แอปพลิเคชันตัวรับส่งสัญญาณ BiDi: โซลูชันไฟเบอร์เดี่ยวสำหรับเครือข่ายสมัยใหม่

เครื่องรับส่งสัญญาณ BiDi (แบบสองทิศทาง) ส่งและรับข้อมูลพร้อมกันบนเส้นใยเดี่ยวโดยใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสองแบบและเทคโนโลยี WDM ช่วยลดจำนวนเส้นใยต่อการเชื่อมต่อลงครึ่งหนึ่งอย่างมีประสิทธิภาพมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมต่อแกนหลักของวิทยาเขต, เครือข่ายการเข้าถึง FTTH, ลิงก์ 5G fronthaul/backhaul, สถาปัตยกรรมวงแหวนรถไฟใต้ดิน และระบบเฝ้าระวัง CCTV บทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของเทคโนโลยีไฟเบอร์เดี่ยว BiDi ในทางปฏิบัติ จุดที่สมเหตุสมผล และสิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนดำเนินการปรับใช้

 

 

BiDi Single Fiber Transmission ทำงานอย่างไร

ตัวรับส่งสัญญาณดูเพล็กซ์มาตรฐานต้องใช้เส้นใยสองเส้น-เพื่อส่ง และเส้นใยหนึ่งรับ ตัวรับส่งสัญญาณ BiDi จะยุบให้เป็นเส้นเดียว ส่วนประกอบหลักคือตัวเปลี่ยนทิศทาง (diplexer) ซึ่งบางครั้งเรียกว่าตัวต่อ WDM ซึ่งอยู่ภายในโมดูลและทำงานสองงานพร้อมกัน โดยจับคู่ความยาวคลื่นการส่งผ่านที่สร้างขึ้นเฉพาะที่เข้ากับเส้นใย ขณะเดียวกันก็แยกความยาวคลื่นรับขาเข้าออกและนำทางไปยังเครื่องตรวจจับแสง

ที่อีอีอี 802.3ahเดิมข้อกำหนดกำหนดแนวทางนี้สำหรับ Gigabit Ethernet ใน First Mile (EFM) โดยใช้คู่ความยาวคลื่น 1310nm/1490nm บนไฟเบอร์โหมดเดี่ยว- ตั้งแต่นั้นมา แนวคิดนี้ได้ขยายขนาดให้มีอัตราข้อมูลสูงขึ้น โดยทั่วไปโมดูล 10G BiDi SFP+ ในปัจจุบันจะใช้คู่ 1270nm/1330nm เป็นระยะทาง 10–60 กม. ในขณะที่รุ่น 25G SFP28 BiDi รองรับระยะทางสูงสุด 40 กม. สำหรับการขนส่งเคลื่อนที่ 5G ที่ 100G นั้น QSFP28 BiDi ใช้ประโยชน์จากความยาวคลื่น CWDM สี่ช่วงที่กำหนดไว้ITU-T G.694.2(1271, 1291, 1311, 1331nm) เพื่อให้ได้การเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติก-การเข้าถึงแบบเดี่ยว-ในระยะสั้นภายในศูนย์ข้อมูล

รายละเอียดประการหนึ่งที่ทำให้ผู้คนไม่ระวัง: โมดูล BiDi จะต้องใช้งานเป็นคู่ที่ตรงกันเสมอ ด้าน A ส่งที่ความยาวคลื่นหนึ่งและรับที่อีกความยาวคลื่นหนึ่ง ด้าน B ทำย้อนกลับ การติดตั้งโมดูล Side A สองโมดูลที่ปลายด้านตรงข้ามของลิงก์หมายความว่าปลายทั้งสองข้างจะส่งผ่านความยาวคลื่นเดียวกันโดยไม่มีตัวรับสัญญาณใดถูกปรับให้ตรวจจับได้-ลิงก์จะมืดอยู่ นี่เป็นความล้มเหลวในการปรับใช้ทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผู้ติดตั้งดึงโมดูลที่เหมือนกันสองโมดูลจากถาดเดียวกัน แทนที่จะตรวจสอบป้ายกำกับ A/B ก่อนทำการแพตช์ การระบุสี-หรือการติดป้ายกำกับด้าน A และด้าน B ในขั้นตอนคลังสินค้าช่วยขจัดปัญหาเหล่านี้ส่วนใหญ่ ทำความเข้าใจกับกลไกเบื้องหลังการทำงานของโมดูลลิงค์ออปติคอลช่วยป้องกันความผิดพลาดประเภทนี้

