Bidi sfp что такое

Обновлено: 03.07.2024

Съемный приемо-передающий модуль форм-фактора SFP (Small Form factor Pluggable) представляет собой компактное устройство в металлическом корпусе. С одной стороны, SFP модуль оснащен контактной группой для подключения к SFP-порту активного сетевого устройства, а с другой стороны оптическим интерфейсом для подключения к линии передачи. Оптические модули стандарта SFP предназначены для передачи и приёма оптических сигналов между сетевыми устройствами, соединенными между собой волоконно-оптическими линиями связи. Приемо-передатчики форм-фактора SFP поддерживают передачу данных на скоростях от 100 Мбит/с до 4.25 Гбит/с, наибольшей популярностью обладает модификация SFP модулей со скоростью передачи 1.25 Гб/с.

Спецификация INF-8074i впервые, опубликованная MSA в 2001 году, подробно описывает конструкцию и размеры корпуса, устройство электрического интерфейса SFP трансиверов, а так же конструкцию и размеры SFP-порта. Существует ряд спецификаций, которые описывают отдельные модификации и скорости передачи, основные документы можно найти на этой странице.

В спецификации INF-8074i, есть не большой пункт указывающий на необходимость цветовой маркировки на язычках толкателей модулей. В самой спецификации есть указания лишь на два варианта этой маркировки: черный цвет – многомодовой трансивер, синий цвет – одномодовый; в дальнейшем модификаций SFP трансиверов стало значительно больше и новые модели получали свою цветовую маркировку. Цветовая маркировка SFP модулей необходима для облегчения идентификации типа установленного в сетевое оборудование трансивера. Маркировка SFP модулей реализуется одним из двух способов в зависимости от особенностей корпуса трансивера:

производитель надевает на скобу для изъятия трансивера цветную втулку;
наносит метку краской.

Каждой длине волны присвоен свой цвет см. таблицу ниже. Сама идея подобной маркировки очень хороша и удобна для пользователей, но в реализации этой идеи есть определенные сложности, а именно производители SFP модулей используют не стандартизированные цвета, как следствие в некоторых случаях цвета маркировки от производителя к производителю сильно отличаются.

Наиболее ярким примером являются CWDM трансиверы, у которых каждая «пара» волн маркируется своим цветом, но цвета в зависимости от производителей не всегда совпадают.

Примеры цветовой маркировки

Самым простым выходом из подобного положения было бы закрепление за определенными моделями SFP трансиверов определенных цветовых маркеров на уровне спецификации или рекомендации, но к сожалению, подобного документа нет.

Таблица цветовых маркировок трансиверов

Принцип работы SFP модулей

Оптические модули SFP состоят из нескольких основных компонентов:

Передатчик (Tx) — лазер;
Приемник (Rx) — широкополосный фотоприемник;
Оптический/е разъем/ы;
Печатная плата;
Плата EEPROM;
Контактные дорожки;
Металлический корпус;
Механизм крепления.

Устройство SFP модуля

Получая информацию от коммутатора в виде электрических сигналов, трансивер преобразует её в оптический сигнал, который излучает лазер. И наоборот, принимаемый фотодиодом оптический сигнал преобразуется в электрический. Таким образом, информация проходит через съемный оптический приемо-передетчик в современных ВОЛС.

Одной из основных характеристик оптических модулей является оптический бюджет трансивера, именно от неё зависит максимальная дальность передачи. Оптический бюджет зависит от чувствительности приёмника и мощности излучения лазера, его легко вычислить по формуле:

где AR – оптический бюджет, Pmin — минимальная выходная мощность передатчика, Smax — максимальное значение чувствительности фотоприемника. Чем выше значения Pmin и Smax, тем больше оптический бюджет, а значит больше дальность работы данного трансивера. Этот параметр крайне важен при выборе трансиверов для систем уплотнения или на протяжённых участках.

Мониторинг рабочих параметров SFP (DDM)

Для контроля рабочих параметров в SFP модулях, как и в трансиверах других форм-факторов используют систему цифрового мониторинга – DDM. Digital Diagnostics Monitoring сокращенно DDM — функция цифрового контроля параметров производительности трансиверов форм-фактора SFP, SFP+ и XFP. Позволяет отслеживать в реальном времени рабочие параметры трансивера, такие как: подаваемое напряжение, температура трансивера, ток смещения лазера, и сходящая оптическая мощность TX, принимаемая оптическая мощность RX.

Устройство и работа этой системы описаны в спецификации SFF-8472. Более подробное описание DDM можно найти по ссылке.

