Digitale optische modules werken in moderne systemen

 

Wat zit er eigenlijk in het ding

 

Open een transceiver (doe dit niet echt; de laserbelichting alleen al maakt het een slecht idee) en je zult een verrassend dichte opstelling van componenten vinden die sinds eind jaren negentig in de architectuur niet fundamenteel zijn veranderd. In het zendergedeelte bevindt zich de lichtbron-doorgaans een VCSEL voor multimode-toepassingen met een kort- bereik, en een DFB-laser voor alles wat serieus is via single- glasvezel. De ontvangerzijde bevat een fotodiode en een transimpedantieversterker. Daartussen zit de signaalconditionering die de datasnelheid vereist.

De VCSEL verdient een speciale vermelding omdat hij tegelijkertijd de held en de slechterik is van de datacenteroptiek. Verticale-caviteitsoppervlak-emitterende lasers hebben het productieprobleem opgelost waar rand-emitterende apparaten last van hadden: je kunt ze op-wafel testen voordat je ze in stukken snijdt, wat betekent dat je echt weet wat je verzendt. Ze zijn goedkoop. Ze zijn betrouwbaar genoeg. Ze lopen koel.

Maar VCSEL's hebben afstandsbeperkingen die er toe doen.

850 nm licht door multimode glasvezel raakt modale dispersiewanden die geen enkele hoeveelheid slimme DSP volledig kan overwinnen. Je krijgt misschien 100 meter bij 25G voordat het oogdiagram op moderne kunst begint te lijken. De OM4-vezel in uw verhoogde vloer is niet ontworpen voor wat we ervan vragen, en de adoptie van OM5 blijft ergens tussen 'veelbelovend' en 'theoretisch' in de meeste bedrijfsimplementaties die ik heb gezien.

 

De golflengtevraag die niemand correct stelt

1310 nm verlaagt de demping tot ongeveer 0,4 dB/km in de enkele- modus. Dit is de O--band, waar de chromatische spreiding een handig minimum bereikt en je signalen zonder versterking 10 km kunt pushen. De meeste LR-modules wonen hier.

Met 1550 nm kom je op ongeveer 0,3 dB/km-het C--band "zero-verliesvenster" dat iedereen in de telecomsector aanbidt. DWDM-systemen proppen tientallen kanalen in deze band omdat erbium-gedoteerde vezelversterkers hier prachtig werken. Maar die EDFA's kosten geld, en voor afstanden onder de 40 km zijn de extra kosten zelden zinvol.

De fout die ik herhaaldelijk zie: iemand specificeert 1550 nm-modules voor een campusverbinding van 2 km omdat "lager verlies beter moet zijn." Het is niet beter. Het is duurder zonder enig voordeel, en nu beschikt u over een voorraadcomplexiteit die u niet nodig had.

 

Signaalintegriteit en het klokherstelprobleem

 

Hier wordt het echt interessant, en ook waar junior-ingenieurs dure fouten beginnen te maken.

Seriële gegevens met hoge-snelheid worden niet met een kloksignaal verzonden. De timinginformatie moet worden hersteld uit de datastroom zelf-dat is wat klok- en gegevensherstelcircuits doen. Een fase-{4}}vergrendelde lus in de module let op overgangen in de binnenkomende bitstroom, genereert een lokale klok op basis van die overgangen en gebruikt die herstelde klok om daaropvolgende bits op het optimale punt in het oog te bemonsteren.

Dit werkt opmerkelijk goed totdat het niet meer werkt.

CDR-locks vereisen voldoende overgangen in de data. De 64B/66B-codering die wordt gebruikt in 10G Ethernet garandeert voldoende randen om de PLL tevreden te houden. Maar als iemand een pathologisch patroon verzendt-of erger nog, een lange reeks identieke symbolen vanaf een zich misdragend upstream-apparaat-kan de CDR de vergrendeling verliezen. Wanneer de vergrendeling verloren gaat, gaat het LOL-alarm (loss of lock) af, wordt de verbinding verbroken en staar je naar de fouttellers en vraag je je af wat er mis is gegaan.

Het frustrerende deel: het CDR-gedrag varieert per leverancier. Ik heb modules van fabrikant A zien vergrendelen via patroonsequenties die modules van fabrikant B onmiddellijk doodden. Beide voldeden aan de specificaties. Beide zijn geslaagd voor de nalevingstests. Eén werkte in de daadwerkelijke verkeersomgeving van de klant, één niet.

 

DDM veranderde probleemoplossing voor altijd (als het werkt)

 

Voordat Digital Diagnostic Monitoring standaard werd, betekende het oplossen van problemen met een glasvezelverbinding het trekken van modules, het verwisselen van kabels en het bidden tot welke godheid dan ook die uw veranderingscontroleproces bestuurde. Als de link niet werkte, wist je dat er iets mis was. Je had geen idee wat.

