Детальний технічний посібник із технології трансивера BiDi

Що таке трансивер BiDi

A Трансивер BiDi(скорочення від двонаправлений трансивер), також відомий як aдвонаправлений модуль SFP, єволоконно-оптичний трансиверщо дозволяєдвонаправлений зв'язокнад одним волокном. На відміну від традиційних подвійних-волоконно-оптичних модулів,Трансивери BiDi SFPвикористовувати технологію мультиплексування за довжиною хвилі (WDM) для одночасної передачі сигналів на різних довжинах хвиль в одному волокні, зберігаючи таким чином ресурси волокна. Зараз ця технологія широко поширена вFTTHмережі доступу, з’єднання центрів обробки даних, мережі корпоративних кампусів та інші сценарії.
 

Принцип роботи модулів BiDi SFP

Основний компонент aМодуль BiDi SFPце фільтр WDM (також званий дуплексер або диплексер). Цей пристрій розділяє та поєднує оптичні сигнали на різних довжинах хвиль, дозволяючидвонаправлене спілкуваннянад одним волокном.

Специфічний робочий процес: лазер передавача генерує оптичний сигнал на певній довжині хвилі (наприклад,волокно 1310 нм), який підключається до волокна через фільтр WDM і передається. Одночасно оптичний сигнал на іншій довжині хвилі (наприклад, 1550 нм), отриманий від волокна, відокремлюється фільтром WDM і надсилається на фотодетектор для перетворення в електричний сигнал.

Трансивери BiDi SFPнеобхідно використовувати в парі. Якщо кінець A передає на 1310 нм і приймає на 1550 нм, то кінець B повинен передавати на 1550 нм і приймати на 1310 нм. Неправильне сполучення довжин хвиль завадить встановленню зв’язку. Загальні комбінації довжин хвиль включають: 1310 нм/1490 нм, 1310 нм/1550 нм, 1270 нм/1330 нм та інші.

Різні комбінації довжин хвиль підходять для різних відстаней передачі. Комбінація 1310 нм/1550 нм зазвичай використовується для передачі на середні та великі -відстані (20-120 км), оскільки ці дві довжини хвилі мають нижче затухання в одномодовому-волокні; 1270 нм/1330 нм в основному використовується для додатків 10G і вищої швидкості на коротких і середніх відстанях (10-40 км).

Внутрішня структура модулів BiDi SFP

Модулі BiDi SFPв основному складаються з наступних компонентів:

TOSA (оптичний під-передавач): Містить лазерний діод (LD) і схему драйвера, що відповідає за перетворення електричних сигналів в оптичні на певній довжині хвилі. До поширених лазерів належать лазери DFB (розподіленого зворотного зв’язку) і лазери FP (Фабрі-Перо). Лазери DFB мають чудову стабільність довжини хвилі та придатні для-передачі на великі відстані; FP-лазери є-рентабельними та здебільшого використовуються для застосування-на коротких відстанях.

ROSA (оптичний під-приймач): Містить фотодетектор (PIN або APD) і схему попереднього підсилювача, що відповідає за перетворення отриманих оптичних сигналів в електричні. Детектори PIN-кодів використовуються для звичайних застосувань, тоді як детектори APD мають вищу чутливість і використовуються для-передачі на великі відстані.

Фільтр WDM: критичний компонент модулів BiDi, який використовує технологію тонкоплівкового фільтра або технологію решітки для розділення передачі та прийому оптичних сигналів на різних довжинах хвиль. Продуктивність фільтра безпосередньо впливає на внесені втрати модуля та характеристики ізоляції. Високоякісні-фільтри можуть досягти ізоляції каналів понад 30 дБ, гарантуючи, що сигнали передачі та прийому не заважають один одному.

Плата та інтерфейс: Забезпечує керування живленням, обробку сигналів і функції DDM (цифровий діагностичний моніторинг). Сумісний із такими стандартами, як SFF-8472, він дозволяє зчитувати такі параметри модуля, як температура, напруга та оптична потужність, через інтерфейс I²C.