Отличия от других форм-факторов

Трансиверы форм-фактора SFP пришли на смену промышленному стандарту съемных приемо-передатчиков GBIC. Вначале трансиверы форм-фактора SFP в профессиональной среде называли miniGBIC. Основным преимуществом по сравнению с аналогичными модулями GBIC являются его малые размеры и как следствие малая занимаемая площадь на лицевой панели сетевого устройства. Вследствие этого со временем SFP вытеснили GBIC, так как именно на их основе можно было делать активные сетевые устройства с высокой плотностью портов. На данный момент это наиболее компактный форм-фактор, обеспечивающий наибольшую плотность размещения портов на лицевой панели устройства. Благодаря этому качеству форм-фактор SFP получил развитие в виде SFP+ (10G), SFP28 (25G) SFP DD (100G).

Виды модулей SFP модулей

С момента публикации первой версии спецификации INF-8074i в 2001 году появилось множество видов и модификаций трансиверов на базе форм-фактора SFP. Ниже мы рассмотрим основные типы и разновидности:

SFP MSA – наиболее распространённый вид трансиверов. Они изготавливаются в соответствии с соглашениями MSA. Это означает, что они соответствуют всем требованиям спецификации и удовлетворяют требованиям стандарта.

Оптические модули SFP можно разделить по технологии передачи на следующие типы:

Двухволоконные SFP трансиверы – для организации связи используется два оптических волокна, одно для передачи, второе для приема оптических сигналов;
Одноволоконные (WDM, BiDi) SFP модули – простейший вид системы спектрального уплотнения, так как для передачи и приема оптических сигналов используется одно оптическое волокно, а принимаемый (Rx) и передаваемый (Tx) сигналы имеют разную длину волны;
CWDM SFP модули – это оптические трансиверы рассчитанные для формирования оптических сигналов в системах грубого спектрального уплотнения CWDM, визуально они ни чем не отличаются от двухволоконных аналогов, но за счет специальных передатчиков – лазеров и CWDM мультиплексоров позволяют создавать многоканальные системы передачи в рамках одного или нескольких волокон;
DWDM SFP приемо-передатчики – модули используемые в системах спектрального уплотнения DWDM.

Подавляющее большинство используемых сейчас модулей использует двухволоконную схему работы – выделенные порты передатчика и приемника. При этом наибольшую востребованность в Metro-сетях получили CWDM SFP трансиверы, в связи с тем, что при значительно малых первоначальных вложениях при помощи CWDM можно создать достаточно большую и в тоже время отказоустойчивую сеть в рамках города. В то время как, одноволоконные модули прочно заняли позицию в городских сетях на уровне доступа в условиях дефицита волокон и сетях FTTx, одними из самых популярных моделей WDM SFP трансиверов можно назвать одноволоконные модули с дальностью работы 3 км (арт. MT-SFP-G-WDM-03) и дальностью 20 км (арт. MT-SFP-G-WDM-20).

Виды SFP модулей

SFP CWDM-BIDI – это одноволоконный трансивер предназначенный для использования в CWDM системах. Приём и передача, в котором осуществляется по одному волокну на одной волне. Такое решение позволяет вдвое увеличить пропускную способность системы CWDM. Эти модули всегда просто отличить, т.к. вместо разъёма Duplex LC-мама из корпуса выходит пигтэйл с коннектором LC/APC. Дело в том, что внутри модуля установлен оптический циркулятор, для его нормальной работы необходима косая полировка – APC, линейного порта.

Большого распространения данный вид модулей не получил, ввиду сложности изготовления и ограниченности сферы применения – максимальный оптический бюджет таких модулей не превышал 24 дБ.

VideoSFP (SDI-SFP) – решение для передачи видео сигналов. Используется в студийном и вещательном оборудовании.

Передача видеоизображения для широкого вещания — это однонаправленная связь. Ввиду этой особенности передаваемого трафика, отличают VideoSFP transmitter (передатчик) и VideoSFP receiver (приёмник). Для организации соединения необходима пара разных модулей. Кроме того, модули VideoSFP могут оснащаться двумя приёмниками или двумя передатчиками, в зависимости от задачи.

Зная эти особенности необходимо подбирать VideoSFP очень внимательно. Ввиду специфичной области применения данный вид SFP мало распространён.

