Mô-đun quang kỹ thuật số hoạt động trong các hệ thống hiện đại

 

Có gì thực sự bên trong điều

 

Hãy mở một bộ thu phát (không thực sự làm điều này; chỉ riêng việc tiếp xúc với tia laser đã khiến nó trở thành một ý tưởng tồi) và bạn sẽ thấy sự sắp xếp dày đặc đáng kinh ngạc của các thành phần về cơ bản không thay đổi về mặt kiến ​​trúc kể từ cuối những năm 1990. Phần phát chứa nguồn sáng-thường là VCSEL dành cho các ứng dụng đa chế độ tầm ngắn-, laser DFB dành cho mọi thứ nghiêm trọng trên sợi quang đơn chế độ. Phía thu chứa bộ khuếch đại photodiode và transimpedance. Giữa chúng có bất kỳ tín hiệu nào điều chỉnh nhu cầu tốc độ dữ liệu.

VCSEL xứng đáng được đề cập đặc biệt vì nó đồng thời vừa là anh hùng vừa là kẻ phản diện trong lĩnh vực quang học trung tâm dữ liệu. Tia laser phát ra-bề mặt khoang-dọc đã giải quyết được vấn đề sản xuất gây khó khăn cho các thiết bị phát ra cạnh-: bạn có thể kiểm tra chúng trên-bánh bán dẫn trước khi thái hạt lựu, điều đó có nghĩa là bạn thực sự biết mình đang vận chuyển những gì. Chúng rẻ. Họ đủ đáng tin cậy. Họ chạy mát mẻ.

Nhưng VCSEL có những hạn chế về khoảng cách.

Ánh sáng 850nm xuyên qua sợi quang đa mode chạm tới các bức tường phân tán phương thức mà không một DSP thông minh nào có thể vượt qua hoàn toàn. Bạn có thể đi được 100 mét ở tốc độ 25G trước khi sơ đồ mắt bắt đầu trông giống như tác phẩm nghệ thuật hiện đại. Sợi OM4 trong sàn nâng của bạn không được thiết kế cho những gì chúng tôi yêu cầu và việc áp dụng OM5 vẫn nằm ở mức độ giữa "đầy hứa hẹn" và "lý thuyết" trong hầu hết các hoạt động triển khai doanh nghiệp mà tôi từng thấy.

 

Câu hỏi về bước sóng không ai hỏi chính xác

1310nm giảm mức suy giảm xuống khoảng 0,4 dB/km so với chế độ-đơn. Đây là dải tần O{4}}, trong đó độ phân tán màu sắc đạt đến mức tối thiểu thuận tiện và bạn có thể đẩy tín hiệu đi 10km mà không cần khuếch đại. Hầu hết các mô-đun LR đều hoạt động ở đây.

1550nm giúp bạn giảm tần số xuống còn khoảng 0,3 dB/km-dải C-"cửa sổ tổn hao bằng 0" mà mọi người trong ngành viễn thông tôn sùng. Các hệ thống DWDM nhồi nhét hàng chục kênh vào băng tần này vì bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium{6}}hoạt động rất tốt ở đây. Nhưng những EDFA đó tốn tiền và đối với khoảng cách dưới 40 km, chi phí tăng thêm hiếm khi có ý nghĩa.

Sai lầm mà tôi gặp nhiều lần: ai đó chỉ định mô-đun 1550nm cho liên kết khuôn viên trường dài 2 km vì "tổn thất thấp hơn phải tốt hơn". Nó không tốt hơn. Nó đắt hơn mà không mang lại lợi ích gì và giờ đây bạn có sự phức tạp về hàng tồn kho mà bạn không cần.

 

Tính toàn vẹn của tín hiệu và vấn đề khôi phục đồng hồ

 

Đây là lúc mọi thứ thực sự trở nên thú vị và cũng là lúc các kỹ sư cấp dưới bắt đầu mắc phải những sai lầm đắt giá.

Dữ liệu nối tiếp tốc độ cao-không truyền cùng với tín hiệu đồng hồ. Thông tin về thời gian phải được khôi phục từ chính luồng dữ liệu-đó là công việc của các mạch Đồng hồ và Khôi phục dữ liệu. Vòng lặp-bị khóa pha bên trong mô-đun theo dõi các chuyển đổi trong dòng bit đến, tạo ra đồng hồ cục bộ từ các chuyển đổi đó và sử dụng đồng hồ đã khôi phục đó để lấy mẫu các bit tiếp theo tại điểm tối ưu trong mắt.

