Quản lý tín hiệu quang trong các cơ sở siêu quy mô hiện đại đặt ra một thách thức thường không được chú ý cho đến khi thiết bị bị hỏng. cácbộ suy giảm sợi quang-một thành phần thụ động được thiết kế để giảm công suất quang theo cách được kiểm soát-đóng vai trò là công cụ đơn giản giúp ngăn ngừa bão hòa máy thu, suy giảm tốc độ lỗi bit và tình trạng cháy máy thu phát sớm. Trong khi các bộ khuếch đại và bộ ghép kênh nhận được sự quan tâm không cân xứng về mặt kỹ thuật thì bộ suy hao vẫn là trọng tài thầm lặng trong việc tuân thủ ngân sách điện năng trên các kết nối liên kết phạm vi ngắn.

Vấn đề không ai nói đến

Đây là điều khiến ngay cả những kỹ sư giàu kinh nghiệm cũng phải bất ngờ. Bạn chỉ định một liên kết 100G đẹp mắt, cài đặt bộ thu phát QSFP28 hoàn toàn mới-, chạy sợi OM4 nguyên sơ trên một đường vá 15-mét-và đột nhiên bạn nhìn thấy lỗi. Không nhiều, nhưng đủ. Các liên kết thỉnh thoảng vỗ. Nhật ký hiển thị lỗi CRC tăng đột biến trong thời gian lưu lượng truy cập cao điểm.

Thủ phạm? Quá nhiều ánh sáng.

Bộ thu phát hiện đại-đặc biệt là SR4 và mô-đun sóng ngắn-sóng ngắn-bơm nguồn quang được tối ưu hóa cho khoảng cách định mức tối đa của chúng. Khi bộ thu phát định mức 100{6} mét đó chỉ cần đạt tới 8 mét, điốt quang nhận sẽ bị tấn công bởi nhiều photon hơn mức có thể xử lý tuyến tính. Máy dò bão hòa. Tính toàn vẹn tín hiệu sụp đổ. Và vì "quá nhiều tín hiệu" không phải là điều mà hầu hết các sơ đồ xử lý sự cố đều cân nhắc nên các nhóm sẽ lãng phí hàng giờ để tìm kiếm các lỗi cáp ảo.

Bộ suy giảm thực sự làm gì

Cơ chế này rất đơn giản. Bộ suy giảm đưa ra mức suy hao quang đã hiệu chỉnh-được đo bằng decibel-để đưa công suất nhận được vào cửa sổ độ nhạy được chỉ định của bộ thu phát. Hãy coi nó như kính râm dành cho chất xơ. Cơ chế vật lý cơ bản thay đổi tùy theo thiết kế: một số sử dụng các khe hở không khí để tạo ra tổn thất phản xạ Fresnel, một số khác sử dụng kính pha tạp hấp thụ và một số khác dựa vào độ lệch chính xác của sợi trong ống nối.

Cách tiếp cận dựa trên khoảng cách-(đôi khi được gọi là "nội tuyến" hoặc "kiểu cắm-") chiếm ưu thế trong việc triển khai trung tâm dữ liệu. Một khe hở không khí nhỏ giữa các mặt cuối của đầu nối-gây ra mức suy hao có thể dự đoán được-thường là 3dB đến 10dB đối với bộ suy giảm cố định. Bộ suy giảm quang học có thể thay đổi (VOA) cung cấp mức suy giảm có thể điều chỉnh thông qua các cơ chế dựa trên cơ học hoặc MEMS{8}}, mặc dù việc sử dụng chúng có độ phức tạp cao hơn và giới hạn chi phí cho các ứng dụng chuyên dụng như cân bằng kênh DWDM.

Hầu hết các kỹ sư mà tôi từng làm việc đều mặc định sử dụng bộ suy giảm 5dB-của họ. Đó không phải lúc nào cũng là lựa chọn đúng đắn, nhưng hiếm khi sai lầm nghiêm trọng.

