Минулої  статті ми розглянули , що являють собою оптичні трансівери форм-фактора SFP і SFP+ в цілому. У цьому ж хотіли б детальніше розібрати кілька найтонших моментів.

У тому числі зупинимося на класифікації трансіверів на кшталт оптичного роз'єму , стандартів та технології спектрального ущільнення.

ЗАТОРЦЮВАННЯ КАБЕЛЮ

Оптичний кабель для підключення до  SFP-модулів повинен бути затарцьований у конектор LC ( Lucent/Little/Local Connector) або SC ( Subscriber/Square/Standard Connector).

Відповідно , модулі випускаються з двома типами роз'ємів під кабель: SC та LC.

Тут потрібно відзначити , що двоволоконні оптичні трансівери форматів SFP , SFP+ практично завжди йдуть з роз'ємом LC , оскільки SC більший , і в дуплексний модуль два таких роз'єми не поміститься. Використання SC можливе лише в одноволоконних.

SC - один з перших керамічних конекторів , призначених для полегшення підключення оптичних кабелів до різноманітних пристроїв та запобігання зрізу кабелю від забруднення та механічних пошкоджень. Враховуючи мікроскопічну толщину волокон оптичного кабелю , навіть одна порошинка може спричинити значне погіршення якості зв'язку або розриву з'єднання.

Конектор LC був розроблений компанією Lucent як покращений варіант SC. Володіє вдвічі меншими габаритами та лугом , що полегшує поводження з оптичними кабелями в умовах великої щільності підключень/волокон.

В цілому , стандарти Ethernet допускають використання як одного , так і іншого конектора , проте більшість виробників все ж таки встановлюють на своїх модулях роз'єми під LC. Навіть одноволоконні SFP WDM модулі , які стандартно завжди випускалися з SC роз'ємом , зараз є і з LC роз'ємом.

Додатково про оптичні роз'єми можна почитати в цій статті .

СТАНДАРТИ

Оптичні трансівери працюють у мережах Ethernet і тому мають відповідати одному з відповідних стандартів. Для зручності ми звели такі параметри до таблиці. 

Швидкість прийому-передачі

Стандарт

Рік

Стандарт

Кількість волокон

Тип волокна

Довжина хвилі випромінювача , нм

Довжина

100 Мбіт/с

IEEE 802.3u

1995

100Base-FX

2

багатомодове , повний дуплекс

1310

2 км

2

багатомодове , напівдуплекс при гарантованому виявленні колізій

1310

400 м

TIA/EIA-785-1-2002

2001

100Base-SX

2

багатомодове

850

300 м

IEEE 802.3ah

2004

100Base-LX10

2

одномодові

1310

10 км

100Base-BX10

1

одномодові

1310/1550

10 км

1 Гбіт/с

IEEE 802.3z

1998

1000Base-LX

2

багатомодове

1270-1355

550 м

одномодові

5 км

1000Base-SX

2

мультимодове

770-860

550 м

IEEE 802.3ah

2004

1000Base-LX10

2

одномодові

1270-1355

10 км

1000Base-BX10

1

одномодові

1310/1490

10 км

-

-

1000Base-EX

2

одномодові

1310

40 км

-

-

1000Base-ZX

2

одномодові

1550

70 км

10 Гбіт/с

IEEE 802.3ae

2003

10GBase-SR

2

мультимодове

850

300 м

10GBase-LX4

2

мультимодове

1275, 1300, 1325, 1350

300 м

2

одномодові

1275, 1300, 1325, 1350

10 км

10GBase-LR

2

одномодові

1310

10 км

10GBase-ER

2

одномодові

1550

40 км

IEEE 802.3aq

2006

10GBase-LRM

2

мультимодове

1310

220 м

40 Гбіт/с

IEEE 802.3ba

2010

40GBase-SR4

2

мультимодове

850

100 м

40GBase-LR4

2

одномодові

1300

10 км

IEEE 802.3bg

2011

40GBase-FR

2

одномодові

1310/1550

2 км

100 Гбіт/с

IEEE 802.3ba

2010

100GBase-SR10

2

мультимодове

850

125 м

100GBase-LR4

2

одномодові

1295, 1300, 1305, 1310

10 км

100GBase-ER4

2

одномодові

1295, 1300, 1305, 1310

40 км

 

ВІКНА ПРОЗОРОСТІ ОПТИЧНОГО ОДНОМОДОВОГО ВОЛОКНА

Переважна більшість сучасного оптичного кабелю належить до стандарту SMF G.652 різних версій. Остання версія стандарту G.652 ( 11/16 ) була випущена у листопаді 2016 року. Стандарт визначає так зване стандартне одномодове волокно.