Весь модуль упакований у стандартні SFP, SFP+, QSFP або інші корпуси зSCабоLCсимплексні інтерфейси на порту.
 

Переваги трансиверів BiDi SFP

Зменшене використання клітковини: Рішення для передачі по одному-оптоволокну зменшує використання оптоволокна на 50%, що дає значні переваги в проектах, де ресурси оптоволокна обмежені або вартість кабелю висока. Зокрема, у великомасштабних-сценаріях розгортання, таких як міські мережі та мережі доступу FTTH, економія витрат на оптоволокно є значною. Випадкове дослідження центру обробки даних показало, що впровадження рішення BiDi зменшило витрати на придбання оптоволокна та будівництво приблизно на 35%.

Спрощене встановлення кабелів: Зменшує кількість з’єднань волокна та портів ODF, знижуючи складність конструкції та вартість праці. У проектах модернізації наявні одножильні-ресурси оптоволокна можуть бути повністю використані без необхідності повторного підключення. Це особливо важливо для застарілих центрів обробки даних із вузьким приміщенням для обладнання та повними кабельними лотками.

Зменшена зайнятість місця: Конструкція з одним-портом зменшує простір, який займають коммутаційні панелі та шафи, що робить його придатним для середовищ із високою-щільністю розгортання. 24-портова патч-панель BiDi може керувати 48 з’єднаннями, подвоюючи ефективність використання простору.

Висока гнучкість: Під час модернізації мережі, якщо наявних оптоволоконних ресурсів недостатньо,BiDi волокнорозгортання може швидко розширити потужність без-масштабної заміни проводки. Ця гнучкість дуже цінна для сценаріїв, що вимагають високої безперервності бізнесу.

Однак рішення BiDi також має обмеження. Передача по одному-волокну висуває вищі вимоги до якості волокна, при цьому такі фактори, як радіус вигину та чистота, мають більший вплив на продуктивність передачі. Забруднення торця волокна або надмірний вигин може збільшити перехресні перешкоди між двома сигналами довжини хвилі, впливаючи на стабільність з’єднання. Крім того, під час ізоляції несправностей, на відміну від дво-волоконних рішень, де канали TX і RX можна перевіряти окремо,BiDi волокновимагає цілісної оцінки, що робить технічне обслуговування дещо складнішим.

Модулі BiDi SFP проти традиційних подвійних-волоконно-оптичних модулів

Принципова відмінність міжМодулі BiDi SFPа традиційні дво{0}}волоконно-оптичні модулі — це те, як вони використовують фізичне середовище передачі.Розгортання дуплексного волокнавикористовує два незалежних волокна, одне призначене для передачі, а інше для прийому, з повною ізоляцією фізичного рівня.Трансивери BiDiдосягти двонаправленої передачі по одному волокну за допомогою технології мультиплексування за довжиною хвилі.

Форма інтерфейсу
Подвійні-волоконно-оптичні модулі використовують дуплексні інтерфейси LC або SC із двома портами;двонаправлені модулі SFPвикористовувати симплексні інтерфейси лише з одним портом.

Парне використання
Традиційні подвійні-волоконно-оптичні модулі можуть використовувати ідентичні модулі на обох кінцях (наприклад, 1000BASE-LX на обох кінцях), оскільки їхні довжини хвиль передачі та прийому однакові.Трансивери BiDi SFPслід використовувати в парі з різними комбінаціями довжин хвиль (наприклад, 1310 нм TX/1550 нм RX на одному кінці та 1550 нм TX/1310 нм RX на іншому).

Перспектива витрат
Модуль BiDi SFPЦіни за одиницю зазвичай на 20%-40% вищі, ніж аналогічні подвійні-волоконні модулі, оскільки фільтри WDM збільшують витрати на виробництво. Однак у проектах, які потребують міжміського кабелю або де ресурси оптоволокна обмежені, загальна вартість (модуль + оптоволокно + конструкція) може бути нижчою.

Надійність
Рішення з подвійним-волокном мають дещо сильнішу -захист від перешкод завдяки фізичній ізоляції передачі та прийому; Рішення BiDi залежать від продуктивності фільтра та мають суворіші вимоги до якості волокна. Проте з удосконаленими виробничими процесами, сучаснимиМодулі BiDi SFPмають надійність, що наближається до дво-волоконних модулів.

