Digitale optiske moduler fungerer i moderne systemer

 

Hva er faktisk inne i tingen

 

Åpne en transceiver (ikke gjør dette; lasereksponeringen alene gjør det til en dårlig idé) og du vil finne et overraskende tett arrangement av komponenter som ikke har endret seg fundamentalt i arkitekturen siden slutten av 1990-tallet. Senderseksjonen inneholder lyskilden-vanligvis en VCSEL for multimodusapplikasjoner med kort-rekkevidde, en DFB-laser for alt seriøst over enkelt-modusfiber. Mottakersiden inneholder en fotodiode og transimpedansforsterker. Mellom dem sitter uansett hvilken signalkondisjonering datahastigheten krever.

VCSEL fortjener spesiell omtale fordi det samtidig er helten og skurken innen datasenteroptikk. Vertikal-hulromsoverflate-emitterende lasere løste produksjonsproblemet som plaget kant-emitterende enheter: du kan teste dem på-wafer før terninger, noe som betyr at du faktisk vet hva du sender. De er billige. De er pålitelige nok. De går kult.

Men VCSEL-er har avstandsbegrensninger som betyr noe.

850nm lys gjennom multimodusfiber treffer modale spredningsvegger som ingen mengde smart DSP helt kan overvinne. Du kommer kanskje 100 meter ved 25G før øyediagrammet begynner å se ut som moderne kunst. OM4-fiberen i det hevede gulvet ditt ble ikke designet for det vi ber den om å gjøre, og OM5-adopsjon forblir et sted mellom "lovende" og "teoretisk" i de fleste bedriftsimplementeringer jeg har sett.

 

Bølgelengdespørsmålet som ingen stiller riktig

1310nm reduserer dempningen til omtrent 0,4 dB/km over enkelt-modus. Dette er O--båndet, der kromatisk spredning treffer et praktisk minimum og du kan skyve signaler 10 km uten forsterkning. De fleste LR-moduler bor her.

1550nm får deg ned til omtrent 0,3 dB/km-C-båndets «null-tapvindu» som alle innen telekom tilber. DWDM-systemer stapper dusinvis av kanaler inn i dette båndet fordi erbium-dopede fiberforsterkere fungerer vakkert her. Men disse EDFA-ene koster penger, og for avstander under 40 km gir den ekstra utgiften sjelden mening.

Feilen jeg ser gjentatte ganger: noen spesifiserer 1550nm-moduler for en 2 km campuslink fordi "lavere tap må være bedre." Det er ikke bedre. Det er dyrere uten fordel, og nå har du lagerkompleksitet du ikke trengte.

 

Signalintegritet og klokkegjenopprettingsproblemet

 

Det er her ting blir genuint interessant, og også hvor junioringeniører begynner å gjøre dyre feil.

Høyhastighets seriell data går ikke med et klokkesignal. Tidsinformasjonen må gjenopprettes fra selve datastrømmen-det er det klokke- og datagjenopprettingskretser gjør. En fase-låst sløyfe inne i modulen ser etter overganger i den innkommende bitstrømmen, genererer en lokal klokke fra disse overgangene og bruker den gjenopprettede klokken til å sample påfølgende biter på det optimale punktet i øyet.

Dette fungerer bemerkelsesverdig bra helt til det ikke gjør det.

CDR-låser krever tilstrekkelige overganger i dataene. 64B/66B-kodingen brukt i 10G Ethernet garanterer nok kanter til å holde PLL fornøyd. Men hvis noen sender et patologisk mønster-eller verre, kan en lang serie med identiske symboler fra en oppstrømsenhet som oppfører seg feil-, miste låsen. Når den mister låsen, utløses LOL-alarmen (loss of lock), koblingen faller, og du stirrer på feiltellere og lurer på hva som gikk galt.

Den frustrerende delen: CDR-atferd varierer mellom leverandører. Jeg har sett moduler fra produsent A opprettholde låst gjennom mønstersekvenser som umiddelbart drepte moduler fra produsent B. Begge oppfylte spesifikasjonene. Begge besto samsvarstesting. En jobbet i kundens faktiske trafikkmiljø, en gjorde det ikke.

 

DDM endret feilsøking for alltid (når det fungerer)

 

Før digital diagnostisk overvåking ble standard, betydde feilsøking av en fiberlink å trekke moduler, bytte kabler og be til den guddom som styrte endringskontrollprosessen. Hvis koblingen var nede, visste du at noe var galt. Du ante ikke hva.

