Το «δίκτυο» έχει γίνει «αναγκαιότητα» για τους περισσότερους σύγχρονους ανθρώπους.
Ο λόγος για τον οποίο μπορεί να έρθει μια τόσο βολική εποχή δικτύου, η «τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών» μπορεί να ειπωθεί ότι είναι απαραίτητος.
Το 1966, το βρετανικό κινέζικο σόργο πρότεινε την έννοια της οπτικής ίνας, η οποία πυροδότησε το αποκορύφωμα της ανάπτυξης της επικοινωνίας οπτικών ινών παγκοσμίως. Η πρώτη γενιά συστημάτων φωτός που λειτουργούσαν στα 0,8 μm το 1978 τέθηκε επίσημα σε εμπορική χρήση και η δεύτερη γενιά ελαφρών κυμάτων Τα συστήματα επικοινωνίας που χρησιμοποιούν πολύτροπες ίνες στις πρώτες μέρες εισήχθησαν γρήγορα στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Μέχρι το 1990, το σύστημα οπτικών κυμάτων τρίτης γενιάς που λειτουργούσε στα 2,4 Gb/s και 1,55 μm ήταν σε θέση να παρέχει εμπορικές υπηρεσίες επικοινωνίας.
Ο «πατέρας των ινών» του σόργου, ο οποίος συνέβαλε καινοτόμα στη «μετάδοση φωτός σε ίνες για οπτική επικοινωνία», τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 2009.
Η επικοινωνία με οπτικές ίνες έχει γίνει πλέον ένας από τους βασικούς πυλώνες της σύγχρονης επικοινωνίας, διαδραματίζοντας κεντρικό ρόλο στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα. Θεωρείται επίσης σημαντικό σύμβολο της νέας τεχνολογικής επανάστασης στον κόσμο και το κύριο μέσο μετάδοσης πληροφοριών στη μελλοντική κοινωνία της πληροφορίας.
Τα τελευταία χρόνια, η αγορά εφαρμογών μεγάλων δεδομένων, υπολογιστικού νέφους, 5G, Internet of Things και τεχνητής νοημοσύνης έχει αναπτυχθεί ραγδαία. Η αγορά μη επανδρωμένων εφαρμογών που έρχεται φέρνει εκρηκτική ανάπτυξη στην κίνηση δεδομένων. Η διασύνδεση των κέντρων δεδομένων εξελίχθηκε σταδιακά σε έρευνα οπτικών επικοινωνιών. hot spot.
Μέσα στο μεγάλο κέντρο δεδομένων της Google
Το τρέχον κέντρο δεδομένων δεν είναι πλέον μόνο ένας ή μερικές αίθουσες υπολογιστών, αλλά ένα σύνολο συμπλεγμάτων κέντρων δεδομένων. Για να επιτευχθεί η κανονική εργασία διαφόρων υπηρεσιών Διαδικτύου και αγορών εφαρμογών, τα κέντρα δεδομένων πρέπει να συνεργαστούν. Σε πραγματικό χρόνο Και η μαζική αλληλεπίδραση πληροφοριών μεταξύ των κέντρων δεδομένων έχει δημιουργήσει τη ζήτηση για δίκτυα διασύνδεσης κέντρων δεδομένων και η επικοινωνία οπτικών ινών έχει γίνει απαραίτητο μέσο για την επίτευξη διασύνδεσης.
Σε αντίθεση με τον παραδοσιακό εξοπλισμό μετάδοσης δικτύου πρόσβασης τηλεπικοινωνιών, η διασύνδεση κέντρων δεδομένων πρέπει να επιτυγχάνει περισσότερες πληροφορίες και πιο πυκνή μετάδοση, κάτι που απαιτεί ο εξοπλισμός μεταγωγής να έχει υψηλότερη ταχύτητα, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερη σμίκρυνση. Ένας από τους βασικούς παράγοντες που καθορίζουν εάν αυτές οι δυνατότητες μπορούν να που επιτυγχάνεται είναι η μονάδα οπτικού πομποδέκτη.
