Digitale optiske moduler fungerer i moderne systemer

 

Hvad er der faktisk inde i tingen

 

Knæk en transceiver op (det skal du faktisk ikke gøre; lasereksponeringen alene gør det til en dårlig idé), og du vil finde et overraskende tæt arrangement af komponenter, der ikke har ændret sig fundamentalt i arkitekturen siden slutningen af ​​1990'erne. Sendersektionen rummer lyskilden-typisk en VCSEL til multimode-applikationer med kort-rækkevidde, en DFB-laser til alt seriøst over single-fiber. Modtagersiden indeholder en fotodiode og transimpedansforstærker. Mellem dem sidder den signalbehandling, som datahastigheden kræver.

VCSEL fortjener særlig omtale, fordi det på én gang er helten og skurken inden for datacenteroptikken. Lodrette-kavitetsoverfladeudsendende-lasere løste produktionsproblemet, der plagede kant-emitterende enheder: du kan teste dem på-wafer før terninger, hvilket betyder, at du faktisk ved, hvad du sender. De er billige. De er pålidelige nok. De kører cool.

Men VCSEL'er har afstandsbegrænsninger, der betyder noget.

850nm lys gennem multimode fiber rammer modale spredningsvægge, som ingen mængde smart DSP kan overvinde fuldt ud. Du får måske 100 meter ved 25G, før øjendiagrammet begynder at ligne moderne kunst. OM4-fiberen i dit hævede gulv var ikke designet til det, vi beder den om at gøre, og OM5-adoptionen forbliver et sted mellem "lovende" og "teoretisk" i de fleste virksomhedsimplementeringer, jeg har set.

 

Bølgelængdespørgsmålet, som ingen stiller korrekt

1310nm sænker dæmpningen til ca. 0,4 dB/km i enkelt-tilstand. Dette er O--båndet, hvor kromatisk spredning rammer et bekvemt minimum, og du kan skubbe signaler 10 km uden forstærkning. De fleste LR-moduler bor her.

1550nm får dig ned på omkring 0,3 dB/km-C-båndets "nul-tabsvindue", som alle i telekommunikation tilbeder. DWDM-systemer propper dusinvis af kanaler ind i dette bånd, fordi erbium-doterede fiberforstærkere fungerer smukt her. Men disse EDFA'er koster penge, og for distancer under 40 km giver den ekstra udgift sjældent mening.

Den fejl, jeg ser gentagne gange: nogen specificerer 1550nm-moduler til en 2 km campuslink, fordi "lavere tab skal være bedre." Det er ikke bedre. Det er dyrere uden fordel, og nu har du lagerkompleksitet, du ikke havde brug for.

 

Signalintegritet og urgendannelsesproblemet

 

Det er her, tingene bliver virkelig interessante, og også hvor junioringeniører begynder at begå dyre fejl.

Seriel-højhastighedsdata kører ikke med et ursignal. Tidsinformationen skal gendannes fra selve datastrømmen-det er, hvad ur- og datagendannelseskredsløb gør. En fase-låst sløjfe inde i modulet holder øje med overgange i den indkommende bitstrøm, genererer et lokalt ur fra disse overgange og bruger det gendannede ur til at sample efterfølgende bits på det optimale punkt i øjet.

Dette fungerer bemærkelsesværdigt godt, indtil det ikke gør det.

CDR-låse kræver tilstrækkelige overgange i dataene. 64B/66B-kodningen, der bruges i 10G Ethernet, garanterer nok kanter til at holde PLL glad. Men hvis nogen sender et patologisk mønster-eller værre, kan en lang række identiske symboler fra en upstream-enhed, der opfører sig forkert,-CDR miste låsen. Når den mister låsen, udløses LOL-alarmen (loss of lock), linket falder, og du stirrer på fejltællere og spekulerer på, hvad der gik galt.

Den frustrerende del: CDR-adfærd varierer mellem leverandører. Jeg har set moduler fra producent A opretholde låse gennem mønstersekvenser, der straks dræbte moduler fra producent B. Begge opfyldte spec. Begge bestod overensstemmelsestest. Én arbejdede i kundens faktiske trafikmiljø, én gjorde ikke.

 

DDM ændrede fejlfinding for altid (når det virker)

 

Før Digital Diagnostic Monitoring blev standard, betød fejlfinding af en fiberforbindelse at trække moduler, bytte kabler og bede til den guddom, der styrede din forandringskontrolproces. Hvis linket var nede, vidste du, at der var noget galt. Du anede ikke hvad.