Điều này hoạt động rất tốt cho đến khi nó không hoạt động.

Khóa CDR yêu cầu chuyển đổi đầy đủ trong dữ liệu. Mã hóa 64B/66B được sử dụng trong 10G Ethernet đảm bảo có đủ biên để giữ cho PLL được hài lòng. Nhưng nếu ai đó gửi một mẫu bệnh lý-hoặc tệ hơn là một loạt ký hiệu giống hệt nhau từ một thiết bị ngược tuyến hoạt động sai- thì CDR có thể bị mất khóa. Khi mất khóa, cảnh báo LOL (mất khóa) sẽ kích hoạt, liên kết bị rớt và bạn đang nhìn chằm chằm vào bộ đếm lỗi và tự hỏi điều gì đã xảy ra.

Phần khó chịu: Hành vi CDR khác nhau giữa các nhà cung cấp. Tôi đã thấy các mô-đun của nhà sản xuất A duy trì khóa thông qua các chuỗi mẫu khiến các mô-đun của nhà sản xuất B bị tắt ngay lập tức. Cả hai đều đáp ứng thông số kỹ thuật. Cả hai đều vượt qua bài kiểm tra tuân thủ. Một người làm việc trong môi trường giao thông thực tế của khách hàng, một người thì không.

 

DDM đã thay đổi cách khắc phục sự cố vĩnh viễn (Khi nó hoạt động)

 

Trước khi Giám sát chẩn đoán kỹ thuật số trở thành tiêu chuẩn, việc khắc phục sự cố liên kết sợi có nghĩa là kéo các mô-đun, hoán đổi cáp và cầu nguyện với bất kỳ vị thần nào chi phối quá trình kiểm soát thay đổi của bạn. Nếu liên kết bị hỏng, bạn biết có gì đó không ổn. Bạn không biết điều gì.

DDM-đôi khi được gọi là DOM, vì ngành này yêu thích những từ viết tắt thừa thãi-đã thay đổi điều đó. Mọi bộ thu phát hiện đại đều báo cáo dữ liệu đo từ xa theo thời gian thực-thông qua giao diện I²C: nhiệt độ, điện áp nguồn, dòng điện phân cực laser, nguồn TX, nguồn RX. Đặc tả SFF-8472 xác định bản đồ bộ nhớ. Công tắc của bạn sẽ tự động đọc nó.

Điều này nghe có vẻ hoàn toàn ngược lại, và hầu hết là như vậy. Nhưng tôi đã bị dữ liệu DDM đốt cháy đủ số lần để nảy sinh một số hoài nghi lành mạnh.

Việc đọc điện TX? Nó có nguồn gốc từ một photodiode màn hình lấy mẫu một phần đầu ra laser. Hiệu suất ghép giữa laser và MPD thay đổi theo nhiệt độ. Dữ liệu hiệu chuẩn được ghi vào EEPROM của mô-đun được đo ở nhiệt độ 25 độ trên một chiếc ghế dài ở đâu đó ở Thâm Quyến. Môi trường hoạt động thực tế của bạn là 47 độ vì mô-đun này nằm giữa hai bộ thu phát nóng khác trong một công tắc-được tải đầy đủ.

Con số trên màn hình của bạn là một con số gần đúng. Nó thường là một xấp xỉ tốt. Nhưng tôi đã học được cách không tuyên bố chiến thắng chỉ dựa trên kết quả DDM trông có vẻ bình thường. Lấy máy đo công suất quang. Đo ánh sáng thực tế chạm vào sợi quang.

 

 

Nhiệt độ là tất cả

 

Tôi không thể nói quá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của mô-đun quang học. Mọi thông số quan trọng đều thay đổi theo nhiệt độ.

Dòng ngưỡng laser tăng khi mô-đun nóng lên-thiết bị cần nhiều dòng điện hơn để đạt được cùng một đầu ra quang. Hiệu suất độ dốc giảm, nghĩa là mỗi miliampe thiên vị bổ sung sẽ tạo ra ít ánh sáng hơn. Sự trôi dạt bước sóng, điều này rất quan trọng trong các hệ thống CWDM và DWDM nơi khoảng cách kênh chặt chẽ. Độ phản hồi của photodiode thay đổi. Ngay cả điện áp tham chiếu bên trong mạch giám sát cũng bị lệch.

Các nhà sản xuất chỉ định phạm vi hoạt động-thường là 0 độ đến 70 độ đối với cấp thương mại, -40 độ đến 85 độ đối với cấp công nghiệp. Điều họ không truyền đạt đầy đủ là mô-đun hoạt động kém hơn như thế nào ở các cạnh của phạm vi đó so với trung tâm.