 

เครือข่ายแกนหลักวิทยาเขตและองค์กร

ข้อโต้แย้งทางเศรษฐกิจสำหรับตัวรับส่งสัญญาณ BiDi นั้นมองเห็นได้ง่ายที่สุดในสภาพแวดล้อมของมหาวิทยาลัย ลองนึกถึงมหาวิทยาลัยขนาดกลาง-ที่มีการเชื่อมต่อไฟเบอร์ไปยังอาคารหลายสิบแห่งที่กระจายอยู่ในพื้นที่หลายร้อยเอเคอร์ อาคารแต่ละหลัง-ถึง-ลิงก์อาคารที่ใช้ตัวรับส่งสัญญาณดูเพล็กซ์มาตรฐานต้องใช้เส้นใยสองเส้น เปลี่ยนไปใช้ BiDi และทุกลิงก์จะลดลงเหลือเพียงเส้นเดียว

การประหยัดนี้จะเพิ่มขึ้นสำหรับสายแพตช์ งานต่อ และการใช้ไฟเบอร์-โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานในวิทยาเขตที่ยาวนานขึ้นซึ่งมีพื้นที่ท่อร้อยสายจำกัด จุดคุ้มทุน-ขึ้นอยู่กับความยาวของลิงก์ ราคาโมดูล และต้นทุนการติดตั้งในพื้นที่ ดังนั้นจึงแตกต่างกันไปในแต่ละโครงการ ในการวิ่งระยะสั้นซึ่งมีเส้นใยอยู่มาก กล้องดูเพล็กซ์อาจจะยังง่ายกว่า แต่เมื่อการนับเกลียวมีจำกัดหรือท่อร้อยสายที่เสื่อมสภาพไม่สามารถใช้สายเคเบิลได้มากขึ้น BiDi จะเปลี่ยนทิศทางทางเศรษฐกิจ

นอกเหนือจากต้นทุนวัสดุแล้ว เส้นที่น้อยลงหมายถึงความแออัดของท่อน้อยลง การต่อที่น้อยลงทำให้เกิดการสูญเสียการแทรก และการแก้ไขปัญหาที่ง่ายขึ้น สำหรับผู้วางแผนวิทยาเขต ปัจจัยในการตัดสินใจหลักคือความพร้อมของสาย ความยาวลิงก์ และงบประมาณเชิงมองเห็น คำแนะนำของเราในการประเภทตัวรับส่งสัญญาณ SFP ที่มีความเร็วต่างกันครอบคลุมตัวเลือกโมดูลหากคุณต้องการการเปรียบเทียบความเร็ว-ต่อ-

 

 

FTTH และเครือข่ายการเข้าถึงบรอดแบนด์

ไฟเบอร์-ไปยัง-การใช้งานที่บ้านถือเป็นแอปพลิเคชันที่มีความไวต่อไฟเบอร์มากที่สุด-สำหรับเทคโนโลยี BiDi ในสถาปัตยกรรม FTTH แบบจุด-ถึง- การเชื่อมต่อของผู้สมัครสมาชิกทุกครั้งต้องใช้ไฟเบอร์เฉพาะจากเทอร์มินัลสายออปติก (OLT) ไปยังสถานที่ การลดลงเหลือเพียงเส้นเดียวด้วย BiDi มีผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนโครงสร้างพื้นฐาน-แม้ว่าการประหยัดที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับราคาไฟเบอร์ในท้องถิ่น ความพร้อมใช้งานของท่อร้อยสาย และอัตราค่าแรงในการติดตั้ง

โปรแกรมบรอดแบนด์ระดับชาติขนาดใหญ่-หลายโปรแกรมได้นำ BiDi มาใช้เพื่อการเข้าถึง-การเชื่อมต่อเลเยอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้คู่ความยาวคลื่น 1310nm/1490nm หรือ 1310nm/1550nm ที่ความเร็ว 1G. 10รูปแบบ G นั้นพบเห็นได้ทั่วไปมากขึ้นเมื่อความต้องการแบนด์วิธเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความได้เปรียบด้านต้นทุนจะลดลงในกรณีที่ไฟเบอร์มีราคาถูกและมีอยู่อย่างมากมาย หรือในกรณีที่โทโพโลยีการเข้าถึงใช้ PON (เครือข่ายออปติกแบบพาสซีฟ) แทนที่จะเป็นสถาปัตยกรรมแบบจุด-ถึง-จุด ระบบ PON มีการจัดการความยาวคลื่นของตัวเอง และไม่ได้รับประโยชน์จากโมดูล BiDi ในลักษณะเดียวกัน