DDM-også kaldet DOM, fordi industrien elsker overflødige akronymer-ændrede det. Alle moderne transceivere rapporterer realtids-telemetri gennem en I²C-grænseflade: temperatur, forsyningsspænding, laserforspændingsstrøm, TX-effekt, RX-effekt. SFF-8472-specifikationen definerer hukommelseskortet. Din kontakt læser den automatisk.

Det lyder som ren upside, og det er det for det meste. Men jeg er blevet brændt nok gange af DDM-data til at have udviklet en sund skepsis.

TX-effektaflæsningen? Det er afledt af en monitorfotodiode, der prøver en brøkdel af laseroutputtet. Koblingseffektiviteten mellem laser og MPD varierer med temperaturen. Kalibreringsdataene, der blev brændt ind i modulets EEPROM, blev målt ved 25 grader på en bænk et sted i Shenzhen. Dit faktiske driftsmiljø er 47 grader, fordi modulet sidder mellem to andre varme transceivere i en fuldt-belastet switch.

Tallet på din skærm er en tilnærmelse. Det er normalt en god tilnærmelse. Men jeg har lært ikke at erklære sejr udelukkende baseret på DDM-aflæsninger, der ser normale ud. Tag fat i den optiske effektmåler. Mål det faktiske lys, der rammer fiberen.

 

 

Temperatur er alt

 

Jeg kan ikke overvurdere, hvor meget temperatur dominerer optisk moduladfærd. Hver parameter, der betyder noget, skifter med temperaturen.

Lasertærskelstrømmen stiger, efterhånden som modulerne varmes op-enheden har brug for mere drevstrøm for at opnå det samme optiske output. Hældningseffektiviteten falder, hvilket betyder, at hver ekstra milliamp bias producerer mindre lys. Bølgelængdedrift, hvilket betyder enormt meget i CWDM- og DWDM-systemer, hvor kanalafstanden er snæver. Fotodiodens reaktionsevne ændres. Selv referencespændingerne inde i overvågningskredsløbene driver.

Producenter angiver driftsområder-typisk 0 grader til 70 grader for kommerciel kvalitet, -40 grader til 85 grader for industri. Det, de ikke formidler tilstrækkeligt, er, hvor meget dårligere modulet yder ved kanterne af det område i forhold til midten.

Jeg har målt moduler i marken, der kører 15 grader varmere end kontaktens omgivende temperaturrapport angivet. Husets temperatursensor på transceiveren læste 63 grader, mens kontaktchassiset rapporterede "luftstrøm normal" og "temperatur 38 grader" i sin miljøovervågning. Uoverensstemmelsen eksisterede, fordi kontakten målte lufttemperaturen ved dens indtag, mens transceiveren lavede mad i den termiske skygge af en tilstødende QSFP-DD, der kørte kohærent optik ved 14 watt.

Ingen fik advarsler. Linket fungerede stadig-næppe-med forhøjede præ-FEC-fejl, der af og til resulterede i tab af rammer. Det tog tre måneder at finde ud af, hvorfor det specifikke link havde højere retransmissionshastigheder end identiske links andre steder i stoffet.

 

Tredjepartsspørgsmålet.-

 

Alle vil gerne vide om tredjepartstransceivere-. Prisdeltaet er svært at ignorere - 3x til 5x billigere end OEM-moduler for tilsyneladende identiske specifikationer.

Multi-kildeaftalen eksisterer specifikt for at muliggøre interoperabilitet. En kompatibel SFP-10G-LR fra virksomhed X bør funktionelt svare til en fra virksomhed Y. De optiske parametre er defineret. De mekaniske dimensioner er standardiserede. Den elektriske grænseflade følger specifikationer udgivet af industrikonsortier.

Virkeligheden afviger som sædvanlig fra specifikationerne.

Switch-leverandører koder transceiver-EEPROM'er med leverandør-id-strenge. Cisco kontrollerer disse strenge og vil fejl-deaktivere porte, der ikke matcher deres godkendte liste. Junipers nyere platforme logger advarsler og afviser supportopkald. HPE er gået frem og tilbage på håndhævelse afhængigt af produktlinje og firmwareversion.

Løsningerne findes. Ciscos tjeneste ikke-understøttede-transceiver-kommando har gemt utallige implementeringsplaner. Tredjeparts-leverandører programmerer deres EEPROM'er til at rapportere kompatible leverandørkoder. Enheder som FS Box lader dig omprogrammere moduler i marken.

