Оптические медиаконвертеры, модули SFP, XFP, QSFP, CFP и соеденительные кабели

Общая информация

Применение оптических технологий уже давно проникло во все сферы построения телекоммуникационных сетей. Для подключения к волоконно-оптическим сетям современное телекоммуникационное оборудование использует встроенные оптические порты или слоты для подключения трансиверов (англ. transceiver, transmitter and receiver) различных форм-факторов (SFP, SFP+, SFP28, XFP, QSFP+, QSFP28 и др.), которые различаются между собой скоростью передачи данных и различными стандартами передачи.

Трансиверы (оптические модули) предназначены для преобразования электрических сигналов на передающей стороне в оптические импульсы на заданных длинах волн в волоконно-оптической линии и обратно в электрические на приёмной стороне. Ранее оптические порты монтировались в платы активного оборудования, но с ростом вариантов сопряжением оборудования с применяемыми оптическими технологиями появилась необходимость разделения частей, отвечающих за обработку информации и за ее передачу.

Оптический трансивер представляет собой компактный сменный модуль стандартизированных форм-факторов и имеющий различные параметры передачи оптических сигналов. Это позволяет унифицировать оборудование для возможности использовать в одном коммутаторе модули различных типов, например, для работы с разноудалёнными абонентами, с абонентами, работающими на разных скоростях передачи, а также оптимизирует затраты при реконструкции оптических сетей за счёт применения систем спектрального уплотнения и мультиплексирования (WDM, CWDM, DWDM).

Конструктивные особенности оптических модулей

Наиболее распространённым и дешёвым стандартом сменных оптических модулей является SFP (англ. Small Form-factor Pluggable). Это модули малогабаритной конструкции в продолговатом металлическом корпусе. С одной стороны модуль имеет разъём для подключения в коммутационное оборудование, а со второй стороны в модуле имеется оптический порт, который может быть двойным (Duplex), излучатель (Tx) и фотоприемник (Rx) для работы в дуплексном режиме по двум параллельным волокнам. Кроме этого, оптический порт может быть одиночный (simplex) и дуплексный режим работает по одному волокну, в котором направление передачи и приема разделяется внутри модуля с помощью встроенного WDM (англ. Wavelength Division Multiplexing) мультиплексора BOSA (англ. Bidirectional Optical Sub-Assemblies) на разных парах длин волн приёма и передачи. SFP модули также могут иметь порт с разъёмом RJ-45 (8p8c) для подключения медного кабеля UTP. В оптических портах трансиверов применяют разъёмы типов LC и SC. Развитие стандарта SFP продолжается в сторону увеличения скорости передачи данных в один поток. SFP+ предназначен для скоростей 10Гб/с, SFP28 для скоростей 25Гб/с, SFP56 для скоростей 50Гб/с.

Другим высокоскоростным и распространённым стандартом является QSFP (англ. Quad Small Form-factor Pluggable). Основной его особенностью является агрегация четырёх параллельных каналов (4x10Гб/с). Каждый из каналов может идти по отдельному независимому волокну, используя оптический разъём MPO/MTP (4 волокна на приём и 4 на передачу), или при помощи технологии спектрального мультиплексирования заводятся в одно волокно на передачу и второе для приёма, используя стандартный дуплексный разъём LC. Аналогично SFP, развитие коснулось и стандарта QSFP. Таким образом, QSFP+ предназначен для работы на скорости 40Гб/с (infiniband 56Гб/с), QSFP28 для 100Гб/с, а QSFP56 для 200Гб/с.

В условиях быстрого роста центров обработки данных растущего спроса на объем данных в оборудовании с высокой пропускной способностью и более высокой плотностью, форм фактор QSFP претерпел изменения путём удвоения интерфейса модуля QSFP56 с 4 каналов до 8. Сегодня QSFP56-DD или 400G QSFP-DD признан рынком и активно внедряется в системах с пропускной способностью в 400Гб/с.

Существует ряд других форм факторов, например XFP (10Гб/с), CFP и CFP2 (10x10Гб/с), которые в своё время стали переходными решениями, но так как под них было выпущено довольно много оборудования, то на слабо-развивающихся рынках, потребность в них всё ещё имеется.

