Độ trễ mạng cáp quang: Nano giây của bạn thực sự đi đến đâu

Mở hàng tá hướng dẫn về độ trễ của mạng cáp quang và hầu hết chúng đều đưa ra cho bạn cùng một phương trình: khoảng cách chia cho tốc độ ánh sáng trong thủy tinh. Nó đúng, nó gọn gàng và nó mô tả một phần ngân sách mà bạn hầu như không thể làm gì được. Ánh sáng qua sợi quang-chế độ đơn truyền với tốc độ khoảng 4,9 micro giây trên mỗi km, được thiết lập bởi chỉ số khúc xạ gần 1,47 và không có đơn đặt hàng nào bẻ cong con số đó. Vì vậy, câu hỏi hữu ích không bao giờ là ánh sáng truyền qua thủy tinh nhanh như thế nào. Đó là lý do tại sao một liên kết đọc được 25 micro giây thời gian vận chuyển sẽ đo gần bằng 40 trên bộ thử nghiệm của bạn và nơi mà micro giây bị thiếu đang ẩn giấu.

 

Khoảng cách đó là lý do khiến hướng dẫn này tồn tại. Chúng tôi xây dựng và vận chuyểnmáy thu phát quang, vì vậy, chúng tôi dành nhiều ngày cho các thành phần nằm giữa sợi quang và bộ chuyển mạch ASIC và những thành phần đó chính xác là những thành phần mà một bài báo về độ trễ quang-cáp tiêu chuẩn đã bỏ qua.

 

 

Số khoảng cách là tầng chứ không phải câu chuyện

 

Từ đầu đến cuối, độ trễ thường được báo cáo là thời gian-khứ hồi, mặc dù độ trễ một chiều-quan trọng hơn khi bạn lập ngân sách cho một hướng duy nhất và nhóm ứng dụng có xu hướng xem thời gian đến byte đầu tiên như triệu chứng mà người dùng thực sự cảm thấy. Bên dưới cả ba đều là sự lan truyền: thời gian bay của xung quang. Trên quãng đường 100 km của sợi G.652 tiêu chuẩn, tốc độ sàn đạt gần 489 micro giây một chiều và nó chỉ dịch chuyển một phần nhỏ giữa hoạt động 1310 nm và 1550 nm. Các mạng sản xuất được thiết kế tốt thường hiển thị tổng độ trễ trên đường truyền cáp quang ở mức một phần nghìn giây một chữ số thấp sau khi đếm mọi thiết bị.

 

Hãy ngồi với hàm ý đó trong một giây. Độ trễ truyền dẫn chi phối các tuyến đường dài{1}}và là thành phần bạn không thể phục hồi nếu không rút ngắn tuyến đường vật lý hoặc hoán đổi chính phương tiện. Trên đường liên kết trong khuôn viên trường dài 5 km, đó là lỗi làm tròn. Ở mọi nơi, độ trễ sợi quang của bạn thực sự có thể được phục hồi ở một nơi nào đó ngoài kính, đó chính xác là nơi mà hầu hết các hướng dẫn ngừng đọc và ngừng viết.

 

Độ trễ của liên kết cáp quang là ngăn xếp chứ không phải cáp

 

Coi độ trễ như một đặc tính của cáp là sai lầm đầu tiên và đây là một sai lầm dễ mắc phải vì cáp là bộ phận duy nhất bạn có thể nhìn thấy. Trong thực tế, độ trễ trên một liên kết sợi là tổng của ít nhất năm lớp, mỗi lớp có thứ tự độ lớn và nút điều chỉnh riêng.

