الرطوبة SFPs مباشرة، ولكن التكثيف على حلقات الموصل يسبب الفوضى. يؤدي التلوث إلى تشتيت الضوء على الواجهة، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الإدراج وربما إسقاط الارتباط. حافظ على تغطية الموصلات الخاصة بك عندما لا تكون قيد الاستخدام. تنظيف قبل التزاوج. النظافة الأساسية التي تفلت من الناس بطريقة أو بأخرى.

 

يعمل CWDM وDWDM على زيادة سعة الألياف

 

يضاعف مضاعفة تقسيم الطول الموجي الخشن ثماني قنوات عبر فترات 20 نانومتر من 1270 نانومتر إلى 1610 نانومتر. يرسل كل SFP بطول موجي مخصص؛ يجمعهم mux/demux السلبي في زوج واحد من الألياف. ثمانية أضعاف السعة دون سحب كابلات جديدة.

تعمل تقنية WDM الكثيفة على تجميع القنوات بمسافة أقرب-0.8 نانومتر أو 0.4 نانومتر- مما يؤدي إلى حشر 40 أو 80 أو 96 طولًا موجيًا في ليف واحد. تتطلب وحدات SFP أجهزة ليزر مثبتة بدرجة الحرارة-(مضبوطة أو ثابتة) تبرر تكلفتها الكبيرة. تنشر شركات النقل للمسافات الطويلة والمترو DWDM على نطاق واسع. تلتزم شبكات المؤسسات بشكل عام بـ CWDM ما لم تبرر متطلبات النطاق الترددي الاستثمار.

زاوية الكفاءة: يؤدي تعدد الإرسال إلى استهلاك تكلفة البنية التحتية عبر خدمات متعددة. حبلا واحد يحمل ما كان يتطلب في السابق ثمانية. عمل التثبيت يحدث مرة واحدة.

 

ماذا تعني المواصفات في الواقع؟

 

ميزانية الارتباط تساوي قدرة جهاز الإرسال ناقص حساسية جهاز الاستقبال ناقص الخسارة الإجمالية. توفر الوحدة ذات حساسية -6dBm TX و-20dBm RX ميزانية قدرها 14dB. اطرح خسائر الموصل (0.3 ديسيبل لكل منهما)، وفقد الوصلات (0.1 ديسيبل لكل منهما)، وتوهين الألياف (0.35 ديسيبل/كم للوضع الفردي 1310 نانومتر). كل ما تبقى هو الهامش الخاص بك.

قم بإجراء العمليات الحسابية قبل طلب الوحدات. يحتاج الرابط الذي يبلغ طوله 20 كم إلى بصريات قادرة على الوصول إلى مسافة 20 كم. يبدو واضحا. لا يزال الناس يعبثون بها.

تعتبر عقوبة التشتت أقل أهمية عند سرعات جيجابت مقارنة بسرعات 10 جيجا وما فوق. يتراكم التشتت اللوني وتشتت وضع الاستقطاب عبر المسافة، مما يؤدي في النهاية إلى تلطيخ الإشارة إلى ما هو أبعد من التعافي. تتطلب الروابط طويلة المدى-10G و25G في بعض الأحيان تشتت-ألياف متغيرة أو تعويضًا إلكترونيًا.

 

الكفاءة الهادئة للتكنولوجيا الناضجة

 

لم تعد وحدات SFP تستحوذ على العناوين الرئيسية بعد الآن. نضجت التكنولوجيا. ولكن هذا النضج يعني أداءً يمكن التنبؤ به، وتسعيرًا مستقرًا، وتوافر{{2}المصدر الثاني، وقاعدة تثبيت ضخمة تضمن التوافق عبر الموردين. لا تتعلق الكفاءة دائمًا بالابتكار المذهل-ففي بعض الأحيان تتعلق بالتحسين والتوحيد والموثوقية المملة للمكونات التي تعمل فقط.

ستستمر أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية في التطور نحو سرعات أعلى واستهلاك أقل للطاقة. SFP28 يعالج 25G؛ تتعامل متغيرات QSFP مع 40G و100G من خلال ربط أربعة ممرات. تظل الفيزياء الأساسية-الفوتونات التي تضرب الإلكترونات عبر المسافة-ميزة الكفاءة التي تحافظ على أهمية الألياف الضوئية على الرغم من ادعاءات أنصار النحاس حول تطورات Cat8.

تتعامل الشبكات مع البيانات بكفاءة عندما تقوم الطبقة المادية بعملها بشكل غير مرئي. وحدات SFP تحقق ذلك بالضبط.