Μερικές βασικές γνώσεις σχετικά με τις μονάδες οπτικού πομποδέκτη
Το δίκτυο πληροφοριών χρησιμοποιεί κυρίως οπτική ίνα ως μέσο μετάδοσης, αλλά ο τρέχων υπολογισμός και η ανάλυση πρέπει επίσης να βασίζονται σε ηλεκτρικά σήματα και η μονάδα οπτικού πομποδέκτη είναι η βασική συσκευή για την πραγματοποίηση φωτοηλεκτρικής μετατροπής.
Τα βασικά στοιχεία της οπτικής μονάδας είναι πομπός (υπομονάδα εκπομπής φωτός)/δέκτης (υπομονάδα λήψης φωτός) ή πομποδέκτης (μονάδα οπτικού πομποδέκτη), ηλεκτρικό τσιπ και περιλαμβάνει επίσης παθητικά εξαρτήματα όπως φακούς, διαχωριστές και συνδυαστές. Σύνθεση περιφερειακού κυκλώματος.
Στο άκρο εκπομπής: το ηλεκτρικό σήμα μετατρέπεται σε οπτικό σήμα από τον πομπό και στη συνέχεια εισάγεται στην οπτική ίνα από τον οπτικό προσαρμογέα. Στο άκρο λήψης: το οπτικό σήμα στην οπτική ίνα λαμβάνεται από τον δέκτη μέσω του οπτικού προσαρμογέα και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα και αποστέλλεται στην υπολογιστική μονάδα για επεξεργασία.
Σχηματική μονάδα οπτικού πομποδέκτη
Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας οπτοηλεκτρονικής ολοκλήρωσης, η μορφή συσκευασίας της μονάδας οπτικού πομποδέκτη έχει επίσης υποστεί ορισμένες αλλαγές. Πριν δημιουργηθεί η βιομηχανία οπτικών μονάδων, αναπτύχθηκε από τους μεγάλους κατασκευαστές τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού τις πρώτες μέρες. Οι διεπαφές ήταν ποικίλες και δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν καθολικά. Αυτό έκανε τις μονάδες οπτικού πομποδέκτη να μην είναι εναλλάξιμες. Για την ανάπτυξη της βιομηχανίας, δημιουργήθηκε η τελική «Συμφωνία πολλαπλών πηγών (MSA)». Με το πρότυπο MSA, εταιρείες που επικεντρώθηκαν ανεξάρτητα στην ανάπτυξη του πομποδέκτη άρχισαν να εμφανίζονται και ο κλάδος ανέβηκε.
Η μονάδα οπτικού πομποδέκτη μπορεί να χωριστεί σε SFP, XFP, QSFP, CFP κ.λπ. σύμφωνα με τη φόρμα συσκευασίας:
· Το SFP (Small Form-factor Pluggable) είναι ένα συμπαγές πρότυπο μονάδας πομποδέκτη με δυνατότητα σύνδεσης για εφαρμογές τηλεπικοινωνιών και datacom που υποστηρίζει ρυθμούς μεταφοράς έως και 10 Gbps.
Το XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) είναι μια μονάδα πομποδέκτη μικρού μεγέθους 10G που υποστηρίζει πολλαπλά πρωτόκολλα επικοινωνίας όπως 10G Ethernet, 10G Fiber Channel και SONETOC-192. Οι πομποδέκτες XFP μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις επικοινωνίες δεδομένων και τηλεπικοινωνιακές αγορές και προσφέρουν καλύτερα χαρακτηριστικά κατανάλωσης ενέργειας από άλλους πομποδέκτες 10 Gbps.
Το QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) είναι ένα συμπαγές, συνδεόμενο πρότυπο πομποδέκτη για εφαρμογές επικοινωνίας δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Ανάλογα με την ταχύτητα, το QSFP μπορεί να χωριστεί σε οπτικές μονάδες 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. Επί του παρόντος, το QSFP28 χρησιμοποιείται ευρέως σε παγκόσμια κέντρα δεδομένων.