 

Thành phần độ trễ	Nó đến từ đâu	Độ lớn điển hình	Bạn có thể điều chỉnh nó?
Tuyên truyền	Ánh sáng truyền qua thủy tinh	~4,9–5 µs/km (SMF)	Chỉ qua chiều dài tuyến đường hoặc lõi{0}}rỗng
Tuần tự hóa	Đồng hồ bit trên đường dây	Nano giây, tăng theo tốc độ	Tốc độ dòng cao hơn làm giảm nó
Bộ thu phát O{0}}E / E-O	Chuyển đổi điện sang quang và ngược lại	Hàng chục nano giây đến micro giây	Lựa chọn kiến ​​trúc mô-đun
DSP + FEC	Xử lý tín hiệu và sửa lỗi	Hàng chục nano giây đến micro giây	Lựa chọn mô-đun và FEC
Chuyển tiếp chuyển tiếp	Lưu trữ-và-chuyển tiếp hoặc cắt-quyết định	Sub{0}}µ đến vài µ trên mỗi bước nhảy	Chuyển đổi chế độ và số bậc

 

Đặt các số thực trên các lớp đang hoạt động và đối số sẽ tự tạo ra. Một tổ hợp AEC mà chúng tôi vận chuyển sẽ tăng thêm 85 đến 110 nano giây. DSP mạch lạc sẽ thêm micro giây. Công tắc lưu trữ-và-chuyển tiếp vào bộ nhớ đệm toàn bộ khung trước khi chuyển tiếp một bit của khung đó. Xếp chồng những thứ đó lên khoảng 5 micro giây trên mỗi km kính và trên bất kỳ liên kết nào dưới vài km, thiết bị điện tử chứ không phải sợi quang sẽ đặt nền móng. MỘTngân sách độ trễchỉ được xây dựng từ một công cụ tính mức độ lan truyền sẽ luôn đánh giá thấp thực tế, đó là lý do tại sao một thỏa thuận cấp độ dịch vụ-được viết dựa trên ước tính khoảng cách không chỉ đơn thuần là lạc quan. Đó là sai trong hướng tạo ra vé hỗ trợ.

 

 

Chạy các con số trên một liên kết mà bạn thực sự sẽ triển khai

 

Phép toán lan truyền đáng được thực hiện đúng cách, nếu chỉ để bạn biết nó nhỏ như thế nào trong phạm vi ngắn. Lấy chiết suất của môi trường, tính tốc độ ánh sáng bên trong sợi quang và chia độ dài đường đi của bạn cho nó. Khoảng-chế độ duy nhất ở chỉ số 1,47 mang lại tốc độ quen thuộc là 4,9 micro giây trên mỗi km, do đó, tuyến đường 100 km đóng góp khoảng 490 micro giây một chiều trước khi thêm một thiết bị hoạt động. Làm tròn đến 5 micro giây trên mỗi km là phù hợp đối với ước tính-vượt qua đầu tiên về độ trễ của sợi quang trên mỗi km.

 

Hai biến phá hoại mà làm sạch hình tượng ở hiện trường. Đầu tiên là lạm phát đường đi, vì sợi quang tuân theo các quyền-đường{2}} chứ không phải đường thẳng, do đó khoảng cách giữa hai điểm thường vượt quá khoảng cách bản đồ một khoảng đáng kể. Thứ hai là nhiệt độ. Độ trễ truyền của sợi quang đơn mode- chênh lệch với chỉ số khúc xạ của nó và chỉ số khúc xạ chênh lệch theo nhiệt; cáihệ số trễ nhiệt độcủa một sợi quang-chế độ đơn điển hình nằm ở khoảng 7 × 10⁻⁶ mỗi Kelvin, đủ để các liên kết định thời gian chính xác phải giám sát và bù đắp cho nó thay vì coi độ trễ là một hằng số (arXiv). Đối với các giao thức đồng bộ hóa chỉ chấp nhận sự bất đối xứng trong vài nano giây trên mỗi nhịp, thì sự trôi dạt đó không mang tính hàn lâm.

 

Vì vậy, công thức trung thực là sự lan truyền cộng với độ trễ của thiết bị đo được chứ không phải chỉ sự lan truyền. Hãy chấp nhận điều đó và công việc thực sự sẽ chuyển sang các thiết bị, trong đó thiết bị lớn nhất và{1}}được hiểu ít nhất trên liên kết là bộ thu phát.

