Ứng dụng thu phát BiDi: Giải pháp sợi đơn cho mạng hiện đại

Bộ thu phát BiDi (Hai chiều) truyền và nhận dữ liệu đồng thời trên một sợi quang sử dụng hai bước sóng khác nhau và công nghệ WDM, giúp giảm một nửa số lượng sợi trên mỗi liên kết một cách hiệu quả.Chúng được triển khai rộng rãi trong các kết nối đường trục trong khuôn viên trường, mạng truy cập FTTH, liên kết đường truyền trước/sau 5G, kiến ​​trúc vòng tàu điện ngầm và hệ thống giám sát CCTV. Bài viết này giải thích cách thức hoạt động của công nghệ sợi đơn BiDi trong thực tế, ý nghĩa của nó và những điều cần kiểm tra trước khi bắt đầu triển khai.

 

 

Truyền dẫn sợi đơn BiDi thực sự hoạt động như thế nào

Bộ thu phát song công tiêu chuẩn cần có hai sợi quang-một sợi để gửi, một sợi để nhận. Bộ thu phát BiDi thu gọn nó thành một chuỗi duy nhất. Thành phần quan trọng là bộ phối hợp, đôi khi được gọi là bộ ghép WDM, nằm bên trong mô-đun và thực hiện hai công việc cùng một lúc: nó ghép bước sóng truyền được tạo cục bộ vào sợi quang trong khi tách bước sóng thu đến và hướng nó tới bộ tách sóng quang.

cácIEEE 802.3ahthông số kỹ thuật ban đầu xác định phương pháp này cho Gigabit Ethernet ở dặm đầu tiên (EFM), sử dụng các cặp bước sóng 1310nm/1490nm trên sợi quang-chế độ đơn. Kể từ đó, khái niệm này đã mở rộng đến tốc độ dữ liệu cao hơn. Các mô-đun 10G BiDi SFP+ ngày nay thường sử dụng cặp 1270nm/1330nm cho phạm vi 10–60km, trong khi các biến thể 25G SFP28 BiDi hỗ trợ khoảng cách lên tới 40km cho truyền tải di động 5G. Ở tốc độ 100G, QSFP28 BiDi tận dụng bốn bước sóng CWDM được xác định trongITU-T G.694.2(1271, 1291, 1311, 1331nm) để đạt được khả năng kết nối sợi quang đơn-tầm ngắn-trong các trung tâm dữ liệu.

Một chi tiết khiến mọi người mất cảnh giác: Các mô-đun BiDi phải luôn được triển khai theo cặp phù hợp. Bên A truyền ở một bước sóng và nhận ở bước sóng kia; Bên B làm ngược lại. Việc cài đặt hai mô-đun Bên A ở hai đầu đối diện của một liên kết có nghĩa là cả hai đầu đều truyền trên cùng một bước sóng mà không có bộ thu nào được điều chỉnh để phát hiện ra nó-liên kết vẫn tối. Đây là lỗi triển khai phổ biến, đặc biệt khi người cài đặt kéo hai mô-đun giống hệt nhau từ cùng một khay thay vì kiểm tra nhãn A/B trước khi vá. Mã hóa màu-hoặc ghi nhãn Mặt A và Mặt B ở giai đoạn kho sẽ loại bỏ hầu hết các vấn đề này. Hiểu cơ chế đằng sauhoạt động của mô-đun liên kết quanggiúp ngăn chặn loại sai lầm này.

 

Mạng đường trục trường học và doanh nghiệp

Lập luận kinh tế cho bộ thu phát BiDi dễ thấy nhất trong môi trường khuôn viên trường. Hãy xem xét một trường đại học cỡ trung-có kết nối cáp quang chạy tới hàng chục tòa nhà trải rộng trên vài trăm mẫu Anh. Mỗi liên kết tòa nhà-đến-tòa nhà sử dụng bộ thu phát song công tiêu chuẩn cần có hai sợi quang. Chuyển sang BiDi và mọi liên kết sẽ giảm xuống một chuỗi.