Tôi đã đo các mô-đun tại hiện trường nóng hơn 15 độ so với báo cáo nhiệt độ môi trường xung quanh của công tắc. Cảm biến nhiệt độ vỏ trên bộ thu phát đọc 63 độ trong khi khung công tắc báo cáo "luồng khí bình thường" và "nhiệt độ 38 độ" trong giám sát môi trường. Sự khác biệt tồn tại do công tắc đang đo nhiệt độ không khí ở đầu vào của nó, trong khi bộ thu phát đang nấu trong bóng nhiệt của QSFP-DD liền kề đang chạy quang học kết hợp ở công suất 14 watt.

Không ai nhận được thông báo. Liên kết vẫn hoạt động-hầu như không-với các lỗi FEC trước{3}}tăng cao đôi khi dẫn đến mất khung hình. Phải mất ba tháng để tìm ra lý do tại sao liên kết cụ thể đó có tốc độ truyền lại cao hơn các liên kết giống hệt ở những nơi khác trong kết cấu.

 

Câu hỏi của bên thứ ba-

 

Mọi người đều muốn biết về bộ thu phát của bên thứ ba. Khó có thể bỏ qua mức giá đồng bằng này - rẻ hơn từ 3 đến 5 lần so với mô-đun OEM đối với các thông số kỹ thuật có vẻ giống hệt nhau.

Thỏa thuận đa nguồn- tồn tại đặc biệt để cho phép khả năng tương tác. SFP-10G-LR tuân thủ của công ty X phải có chức năng tương đương với SFP của công ty Y. Các thông số quang học được xác định. Kích thước cơ học được tiêu chuẩn hóa. Giao diện điện tuân theo các thông số kỹ thuật do các tập đoàn công nghiệp công bố.

Thực tế, như thường lệ, khác với đặc điểm kỹ thuật.

Nhà cung cấp chuyển mạch mã hóa EEPROM thu phát bằng chuỗi ID nhà cung cấp. Cisco kiểm tra các chuỗi này và sẽ báo lỗi-vô hiệu hóa các cổng không khớp với danh sách được phê duyệt của họ. Các nền tảng mới hơn của Juniper ghi lại cảnh báo và từ chối các cuộc gọi hỗ trợ. HPE đã thực thi qua lại tùy theo dòng sản phẩm và phiên bản phần mềm.

Các cách giải quyết tồn tại. Lệnh thu phát-không hỗ trợ dịch vụ của Cisco đã lưu lại vô số lịch trình triển khai. Nhà cung cấp-bên thứ ba lập trình EEPROM của họ để báo cáo mã nhà cung cấp tương thích. Các thiết bị như FS Box cho phép bạn lập trình lại các mô-đun tại hiện trường.

Nhưng đây là điều không ai nói với bạn: khi mọi việc không như ý muốn-và cuối cùng họ-hỗ trợ sẽ trở thành đối kháng. Hãy gọi cho TAC khi có vấn đề về liên kết, đề cập đến-hệ thống quang học của bên thứ ba, xem cuộc trò chuyện kết thúc. "Thay thế bằng bộ thu phát được hỗ trợ và gọi lại nếu sự cố vẫn tiếp diễn." Họ không sai từ góc độ hỗ trợ. Chúng cũng không hữu ích vào lúc 2 giờ sáng khi vải của bạn bị xuống cấp.

Quy tắc cá nhân của tôi, được phát triển nhờ kinh nghiệm dày dặn:-bên thứ ba trong phòng thí nghiệm, OEM trong các lộ trình sản xuất quan trọng. Việc tiết kiệm chi phí sẽ kém hấp dẫn hơn khi bạn là người xử lý các lỗi CRC không liên tục có thể là bộ thu phát, có thể là sợi quang, có thể là chương trình cơ sở và bạn không thể loại trừ bất kỳ điều gì.

 

 

Ô nhiễm sẽ tìm thấy bạn

 

Nguyên nhân lớn nhất gây ra sự cố liên kết quang không liên quan gì đến bản thân mô-đun. Đó là bụi bẩn.

Một hạt bụi trên mặt cuối của sợi quang có thể làm suy giảm tín hiệu đủ để đẩy một liên kết vượt quá ngưỡng lỗi của nó. Ở mức 100G trở lên, mức ký quỹ không còn như trước nữa. Bạn đang hoạt động gần hơn với giới hạn độ nhạy của máy thu. Hạt bụi đó lẽ ra không thể nhìn thấy được ở 1G Ethernet giờ lại gây ra mất gói ở 400G.