 

Bộ thu phát, DSP và độ trễ FEC không ai đưa vào bảng tính

 

Phần độ trễ mạng cáp quang lớn nhất có thể phục hồi trong một liên kết hiện đại thường nằm ở quá trình xử lý tín hiệu số bên trong quang học chứ không phải trong cáp quang và chúng ta có thể chỉ ra điều đó thay vì khẳng định điều đó. Các tổ hợp AEC của chúng tôi có độ trễ tăng thêm từ 85 đến 110 nano giây. Ngược lại, một DSP mạch lạc sẽ dành micro giây cho việc bù tán sắc màu, theo dõi phân cực và sửa lỗi chuyển tiếp, mỗi khối được thực thi trong thời gian thực. Mô-đun phát hiện-trực tiếp bỏ qua hầu hết quá trình xử lý đó và trả tiền cho nó trong phạm vi tiếp cận. Đó là toàn bộ sự cân bằng độ trễ phát hiện mạch lạc và trực tiếp-trong một câu và phản xạ chỉ định mạch lạc ở mọi nơi vì nó có vẻ vượt trội về mặt kỹ thuật là cách các liên kết ngắn cuối cùng mang lại độ trễ DSP đến micro giây mà chúng không bao giờ cần.

 

Việc sửa lỗi chuyển tiếp xứng đáng có một đoạn riêng, bởi vì hầu hết các kỹ sư đều coi nó như một khoản thuế cố định khi nó thực sự là một mặt số. FEC thêm các bit dư thừa ở máy phát để máy thu có thể xây dựng lại dữ liệu bị hỏng mà không yêu cầu truyền lại, và mã càng mạnh thì thời gian giải mã càng dài. Đó là lý do tại sao mộtLiên kết Ethernet 400Gkhông chạy ở tốc độ 400 gigabit. Nó chạy gần hơn tới 425 để mang mã hóa RS-544, chi phí độ trễ FEC khoảng 12,5% để mua khả năng phục hồi lỗi với cái giá phải trả là cả thông lượng và thời gian xử lý. Trên một liên kết ngắn gọn, rõ ràng, bạn thường có thể chuyển xuống mã nhẹ hơn và trực tiếp lấy lại độ trễ.

 

Thêm hai cộng tác viên cấp thiết bị-ẩn trong các thiết kế đường dài-. Các mô-đun bù tán sắc, được chế tạo theo cách truyền thống, thêm ít nhất 60 nano giây mỗi mô-đun trên khoảng 80 km (1550 nm) trong các phép đo băng ghế dự bị của chúng tôi và hàng chục nano giây đó xếp chồng lên nhau trên mỗi nhịp trên tuyến đường; Cách tử Bragg sợi quang thực hiện công việc tương tự mà hầu như không có thêm độ trễ, đó là lý do tại sao các nhà khai thác-bị ám ảnh bởi độ trễ chỉ định chúng. Chuyển đổi quang-điện-trong bộ phát đáp và bộ chuyển đổi muxponder là một chuyển đổi khác, thường tiêu tốn vài micro giây cho mỗi chuyển đổi, vì vậy mọi điểm tái tạo không cần thiết trên đường dẫn đều là độ trễ mà bạn đã đồng ý mà không nhận thấy. Không có con số nào trong số này xuất hiện trong máy tính khoảng cách và mỗi con số trong số đó là của bạn để thiết kế.

 

 

Khi nano giây có giá trị hàng triệu

 

Không nơi nào cách tính toán này tàn nhẫn hơn giao dịch-tần suất cao, khi các công ty đã dành cả thập kỷ để chứng minh rằng độ trễ là một chi tiết đơn hàng trên P&L. Ước tính-thường được trích dẫn của ngành rằng một phần nghìn giây lợi thế có thể có giá trị lên tới hàng trăm triệu đô la mỗi năm cho một hoạt động thương mại lớn là loại con số tổ chức lại toàn bộ chiến lược cơ sở hạ tầng.

 

Tính kinh tế đó là lý do tại sao các công ty thương mại bố trí, thuê không gian bên trong cơ sở riêng của sàn giao dịch để thu nhỏ hệ thống cáp giữa máy chủ của họ và công cụ khớp lệnh xuống chỉ còn vài nano giây truyền tải. Đó là lý do tại sao-các tuyến HFT đường dài chuyển sang vi sóng, đi theo đường-của-tầm nhìn trong không khí thẳng hơn bất kỳ sợi quang chôn nào có thể và tại sao rung động mặt đất cực nhỏ từ công trình ở xa, đủ để tạo ra độ trễ hàng trăm nano giây, lại được coi là trường hợp khẩn cấp về vận hành. Và đó là lý do tại sao dặm cuối cùng đã lặng lẽ chuyển sang sợi lõi-rỗng, nơi ánh sáng di chuyển gần với tốc độ không gian-tự do của nó là khoảng 300.000 kilômét/giây thay vì gần 200.000 kilômét/giây mà nó có được trong silica rắn, việc truyền ngược sẽ làm trì hoãn chỉ số khúc xạ mà nếu không thì áp đặt.

