ตัวรับส่งสัญญาณแสงช่วยลดการสูญเสียสัญญาณ

 

ความเสื่อมโทรมของสัญญาณถือเป็นปัญหาใหญ่ที่สุดในการส่งข้อมูลทางไกล-มาโดยตลอด ฉันเคยร่วมงานกับการติดตั้งเครือข่ายที่สายทองแดงไม่สามารถส่งข้อมูลได้ไกลเกิน 100 เมตรโดยไม่ทำให้คุณภาพลดลงอย่างเห็นได้ชัด นั่นคือสิ่งที่ตัวรับส่งสัญญาณแสงเข้ามามีบทบาท และจริงๆ แล้ว ความแตกต่างก็คือทั้งกลางวันและกลางคืน

 

เหตุใดการสูญเสียสัญญาณจึงมีความสำคัญ

 

นี่คือสิ่งที่คนส่วนใหญ่ไม่ทราบว่า-สายเคเบิลทุกเมตรทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทานขนาดเล็ก ด้วยทองแดงแบบดั้งเดิม คุณกำลังต่อสู้กับฟิสิกส์นั่นเอง สัญญาณไฟฟ้าอ่อนลงขณะเดินทาง รับสัญญาณรบกวนจากสายเคเบิลใกล้เคียง และเมื่อถึงจุดหมายปลายทาง สมมติว่าฝ่ายรับไม่ได้รับสิ่งที่คุณส่งไป

แต่แสงไม่สนใจการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า หนึ่งตัวรับส่งสัญญาณแสงแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติก โดยส่งผ่านไฟเบอร์ด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง (เอาล่ะ ประมาณ 200,000 กม./วินาที ในไฟเบอร์ แต่จะมีใครบ้างที่จะนับ) สิ่งสวยงามที่นี่คือโฟตอนไม่สูญเสียพลังงานแบบเดียวกับที่อิเล็กตรอนทำในระยะไกล

 

 

ตัวเลขไม่โกหก

 

ฉันดึงข้อมูลจริง-จากโครงการศูนย์ข้อมูลล่าสุด สาย Cat6 มาตรฐาน? คุณกำลังดูการสูญเสียประมาณ 20-30 dB ต่อกิโลเมตรที่ 1 GHz ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว-พร้อมตัวรับส่งสัญญาณคุณภาพใช่ไหม อาจจะ 0.3-0.5 dB/km ที่ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร นั่นไม่ใช่แค่ดีกว่าเท่านั้น แต่ยังอยู่ในลีกที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

โครงการหนึ่งที่เราทำเมื่อปีที่แล้วเกี่ยวข้องกับเครือข่ายมหาวิทยาลัยที่ทอดยาว 15 กิโลเมตร สำหรับรีพีทเตอร์ทองแดง เราจำเป็นต้องมีจุดขยายระดับกลาง 7-8 จุด การใช้ไฟเบอร์อย่างถูกวิธีเครื่องรับส่งสัญญาณเราไปแบบชี้-ถึง-จุด รีพีทเตอร์เป็นศูนย์ แน่นอนว่าการลงทุนเริ่มแรกนั้นสูงกว่า แต่ค่าบำรุงรักษาเพียงอย่างเดียวก็จ่ายส่วนต่างภายในเวลาไม่ถึงสองปี

 

พวกเขาทำงานอย่างไรจริงๆ

 

 

ภายในโมดูลเหล่านี้-และฉันได้เจาะลึกโมดูลบางส่วนในระหว่างเซสชันการแก้ปัญหา- คุณมีองค์ประกอบหลักสองอย่างที่ทำงานร่วมกัน ด้านเครื่องส่งสัญญาณจะรับสัญญาณไฟฟ้าของคุณและใช้เลเซอร์ไดโอด (หรือ LED สำหรับระยะทางที่สั้นกว่า) เพื่อสร้างพัลส์แสง ด้านตัวรับสัญญาณจะทำตรงกันข้าม โดยใช้โฟโตไดโอดเพื่อแปลงแสงที่เข้ามากลับเป็นกระแสไฟฟ้า

ส่วนที่ฉลาด? เครื่องรับส่งสัญญาณสมัยใหม่มีสิ่งที่เรียกว่าการวินิจฉัยแบบดิจิทัล คุณสามารถตรวจสอบระดับพลังงานแสงได้แบบเรียลไทม์- ซึ่งหมายความว่าคุณจะรู้ได้อย่างแน่ชัดเมื่อคุณภาพของสัญญาณเริ่มลดลงก่อนที่จะเกิดปัญหา มันช่วยเบคอนของเราได้มากกว่าที่ฉันจะนับได้