Những con số quan trọng

Cập nhật nhanh về ngân sách năng lượng quang, vì đây là nơi xảy ra tính toán sai lầm. Mỗi biểu dữ liệu của bộ thu phát chỉ định phạm vi công suất phát (ví dụ: -1 đến +2 dBm) và cửa sổ độ nhạy của máy thu (có thể là -11,5 đến +2.4 dBm đối với thiết bị 25G SR). Sự khác biệt giữa công suất phát thực tế và độ nhạy tối thiểu của máy thu sẽ tạo nên ngân sách liên kết của bạn. Tổn hao đầu nối, suy hao cáp, tổn hao mối nối - tất cả đều được trừ vào biên độ này.

Nhưng đầu vào máy thu tối đa-mức trần +2.4 dBm{2}}cũng quan trọng như nhau. Vượt quá nó, và bạn đang vượt quá khả năng của máy dò. Hầu hết các bảng thông số kỹ thuật đều liệt kê ngưỡng "quá tải" ở đâu đó vượt quá độ nhạy tối đa, nhưng hoạt động trong vùng màu xám đó sẽ gây ra rắc rối. Đây là nơi các bộ suy giảm kiếm được tiền.

Giả sử bạn đang đo +1 dBm tại máy thu bằng dây nối dài 3- mét. Phạm vi tối ưu của máy thu của bạn đạt đến mức +1 dBm đối với hoạt động tuyến tính nhưng bạn đang thấy các lỗi bit không liên tục. Việc thêm bộ suy giảm 3dB sẽ giảm công suất nhận được xuống -2 dBm-một cách thoải mái trong phạm vi thông số kỹ thuật. Vấn đề đã được giải quyết và bạn có thể đã chi 8 đô la.

Kịch bản triển khai thực tế

Các trung tâm dữ liệu không đồng nhất. Phòng gặp mặt-của nhà cung cấp dịch vụ colocation hoạt động theo các ràng buộc khác với cấu trúc cột sống lá-của siêu quy mô. Các trường hợp sử dụng bộ suy giảm cũng khác nhau.

Kết nối nội bộ-giá đỡ.Đây là tình huống bánh mì-và-bơ. Máy chủ kết nối với các bộ chuyển mạch trên-của-giá đỡ thông qua cáp DAC 1-m hoặc 2{13}}mét thường không cần bộ suy giảm-bản thân các cáp này đã cung cấp mức suy hao vừa đủ. Nhưng khi cáp quang thay thế cáp đồng (ngày càng phổ biến với tốc độ 100G+ và xu hướng sử dụng hệ thống cáp có cấu trúc), những đường chạy dưới 5 mét đó sẽ trở thành vấn đề. Bộ thu phát SR công suất cao cấp trực tiếp vào các cổng lân cận tạo ra các vấn đề bão hòa được mô tả trước đó.

Giai đoạn thử nghiệm thiết bị.Trước khi triển khai sản xuất, các nhóm vận hành sẽ xác thực các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến trên thiết lập băng ghế dự bị. Các cấu hình thử nghiệm này thường sử dụng các đường dẫn tổn thất trực tiếp-đến{2}}sợi quang phía sau-không bị mất-một cách hiệu quả nhằm đảm bảo quá tải máy thu. Bộ suy giảm cho phép các kỹ sư mô phỏng tổn thất liên kết sản xuất mà không cần nối 300 mét sợi quang trong phòng thí nghiệm.

Tôi đã thấy ống suy hao-được dán vào bàn làm việc ở hàng chục phòng thí nghiệm. Không đẹp, nhưng chức năng.

Tích hợp thiết bị cũ.Các trung tâm dữ liệu Brownfield chắc chắn chứa các thiết bị từ nhiều thế hệ. Bộ thu 10G SFP+ được thiết kế cách đây một thập kỷ có thể có dải động hẹp hơn so với bộ thu phát 25G hiện đại. Khi các bộ thu cũ này kết nối với các bộ phát có công suất-hiện đại cao hơn, bộ suy hao sẽ thu hẹp khoảng cách mà không cần thay thế bộ thu phát.