· Το CFP (Centum gigabits Form Pluggable) βασίζεται σε μια τυποποιημένη μονάδα επικοινωνίας οπτικού διαχωρισμού πυκνού κύματος με ρυθμό μετάδοσης 100-400 Gbps. Το μέγεθος της μονάδας CFP είναι μεγαλύτερο από αυτό του SFP/XFP/QSFP και χρησιμοποιείται γενικά για μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις, όπως ένα δίκτυο μητροπολιτικών περιοχών.
Μονάδα οπτικού πομποδέκτη για επικοινωνία κέντρου δεδομένων
Η επικοινωνία με κέντρο δεδομένων μπορεί να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με τον τύπο της σύνδεσης:
(1) Το κέντρο δεδομένων στον χρήστη δημιουργείται από τη συμπεριφορά του τελικού χρήστη, όπως η περιήγηση στην ιστοσελίδα, η αποστολή και η λήψη μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και ροών βίντεο μέσω της πρόσβασης στο cloud.
(2) Διασύνδεση κέντρων δεδομένων, που χρησιμοποιείται κυρίως για αναπαραγωγή δεδομένων, λογισμικό και αναβαθμίσεις συστήματος.
(3) Μέσα στο κέντρο δεδομένων, χρησιμοποιείται κυρίως για αποθήκευση πληροφοριών, παραγωγή και εξόρυξη. Σύμφωνα με την πρόβλεψη της Cisco, η εσωτερική επικοινωνία του κέντρου δεδομένων αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 70% της επικοινωνίας του κέντρου δεδομένων και η ανάπτυξη της κατασκευής κέντρων δεδομένων έχει προκαλέσει την ανάπτυξη οπτικών μονάδων υψηλής ταχύτητας.
Η κίνηση δεδομένων συνεχίζει να αυξάνεται και η μεγάλης κλίμακας και ισοπεδωτική τάση του κέντρου δεδομένων οδηγεί την ανάπτυξη οπτικών μονάδων σε δύο πτυχές:
· Αυξημένες απαιτήσεις ρυθμού μετάδοσης
· Αύξηση της ζήτησης ποσότητας
Προς το παρόν, οι απαιτήσεις των παγκόσμιων οπτικών μονάδων κέντρων δεδομένων έχουν αλλάξει από οπτικές μονάδες 10/40G σε οπτικές μονάδες 100G.Το Alibaba Cloud Promotion της Κίνας θα γίνει το πρώτο έτος μεγάλης κλίμακας εφαρμογής οπτικών μονάδων 100G το 2018. Αναμένεται να αναβαθμιστεί Οπτικές μονάδες 400G το 2019.
Διαδρομή εξέλιξης μονάδας νέφους Ali
Η τάση των κέντρων δεδομένων μεγάλης κλίμακας έχει οδηγήσει σε αύξηση των απαιτήσεων απόστασης μετάδοσης. Η απόσταση μετάδοσης των πολυτροπικών ινών περιορίζεται από την αύξηση του ρυθμού σήματος και αναμένεται να αντικατασταθεί σταδιακά από ίνες μονής λειτουργίας. Το κόστος της σύνδεσης ινών αποτελείται από δύο μέρη: την οπτική μονάδα και την οπτική ίνα. Για διαφορετικές αποστάσεις, υπάρχουν διαφορετικές λύσεις.
· PSM4 (Παράλληλη μονή λειτουργία 4 λωρίδες)
· CWDM4 (Πολυπλέκτης χονδρικής διαίρεσης μήκους κύματος 4 λωρίδες)
Μεταξύ αυτών, η χρήση ινών PSM4 είναι τετραπλάσια από αυτή της CWDM4. Όταν η απόσταση σύνδεσης είναι μεγάλη, το κόστος λύσης CWDM4 είναι σχετικά χαμηλό. Από τον παρακάτω πίνακα, μπορούμε να δούμε μια σύγκριση των λύσεων οπτικών μονάδων του κέντρου δεδομένων 100G:
Σήμερα, η τεχνολογία υλοποίησης των οπτικών μονάδων 400G έχει γίνει το επίκεντρο της βιομηχανίας.Η κύρια λειτουργία της οπτικής μονάδας 400G είναι η βελτίωση της απόδοσης δεδομένων και η μεγιστοποίηση του εύρους ζώνης και της πυκνότητας θύρας του κέντρου δεδομένων. Η μελλοντική της τάση είναι να επιτύχει ευρεία κέρδος, χαμηλός θόρυβος, σμίκρυνση και ενσωμάτωση, για την κάλυψη των αναγκών ασύρματων δικτύων επόμενης γενιάς και εφαρμογών επικοινωνίας κέντρων δεδομένων εξαιρετικά μεγάλης κλίμακας.