DDM-ook wel DOM genoemd, omdat de industrie dol is op overbodige acroniemen-heeft daar verandering in gebracht. Elke moderne zendontvanger rapporteert real-time telemetrie via een I²C-interface: temperatuur, voedingsspanning, laservoorspanningsstroom, TX-vermogen, RX-vermogen. De SFF-8472-specificatie definieert de geheugenkaart. Uw schakelaar leest het automatisch.

Dit klinkt als puur voordeel, en dat is het meestal ook. Maar ik ben vaak genoeg verbrand door DDM-gegevens om een ​​gezonde scepsis te hebben ontwikkeld.

De TX-vermogenswaarde? Het is afgeleid van een monitorfotodiode die een fractie van de laseruitvoer bemonstert. De koppelingsefficiëntie tussen laser en MPD varieert met de temperatuur. De kalibratiegegevens die in de EEPROM van de module waren gebrand, werden gemeten bij 25 graden op een bank ergens in Shenzhen. Uw werkelijke werkomgeving is 47 graden, omdat de module zich tussen twee andere actieve transceivers in een volledig-geladen schakelaar bevindt.

Het getal op uw scherm is een benadering. Het is meestal een goede benadering. Maar ik heb geleerd de overwinning niet uitsluitend te verklaren op basis van DDM-metingen die er normaal uitzien. Pak de optische vermogensmeter. Meet het daadwerkelijke licht dat op de vezel valt.

 

 

Temperatuur is alles

 

Ik kan niet genoeg benadrukken hoeveel temperatuur het gedrag van optische modules domineert. Elke parameter die er toe doet, verschuift met de temperatuur.

De laserdrempelstroom neemt toe naarmate de modules warmer worden-het apparaat heeft meer aandrijfstroom nodig om dezelfde optische uitvoer te bereiken. De hellingsefficiëntie neemt af, wat betekent dat elke extra milliampère bias minder licht produceert. De golflengte wijkt af, wat enorm belangrijk is in CWDM- en DWDM-systemen waar de kanaalafstand krap is. De responsiviteit van de fotodiode verandert. Zelfs de referentiespanningen binnen de bewakingscircuits drijven af.

Fabrikanten specificeren bedrijfsbereiken-doorgaans 0 graden tot 70 graden voor commerciële toepassingen, -40 graden tot 85 graden voor industriële toepassingen. Wat ze niet voldoende duidelijk maken, is hoeveel slechter de module presteert aan de randen van dat bereik ten opzichte van het midden.

Ik heb modules in het veld gemeten die 15 graden warmer waren dan het omgevingstemperatuurrapport van de schakelaar aangaf. De temperatuursensor van de behuizing op de transceiver gaf een temperatuur van 63 graden aan, terwijl het schakelaarchassis in zijn omgevingsmonitoring "luchtstroom normaal" en "temperatuur 38 graden" rapporteerde. Het verschil ontstond omdat de schakelaar de luchttemperatuur bij de inlaat meet, terwijl de transceiver aan het koken was in de thermische schaduw van een aangrenzende QSFP-DD die coherente optica draaide op 14 watt.

Niemand kreeg waarschuwingen. De link werkte nog steeds-nauwelijks-met verhoogde pre-FEC-fouten die af en toe tot frameverlies leidden. Het kostte drie maanden om erachter te komen waarom die specifieke link hogere hertransmissiepercentages had dan identieke links elders in het weefsel.

 

De derde-vraag van de derde partij

 

Iedereen wil meer weten over zendontvangers van derden-. De prijsdelta is moeilijk te negeren: 3x tot 5x goedkoper dan OEM-modules voor ogenschijnlijk identieke specificaties.

De Multi{0}}Overeenkomst bestaat specifiek om interoperabiliteit mogelijk te maken. Een compatibele SFP-10G-LR van bedrijf X moet functioneel gelijkwaardig zijn aan een SFP van bedrijf Y. De optische parameters zijn gedefinieerd. De mechanische afmetingen zijn gestandaardiseerd. De elektrische interface volgt de specificaties die zijn gepubliceerd door industriële consortia.

De werkelijkheid wijkt, zoals gewoonlijk, af van de specificaties.

Switch-leveranciers coderen EEPROM's van transceivers met leveranciers-ID-reeksen. Cisco controleert deze tekenreeksen en zal per fout -poorten uitschakelen die niet overeenkomen met de goedgekeurde lijst. De nieuwere platforms van Juniper registreren waarschuwingen en weigeren ondersteuningsoproepen. HPE is heen en weer gegaan met de handhaving, afhankelijk van de productlijn en de firmwareversie.

De oplossingen bestaan. Cisco's service-niet-ondersteunde-transceiveropdracht heeft talloze implementatieschema's bespaard. Externe-leveranciers programmeren hun EEPROM's om compatibele leverancierscodes te rapporteren. Met apparaten zoals de FS Box kunt u modules in het veld herprogrammeren.