 

Giảm độ trễ của cáp quang mà không cần mua tuyến đường thẳng hơn

 

Giả sử bạn không thể di chuyển các tòa nhà của mình và không thể- đào lại tuyến đường của mình. Vẫn còn độ trễ đáng kể để phục hồi và hầu như tất cả chỉ là quyết định lựa chọn chứ không phải là một dự án xây dựng. Các đòn bẩy, theo thứ tự hoàn trả:

 

• Hãy ghép lớp mô-đun với phạm vi tiếp cận chứ không phải với bảng thông số kỹ thuật.Trực tiếp-phát hiện ở những nơi khoảng cách cho phép, chỉ mạch lạc ở những nơi bạn thực sự cần, bởi vì-việc chỉ định quá mức quang học mạch lạc trên một liên kết ngắn sẽ tạo ra độ trễ DSP đến micro giây mà không mang lại lợi ích gì.

 

• Điều chỉnh FEC theo liên kết, không theo thói quen.Một liên kết ngắn rõ ràng hiếm khi cần mã nặng nhất và một liên kết nhẹ hơn sẽ trực tiếp trả về thời gian xử lý.

 

• Thiết kế ra O{0}}E-O dư thừa.Mỗi điểm tái tạo bộ phát đáp mà bạn có thể loại bỏ sẽ tiết kiệm được vài micro giây.

 

• Ưu tiên bù độ phân tán độ trễ-thấp.Lưới Bragg sợi trên các mô-đun phân tán số lượng lớn ở bất cứ nơi nào thiết kế cho phép.

 

• Tôn trọng lớp vật lý.Một lần uốn cong vượt quá bán kính tối thiểu hoặc một đầu nối bị hỏng có thể buộc một liên kết chuyển sang chế độ chậm hơn và được điều chỉnh nhiều hơn, tiêu tốn một cách lặng lẽ độ trễ mà bạn đã phải trả.

 

Những điều cần tìm trên bảng dữ liệu-bộ thu phát có độ trễ thấp

 

Khi độ trễ là yêu cầu bắt buộc, biểu dữ liệu sẽ cho bạn biết nhiều thông tin hơn ngoài phạm vi tiếp cận và bước sóng nếu bạn biết nên đọc dòng nào. Ưu tiên độ biến động của mô-đun, tỷ lệ lỗi bit và tính minh bạch trong chẩn đoán của mô-đun so với tốc độ tiêu đề của mô-đun. Những con số đó chỉ có ý nghĩa gì đó khi bạn biết chúng được đo như thế nào và liệu chúng có ảnh hưởng đến cây sợi của bạn hay không.

 

Jitter là dòng đầu tiên. Sơ đồ mắt rõ ràng và độ giật dưới pico giây trên mỗi làn là những yếu tố giúp liên kết không âm thầm rơi vào trạng thái chậm hơn, được sửa nhiều hơn và mô-đun trích dẫn tỷ lệ lỗi bit dưới 10⁻¹² ở phạm vi tiếp cận tối đa cho bạn biết rằng nó còn dư tiền ký quỹ thay vì số tiền ký quỹ đã chi tiêu. Các tiêu chuẩn lớp-vật lý thuộc cùng một danh sách kiểm tra: các đầu nối được ghép nối được giữ vớiIEC 61300-3-35tiêu chuẩn độ sạch của bề mặt cuối và các lớp tiếp cận 800G được giữ bên trongIEEE 802.3ckviệc chèn-tổn thất ngân sách, bởi vì một liên kết không thành công sẽ lặng lẽ trả giá cho việc đó trong công việc FEC bổ sung và tăng thêm độ trễ.

 

Câu hỏi thường gặp