Lõi của sợi quang đơn mode có đường kính 9 micromet. Một sợi tóc của con người có kích thước khoảng 70 micromet. Các hạt ô nhiễm nhỏ hơn bất cứ thứ gì bạn có thể nhìn thấy mà không phóng đại có thể chặn hoàn toàn đường quang.

Kiểm tra trước khi kết nối. Luôn luôn. Sử dụng kính hiển vi sợi quang, không phải kiểm tra trực quan. Tôi không quan tâm nếu dây vá thoát ra khỏi túi kín năm giây trước-túi không sạch, ngón tay của bạn chạm vào thứ gì đó, không khí trong trung tâm dữ liệu của bạn có chứa các hạt. Kiểm tra, làm sạch nếu cần thiết, kiểm tra lại rồi kết nối.

Bản thân việc làm sạch sẽ gây ra rủi ro. Lau khô tạo ra tĩnh điện thu hút nhiều chất bẩn hơn. Làm sạch ướt bằng cồn isopropyl có thể để lại cặn nếu bạn để nó bay hơi thay vì lau khô ngay lập tức. Trình dọn dẹp bằng một-nhấp chuột hoạt động hiệu quả cho đến khi chúng được sử dụng hết và ai đó vẫn tiếp tục nhấp vào, phân phối lại chất gây ô nhiễm trên vòng đệm.

Tôi đã quan sát một kỹ thuật viên dành bốn giờ để khắc phục sự cố liên kết không liên tục. Đã thay thế các mô-đun hai lần. Đã kiểm tra định tuyến cáp. Cấu hình đã xem xét. Cuối cùng phá vỡ phạm vi kiểm tra và tìm thấy thứ trông giống như dấu vân tay trên bộ chuyển đổi vách ngăn. Làm sạch nó đúng cách. Liên kết đã trở nên sạch sẽ và ở lại.

Bốn giờ. Đối với một dấu vân tay.

 

Điều gì thực sự quan trọng khi chọn mô-đun

 

Sau tất cả các chi tiết kỹ thuật, quá trình lựa chọn thường dựa trên một số cân nhắc thực tế không xuất hiện trong bất kỳ biểu dữ liệu nào.

Nền tảng chuyển đổi của bạn là gì? Nếu bạn là cửa hàng của Cisco, câu hỏi về yếu tố hình thức phần lớn sẽ được giải đáp cho bạn. Nếu bạn đang chạy Arista hoặc Juniper trên các lá và thứ gì đó khác ở phần gáy, bạn có thể có các tùy chọn-nhưng việc thực hiện các tùy chọn đó sẽ tạo ra sự phức tạp trong khoảng không quảng cáo. Sự nhất quán có giá trị.

Khoảng cách nào bạn thực sự cần phải vượt qua? Đo số lần chạy cáp của bạn. Thêm lề cho các tấm vá và mối nối. Sau đó chọn loại mô-đun rẻ nhất đáp ứng yêu cầu về khoảng cách đó và còn chỗ trống. Việc chỉ định mô-đun LR cho các lần chạy 50 mét vì "sau này chúng tôi có thể cần phạm vi tiếp cận" là lãng phí tiền bạc.

Nhà máy sợi của bạn là gì? Nhiều chế độ bên trong các tòa nhà, một-chế độ duy nhất giữa các tòa nhà-đó vẫn là mô hình phổ biến. Việc chống lại khuôn mẫu đó tốn kém hơn là làm việc với nó.

Bạn tin tưởng chất lượng lắp đặt của mình đến mức nào? 400G có mức ký quỹ ít hơn 100G. Đầu nối bẩn hoạt động tốt ở tốc độ thấp hơn sẽ gây ra vấn đề. Nếu hệ thống cáp có cấu trúc của bạn có từ thời Cat5e được coi là giải pháp-trong tương lai thì bạn có thể sẽ gặp rắc rối.

Lời khuyên nhàm chán thường đúng: làm cho công nghệ phù hợp với yêu cầu thực tế, mua từ nhà cung cấp, những người sẽ hỗ trợ bạn khi có sự cố, làm sạch mọi đầu nối mỗi khi bạn chạm vào nó. Bản thân các mô-đun đã trở nên đáng tin cậy hơn nhiều. Các vấn đề hầu như luôn ở một nơi khác.