Digitální optické moduly fungují v moderních systémech

 

Co je vlastně uvnitř věci

 

Prasknutím otevřete transceiver (ve skutečnosti to nedělejte, samotná expozice laserem z toho dělá špatný nápad) a najdete překvapivě husté uspořádání komponent, které se v architektuře od konce 90. let zásadně nezměnilo. V části vysílače je umístěn zdroj světla-typicky VCSEL pro krátké-multimodové aplikace, DFB laser pro cokoliv vážného přes jedno-vlákno. Přijímací strana obsahuje fotodiodu a transimpedanční zesilovač. Mezi nimi sedí jakýkoli signál upravující rychlost přenosu dat.

VCSEL si zaslouží zvláštní zmínku, protože je současně hrdinou i padouchem optiky datového centra. Lasery s vertikálním-dutinovým povrchem-vyřešily výrobní problém, který sužoval okrajová-zařízení: před nakrájením na kostky je můžete otestovat na-waferu, což znamená, že skutečně víte, co posíláte. Jsou levné. Jsou dostatečně spolehlivé. Běží v pohodě.

Ale VCSEL mají omezení vzdálenosti, na kterých záleží.

850nm světlo procházející vícevidovým vláknem dopadá na modální disperzní stěny, které žádný chytrý DSP nedokáže plně překonat. Získáte možná 100 metrů při 25G, než diagram oka začne vypadat jako moderní umění. Vlákno OM4 ve vaší zvýšené podlaze nebylo navrženo pro to, co po něm požadujeme, a přijetí OM5 zůstává někde mezi „slibným“ a „teoretickým“ ve většině podnikových nasazení, která jsem viděl.

 

Otázka vlnové délky se nikdo správně neptá

1310nm snižuje útlum na zhruba 0,4 dB/km v jednom-režimu. Toto je pásmo O-, kde chromatická disperze dosahuje vhodného minima a signály můžete posouvat na vzdálenost 10 km bez zesílení. Žije zde většina LR modulů.

1550nm vás dostane až na přibližně 0,3 dB/km-„nulové{4}}ztrátové okno v pásmu C-, které všichni v telekomunikacích uctívají. Systémy DWDM nacpou do tohoto pásma desítky kanálů, protože erbiem-dopované vláknové zesilovače zde skvěle fungují. Ale ty EDFA stojí peníze a na vzdálenosti pod 40 km mají extra náklady jen zřídka smysl.

Chyba, kterou vidím opakovaně: někdo specifikuje 1550nm moduly pro 2km kampusové spojení, protože „nižší ztráta musí být lepší“. Není to lepší. Je to dražší bez výhod a nyní máte složitý inventář, který jste nepotřebovali.

 

Integrita signálu a problém s obnovou hodin

 

Zde jsou věci skutečně zajímavé a také tam, kde začínající inženýři začínají dělat drahé chyby.

Vysokorychlostní{0} sériová data se nepřenášejí s hodinovým signálem. Informace o načasování je třeba obnovit ze samotného datového toku-tak to dělají obvody Hodiny a Záchrana dat. Fázová-smyčka uvnitř modulu sleduje přechody v příchozím bitovém toku, generuje z těchto přechodů místní hodiny a používá tyto obnovené hodiny k vzorkování následujících bitů v optimálním bodě oka.

To funguje pozoruhodně dobře, dokud ne.

Zámky CDR vyžadují dostatečné přechody v datech. Kódování 64B/66B používané v 10G Ethernetu zaručuje dostatek hran, aby bylo PLL spokojené. Pokud ale někdo odešle patologický vzorec-nebo něco horšího, dlouhé řady identických symbolů z nesprávně se chovajícího zařízení proti proudu-může CDR ztratit zámek. Když ztratí zámek, spustí se alarm LOL (ztráta zámku), spojení přeruší a vy zíráte na počítadla chyb a přemýšlíte, co se stalo.

Frustrující část: Chování CDR se mezi jednotlivými prodejci liší. Viděl jsem, že moduly od výrobce A udržují zámky přes sekvence vzorů, které okamžitě zabily moduly od výrobce B. Oba splňovaly spec. Oba prošli testem shody. Jeden pracoval ve skutečném provozním prostředí zákazníka, jeden ne.

 

DDM navždy změnilo řešení problémů (když to funguje)

 

Než se digitální diagnostické monitorování stalo standardem, řešení problémů s optickým spojem znamenalo vytahování modulů, výměnu kabelů a modlitbu k jakémukoli božstvu, které řídilo váš proces řízení změn. Pokud byl odkaz nefunkční, věděli jste, že něco není v pořádku. Netušili jste co.