 

 

การขนส่ง 5G Fronthaul และ Backhaul

ในการสร้าง 5G ที่หนาแน่น BiDi ช่วยได้สองวิธี: ช่วยลดการใช้เกลียวและลดปริมาณสายเคเบิลในท่อที่หนาแน่น ไซต์เซลล์แต่ละแห่งอาจต้องการการเชื่อมโยงแบนด์วิธสูง-หลายรายการระหว่างหน่วยเบสแบนด์แบบรวมศูนย์และหัววิทยุระยะไกล และในการใช้งานในเมือง พื้นที่ท่อไฟเบอร์มักเป็นข้อจำกัดที่ยากที่สุดในการแก้ไข

โมดูล 25G SFP28 BiDi เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับ 5G fronthaul ซึ่งรองรับโปรโตคอล eCPRI และ CPRI ที่เชื่อมต่อหน่วยแบบกระจาย (DU) กับหน่วยวิทยุ (RU) คู่ความยาวคลื่น 1270nm/1330nm บนไฟเบอร์โหมดเดี่ยว-ครอบคลุมระยะทาง 10–20 กม. โดยทั่วไปของเซ็กเมนต์ส่วนหน้า สำหรับการรวมแบ็คฮอลจากไซต์เซลล์ไปยังคอร์โมบายล์ โมดูล 10G BiDi SFP+ จะจัดการการรับส่งข้อมูลด้วยต้นทุนต่อบิตที่ต่ำกว่า

สิ่งที่ทำให้ BiDi มีประโยชน์สำหรับผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือคือความสามารถในการนำไฟเบอร์สีเข้มที่มีอยู่กลับมาใช้ใหม่โดยไม่ต้องดึงสายเคเบิลใหม่ โรงงานไฟเบอร์ที่เดิมรองรับ 4G ด้วยการเชื่อมต่อแบบดูเพล็กซ์สามารถให้บริการลิงก์ได้มากขึ้นโดยสลับไปใช้ BiDi- ไม่มีการขุดร่องและไม่อนุญาตให้เกิดความล่าช้า แต่มีข้อเสียคือ ตัวแยกส่วนเพิ่มการสูญเสียการแทรก ซึ่งทำให้ระยะขอบของลิงก์กระชับขึ้น ในส่วนส่วนหน้าซึ่งมีงบประมาณด้านออปติคัลจำกัดอยู่แล้ว ให้ตรวจสอบงบประมาณด้านพลังงานก่อนที่จะสมมติว่า BiDi ทำงานในระยะห่างเดียวกันกับดูเพล็กซ์

รูปแบบการใช้งานรูปแบบหนึ่งที่น่าสังเกต: ผู้ปฏิบัติงานบางรายจับคู่ 25G BiDi fronthaul กับ 10G BiDi backhaul บนชุดไฟเบอร์เดียวกัน โดยใช้คู่ความยาวคลื่นที่ไม่-ทับซ้อนกัน (1270nm/1330nm สำหรับ fronthaul, 1490nm/1550nm สำหรับ backhaul) การอยู่ร่วมกันนี้ได้ผล แต่ต้องมีการวางแผนความยาวคลื่นอย่างระมัดระวังล่วงหน้า

 

เครือข่ายเมโทรและ WDM Ring

เครือข่ายพื้นที่มหานครเผชิญกับความตึงเครียดอย่างต่อเนื่องระหว่างการเติบโตของกำลังการผลิตและความพร้อมของไฟเบอร์ BiDi เข้ากันได้อย่างเป็นธรรมชาติกับสถาปัตยกรรมวงแหวนรถไฟใต้ดิน โดยที่แต่ละโหนดส่งผ่านการรับส่งข้อมูลทั้งสองทิศทางบนเส้นทางไฟเบอร์ที่ใช้ร่วมกัน