Men her er, hvad ingen fortæller dig: Når tingene går galt,-og i sidste ende vil de-støtte, bliver det modstandsdygtigt. Ring til TAC med et linkproblem, nævn tredjepartsoptik-, se samtalen slutte. "Udskift med understøttede transceivere og ring tilbage, hvis problemet fortsætter." De tager ikke fejl fra et støtteperspektiv. De er heller ikke nyttige kl. 02.00, når dit stof er nedbrudt.

Min personlige regel, udviklet gennem hård erfaring: Tredje-part i laboratoriet, OEM i produktionsforløb, der betyder noget. Omkostningsbesparelserne føles mindre overbevisende, når du er den, der fejlfinder intermitterende CRC-fejl, der kan være transceiveren, måske fiberen, måske firmware, og du kan ikke udelukke noget.

 

 

Forurening finder dig

 

Den største enkeltårsag til problemer med optiske forbindelser har intet at gøre med selve modulet. Det er snavs.

Et støvkorn på en fiberendeflade kan dæmpe signalet nok til at skubbe et link ud over dets fejltærskel. Ved 100G og derover er margenen ikke, hvad den plejede at være. Du arbejder tættere på modtagerens følsomhedsgrænser. Den støvpletter, der ville have været usynlig ved 1G Ethernet, forårsager nu pakketab ved 400G.

Kernen i en enkelt-mode fiber er 9 mikrometer i diameter. Et menneskehår er omkring 70 mikrometer. Forureningspartikler, der er mindre end noget, du kan se uden forstørrelse, kan fuldstændig blokere den optiske vej.

Efterse før tilslutning. Altid. Brug et fibersigte, ikke et visuelt tjek. Jeg er ligeglad med, om patch-ledningen kom ud af en forseglet pose for fem sekunder siden-posen er ikke ren, dine fingre rørte ved noget, luften i dit datacenter indeholder partikler. Efterse, rengør om nødvendigt, inspicér igen, og tilslut derefter.

Selve rengøringen medfører risiko. Tør aftørring skaber statisk ladning, der tiltrækker mere forurening. Våd rengøring med isopropylalkohol kan efterlade rester, hvis du lader det fordampe i stedet for at tørre det af med det samme. Et--click-rensere fungerer godt, indtil de er brugt op, og nogen bliver ved med at klikke alligevel, og omfordeler forurenende stoffer over rørringen.

Jeg så en tekniker bruge fire timer på at fejlfinde et intermitterende link. Udskiftet moduler to gange. Tjekket kabelføring. Gennemgået konfiguration. Til sidst brød inspektionsomfanget ud og fandt, hvad der lignede fingeraftryksrester på skotadapteren. Rensede det ordentligt. Link kom rent og blev oppe.

Fire timer. For et fingeraftryk.

 

Hvad der faktisk betyder noget, når du vælger moduler

 

Efter alle de tekniske detaljer, kommer udvælgelsesprocessen normalt ned til et par praktiske overvejelser, som ikke fremgår af noget datablad.

Hvad er din switch-platform? Hvis du er en Cisco-butik, er formfaktorspørgsmålet stort set besvaret for dig. Hvis du kører Arista eller Juniper på bladene og noget andet ved rygraden, har du muligvis muligheder,-men at bruge disse muligheder skaber kompleksitet i lagerbeholdningen. Konsistens har værdi.

Hvilken afstand skal du egentlig tilbagelægge? Mål dine kabelføringer. Tilføj margen til patchpaneler og splejsninger. Vælg derefter den billigste modultype, der opfylder dette afstandskrav med plads til overs. At specificere LR-moduler til 50-meters løb, fordi "vi måske får brug for rækkevidden senere", er spildte penge.

Hvad er din fiberplante? Multitilstand inde i bygninger, enkelt-tilstand mellem bygninger-det er stadig det almindelige mønster. At bekæmpe det mønster koster mere end at arbejde med det.

Hvor meget stoler du på din installationskvalitet? 400G har mindre margin end 100G. Beskidte stik, der fungerede fint ved lavere hastigheder, vil give problemer. Hvis dine strukturerede kabler dateres tilbage til, da Cat5e blev betragtet som fremtidssikret-, kan du forvente problemer.

Det kedelige råd er normalt rigtigt: match teknologien til de faktiske krav, køb fra leverandører, der hjælper dig, når tingene går i stykker, rengør alle stik hver gang du rører ved den. Selve modulerne er blevet bemærkelsesværdigt pålidelige. Problemerne er næsten altid et andet sted.