 

ประสิทธิภาพการวิ่งระยะไกลที่สำคัญจริงๆ

 

โมดูลการเข้าถึงระยะสั้น (มัลติโหมด 850 นาโนเมตร) โดยทั่วไปสามารถจัดการได้ไกล 300-550 เมตรได้ดี เราใช้สิ่งเหล่านี้อย่างต่อเนื่องเพื่อให้เซิร์ฟเวอร์-เพื่อ-สลับการเชื่อมต่อภายในแร็ค แต่จุดที่น่าสนใจคือเวอร์ชันโหมดเดี่ยว-ระยะไกล-ถึง 1310 นาโนเมตรหรือ 1550 นาโนเมตร ฉันเคยเห็นการวิ่งที่ผ่านการรับรองเป็นระยะทางเกิน 80 กิโลเมตรโดยที่ความแรงของสัญญาณยังอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้

มีการติดตั้งหนึ่งเดียวที่เชื่อมต่ออาคารสองหลังในเมืองเล็กๆ แห่งหนึ่ง เส้นใยยาว 19 กิโลเมตร ตัวรับส่งสัญญาณ LR ขนาด 10GBASE- ที่ปลายแต่ละด้าน และอัตราข้อผิดพลาดบิตยังคงอยู่ต่ำกว่า 10^-12 ลองกับทองแดงสิ อย่างจริงจังลองมัน

 

สิ่งที่คุณหลีกเลี่ยงจริงๆ

 

ความผันผวนของอุณหภูมิแทบจะไม่แตะสัญญาณแสงเลยเมื่อเทียบกับทองแดง ฉันได้ตรวจสอบลิงก์ที่ทำงานผ่านเส้นทางที่ไม่-ควบคุมสภาพอากาศ- ซึ่งอุณหภูมิโดยรอบเปลี่ยนแปลง 40 องศาระหว่างกลางวันและกลางคืน การเชื่อมต่อไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงแสดงการเปลี่ยนแปลงด้านประสิทธิภาพที่เห็นได้ชัดเจน เส้นใยเชื่อมโยง? มั่นคงดั่งหินดาน

Crosstalk เป็นอีกปัญหาหนึ่งที่ไม่ใช่- มัดเส้นใย 288 เส้นเข้าด้วยกันในสายเคเบิลเส้นเดียว-ไม่มีปัญหา ลองรวมคู่ทองแดงหลายๆ คู่เข้าด้วยกันโดยไม่มีการป้องกันแบบพิเศษ แล้วคุณก็จะสามารถสร้างฟาร์มเสาอากาศขึ้นมาได้ แต่ละคู่รบกวนเพื่อนบ้านและรถถังคุณภาพสัญญาณ

 

 

ความเป็นจริงด้านต้นทุน (เพราะเรื่องงบประมาณ)

 

ดูสิ ฉันจะไม่แสร้งทำเป็นว่าตัวรับส่งสัญญาณมีราคาถูก โมดูล 10G SFP+ คุณภาพมีราคา 200-500 ดอลลาร์สหรัฐฯ ขึ้นอยู่กับยี่ห้อและข้อมูลจำเพาะ แต่ต่อไปนี้คือการคำนวณที่สำคัญ: ตลอดการใช้งาน 10 ปี คุณอาจใช้จ่ายประมาณ 50 เหรียญสหรัฐต่อปีต่อตัวรับส่งสัญญาณ เมื่อคุณคำนึงถึงอัตราการเปลี่ยน เปรียบเทียบกับการใช้พลังงานของรีพีตเตอร์ทองแดง (ประมาณ 15-30 วัตต์ต่อตัว) บวกค่าใช้จ่ายในการทำความเย็น บวกกับการเยี่ยมชมการบำรุงรักษา โดยทั่วไปแล้วโซลูชันไฟเบอร์จะคืนทุนได้ประมาณปีที่ 3-4 จากนั้นจึงประหยัดเงินทุกปีหลังจากนั้น

 

เรื่องการติดตั้งที่ใช้งานได้จริงไม่มีใครพูดถึง

 