สำหรับการใช้งานในเมืองใหญ่ที่ต้องการคู่ความยาวคลื่น BiDi มากกว่าคู่เดียว เทคโนโลยีจะผสานรวมเข้ากับแบบพาสซีฟได้เป็นอย่างดีแพลตฟอร์ม CWDM mux/demux. การซ้อนทับช่อง BiDi หลายช่องบนเส้นใยเดียวกันจะช่วยเพิ่มขนาดความจุทีละน้อยโดยไม่ต้องสร้างเส้นใยใหม่ วิธีการแบบหลายชั้นนี้-BiDi สำหรับประสิทธิภาพไฟเบอร์บวก CWDM สำหรับความหนาแน่นของความยาวคลื่น-สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพด้านต้นทุนสำหรับผู้ให้บริการในภูมิภาค แม้ว่าต้นทุนทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับจำนวนช่องสัญญาณ ระยะทาง และคุณต้องการการขยายสัญญาณหรือไม่

 

 

การเฝ้าระวัง วิดีโอ และการใช้งานเฉพาะทาง

การติดตั้งกล้องวงจรปิดและกล้องวงจรปิด IP ความหนาแน่นสูง-เป็นกรณีการใช้งานที่ไม่ชัดเจนแต่ใช้งานได้จริง ระบบรักษาความปลอดภัยในวิทยาเขตขนาดใหญ่อาจเชื่อมต่อกล้อง IP 200 ตัวขึ้นไปกลับไปยังเซิร์ฟเวอร์การจัดการวิดีโอส่วนกลาง การเชื่อมต่อกล้องแต่ละตัวมีแบนด์วิธค่อนข้างต่ำ- แต่จำนวนไฟเบอร์รวมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยการเชื่อมต่อแบบดูเพล็กซ์

โมดูล BiDi SFP ที่ความเร็ว 1000BASE-BX จัดการลิงก์เหล่านี้บนเส้นใยเดี่ยว และตัวเชื่อมต่อ LC แบบ simplex ใช้พื้นที่แผงน้อยกว่าทางเลือกแบบดูเพล็กซ์ การแพร่ภาพวิดีโอดิจิทัล การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม และ-การสลับความหนาแน่นสูง-เป็น-การสลับการเชื่อมต่อระหว่างกันในพื้นที่แคบ ล้วนได้รับประโยชน์จากหลักการเดียวกัน

 

เมื่อ BiDi อาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด

BiDi ไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้องสำหรับทุกลิงก์ บางสถานการณ์ที่เลนส์ดูเพล็กซ์มาตรฐานอาจง่ายกว่าหรือเชื่อถือได้มากกว่า:

• ไฟเบอร์ก็มีมากมายแล้วหากท่อร้อยสายของคุณมีเกลียวสำรองจำนวนมาก การประหยัดไฟเบอร์จะไม่ชดเชยต้นทุนโมดูลที่สูงขึ้นและจับคู่-ความซับซ้อนของสินค้าคงคลังในคู่กัน
• ทีมชอบเลนส์ที่เหมือนกันทั้งสองด้านดูเพล็กซ์ใช้โมดูลเดียวกันที่ปลายแต่ละด้าน BiDi ต้องใช้ด้าน A และด้าน B สำหรับทีมที่มีประสบการณ์ด้านการมองเห็นที่จำกัด สินค้าคงคลังที่สม่ำเสมอจะช่วยลดข้อผิดพลาด
• ลิงก์ยาวและมีระยะขอบแสงที่แคบตัวแยกส่วนเพิ่มการสูญเสียการแทรก ในลิงก์ที่อยู่ใกล้กับการเข้าถึงสูงสุดของโมดูล การสูญเสียเพิ่มเติมนั้นอาจทำให้คุณอยู่นอกงบประมาณด้านพลังงาน
• แบบแผนการแพตช์ที่มีอยู่ถือว่าดูเพล็กซ์การเปลี่ยนไปใช้ BiDi หมายถึงการฝึกอบรมพนักงานใหม่และการอัปเดตเอกสาร สำหรับการปรับใช้ขนาดเล็ก ต้นทุนการเปลี่ยนแปลงอาจไม่คุ้มค่า
•  

