„Мрежата“ се превърна в „необходимост“ за повечето съвременни хора.
Причината, поради която може да настъпи такава удобна мрежова ера, може да се каже, че „фиброоптична комуникационна технология“ е незаменима.
През 1966 г. британското китайско сорго предложи концепцията за оптично влакно, което запали кулминацията на развитието на комуникация с оптични влакна в световен мащаб. Първото поколение светлинни вълнови системи, работещи на 0,8 μm през 1978 г., беше официално пуснато в търговска употреба, а второто поколение светлинни вълни комуникационните системи, използващи многомодови влакна в ранните дни, бяха бързо въведени в началото на 1980-те години. До 1990 г. системата с оптични вълни от трето поколение, работеща при 2,4 Gb/s и 1,55 μm, успя да предостави търговски комуникационни услуги.
„Бащата на влакната“ сорго, който направи пробив в „предаване на светлина във влакна за оптична комуникация“, беше удостоен с Нобелова награда за физика за 2009 г.
Комуникацията с оптични влакна вече се е превърнала в един от основните стълбове на съвременната комуникация, играейки ключова роля в съвременните телекомуникационни мрежи. Той също така се разглежда като важен символ на новата технологична революция в света и основното средство за предаване на информация в бъдещото информационно общество.
През последните години пазарът на приложения за големи данни, облачни изчисления, 5G, интернет на нещата и изкуствен интелект се разви бързо. Пазарът на безпилотни приложения, който идва, носи експлозивен растеж на трафика на данни. Взаимосвързаността на центровете за данни постепенно се превърна в изследване на оптичните комуникации. гореща точка.
В големия център за данни на Google
Настоящият център за данни вече не е само една или няколко компютърни зали, а набор от клъстери от центрове за данни. За да се постигне нормална работа на различни интернет услуги и пазари на приложения, центровете за данни трябва да работят заедно. В реално време и масивното взаимодействие на информация между центровете за данни създаде търсенето на мрежи за взаимно свързване на центрове за данни и комуникацията с оптични влакна се превърна в необходимо средство за постигане на взаимно свързване.
За разлика от традиционното оборудване за предаване на телекомуникационна мрежа за достъп, взаимното свързване на центровете за данни трябва да постигне повече информация и по-плътно предаване, което изисква комутационното оборудване да има по-висока скорост, по-ниска консумация на енергия и по-голяма миниатюризация. Един от основните фактори, които определят дали тези възможности могат да бъдат постигнат е оптичният приемо-предавателен модул.
Някои основни познания за оптичните приемо-предавателни модули
Информационната мрежа използва главно оптични влакна като среда за предаване, но текущите изчисления и анализи също трябва да се основават на електрически сигнали, а оптичният приемо-предавателен модул е основното устройство за реализиране на фотоелектрично преобразуване.
Основните компоненти на оптичния модул са трансимитер (подмодул за излъчване на светлина)/приемник (подмодул за приемане на светлина) или трансивър (модул за оптичен приемо-предавател), електрически чип и също така включват пасивни компоненти като лещи, сплитери и комбинатори. Състав на периферна верига.
В предаващия край: електрическият сигнал се преобразува в оптичен сигнал от Transimitter и след това се въвежда в оптичното влакно от оптичния адаптер; В приемащия край: оптичният сигнал в оптичното влакно се получава от приемника през оптичния адаптер и се преобразува в електрически сигнал и се изпраща на изчислителната единица за обработка.
Схема на оптичния приемо-предавателен модул
С развитието на технологията за оптоелектронна интеграция, формата на опаковката на оптичния приемо-предавателен модул също претърпя някои промени. Преди създаването на индустрията за оптични модули, тя е разработена от големите производители на телекомуникационно оборудване в първите дни. Интерфейсите бяха разнообразни и не можеха да се използват универсално. Това направи модулите на оптичните приемо-предаватели не взаимозаменяеми. За развитието на индустрията се появи окончателното „Споразумение за множество източници (MSA)“. Със стандарта MSA започнаха да се появяват компании, които независимо се фокусираха върху разработването на трансивъри, и индустрията се издигна.
Оптичният приемо-предавателен модул може да бъде разделен на SFP, XFP, QSFP, CFP и т.н. според формата на пакета:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) е компактен, сменяем приемо-предавателен модул стандарт за приложения за телекомуникации и данни, който поддържа скорости на трансфер до 10Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) е 10G скоростен малък форм фактор плъгируем приемо-предавателен модул, който поддържа множество комуникационни протоколи като 10G Ethernet, 10G Fibre Channel и SONETOC-192. XFP трансивърите могат да се използват в комуникациите на данни и телекомуникационните пазари и предлагат по-добри характеристики на консумация на енергия от други 10Gbps трансивъри.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) е компактен, сменяем трансивър стандарт за приложения за високоскоростна комуникация на данни. Според скоростта QSFP може да бъде разделен на оптични модули 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. В момента QSFP28 се използва широко в глобалните центрове за данни.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) е базиран на стандартизиран комуникационен модул с оптично разделяне на плътни вълни със скорост на предаване от 100-400 Gbps. Размерът на CFP модула е по-голям от този на SFP/XFP/QSFP и обикновено се използва за предаване на дълги разстояния, като например градска мрежа.