DDM-někdy nazývaný DOM, protože průmysl miluje nadbytečné zkratky,-to změnil. Každý moderní transceiver hlásí telemetrii v reálném čase- prostřednictvím rozhraní I²C: teplotu, napájecí napětí, laserový zkreslený proud, TX výkon, RX výkon. Specifikace SFF-8472 definuje mapu paměti. Váš přepínač to přečte automaticky.

Zní to jako čistá výhoda a většinou to tak je. Ale už jsem byl dostatečně spálen daty DDM, abych si vytvořil zdravý skepticismus.

Odečet výkonu TX? Je odvozen od fotodiody monitoru, která vzorkuje zlomek laserového výstupu. Účinnost vazby mezi laserem a MPD se mění s teplotou. Kalibrační data vypálená do EEPROM modulu byla naměřena při 25 stupních na lavici někde v Shenzhenu. Vaše skutečné provozní prostředí je 47 stupňů, protože modul je umístěn mezi dvěma dalšími hot transceivery v plně-nabitém přepínači.

Číslo na vaší obrazovce je přibližné. Obvykle je to dobrá aproximace. Ale naučil jsem se nevyhlásit vítězství pouze na základě údajů DDM, které vypadají normálně. Vezměte měřič optického výkonu. Změřte skutečné světlo dopadající na vlákno.

 

 

Teplota je všechno

 

Nemohu přeceňovat, jak moc teplota dominuje chování optického modulu. Každý důležitý parametr se mění s teplotou.

Prahový proud laseru se zvyšuje s tím, jak se moduly zahřívají,-zařízení potřebuje k dosažení stejného optického výstupu větší proud měniče. Účinnost sklonu klesá, což znamená, že každý další miliampér předpětí produkuje méně světla. Posun vlnových délek, na kterém nesmírně záleží v systémech CWDM a DWDM, kde je rozestup kanálů úzký. Mění se citlivost fotodiody. Dokonce i referenční napětí uvnitř monitorovacích obvodů kolísají.

Výrobci specifikují provozní rozsahy-obvykle 0 stupňů až 70 stupňů pro komerční třídy, -40 stupňů až 85 stupňů pro průmyslové. Co nedostatečně vyjadřují, je o kolik horší výkon modulu na okrajích tohoto rozsahu oproti středu.

Měřil jsem, že moduly běží v terénu o 15 stupňů vyšší, než uvádí zpráva o okolní teplotě spínače. Snímač teploty pouzdra na transceiveru četl 63 stupňů, zatímco šasi spínače hlásilo „normální proudění vzduchu“ a „teplota 38 stupňů“ při monitorování prostředí. Nesrovnalosti existovaly, protože přepínač měřil teplotu vzduchu na svém vstupu, zatímco transceiver vařil v tepelném stínu sousedního QSFP-DD, který používal koherentní optiku na 14 wattů.

Nikdo nedostal upozornění. Odkaz stále fungoval-sotva{2}}se zvýšenými chybami před{3}}FEC, které občas způsobily ztráty snímků. Trvalo tři měsíce, než se zjistilo, proč má tento konkrétní odkaz vyšší přenosové rychlosti než identické odkazy jinde v látce.

 

Otázka třetí-strany

 

Každý chce vědět o vysílačích a přijímačích- třetích stran. Cenový rozdíl je těžké ignorovat – 3x až 5x levnější než OEM moduly pro zdánlivě identické specifikace.

Smlouva o více{0}}zdrojích existuje specificky proto, aby umožnila interoperabilitu. Vyhovující SFP-10G-LR od společnosti X by měl být funkčně ekvivalentní zařízení od společnosti Y. Optické parametry jsou definovány. Mechanické rozměry jsou standardizované. Elektrické rozhraní odpovídá specifikacím zveřejněným průmyslovými konsorcii.

Realita se jako obvykle liší od specifikace.

Dodavatelé přepínačů kódují EEPROM transceiveru pomocí řetězců ID dodavatele. Cisco tyto řetězce zkontroluje a chybně-zakáže porty, které neodpovídají jejich schválenému seznamu. Novější platformy Juniper zaznamenávají varování a odmítají volání podpory. Společnost HPE přešla tam a zpět na vymáhání v závislosti na produktové řadě a verzi firmwaru.

Řešení existují. Příkaz transceiveru společnosti Cisco nepodporovaný-uložil bezpočet plánů nasazení. Dodavatelé třetích stran programují své paměti EEPROM tak, aby hlásily kompatibilní kódy dodavatelů. Zařízení jako FS Box vám umožní přeprogramovat moduly v terénu.