Важливо зазначити, що «двонаправлений» і «дуплексний» — це два різні поняття. Дуплекс відноситься до методу передачі даних (повний дуплекс або напівдуплекс).БіДівідноситься до методу використання фізичного носія.Трансивери BiDi SFPпродовжують працювати в повному дуплексному режимі, лише реалізованому через одне волокно.
 

Типи трансиверів BiDi

Класифікація за швидкістю

1G BiDi SFP: використовується для Gigabit Ethernet, наразі це найпоширеніший тип модуля BiDi. Типовими комбінаціями довжин хвиль є 1310 нм/1490 нм або 1310 нм/1550 нм із дальністю передачі від 3 до 120 км. В основному застосовується в корпоративних мережах, мережах кампусів, доступу FTTH та інших сценаріях.

10G BiDiSFP+: Використовується для 10 Gigabit Ethernet, комбінації довжин хвиль зазвичай становлять 1270 нм/1330 нм (на короткі та середні відстані) або 1490 нм/1550 нм (на великі відстані). Відстань передачі коливається від 10 км до 80 км. Широко застосовується у з’єднаннях центрів обробки даних, міських мережах та інших сценаріях.

25G BiDi SFP28: Використовується для 25G Ethernet із використанням меншого інтервалу довжин хвиль (наприклад, 1295 нм/1309 нм) із відстанями передачі 10-40 км. В основному використовується для доступу до серверів і мереж зберігання у високопродуктивних центрах обробки даних.

40G BiDi QSFP+: використовує конструкцію з подвійним-волокном, але інтегруєтьсяWDMтехнологія, де кожне волокно забезпечує двонаправлену передачу 20 Гбіт/с. Використовує діапазон довжин хвиль 832-918 нм, працює на багатомодовому волокні OM3/OM4 з відстанями передачі 100-150 метрів. Підходить для з’єднання високої щільності в центрах обробки даних.

100G BiDi QSFP28: Використовує технологію модуляції PAM4 із пропускною спроможністю однієї довжини хвилі 50 Гбіт/с, що забезпечує двонаправлену передачу 100 Гбіт по одному-модовому волокну. Відстань передачі 10-40 км, використовується для з’єднань між центрами обробки даних.

Класифікація за технологією довжини хвилі

Стандартний BiDi: використовує пари фіксованих довжин хвиль, наприклад 1310 нм/1550 нм. Менша вартість і найбільш широке застосування.

CWDM BiDi: Використовує технологію грубого мультиплексування за довжиною хвилі, діапазон довжин хвиль 1270 нм-1610 нм з інтервалом довжин хвиль 20 нм. Може мультиплексувати кілька довжин хвиль на одному волокні, підходить для міських мереж і передачі на великі відстані.

DWDM BiDi: Використовує технологію щільного мультиплексування за довжиною хвилі з інтервалом довжини хвилі лише 0,8 нм (100 ГГц) або 0,4 нм (50 ГГц), що відповідає стандартам ITU-T G.694.1. Використовується для магістральних мереж і передавання на над-наддалекі-відстані, досягаючи надзвичайно високого використання спектру волокна.

Класифікація за сценарієм застосування

Модулі PON BiDi: Спеціально розроблено для пасивних оптичних мереж FTTH/FTTB, таких як EPON, GPON, 10G-EPON тощо. На стороні OLT і на стороні ONU використовуються різні комбінації довжин хвиль, із типовими конфігураціями: 1490 нм у нижній частині/1310 нм у вихідній. Деякі системи PON також накладаються на довжину хвилі 1550 нм для передачі сигналу CATV.

Модулі BiDi центру обробки даних: оптимізовано для середовищ центрів обробки даних, підтримує функції DDM, низьке енергоспоживання та високу-щільність розгортання. Загальні тарифи: 10G, 25G і 100G.