Передача світла оптичним волокном заснована на принципі повного внутрішнього відображення на межі середовищ з різною оптичною щільністю. Для реалізації цього принципу волокно робиться дво- або багатошаровим. Світлопровідна серцевина оточена кулями прозрачних оболонок з матеріалів з меншими показниками заломлення , завдяки чому на межі шарів і відбувається повне відображення.

Оптоволокно ,як середовище передачі ,характеризується загасанням та дисперсією. Згасання - втрата потужності сигналу при проходженні волокна , що виражається в рівні втрат на кілометр дистанції ( дБ/км). Згасання залежить від матеріалу середовища передачі та тривалості хвилі передавача. Крива залежності спектру поглинання від довжини хвилі містить кілька піків із мінімальним згасанням. Саме ці точки на графіку , які також називають вікнами прозрачності або телекомунікаційними вікнами , були обрані як основа для підбору випромінювачів .

Вікна прозорості оптоволокна

Вирізняють такі шість окон прозорості одномодового волокна:

  • O-діапазон Original): 1260-1360 нм;
  • E-діапазон Extended): 1360-1460 нм;
  • S-діапазон Short wavelength): 1460-1530 нм;
  • C-діапазон Conventional): 1530-1565 нм;
  • L-діапазон Long wavelength): 1565-1625 нм;
  • U-діапазон Ultra-long wavelength): 1625-1675 нм.

 

У наближенні властивості волокна всередині шкірного діапазону можна вважати приблизно однаковими. Пік прозорості припадає як правило на довгохвильовий кінець E-діапазону Удельне згасання в  O-діапазоні приблизно в півтора рази вище ніж у S- і  С-діапазоні , удельна хроматична дисперсія - наоборот має нульовий мінімум на довжині хвилі в 1310 нм і вище нуля в  C-діапазоні . 

Спочатку для організації дуплексного з'єднання за допомогою оптичного кабелю використовувалися пари волокон що відповідають за своє напрямок передачі. Це зручно , але марнотратно по відношенню до ресурсу прокладаного кабелю. Для нівелювання цієї проблеми було розроблено технологію спектрального ущільнення , чи , інакше , хвильового мультиплексування.

ТЕХНОЛОГІЇ ХВИЛЬОВОГО МУЛЬТИПЛЕКСУВАННЯ, WDM/CWDM/DWDM

 WDM

В основі технології WDM Wavelength Division Multiplexing лежить передача декількох світлових потоків із різною довжиною світла по одному волокну.

Технологія WDM

Базова технологія WDM допускає створення одного дуплексного з'єднання, при найбільш часто використовуваній хвилею парі 1310/1550 нм, з O- і C-діапазоном відповідно. Для реалізації технології використовують пару «дзеркальних» модулів, один із передавачем 1550 нм та приймачем 1310 нм, інший – наоборот, з передавачем 1310 нм та приймачем 1550 нм.

WDM – передача по одному волокну

Різниця в довжині хвилі обох каналів становить 240 нм, що дозволяє розрізняти обидва сигнали без використання спеціальних засобів детектування. Основна пара 1310/1550 дозволяє створювати стійкі з'єднання на відстанях до 60 км.

В окремих випадках використовують також пари 1490/1550, 1510/1570 та інші варіанти з окон прозорості з меншим удельним загасанням щодо O-діапазону, що дозволяє організовувати більш «дальнобійні» з'єднання. Крім того, зустрічається комбінація 1310/1490, коли паралельно з даними на довжині хвилі 1550 нм передається сигнал кабельного телебачення.

 CWDM

Наступним етапом розвитку стала технологія Coarse WDM, CWDM, грубе спектральне мультиплексування. CWDM дозволяє передавати  до 18 потоків даних  у діапазоні хвиль від 1270 до 1610 нм з кроком 20 нм.

Спектр CWDM

CWDM модулі у переважній більшості випадків двоволоконні. Існують BiDi, двонаправлені SFP CWDM модулі, прийом та передача в яких йде по одному волокну, але в Україні вони поки що зустрічаються у продаж досить рідко.

Приклад модуля CWDM

Передавачі (модулі) SFP та SFP+ CWDM передають на одній довжині хвилі.

Приймач у таких модулів широкосмуговий, тобто приймає сигнал на будь-якій довжині хвилі, що дозволяє організувати одиночний дуплексний канал з будь-якими двома модулями, сертифікованими на відповідність CWDM. Для одночасного пропуску кількох каналів використовуються пасивні мультиплексори-демультиплексори, які збирають потоки даних від «кольорових» SFP-модулів (у кожного з яких передавач зі своєю довжиною хвилі) в єдиний промінь для передачі по волокну і розбирають його на індивідуальні потоки в кінцевій точці. Універсальність приймачів забезпечує більшу гнучкість у створенні мереж.

 DWDM

Остання на сьогоднішній день розробка Dense WDM (DWDM), щільне спектральне мультиплексування, дозволяє організувати до 24, а у виготовлених на замовлення системах - і до 80 дуплексних каналів зв'язку, в діапазоні хвиль 1528,77-1563,86 нм з кроком 0 79-0,80 нм.