Оптичен приемо-предавателен модул за комуникация в центъра за данни
Комуникацията в центъра за данни може да бъде разделена на три категории според вида на връзката:
(1) Центърът за данни за потребителя се генерира от поведението на крайния потребител, като сърфиране в уеб страницата, изпращане и получаване на имейли и видео потоци чрез достъп до облака;
(2) Взаимосвързаност на центъра за данни, използвана главно за репликация на данни, софтуерни и системни надстройки;
(3) В центъра за данни той се използва главно за съхранение на информация, генериране и копаене. Според прогнозата на Cisco вътрешната комуникация в центъра за данни представлява повече от 70% от комуникацията в центъра за данни, а развитието на изграждането на центрове за данни породи разработването на високоскоростни оптични модули.
Трафикът на данни продължава да расте, а тенденцията за мащабно и изравняване на центровете за данни стимулира развитието на оптични модули в два аспекта:
· Повишени изисквания за скорост на предаване
· Увеличаване на търсенето на количества
Понастоящем изискванията на глобалните оптични модули за центрове за данни са променени от 10/40G оптични модули на 100G оптични модули. Китайската облачна промоция на Alibaba ще стане първата година на широкомащабно приложение на 100G оптични модули през 2018 г. Очаква се надграждане 400G оптични модули през 2019 г.
Пътят на еволюцията на облачния модул Ali
Тенденцията на големи центрове за данни доведе до увеличаване на изискванията за разстояние на предаване. Разстоянието на предаване на многомодовите влакна е ограничено от увеличаването на скоростта на сигнала и се очаква постепенно да бъде заменено от едномодови влакна. Цената на оптичната връзка се състои от две части: оптичния модул и оптичното влакно. За различни разстояния има различни приложими решения. За свързване на средни и дълги разстояния, необходимо за комуникация в центъра за данни, има две революционни решения, родени от MSA:
· PSM4（Паралелен единичен режим 4 ленти）
· CWDM4（Мултиплексор с разделяне на груба дължина на вълната 4 ленти）
Сред тях използването на влакна PSM4 е четири пъти по-голямо от CWDM4. Когато разстоянието на връзката е голямо, цената на CWDM4 решението е относително ниска. От таблицата по-долу можем да видим сравнение на решенията за оптичен модул 100G в центъра за данни:
Днес технологията за внедряване на оптични модули 400G се превърна във фокуса на индустрията. Основната функция на оптичния модул 400G е да подобри пропускателната способност на данните и да увеличи максимално честотната лента и плътността на портовете на центъра за данни. Бъдещата му тенденция е да се постигне широк усилване, нисък шум, миниатюризация и интеграция, за да посрещнат нуждите на безжични мрежи от следващо поколение и комуникационни приложения в свръхмащабни центрове за данни.
Ранният 400G оптичен модул използва 16-канален 25G NRZ (Non-Returnto Zero) метод за модулация на сигнала в пакет CFP8. Предимството е, че технологията за модулация на сигнала 25G NRZ, узряла на 100G оптичния модул, може да бъде заимствана, но недостатъкът е че 16 сигнала трябва да се предават паралелно, а консумацията на енергия и обемът са относително големи, което не е подходящо за приложения в центрове за данни. В настоящия 400G оптичен модул, 8-канален 53G NRZ или 4-канален 106G PAM4 (4 Pulse Амплитудна модулация) модулацията на сигнала се използва главно за реализиране на предаване на сигнал 400G.
По отношение на опаковането на модула се използва OSFP или QSFP-DD и двата пакета могат да осигурят 8 интерфейса за електрически сигнали. За сравнение пакетът QSFP-DD е с по-малък размер и по-подходящ за приложения в центрове за данни; пакетът OSFP е малко по-голям по размер и консумира повече енергия, което го прави по-подходящ за телеком приложения.
Анализирайте „основната“ мощност на 100G/400G оптични модули
Представихме накратко внедряването на оптични модули 100G и 400G. Следното може да се види в схематичните диаграми на решението 100G CWDM4, решението 400G CWDM8 и решението 400G CWDM4:
100G CWDM4 схема
400G CWDM8 схема
400G CWDM4 схема
В оптичния модул ключът за реализиране на преобразуването на фотоелектричния сигнал е фотодетекторът. За да изпълните най-накрая тези планове, какви нужди трябва да посрещнете от „ядрото“?
Решението 100G CWDM4 изисква внедряване на 4λx25GbE, решението 400G CWDM8 изисква внедряване на 8λx50GbE, а решението 400G CWDM4 изисква внедряване на 4λx100GbE. В съответствие с метода на модулация, схемите 100G CWDM4 и 400G CWDM8 приемат NRZ модулация, която съответно съответства на скоростта на модулация на Устройства 25Gbd и 53Gbd. Схемата 400G CWDM4 приема схемата за модулация PAM4, която също изисква устройството да има скорост на модулация от 53Gbd или повече.
Скоростта на модулация на устройството съответства на честотната лента на устройството. За 100G оптичен модул с обхват 1310nm е достатъчен 25GHz InGaAs детектор или детекторна матрица.