Ale tady je to, co vám nikdo neřekne: když se něco pokazí-a nakonec se-podpora stane nepřátelskou. Zavolejte TAC s problémem s odkazem, zmiňte optiku třetí-strany a sledujte konec konverzace. "Vyměňte za podporované transceivery a zavolejte zpět, pokud problém přetrvává." Z hlediska podpory se nemýlí. Nejsou také užitečné ve 2:00, když je vaše látka znehodnocena.

Moje osobní pravidlo vyvinuté na základě tvrdých zkušeností: třetí-strana v laboratoři, OEM v produkčních cestách, na kterých záleží. Úspora nákladů je méně přesvědčivá, když jste to vy, kdo řeší občasné chyby CRC, což může být transceiver, může to být vlákno, může to být firmware, a nemůžete nic vyloučit.

 

 

Kontaminace si vás najde

 

Jediná největší příčina problémů s optickým spojením nemá nic společného se samotným modulem. Je to špína.

Zrnka prachu na koncové ploše vlákna může zeslabit signál natolik, že posune spoj za jeho práh chyby. Při 100G a více není marže, co bývala. Pracujete blíže k limitům citlivosti přijímače. Ta prachová skvrna, která by byla neviditelná při 1G Ethernetu, nyní způsobuje ztrátu paketů při 400G.

Jádro jednoho-vlákna má průměr 9 mikrometrů. Lidský vlas má asi 70 mikrometrů. Částice kontaminace menší než cokoli, co můžete vidět bez zvětšení, mohou zcela zablokovat optickou dráhu.

Před připojením zkontrolujte. Vždy. Používejte optický dalekohled, nikoli vizuální kontrolu. Je mi jedno, jestli před pěti sekundami vyšel propojovací kabel z uzavřeného sáčku-taška není čistá, vaše prsty se něčeho dotkly, vzduch ve vašem datovém centru obsahuje částice. Zkontrolujte, v případě potřeby vyčistěte, znovu zkontrolujte a poté připojte.

Samotné čištění představuje riziko. Suché otírání vytváří statický náboj, který přitahuje více znečištění. Mokré čištění isopropylalkoholem může zanechat zbytky, pokud jej necháte odpařit, místo abyste jej ihned utírali do sucha. Čisticí prostředky na jedno kliknutí fungují dobře, dokud se nespotřebují a někdo stejně kliká a přerozděluje nečistoty přes objímku.

Sledoval jsem, jak technik strávil čtyři hodiny odstraňováním přerušovaného spojení. Dvakrát vyměněné moduly. Zkontrolováno vedení kabelů. Zkontrolovaná konfigurace. Konečně prolomil inspekční dalekohled a našel něco, co vypadalo jako zbytky otisků prstů na přepážkovém adaptéru. Vyčistil to pořádně. Link byl čistý a zůstal vzhůru.

Čtyři hodiny. Pro otisk prstu.

 

Co je vlastně důležité při výběru modulů

 

Po všech technických detailech se výběrový proces obvykle sejde na několik praktických úvah, které se neobjevují v žádném technickém listu.

Jakou máte platformu přepínače? Jste-li obchodem Cisco, otázka tvarového faktoru je z velké části zodpovězena za vás. Pokud používáte Arista nebo Juniper na listech a něco jiného na páteři, můžete mít možnosti-, ale uplatnění těchto možností vytváří složitost inventáře. Důslednost má hodnotu.

Jakou vzdálenost vlastně potřebujete ujet? Změřte si délku kabelů. Přidejte okraj pro propojovací panely a spoje. Poté si vyberte nejlevnější typ modulu, který splňuje požadavek na vzdálenost s rezervou místa. Specifikace LR modulů pro běhy na 50 metrů, protože „dosah můžeme potřebovat později“ jsou vyhozené peníze.

Jaká je vaše vláknina? Multimód uvnitř budov, jeden{0}}režim mezi budovami-, to je stále běžný vzorec. Boj s tímto vzorem stojí víc než práce s ním.

Jak moc důvěřujete kvalitě své instalace? 400G má menší rezervu než 100G. Znečištěné konektory, které fungovaly dobře při nižších rychlostech, způsobí problémy. Pokud vaše strukturovaná kabeláž pochází z doby, kdy byl Cat5e považován za budoucnost-odolný, očekávejte potíže.

Nudná rada je obvykle správná: přizpůsobte technologii skutečným požadavkům, nakupujte od prodejců, kteří vás podpoří, když se něco rozbije, vyčistěte každý konektor pokaždé, když se ho dotknete. Samotné moduly se staly pozoruhodně spolehlivými. Problémy jsou téměř vždy někde jinde.