Hệ thống CWDM/DWDM.Kiến trúc ghép kênh phân chia theo bước sóng-yêu cầu cân bằng công suất kênh chặt chẽ. Sự thay đổi 3dB giữa các kênh lân cận làm suy giảm OSNR và gây căng thẳng cho EDFA. Mỗi-VOA trên mỗi kênh-hoặc bộ suy giảm cố định trong quá trình vận hành-cân bằng sân chơi. Điều này vượt ra ngoài phạm vi sử dụng bộ suy hao cắm-và-đơn giản nhưng nguyên tắc vẫn giống nhau.

Một từ về các loại kết nối

LC thống trị quang học trung tâm dữ liệu hiện đại. SC vẫn xuất hiện trong các cài đặt cũ và một số thiết bị mang nhất định. FC thỉnh thoảng xuất hiện trong các thiết lập thử nghiệm. Đầu nối MTP/MPO phục vụ các kết nối quang song song-40G SR4, 100G SR4 và các kết nối kế tiếp của chúng-nhưng việc suy giảm kết nối nhiều sợi sẽ làm tăng thêm độ phức tạp. Thông thường, bạn sẽ thấy bộ suy giảm MTP được sử dụng ở cấp độ băng cassette thay vì các sợi riêng lẻ. Kết hợp đầu nối bộ suy giảm với cơ sở hạ tầng của bạn. Có vẻ hiển nhiên nhưng bộ điều hợp không khớp sẽ tạo ra các biến thể tổn thất chèn làm phức tạp việc tính toán ngân sách điện năng.

Điều gì xảy ra

Bộ suy giảm không phải là thiết bị phức tạp nhưng chúng rất dễ bị sử dụng sai mục đích.

Trên{0}}suy giảm được xếp hạng đầu tiên. Một kỹ sư nhận thấy lỗi máy thu, giả định bão hòa, lắp đặt bộ suy giảm 10dB-và lúc này tín hiệu quá yếu. Liên kết vẫn không hoạt động, nhưng bây giờ vì lý do ngược lại. Luôn đo công suất nhận thực tế trước khi chọn giá trị suy giảm.

Đầu nối bẩn là dạng lỗi cổ điển khác. Bộ suy giảm thêm giao diện kết nối vào liên kết. Mỗi giao diện là một cơ hội để ô nhiễm. Một hạt bụi cực nhỏ trên mặt cuối của ống nối APC-tạo ra tổn thất không thể đoán trước và thay đổi theo nhiệt độ và độ rung. Làm sạch mọi đầu nối. Mọi lúc. Không có ngoại lệ.

Tôi sẽ đề cập đến một điều nữa: quên mất bộ suy giảm ở đó. Tài liệu không thành công, liên kết gặp sự cố nhiều năm sau đó và không ai nhớ bộ suy giảm 7dB được chôn trong bảng vá lỗi. Đột nhiên một bản nâng cấp làm thay đổi công suất truyền tải một cách "bí ẩn" đã phá vỡ một liên kết đã hoạt động được 5 năm. Dán nhãn mọi thứ.

Thực tế mua sắm

Bộ suy giảm cố định có giá gần như không có gì-$5 đến $15 đối với các đơn vị LC cơ bản từ các nhà sản xuất có uy tín. Mua chúng với số lượng lớn. Giữ một ngăn kéo đầy đủ trong phòng thí nghiệm mạng. Các giá trị 1dB, 3dB, 5dB, 7dB và 10dB bao gồm 95% trường hợp. Bộ suy giảm có thể thay đổi chạy từ $50 đến $300+ tùy thuộc vào độ phân giải và loại trình kết nối; dự trữ chúng cho các ứng dụng hiệu chuẩn hoặc điều chỉnh.