Модулі BiDi-несучого класу: Відповідає вимогам до надійності оператор-класу, з діапазоном робочих температур від -40 градусів до +85 градусів, пройшовши суворе екологічне випробування. Використовується на зовнішніх базових станціях, вузлах міської мережі та інших суворих середовищах.

Промислові-модулі BiDi: покращена здатність проти-перешкод і механічна міцність, підходить для промислової автоматизації, інтелектуального транспорту та інших сценаріїв.

Сфери застосування трансиверів BiDi

FTTH Fiber-до--дому: основний сценарій застосування для мереж широкосмугового доступу оператора.БіДірішення між OLT і ONU заощаджують 50% витрат на оптичну розподільчу мережу (ODN). Сотні мільйонів користувачів FTTH у всьому світі використовують технологію BiDi. Низхідні дані зазвичай використовують довжину хвилі 1490 нм, вихідні дані використовують довжину хвилі 1310 нм, а деякі системи також використовують 1550 нм для передачі сигналу CATV, досягаючи мультиплексування трьох-хвиль.

Мережі ЦОД: З’єднання від-до-стійки, від-до-підлоги та між--кампусом. У -хмарних центрах обробки даних із високою щільністюБіДіРішення можуть зменшити використання оптоволокна на 50%, зменшуючи складність кабелів. Особливо в проектах модернізації, коли наявні оптоволоконні ресурси не можуть задовольнити вимоги до оновлення пропускної здатності, BiDi є найбільш економічним рішенням.10G BiDi SFP+і25G BiDi SFP28моделі, які зазвичай використовуються в центрах обробки даних.

Корпоративні кампусні мережі: перехресне-побудова та перехресне-блокове підключення корпоративних мереж. Порівняно з розгортанням подвійної кількості волоконно-оптичних кабелів,БіДірішення можуть значно скоротити витрати та терміни будівництва. Підходить для розподілених мереж у школах, лікарнях, промислових парках та інших місцях.

Системи охоронного спостереження: Великі проекти відеоспостереження часто включають сотні чи навіть тисячі камер із величезним навантаженням на оптоволоконні кабелі.БіДіРішення можуть зменшити кількість зварювальних з’єднань і портів ODF на 50%, прискорюючи процес будівництва та знижуючи кількість відмов. Зокрема, у проектах модернізації можна повністю використати наявні одно-ресурси оптоволокна.

Мережі 5G Fronthaul/Midhaul: Передача даних між базовими станціями мобільного зв’язку та базовими мережами. З високою щільністю базових станцій 5G і вимогами до пропускної здатності технологія BiDi ефективно зберігає ресурси оптоволокна.Модулі 10G/25G BiDiшироко застосовуються в мережах 5G.

Промисловий Ethernet: такі сценарії, як «розумні» фабрики, енергетичні системи та контроль руху. Промислове середовище має високі вимоги до надійності, але часто обмежений простір для розводки кабелів.БіДіРішення зменшують використання оптоволокна, одночасно зменшуючи труднощі підключення кабелю. Промислові-модулі BiDi мають широкий температурний дизайн і покращену-захист від перешкод.

Мережі мовлення: передача сигналу CATV та послуги IPTV. Деякі мережі мовлення використовують технологію BiDi для досягнення волоконно-оптичної трансформації HFC-мереж, покращуючи пропускну здатність мережі за допомогою наявних оптоволоконних ресурсів.

Програми Smart City: сценарії Інтернету речей, такі як розумний транспорт, розумне вуличне освітлення та моніторинг навколишнього середовища. Ці програми зазвичай мають розкидані точки розгортання та значні відстані, зБіДірішення, які значно знижують витрати на оптоволоконну інфраструктуру.

Важливо зазначити, що вибір міжБіДіі традиційні рішення з подвійним-оптоволокном потребують комплексного розгляду-специфічних обставин проекту: якщо ресурси оптоволокна є багатими, відстані короткими, а бюджети достатніми, рішення з подвійним-волокном можуть бути простішими та надійнішими; якщо ресурси оптоволокна обмежені, вартість кабелю висока, і потрібне швидке розгортання,БіДірішення пропонують явні переваги.