Оптическое волокно

Для передачи сигналов используется два типа оптического волокна одномодовые (англ. single mode) SM и многомодовые (англ. multi mode) MM. Если в оптическом волокне возникает две и более моды – то это волокно считается многомодовым. На простом языке мода – траектория распространения светового луча. В одномодовом волокне такая траектория одна, которая как бы скользит вдоль по сердцевине. В такое волокно достаточно тяжело ввести световой луч с большой мощностью, но этот луч можно передать на большее расстояние, чем в многомодовом волокне. У многомодового волокна лучи многократно отражаются от границы сердцевины и оболочки, из-за чего световой поток быстрее затухает и появляются негативные явления в виде дисперсии, а именно, шлейф каждого светового импульса. Это происходит из-за разного расстояния траекторий прохождения световых лучей. Ввести луч света в такое волокно достаточно легко, потому вместо лазерных диодов иногда в модулях применяют светодиоды, работающие на длине волны 850 нм, но дальность таких линий связи не превышает 2 км, а при увеличении скорости передачи данных до 10 Гбит/с - уменьшается до 300 м.

Рисунок 1. Многомодовое волокно.

Рисунок 2. Одномодовое волокно.

Для многомодовых оптических волокон применяют значения длины волны 850, 900 и 1310 нм. Длина волны измеряется в нанометрах (нм) и передаёт значение, на котором передаётся наибольшая мощность оптического сигнала. Рабочие длины волн обычно указываются в маркировке модулей и для одномодовых волокон обычно находятся в промежутке между 1310 и 1550 нм. Благодаря применению узкополосных лазерных диодов и улучшения технологии производства оптического волокна, получила своё развитие система CWDM (англ. Coarse Wavelength Division Multiplexing), оптические каналы которой лежат в диапазоне от 1270 до 1610 нм.

Затухание оптического сигнала

Рисунок 3. Коннекторы SC со шлифовкой UPC (слева) и APC (справа).

По мере прохождения оптического сигнала по волокну его мощность теряется. Наибольшие потери происходят на разъёмных соединениях. На разъёмах с типом полировки/шлифовки PC, SPC, UPS вносимое затухание составляет примерно 0,2 дБ, на разъёмах с типом полировки/шлифовки APC оно меньше, и составляет порядка 0,3 дБ. Все коннекторы с типом APC обозначаются зелёным цветом и не совместимы с любыми другими синего цвета! Дополнительные затухания вносятся сварными соединениями и обычно не превышают 0,1 дБ, однако на практике при качественной сварке и укладке оптического волокна специалистами, часто находятся в пределах 0,01-0,06 дБ. По мере прохождения светового потока по оптическому волокну происходит ослабление его мощности. Такое затухание называется километрическим и возникает в силу того, что в оптическом волокне присутствуют различные примеси и неоднородности. Для одномодового кабеля километрическое затухание обычно составляет 0,25-0,5 дБ/км, а для многомодового кабеля находится в пределах 1-4 дБ/км. Это значение сильно зависит от используемого типа оптического волокна и рабочих длинах распространяемых волн.

Оптический бюджет

Общее затухание волоконно-оптической линии можно рассчитать самостоятельно, сложив все разъёмные и неразъёмные соединения оптического волокна, а также длину кабельной трассы и получить примерное (расчётное) значение, а можно измерить оптическим тестером или рефлектометром. Важными параметрами трансиверов являются: выходная мощность передатчика (англ. transmitter output power) и чувствительность приемника (англ. receiver sensitivity), это паспортные величины. Разность показаний уровня сигнала на выходе передатчика и на входе приёмника даёт нам оптический бюджет (энергетический потенциал). Оптический бюджет (англ. optical budget) трансиверов не должен превышать общего затухания волоконно-оптической линии! Чаще всего на маркировке модулей указывается значение, выраженное в километрах (км). Это позволяет не углубляться в математические расчёты, а выбрать трансивер, основываясь на общей длине волоконно-оптической трассы.

Технические особенности

Все модули поддерживают режим «горячей замены» (англ. HotSwap) и функцию цифрового диагностического мониторинга DDM (англ. Digital Diagnostics Monitoring), которая позволяет контролировать внутреннюю температуру, напряжение источника питания, ток смещения лазера, выходную мощность лазера и уровень принимаемого оптического сигнала. В модули вшита микропрограмма, которая хранит информацию о производителе (Finisar, Cisco, HP, Huawei, Avago, JDSU, INTEL, D-link и др.), технических параметрах (тип коннектора, номинальная скорость передачи, поддерживаемое расстояние и др.) и серийном номере.

При заказе оптических модулей обязательно предупреждайте менеджера, с каким оборудованием Вы собираетесь их использовать. Для некоторых типов оборудования необходимо указывать особые параметры в микропрограмме, а для некоторых типов оборудования и вовсе необходима изменённая аппаратная часть модуля.

• info@sfp.by
• +375 (29) 3-943-943
• +375 (29) 372-20-46
• +375 (17) 362-36-65
• Подробные контакты