Khoản tiết kiệm sẽ tăng lên nhờ dây vá, công việc nối và sử dụng sợi quang-đặc biệt là ở những khu vực chạy dài hơn trong khuôn viên nơi không gian ống dẫn chật hẹp. Điểm hòa vốn-phụ thuộc vào độ dài liên kết, giá mô-đun và chi phí cài đặt cục bộ, do đó, điểm hòa vốn sẽ khác nhau tùy theo từng dự án. Trong thời gian ngắn hơn, nơi có nhiều sợi quang, quang học song công có thể vẫn đơn giản hơn. Nhưng khi số lượng sợi bị hạn chế hoặc ống dẫn cũ không thể sử dụng nhiều cáp hơn, BiDi sẽ thay đổi tính kinh tế.

Ngoài chi phí vật liệu, ít sợi hơn có nghĩa là ít tắc nghẽn ống dẫn hơn, ít mối nối gây ra tổn thất chèn hơn và xử lý sự cố đơn giản hơn. Đối với những người lập kế hoạch cho khuôn viên trường, các yếu tố quyết định chính là tính sẵn có của sợi, độ dài liên kết và ngân sách quang. Hướng dẫn của chúng tôiCác loại máy thu phát SFP ở các tốc độ khác nhaubao gồm các tùy chọn mô-đun nếu bạn cần so sánh tốc độ-theo-tốc độ.

 

 

Mạng truy cập FTTH và băng thông rộng

Cáp quang-cho-việc triển khai tại nhà được cho là ứng dụng nhạy cảm nhất-sợi quang dành cho công nghệ BiDi. Trong kiến ​​trúc FTTH điểm-tới{6}}điểm, mọi kết nối thuê bao đều yêu cầu cáp quang chuyên dụng từ thiết bị đầu cuối đường truyền quang (OLT) đến cơ sở. Việc giảm điều đó thành một chuỗi duy nhất bằng BiDi có tác động trực tiếp đến chi phí cơ sở hạ tầng-mặc dù mức tiết kiệm chính xác phụ thuộc vào giá cáp quang tại địa phương, tính sẵn có của ống dẫn và tỷ lệ nhân công lắp đặt.

Một số chương trình băng thông rộng quốc gia-quy mô lớn đã áp dụng BiDi để kết nối lớp-truy cập, thường sử dụng các cặp bước sóng 1310nm/1490nm hoặc 1310nm/1550nm ở tốc độ 1G. 10Các biến thể G ngày càng phổ biến khi nhu cầu băng thông tăng cao. Điều đó có nghĩa là lợi thế về chi phí sẽ yếu đi khi cáp quang vốn đã rẻ và dồi dào hoặc khi cấu trúc liên kết truy cập sử dụng PON (mạng quang thụ động) thay vì kiến ​​trúc điểm-tới{10}}điểm. Hệ thống PON có khả năng quản lý bước sóng riêng và không được hưởng lợi từ các mô-đun BiDi theo cách tương tự.

 

 

Vận chuyển 5G Fronthaul và Backhaul

Trong các hệ thống 5G dày đặc, BiDi hỗ trợ theo hai cách thiết thực: giảm mức tiêu thụ sợi và cắt giảm khối lượng cáp trong các ống dẫn đông đúc. Mỗi trạm di động có thể yêu cầu nhiều liên kết băng thông-cao giữa các đơn vị băng tần cơ sở tập trung và đầu phát sóng vô tuyến từ xa và khi triển khai ở đô thị, không gian ống dẫn cáp quang thường là hạn chế khó giải quyết nhất.

Mô-đun BiDi 25G SFP28 là một lựa chọn thiết thực cho đường truyền 5G, hỗ trợ các giao thức eCPRI và CPRI kết nối các đơn vị phân tán (DU) với các đơn vị vô tuyến (RU). Cặp bước sóng 1270nm/1330nm trên sợi quang đơn mode bao phủ khoảng cách 10–20 km điển hình của các phân đoạn truyền dẫn trước. Để tổng hợp truyền dẫn từ các trạm di động đến lõi di động, các mô-đun 10G BiDi SFP+ xử lý lưu lượng truy cập với chi phí trên mỗi bit thấp hơn.