Порівняння CWDM та DWDM

Природно, що щільніше розміщення каналів, то жорсткішими стають допуски під час виготовлення випромінювачів. Якщо для звичайних модулів допустимим є похибка тривалості хвилі в межах 40 нм, для трансіверів WDM така похибка знижується до 20-30 нм, CWDM вона становить уже 6-7 нм, а для DWDM – всього 0,1 нм. Чим менші допуски, тим дорожче коштує виробництво випромінювачів.

Проте, незважаючи на набагато більшу вартість обладнання, DWDM має такі серйозні переваги перед CWDM:
1) передача помітно більшої кількості каналів по одному волокну;
2) передача великої кількості каналів на великі дистанції завдяки тому, що DWDM працює в діапазоні найбільшої прозрачності (1525-1565 нм).

Приклад модуля DWDM

Насамкінець слід зазначити, що, на відміну від вихідного стандарту WDM, CWDM та DWDM кожен індивідуальний канал може доставляти дані на швидкостях, як у 1 Гбіт/с, так і 10 Гбіт/с. У свою чергу, стандарти 40 Гбіт та 100 Гбіт Ethernet реалізуються шляхом об'єднання пропускної спроможності кількох 10 Гбіт каналів.

ЩО ТАКЕ OADM МОДУЛІ ТА WDM-ФІЛЬТРИ (ДІЛИЛЬНИКИ)?

Незважаючи на співзвучну назву, OADM модуль не є оптичним трансівером, а є, скоріше, оптичним фільтром, одним із видів мультиплексора.

На малюнку: модуль OADM.

OADM модуль.

Вузли Optical Add Drop Multiplexor (OADM) використовують відділення потоків даних у проміжних точках. OADM, або Add-Drop модуль, - це оптичний пристрій, що встановлюється в розрив оптичного кабелю і дозволяє відфільтрувати із загального лучу два потоки даних. OADM, як і всі мультиплексори, на відміну від SFP і SFP+ трансіверів – пасивні пристрої, завдяки чому вони не вимагають підведення живлення та можуть бути встановлені в будь-яких умовах, аж до найжорсткіших. Правильно спланований комплект OADM дозволяє обійтися без кінцевого мультиплексора та роздати потоки даних проміжним точкам.

Недоліком OADM є зниження потужності і сигналу, що відокремлюється, і транзитного, а значить і максимальної дальності стійкої передачі. За різними даними зниження потужності становить від 1,5 до 2 дБ на шкірі Add-Drop.

Ще більш упрощений пристрій - WDM-фільтр, що дозволяє відокремити із загального потоку тільки один канал із певною довжиною хвилі. Таким чином, можна збирати аналоги OADM на основі довільних пар, що збільшує гнучкість побудови мережі до максимуму.

На малюнку: WDM фільтр (ділильник).

WDM дільник

WDM-фільтр може використовуватися як у мережах з мультиплексуванням WDM, так і з CWDM, DWDM ущільненням.
Так само, як і в CWDM, специфікацію DWDM закладено використання OADM та фільтрів.

MULTI-SOURCE AGREEMENTS ( MSA)

Часто у супровідній документації до SFP та SFP+ трансіверів можна побачити інформацію про підтримку MSA. Що таке?

MSA - промислові угоди між виробниками модулів , що забезпечують скрізну сумісність між трансіверами та мережевим обладнанням різних компаній та відповідність усіх вироблених приймачів загальноприйнятим стандартам. Установка в обладнанні SFP-портів , що відповідають MSA , розширює асортимент сумісних модулів та забезпечує існування конкурентного ринку для взаємозамінних продуктів.

MSA для SFP/SFP+ встановлюють такі параметри:

1. Механічний інтерфейс:

  • габарити модуля;
  • параметри механічного з'єднання конекторів із платою;
  • розміщення елементів на друкованій платі;
  • зусилля необхідне для встановлення модуля в/витяг з роз'єму;
  • нормативи маркування.

 

2. Електричний інтерфейс:

  • розпинування;
  • параметри живлення;
  • таймінги та сигнали введення-виведення .

 

3. Програмний інтерфейс:

  • тип мікросхеми ППЗП;
  • формати даних та встановлені поля прошивок;
  • параметри інтерфейсу управління I2C;
  • функції DDM Digital Diagnostics Monitoring).

 

На сьогоднішній день до модулів формату SFP/SFP+ відносяться три специфікації MSA , випущених комітетом SNIA SFF , дотримуватися яких зобов'язалася більшість учасників ринку:
SFP -  Завантажити у форматі pdf
SFP+ -  Завантажити у форматі pdf
DDM -  Завантажити у форматі pdf

Модулі SFP, SFP+, XFP технічний опис (укр.)  Завантажити у форматі pdf