Η πρώιμη οπτική μονάδα 400G χρησιμοποιούσε μια μέθοδο διαμόρφωσης σήματος 16 καναλιών 25G NRZ (Non-Returnto Zero) σε ένα πακέτο CFP8. Το πλεονέκτημα είναι ότι η τεχνολογία διαμόρφωσης σήματος 25G NRZ που έχει ωριμάσει στην οπτική μονάδα 100G μπορεί να δανειστεί, αλλά το μειονέκτημα είναι ότι 16 σήματα πρέπει να μεταδίδονται παράλληλα και η κατανάλωση ενέργειας και ο όγκος είναι σχετικά μεγάλες, κάτι που δεν είναι κατάλληλο για εφαρμογές κέντρου δεδομένων. Στην τρέχουσα οπτική μονάδα 400G, 53G NRZ 8 καναλιών ή 106G PAM4 4 καναλιών (4 Pulse Amplitude Modulation) η διαμόρφωση σήματος χρησιμοποιείται κυρίως για την πραγματοποίηση μετάδοσης σήματος 400G.
Όσον αφορά τη συσκευασία των μονάδων, χρησιμοποιείται OSFP ή QSFP-DD και και τα δύο πακέτα μπορούν να παρέχουν 8 διεπαφές ηλεκτρικού σήματος. Σε σύγκριση, το πακέτο QSFP-DD είναι μικρότερο σε μέγεθος και πιο κατάλληλο για εφαρμογές κέντρων δεδομένων. το πακέτο OSFP είναι ελαφρώς μεγαλύτερο σε μέγεθος και καταναλώνει περισσότερη ενέργεια, καθιστώντας το πιο κατάλληλο για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές.
Αναλύστε την ισχύ «πυρήνα» των οπτικών μονάδων 100G/400G
Παρουσιάσαμε εν συντομία την υλοποίηση των οπτικών μονάδων 100G και 400G. Τα ακόλουθα φαίνονται στα σχηματικά διαγράμματα της λύσης 100G CWDM4, της λύσης 400G CWDM8 και της λύσης 400G CWDM4:
Σχηματικό 100G CWDM4
Σχηματικό 400G CWDM8
Σχηματικό 400G CWDM4
Στην οπτική μονάδα, το κλειδί για την πραγματοποίηση της μετατροπής φωτοηλεκτρικού σήματος είναι ο φωτοανιχνευτής. Για να ανταποκριθείτε τελικά σε αυτά τα σχέδια, τι είδους ανάγκες πρέπει να καλύψετε από τον «πυρήνα»;
Η λύση 100G CWDM4 απαιτεί υλοποίηση 4λx25GbE, η λύση 400G CWDM8 απαιτεί υλοποίηση 8λx50GbE και η λύση 400G CWDM4 απαιτεί εφαρμογή 4λx100GbE του Συσκευές 25 Gbd και 53 Gbd. Το σχήμα 400G CWDM4 υιοθετεί το σχήμα διαμόρφωσης PAM4, το οποίο επίσης απαιτεί η συσκευή να έχει ρυθμό διαμόρφωσης 53 Gbd ή περισσότερο.
Ο ρυθμός διαμόρφωσης της συσκευής αντιστοιχεί στο εύρος ζώνης της συσκευής. Για μια οπτική μονάδα 100G ζώνης 1310 nm, αρκεί ένας ανιχνευτής InGaAs εύρους ζώνης ή συστοιχία ανιχνευτών 25 GHz.