ความสะอาดของตัวเชื่อมต่อถือเป็นสิ่งสำคัญและมักถูกมองข้าม จุดฝุ่นบนปลายไฟเบอร์-เรากำลังพูดถึงอนุภาคขนาดเล็กมาก-อาจทำให้สูญเสีย 1-2 dB หรือมากกว่า ฉันมักจะเก็บอุปกรณ์ทำความสะอาดไว้ในชุดของฉันเสมอ เพราะฉันเห็นสายเคเบิลใหม่เอี่ยมสกปรกจากบรรจุภัณฑ์โดยตรง

นอกจากนี้ รัศมีการโค้งงอยังมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ติดตั้งส่วนใหญ่คิดอีกด้วย ไฟเบอร์สามารถรับมือการโค้งงอได้ แต่หักงอแรงเกินไป และทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กที่กระจายแสง สัญญาณอาจทำงานได้ในช่วงแรก แต่หกเดือนต่อมา คุณกำลังแก้ไขปัญหาการสูญเสียแพ็กเก็ตลึกลับ

 

ที่ที่เทคโนโลยีนี้โดดเด่นจริงๆ

 

ศูนย์ข้อมูลที่ใช้ลิงก์ 400G และ 800G จำเป็นต้องมีการส่งสัญญาณแบบออปติคอลอย่างแน่นอน ไม่มีทางเลือกอื่นที่เป็นทองแดงสำหรับความเร็วเหล่านั้นในระยะทางที่มีความหมาย แม้แต่อีเธอร์เน็ต 100G ก็ยังมีความสูงสูงสุดที่ 10 เมตรด้วยสายเคเบิล Twinax แบบพิเศษ และนั่นก็ช่วยได้มาก

ผู้ให้บริการโทรคมนาคมได้ใช้ออปติคอลเครื่องรับส่งสัญญาณมานานหลายทศวรรษแล้ว แต่สิ่งที่เปลี่ยนแปลงคือจุดต้นทุน สิ่งที่เคยเป็นเทคโนโลยีโทรคมนาคม-ในปัจจุบันกลายเป็นมาตรฐานในเครือข่ายองค์กร การใช้งานในวิทยาเขต แม้แต่การติดตั้งที่บ้านระดับไฮเอนด์บางรายการ

 

อนาคตดูดีขึ้นกว่าเดิม

 

โมดูลการสร้างถัดไป-กำลังส่งเกิน 1 Tbps ต่อความยาวคลื่นโดยใช้รูปแบบการปรับขั้นสูง ปัจจุบันบริษัทต่างๆ กำลังทำงานเกี่ยวกับตัวรับส่งสัญญาณ 1.6T แบบเสียบได้ ฟิสิกส์ของการส่งผ่านแสงทำให้เรามีพื้นที่ว่างในการเพิ่มความเร็วมากกว่าทองแดงที่เคยทำได้

นอกจากนี้โครงสร้างพื้นฐานไฟเบอร์จริงยังสามารถรองรับตัวรับส่งสัญญาณที่เร็วขึ้นโดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่ ฉันได้อัปเกรดเครือข่ายจาก 1G เป็น 10G เป็น 40G โดยใช้การรันไฟเบอร์แบบเดียวกัน เพียงแค่สลับโมดูลตัวรับส่งสัญญาณ นั่นคือความยืดหยุ่นในการอัพเกรดที่คุณไม่ได้รับจากทองแดง

 

บรรทัดล่างจากสนาม

 

หลังจากทำงานกับทั้งสองเทคโนโลยีมาหลายปี ฉันสามารถบอกคุณได้ว่าการลดการสูญเสียสัญญาณจากตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคอลไม่ใช่แค่การปรับปรุงแผ่นข้อมูลจำเพาะ-แต่เป็นความแตกต่างระหว่างเครือข่ายที่แทบจะไม่ทำงานได้กับเครือข่ายที่เพิ่งใช้งานได้ ปัจจัยความน่าเชื่อถือเพียงอย่างเดียวทำให้การลงทุนในสถานการณ์ส่วนใหญ่ที่มีระยะทางเกิน 100 เมตรหรือความเร็วเกิน 1 Gbps

เทคโนโลยีไม่สมบูรณ์แบบ คุณต้องมีการจัดการอย่างระมัดระวังมากขึ้น ตัวเชื่อมต่อต้องการการบำรุงรักษา และต้นทุนเริ่มแรกสูงขึ้น แต่เพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณในระยะทาง? ไม่มีอะไรอื่นเข้ามาใกล้ ไม่ได้อยู่ในสนามเบสบอลเดียวกันด้วยซ้ำ