Thương hiệu ít quan trọng hơn bạn nghĩ Tính chất vật lý của khe hở không khí được kiểm soát hoặc bộ phận hấp thụ không khác nhau đáng kể giữa các nhà cung cấp. Điều đó có nghĩa là, tránh-người bán không có tên tuổi trên các trang web thị trường-dung sai suy giảm không nhất quán và thông số kỹ thuật về tổn thất hàng trả lại kém sẽ khiến bạn phải đau đầu. Corning, Thorlabs và FS.com sản xuất sản phẩm đáng tin cậy. Các phụ kiện cáp quang của CommScope hoạt động tốt nếu bạn đã tham gia hệ sinh thái của họ.

Lợi ích tiềm ẩn: Tiêu chuẩn hóa

Đây là điều không được đưa vào hầu hết các cuộc thảo luận kỹ thuật. Bộ suy giảm cho phép tiêu chuẩn hóa ở quy mô lớn.

Các nhà khai thác siêu quy mô mua hàng chục nghìn bộ thu phát. Việc quản lý nhiều SKU bộ thu phát cho các khoảng cách liên kết khác nhau-10m so với 300m, chẳng hạn-tạo ra sự phức tạp trong quá trình mua sắm, đau đầu về hàng tồn kho và giảm bớt những cơn ác mộng. Thay vào đó, hãy tiêu chuẩn hóa trên một bộ thu phát công suất cao duy nhất được định mức cho khoảng cách tối đa, sau đó giảm bớt các liên kết ngắn hơn nếu cần. Chi phí của bộ suy giảm không đáng kể so với hiệu quả hoạt động đạt được từ các nhóm máy thu phát đồng nhất.

Cách tiếp cận này cũng đơn giản hóa việc khắc phục sự cố. Mọi bộ thu phát đều hoạt động giống hệt nhau. Ngân sách năng lượng trở nên có thể dự đoán được. Trao đổi bất kỳ cổng nào cho bất kỳ cổng nào khác trong thời gian ngừng hoạt động. Sự sang trọng kết hợp với quy mô mạng lưới.

Cân nhắc bước sóng

Hầu hết các bộ suy giảm chỉ định hoạt động ở 850nm, 1310nm, 1550nm hoặc một số kết hợp. Việc triển khai đa chế độ thường sử dụng 850nm (quang học SR). Chế độ-đơn phân chia giữa 1310nm (phạm vi tiếp cận trung gian, LR) và 1550nm (phạm vi tiếp cận mở rộng, ER và DWDM). Các giá trị suy giảm thay đổi đôi chút theo các bước sóng đối với-thiết bị loại hấp thụ-bộ suy giảm 5dB ở 1310nm có thể đo được 5,3dB ở 1550nm. Đối với các ứng dụng quan trọng, hãy xác minh thông số kỹ thuật phù hợp với bước sóng hoạt động của bạn.

Kết thúc suy nghĩ

Bộ suy giảm sợi quang sẽ không cách mạng hóa trung tâm dữ liệu của bạn. Họ không thú vị. Chúng không xuất hiện trong bản chào hàng của nhà cung cấp hoặc sơ đồ kiến ​​trúc. Nhưng chúng giải quyết được vấn đề thực sự về-độ bão hòa của bộ thu trong các liên kết-phạm vi tiếp cận ngắn-một cách rẻ tiền và đáng tin cậy. Chúng cho phép các chiến lược tiêu chuẩn hóa bộ thu phát giúp giảm chi phí vận hành trên quy mô lớn. Họ làm cho việc thử nghiệm thiết bị trở nên thực tế.

Giữ một kho các giá trị chung. Đo trước khi cài đặt. Ghi lại những gì bạn triển khai. Làm sạch các đầu nối của bạn. Đó thực sự là tất cả những gì có về nó.

Đôi khi các thành phần đơn giản nhất lại quan trọng nhất.