DDM-noen ganger kalt DOM, fordi industrien elsker overflødige akronymer-endret det. Hver moderne sender/mottaker rapporterer sanntids-telemetri gjennom et I²C-grensesnitt: temperatur, forsyningsspenning, laserforspenningsstrøm, TX-effekt, RX-effekt. SFF-8472-spesifikasjonen definerer minnekartet. Bryteren din leser den automatisk.

Dette høres ut som ren oppside, og stort sett er det det. Men jeg har blitt brent nok ganger av DDM-data til å ha utviklet en sunn skepsis.

TX-effektavlesningen? Den er avledet fra en monitorfotodiode som prøver en brøkdel av laserutgangen. Koblingseffektiviteten mellom laser og MPD varierer med temperaturen. Kalibreringsdataene som ble brent inn i modulens EEPROM ble målt ved 25 grader på en benk et sted i Shenzhen. Det faktiske driftsmiljøet ditt er 47 grader fordi modulen sitter mellom to andre varme sendere i en full-bryter.

Tallet på skjermen er en tilnærming. Det er vanligvis en god tilnærming. Men jeg har lært å ikke erklære seier basert utelukkende på DDM-avlesninger som ser normale ut. Ta tak i den optiske strømmåleren. Mål det faktiske lyset som treffer fiberen.

 

 

Temperatur er alt

 

Jeg kan ikke overdrive hvor mye temperatur som dominerer den optiske modulens oppførsel. Hver parameter som betyr noe skifter med temperaturen.

Laserterskelstrømmen øker etter hvert som modulene varmes opp-enheten trenger mer kjørestrøm for å oppnå samme optiske utgang. Skråningseffektiviteten reduseres, noe som betyr at hver ekstra milliampe med bias produserer mindre lys. Bølgelengdedrift, noe som betyr enormt i CWDM- og DWDM-systemer der kanalavstanden er liten. Fotodiodens responsivitet endres. Selv referansespenningene inne i overvåkingskretsene driver.

Produsenter spesifiserer driftsområder-vanligvis 0 grader til 70 grader for kommersiell kvalitet, -40 grader til 85 grader for industri. Det de ikke formidler tilstrekkelig er hvor mye dårligere modulen presterer ved kantene av det området sammenlignet med midten.

Jeg har målt moduler i feltet som kjører 15 grader varmere enn bryterens omgivelsestemperaturrapport indikerte. Husets temperatursensor på transceiveren leste 63 grader mens bryterchassiset rapporterte "luftstrøm normal" og "temperatur 38 grader" i miljøovervåkingen. Avviket eksisterte fordi bryteren målte lufttemperaturen ved inntaket, mens transceiveren kokte i den termiske skyggen av en tilstøtende QSFP-DD som kjørte koherent optikk på 14 watt.

Ingen fikk varsler. Koblingen fungerte fortsatt-såvidt-med forhøyede pre-FEC-feil som av og til ble rammetap. Det tok tre måneder å finne ut hvorfor den spesifikke lenken hadde høyere retransmisjonshastigheter enn identiske lenker andre steder i stoffet.

 

Tredjepartsspørsmålet-

 

Alle vil vite om-tredjeparts transceivere. Prisdeltaet er vanskelig å ignorere - 3x til 5x billigere enn OEM-moduler for tilsynelatende identiske spesifikasjoner.

Multi-kildeavtalen eksisterer spesifikt for å muliggjøre interoperabilitet. En kompatibel SFP-10G-LR fra selskap X bør være funksjonelt ekvivalent med en fra selskap Y. De optiske parameterne er definert. De mekaniske dimensjonene er standardiserte. Det elektriske grensesnittet følger spesifikasjoner publisert av industrikonsortier.

Virkeligheten avviker som vanlig fra spesifikasjonen.

Bytteleverandører koder transceiver-EEPROM-er med leverandør-ID-strenger. Cisco sjekker disse strengene og vil feil-deaktivere porter som ikke samsvarer med den godkjente listen. Junipers nyere plattformer logger advarsler og nekter støtteanrop. HPE har gått frem og tilbake på håndhevelse avhengig av produktlinje og fastvareversjon.

Løsningene finnes. Ciscos tjeneste ustøttede-sendere/mottakerkommando har lagret utallige distribusjonsplaner. Tredjeparts-leverandører programmerer EEPROM-ene sine til å rapportere kompatible leverandørkoder. Enheter som FS Box lar deg omprogrammere moduler i felten.