Điều khiến BiDi trở nên hữu ích đối với các nhà khai thác di động là khả năng tái sử dụng cáp quang tối màu hiện có mà không cần kéo cáp mới. Một nhà máy cáp quang ban đầu hỗ trợ 4G với kết nối song công có thể phục vụ nhiều liên kết hơn bằng cách chuyển đổi sang BiDi-không đào rãnh, không cho phép độ trễ. Nhưng có một nhược điểm: bộ phối hợp làm tăng thêm tổn thất chèn, làm thắt chặt lề liên kết. Trên các phân đoạn truyền dẫn trực tiếp nơi ngân sách quang học đã eo hẹp, hãy xác minh ngân sách điện năng trước khi cho rằng BiDi hoạt động ở cùng khoảng cách với song công.

Một mô hình triển khai đáng lưu ý: một số nhà khai thác ghép nối đường truyền dẫn trước 25G BiDi với đường dẫn truyền dẫn BiDi 10G trên cùng một bó sợi, sử dụng các cặp bước sóng không-chồng chéo (1270nm/1330nm cho đường truyền dẫn trước, 1490nm/1550nm cho đường truyền ngược). Sự cùng tồn tại này có hiệu quả nhưng đòi hỏi phải lập kế hoạch bước sóng cẩn thận từ trước.

 

Mạng vòng Metro và WDM

Mạng lưới khu vực đô thị phải đối mặt với sự căng thẳng thường xuyên giữa tăng trưởng công suất và tính sẵn có của cáp quang. BiDi phù hợp một cách tự nhiên với các kiến ​​trúc vòng metro nơi mỗi nút chuyển lưu lượng truy cập theo cả hai hướng trên các đường dẫn cáp quang dùng chung.

Đối với các ứng dụng metro yêu cầu nhiều hơn một cặp bước sóng BiDi, công nghệ này tích hợp tốt vớiNền tảng mux/demux CWDM. Xếp chồng nhiều kênh BiDi lên cùng một công suất sợi quang mà không cần xây dựng sợi mới. Cách tiếp cận theo lớp này-BiDi cho hiệu suất sợi quang cộng với CWDM cho mật độ bước sóng-có thể cải thiện hiệu quả chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ trong khu vực, mặc dù tổng chi phí phụ thuộc vào số lượng kênh, khoảng cách và liệu bạn có cần khuếch đại hay không.

 

 

Giám sát, video và các ứng dụng chuyên dụng

Cài đặt giám sát IP và CCTV mật độ cao- là trường hợp sử dụng ít rõ ràng hơn nhưng thực tế. Hệ thống an ninh trong khuôn viên trường lớn có thể kết nối 200 camera IP trở lên với máy chủ quản lý video trung tâm. Mỗi liên kết camera có băng thông-tương đối thấp nhưng tổng số lượng sợi quang tăng lên nhanh chóng với các kết nối song công.

Mô-đun BiDi SFP ở tốc độ 1000BASE{1}}BX xử lý các liên kết này trên các sợi quang đơn và đầu nối LC đơn giản chiếm ít không gian bảng điều khiển hơn so với các giải pháp thay thế song công. Việc phát sóng video kỹ thuật số, giám sát công nghiệp và các kết nối chuyển mạch-mật độ cao-sang-chuyển mạch trong không gian chật hẹp đều được hưởng lợi từ cùng một nguyên tắc.

 

Khi BiDi có thể không phải là sự lựa chọn tốt nhất

BiDi không phải là câu trả lời đúng cho mọi liên kết. Một số tình huống trong đó hệ thống quang học song công tiêu chuẩn có thể đơn giản hơn hoặc đáng tin cậy hơn:

• Chất xơ vốn đã rất dồi dào.Nếu ống dẫn của bạn có nhiều sợi dự phòng thì mức tiết kiệm sợi quang sẽ không bù đắp được chi phí mô-đun cao hơn và độ phức tạp của kho-cặp phù hợp.
• Các đội thích quang học giống hệt nhau ở cả hai đầu.Duplex sử dụng cùng một mô-đun ở mỗi đầu. BiDi yêu cầu Bên A và Bên B. Đối với các nhóm có kinh nghiệm quang học hạn chế, kho hàng thống nhất sẽ giảm thiểu sai sót.
• Liên kết dài với lề quang chặt chẽ.Bộ phối hợp làm tăng thêm tổn thất chèn. Trên các liên kết gần phạm vi tiếp cận tối đa của mô-đun, tổn thất tăng thêm đó có thể đẩy bạn ra ngoài mức năng lượng dự kiến.
• Các quy ước vá lỗi hiện tại giả định là song công.Chuyển sang BiDi đồng nghĩa với việc đào tạo lại nhân viên và cập nhật tài liệu. Đối với các hoạt động triển khai nhỏ, chi phí chuyển đổi có thể không đáng kể.
•  

Danh sách kiểm tra triển khai

Kiểm tra mục	Tại sao nó quan trọng	Những gì cần xác minh
So khớp cặp A/B	Các mô-đun không khớp là lỗi BiDi phổ biến nhất	Xác nhận Bên A ở một đầu, Bên B ở bên kia; nhãn trước khi vận chuyển
Ngân sách năng lượng quang	Diplexer bổ sung thêm tổn thất chèn so với các mô-đun song công	Tính toán tổng suy giảm liên kết; so sánh với thông số mô-đun
Xung đột bước sóng	Bước sóng BiDi có thể trùng với CWDM/DWDM trên cùng một sợi quang	Xem lại sơ đồ bước sóng cho toàn bộ đường dẫn sợi quang
Hỗ trợ DOM/DDM	Giám sát thời gian thực trên mỗi SFF-8472 phát hiện sớm sự xuống cấp	Xác minh các mô-đun báo cáo nguồn Tx/Rx, nhiệt độ và dòng điện thiên vị
Hàng tồn kho và phụ tùng	Bạn cần cả phụ tùng bên A{0}}và bên B-	Dự trữ ít nhất một cặp dự phòng trên mỗi địa điểm; dán nhãn rõ ràng

 

 

Ví dụ: Ngân sách liên kết BiDi 10G trên 10km

Trước khi triển khai BiDi trên bất kỳ liên kết nào, hãy xác minh rằng tổng tổn thất đường truyền vẫn nằm trong giới hạn quang học của mô-đun. Sau đây là ví dụ hoạt động cho mô-đun BiDi SFP+ 10G khi chạy sợi quang chế độ đơn-10km, sử dụng tiêu chuẩnITU-T G.652Dthông số sợi:

tham số	Giá trị	Nguồn
Suy hao sợi quang (1270nm, 10km)	0,35 dB/km × 10=3.5 dB	Thông số G.652D, cửa sổ 1310nm
Mất đầu nối (2 cặp giao phối)	0,3 dB × 2=0.6 dB	Cấp TIA-568, LC/UPC
Mất mối nối (1 mối nối nóng chảy)	0,1 dB × 1=0.1 dB	Mối nối nhiệt hạch điển hình
Mất mát dư thừa của bộ phân phối (cả hai đầu)	~1,0 dB	Mô-đun nội bộ, theo bảng dữ liệu của nhà cung cấp
Tổng tổn thất đường dẫn ước tính	5,2dB
Ngân sách liên kết mô-đun (độ nhạy Tx tối thiểu đến Rx)	14,0dB	Bảng dữ liệu 10G BiDi SFP+ điển hình
Số tiền ký quỹ còn lại	8,8 dB

Biên độ 8,8 dB là chấp nhận được-nó có thể gây ra hiện tượng lão hóa sợi, các mối nối sửa chữa trong tương lai và tình trạng nhiễm bẩn đầu nối theo thời gian. Nếu biên độ này giảm xuống dưới 3 dB, hãy cân nhắc sử dụng mô-đun công suất-cao hơn hoặc biến thể phạm vi tiếp cận ngắn hơn. Đường tổn thất của bộ phối hợp là điểm khác biệt chính so với ngân sách song công; một bộ thu phát song công tiêu chuẩn ở cùng tốc độ dữ liệu sẽ lấy lại khoảng 1 dB biên độ đó.

 

 

Câu hỏi thường gặp