Maar dit is wat niemand je vertelt: als er iets misgaat-en dat uiteindelijk wel gebeurt,-wordt de steun vijandig. Bel TAC met een verbindingsprobleem, noem de optica van derden-, kijk hoe het gesprek eindigt. "Vervang door ondersteunde transceivers en bel terug als het probleem aanhoudt." Vanuit een ondersteuningsperspectief hebben ze het niet mis. Ze zijn ook niet nuttig om 2 uur 's nachts als je stof is aangetast.

Mijn persoonlijke regel, ontwikkeld door harde ervaring: derde-partij in het laboratorium, OEM in productiepaden die er toe doen. De kostenbesparingen lijken minder overtuigend als u degene bent die intermitterende CRC-fouten oplost die mogelijk de transceiver, de glasvezel of de firmware kunnen zijn, en u kunt niets uitsluiten.

 

 

Besmetting zal je vinden

 

De grootste oorzaak van optische verbindingsproblemen heeft niets te maken met de module zelf. Het is vuil.

Een stofje op het eindvlak van een vezel kan het signaal voldoende verzwakken om een ​​verbinding voorbij de foutdrempel te duwen. Bij 100G en hoger is de marge niet meer wat het was. U werkt dichter bij de gevoeligheidslimieten van de ontvanger. Dat stofdeeltje dat bij 1G Ethernet onzichtbaar zou zijn geweest, veroorzaakt nu pakketverlies bij 400G.

De kern van een single{0}}mode-vezel heeft een diameter van 9 micrometer. Een mensenhaar is ongeveer 70 micrometer groot. Verontreinigingsdeeltjes die kleiner zijn dan alles wat u zonder vergroting kunt zien, kunnen het optische pad volledig blokkeren.

Inspecteer voordat u verbinding maakt. Altijd. Gebruik een glasvezelscoop, geen visuele controle. Het maakt mij niet uit of het patchsnoer vijf seconden geleden uit een verzegelde zak is gekomen-de zak is niet schoon, uw vingers hebben iets aangeraakt, de lucht in uw datacenter bevat deeltjes. Inspecteren, indien nodig reinigen, opnieuw inspecteren en vervolgens aansluiten.

Het schoonmaken zelf brengt risico's met zich mee. Droog afnemen zorgt voor statische lading die meer vervuiling aantrekt. Nat reinigen met isopropylalcohol kan residu achterlaten als u het laat verdampen in plaats van het onmiddellijk droog te vegen. Reinigingsmiddelen met één-klik werken goed totdat ze op zijn en iemand toch blijft klikken, waardoor de verontreinigingen opnieuw over de ferrule worden verspreid.

Ik zag hoe een technicus vier uur bezig was met het oplossen van problemen met een onderbroken verbinding. Twee keer modules vervangen. Kabelgeleiding gecontroleerd. Beoordeelde configuratie. Eindelijk brak de inspectiescope uit en vond wat leek op vingerafdrukresten op de schotadapter. Heb het netjes schoongemaakt. Link kwam schoon overeind en bleef overeind.

Vier uur. Voor een vingerafdruk.

 

Wat er eigenlijk toe doet bij het selecteren van modules

 

Na alle technische details komt het selectieproces meestal neer op een paar praktische overwegingen die in geen enkele datasheet voorkomen.

Wat is uw schakelplatform? Als u een Cisco-winkel heeft, wordt de vraag over de vormfactor grotendeels voor u beantwoord. Als je Arista of Juniper op de bladeren gebruikt en iets anders op de ruggengraat, heb je misschien opties-maar het uitoefenen van die opties zorgt voor complexiteit van de voorraad. Consistentie heeft waarde.

Welke afstand moet je eigenlijk overbruggen? Meet uw kabeltrajecten. Voeg een marge toe voor patchpanelen en verbindingen. Kies dan het goedkoopste moduletype dat aan die afstandseis voldoet en nog ruimte over heeft. Het specificeren van LR-modules voor runs van 50 meter omdat "we het bereik later misschien nodig hebben" is geldverspilling.

Wat is jouw vezelplant? Multimodus binnen gebouwen, enkele-modus tussen gebouwen-dat is nog steeds het gebruikelijke patroon. Het bestrijden van dat patroon kost meer dan ermee werken.

Hoeveel vertrouwen heeft u in de installatiekwaliteit? 400G heeft minder marge dan 100G. Vuile connectoren die prima werkten bij lagere snelheden zullen problemen veroorzaken. Als uw gestructureerde bekabeling dateert uit de tijd dat Cat5e als toekomst-proof werd beschouwd, kunt u problemen verwachten.

Het saaie advies heeft meestal gelijk: stem de technologie af op de werkelijke vereisten, koop bij leveranciers die je ondersteunen als er iets kapot gaat, maak elke connector schoon elke keer dat je hem aanraakt. De modules zelf zijn opmerkelijk betrouwbaar geworden. De problemen liggen vrijwel altijd ergens anders.