Men her er det ingen forteller deg: når ting går galt,-og til slutt vil de-støtte blir motstandere. Ring TAC med et koblingsproblem, nevn tredjepartsoptikk, se samtalen avsluttes. "Bytt ut med støttede transceivere og ring tilbake hvis problemet vedvarer." De tar ikke feil fra et støtteperspektiv. De er heller ikke nyttige klokken 02.00 når stoffet ditt er nedbrutt.

Min personlige regel, utviklet gjennom hard erfaring: tredjepart-i laboratoriet, OEM i produksjonsbaner som betyr noe. Kostnadsbesparelsen føles mindre overbevisende når du er den som feilsøker intermitterende CRC-feil som kan være transceiveren, kan være fiberen, kan være fastvare, og du kan ikke utelukke noe.

 

 

Forurensning vil finne deg

 

Den største enkeltårsaken til problemer med optiske koblinger har ingenting med selve modulen å gjøre. Det er skitt.

En støvflekk på en fiberoverflate kan dempe signalet nok til å presse en kobling utover feilterskelen. Ved 100G og over er marginen ikke hva den pleide å være. Du opererer nærmere mottakerens følsomhetsgrenser. Den støvflekken som ville vært usynlig ved 1G Ethernet, forårsaker nå pakketap ved 400G.

Kjernen i en enkelt-modusfiber er 9 mikrometer i diameter. Et menneskehår er omtrent 70 mikrometer. Forurensningspartikler som er mindre enn noe du kan se uten forstørrelse kan blokkere den optiske banen fullstendig.

Inspiser før tilkobling. Alltid. Bruk et fibersikte, ikke en visuell sjekk. Jeg bryr meg ikke om lappeledningen kom ut av en forseglet pose for fem sekunder siden-posen er ikke ren, fingrene berørte noe, luften i datasenteret ditt inneholder partikler. Inspiser, rengjør om nødvendig, inspiser igjen og koble til.

Selve rengjøringen medfører risiko. Tørrtørking skaper statisk ladning som tiltrekker seg mer forurensning. Våtrengjøring med isopropylalkohol kan etterlate rester hvis du lar den fordampe i stedet for å tørke den umiddelbart. Rengjøringsmidler med ett-klikk fungerer bra helt til de er oppbrukt og noen fortsetter å klikke uansett, og fordeler forurensninger på tvers av hylsen.

Jeg så en tekniker bruke fire timer på å feilsøke en intermitterende kobling. Byttet moduler to ganger. Sjekket kabelføring. Gjennomgått konfigurasjonen. Til slutt brøt ut inspeksjonsomfanget og fant det som så ut som fingeravtrykkrester på skottadapteren. Renset den skikkelig. Link kom opp ren og holdt seg oppe.

Fire timer. For et fingeravtrykk.

 

Hva som faktisk betyr noe når du velger moduler

 

Etter alle de tekniske detaljene, kommer valgprosessen vanligvis ned til noen få praktiske hensyn som ikke vises i noe datablad.

Hva er bytteplattformen din? Hvis du er en Cisco-butikk, er formfaktorspørsmålet stort sett besvart for deg. Hvis du kjører Arista eller Juniper på bladene og noe annet ved ryggraden, kan det hende du har alternativer-men å bruke disse alternativene skaper kompleksitet i beholdningen. Konsistens har verdi.

Hvilken distanse må du egentlig tilbake? Mål kabelstrekningene dine. Legg til margin for lappepaneler og skjøter. Velg deretter den billigste modultypen som oppfyller dette avstandskravet med plass til overs. Å spesifisere LR-moduler for 50-metersløp fordi "vi kanskje trenger rekkevidden senere" er bortkastet penger.

Hva er fiberplanten din? Multimodus inne i bygninger, enkelt-modus mellom bygninger-som fortsatt er det vanlige mønsteret. Å bekjempe det mønsteret koster mer enn å jobbe med det.

Hvor mye stoler du på installasjonskvaliteten din? 400G har mindre margin enn 100G. Skitne kontakter som fungerte bra ved lavere hastigheter vil forårsake problemer. Hvis den strukturerte kablingen din dateres tilbake til da Cat5e ble ansett som fremtidssikker-, kan du forvente problemer.

Det kjedelige rådet er vanligvis riktig: match teknologien til de faktiske kravene, kjøp fra leverandører som vil hjelpe deg når ting går i stykker, rengjør hver kobling hver gang du berører den. Modulene i seg selv har blitt bemerkelsesverdig pålitelige. Problemene er nesten alltid et annet sted.