รายการตรวจสอบการปรับใช้

ตรวจสอบรายการ	ทำไมมันถึงสำคัญ	สิ่งที่ต้องตรวจสอบ
การจับคู่คู่ A/B	โมดูลที่ไม่ตรงกันคือความล้มเหลวของ BiDi ที่พบบ่อยที่สุด	ยืนยันด้าน A ที่ปลายด้านหนึ่ง ด้าน B ที่อีกด้านหนึ่ง ติดฉลากก่อนจัดส่ง
งบประมาณพลังงานแสง	Diplexer เพิ่มการสูญเสียการแทรกเทียบกับโมดูลดูเพล็กซ์	คำนวณการลดทอนลิงก์ทั้งหมด เปรียบเทียบกับข้อมูลจำเพาะของโมดูล
ความขัดแย้งความยาวคลื่น	ความยาวคลื่น BiDi อาจทับซ้อนกับ CWDM/DWDM บนไฟเบอร์เดียวกัน	ทบทวนแผนความยาวคลื่นสำหรับเส้นทางไฟเบอร์ทั้งหมด
รองรับ DOM/DDM	การตรวจสอบแบบเรียลไทม์-ต่อ SFF-8472 จะตรวจจับการเสื่อมสภาพตั้งแต่เนิ่นๆ	ตรวจสอบโมดูลรายงานกำลัง Tx/Rx อุณหภูมิ และกระแสไบแอส
สินค้าคงคลังและอะไหล่	คุณต้องมีอะไหล่ทั้งฝั่ง A- และฝั่ง B-	สต็อกอะไหล่อย่างน้อยหนึ่งคู่ต่อไซต์ ติดฉลากให้ชัดเจน

 

 

ตัวอย่าง: งบประมาณ 10G BiDi Link มากกว่า 10 กม

ก่อนที่จะปรับใช้ BiDi บนลิงก์ใดๆ ให้ตรวจสอบว่าการสูญเสียเส้นทางทั้งหมดอยู่ภายในงบประมาณออปติคอลของโมดูล ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการทำงานสำหรับโมดูล 10G BiDi SFP+ บนเส้นทางไฟเบอร์โหมดเดี่ยว- 10 กม. โดยใช้มาตรฐานไอทู-T G.652Dพารามิเตอร์เส้นใย:

พารามิเตอร์	ค่า	แหล่งที่มา
การลดทอนไฟเบอร์ (1270nm, 10km)	0.35 เดซิเบล/กม × 10=3.5 เดซิเบล	ข้อมูลจำเพาะ G.652D, หน้าต่าง 1310 นาโนเมตร
การสูญเสียขั้วต่อ (2 คู่ที่แต่งงานแล้ว)	0.3 เดซิเบล × 2=0.6 เดซิเบล	เกรด TIA-568, LC/UPC
การสูญเสียการประกบกัน (การประกบฟิวชั่น 1 ครั้ง)	0.1 เดซิเบล × 1=0.1 เดซิเบล	ประกบฟิวชั่นทั่วไป
การสูญเสียส่วนเกินของ Diplexer (ปลายทั้งสองข้าง)	~1.0 เดซิเบล	โมดูลภายในตามเอกสารข้อมูลผู้ขาย
การสูญเสียเส้นทางโดยประมาณทั้งหมด	5.2 เดซิเบล
งบประมาณลิงก์โมดูล (ความไว Tx นาทีถึง Rx)	14.0 เดซิเบล	เอกสารข้อมูล 10G BiDi SFP+ ทั่วไป
มาร์จิ้นที่เหลืออยู่	8.8 เดซิเบล

อัตรากำไรขั้นต้น 8.8 dB นั้นสะดวกสบาย- โดยคำนึงถึงอายุของเส้นใย รอยต่อการซ่อมแซมในอนาคต และการปนเปื้อนของตัวเชื่อมต่อเมื่อเวลาผ่านไป หากระยะขอบนี้ลดลงต่ำกว่า 3 dB ให้พิจารณาใช้โมดูลกำลังที่สูงกว่า-หรือรูปแบบระยะการเข้าถึงที่สั้นกว่า เส้นการสูญเสียของไดเพล็กซ์เซอร์เป็นข้อแตกต่างที่สำคัญจากงบประมาณดูเพล็กซ์ ตัวรับส่งสัญญาณดูเพล็กซ์มาตรฐานที่อัตราข้อมูลเดียวกันจะเรียกคืนประมาณ 1 dB ของระยะขอบนั้น

 

 

คำถามที่พบบ่อย