SmartSFP – данный вид модулей отличается не стандартной функциональностью. Обычные трансиверы предназначены для приёма и передачи информации, на этом их функционал заканчивается. Название SmartSFP означает, что модуль несёт дополнительный функционал, либо вообще не предназначен для передачи информации, а выполняет специфические функции. Например это может быть, измерение оптических характеристик линии или измерение качественных характеристик канала передачи. Необходимо отметить, что подобные решения достаточно нишевые и узкоспециализированные, но могут стать идеальным решением задачи.

На нашем сайте представлены модули SmartSFP семейства «Network Migration», они позволяют передавать SDH трафик по IP/MPLS сетям. К примеру, можно перенести каналы STM-1/4/16 в сеть пакетной коммутации или агрегировать потоки Е1 в единый STM-1 канал. Преимуществами использования данного семейства модулей, является возможность освободить оптические волокна, активное оборудование и сократить затраты на электроэнергию.

Copper SFP – широко распространённый вид SFP модулей. Отличительной особенностью является оснащение электрическим интерфейсом RJ45, вместо оптического. Благодаря этому к порту коммутатора можно подключить обычную витую пару. «Медные» SFP изготавливаются с использованием двух интерфейсов SGMII (10/100/1000M) и SerDes (1000M). Соответственно при выборе модуля нужно учитывать особенности сетевого оборудования.

Модуль Copper SFP

CSFP (compactSFP) – необычный вид трансиверов. По сути, это два одноволоконных WDM трансивера в стандартном корпусе SFP. Такой трансивер позволяет организовать два канала по 1G по двум волокнам, используя при этом только один порт в коммутаторе. Разумеется, сам коммутатор должен поддерживать трансиверы такого типа.

Принцип работы SFP модулей

xPON – специализированные трансиверы предназначенные для работы в пассивных оптических сетях, с топологией «дерево». Их можно разделить на два вида: OLT (Optical Line Terminal) и ONU (Optical Network Unit). Модули OLT используются в головном оборудовании, до абонентских устройств сигнал передаётся на волне 1490нм (2.5G) и принимается на волне 1310нм (1.25G). Существует несколько классов: B+, C+, C++, которые отличаются оптическим бюджетом.

На рынке систем спектрального уплотнения появилась долгожданная новинка: BiDi CWDM . Данная технология стала возможной благодаря разработке специальных BiDi CWDM SFP модулей :

Рисунок 1. BiDi CWDM SFP модуль

Основное отличие таких оптических модулей от классических CWDM SFP заключается в том, что для приема и передачи используется всего одна несущая длина волны.

Добиться этого удалось за счет применения специальных фильтров, установленных внутри SFP -модулей, с помощью которых сигналы T x /R x на одной лямбде разносятся по поляризации (работа аналогична работе оптического циркулятора).

На сегодняшний день BiDi CWDM SFP имеют максимальный оптический бюджет 16 dB и максимальную гарантированную дальность 40 km , имеют стандартный SFP форм-фактор и поддерживают горячую замену.

Благодаря BIDI CWDM SFP стало возможным повысить количество передаваемых 1.25 G каналов ( GbE / FC ) по одному оптическому волокну в 2 раза (с 9 до 18, используя все 18 длин волн CWDM в диапазоне 1270..1610нм). Но повышаются требования и к используемой оптической линии: все кроссировки и соединения должны быть выполнены с использованием APC -полировки для минимизации отраженного сигнала. Применение UPC -полировки приводит к резкому снижению полезного оптического бюджета, так как начинают возникать перекрестные искажения между сигналами T x и R x , поэтому исключения не составляет и разъем самого SFP -модуля. Из-за того, что очень тяжело сделать APC-полировку внутри самого SFP -модуля, используется пигтейл LC / APC , приваренный другим концом внутрь самого SFP -модуля.

Использование классических CWDM мультиплексоров также невозможно, из-за применяемой в разъемах UPC - полировки. Специально для работы с BIDI CWDM SFP разработан специальный CWDM мультиплексор с APC полировкой на всех разъемных соединениях. Схема применения показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема работы BiDi CWDM

Следующим этапом в развитии технологии станет разработка 10 G BiDi SFP + / XFP CWDM модулей, а также увеличение оптического бюджета у 1.25 G BiDi CWDM SFP .

Спектральное уплотнение и оборудование CWDM применяется с сетях передачи данных операторов связи различного уровня. С помощью уплотнения CWDM решаются разные задачи, будь то наращивание пропускной способности линии или увеличение количества передаваемых каналов связи. Увеличение пропускной способности достигается за счет передачи нескольких каналов данных со скоростью от 155Мбит/с до 10Гбит/c по одному волокну. Широкий набор скоростей передачи данных обеспечивается за счет наличия оптических трансиверов всех распространенных форм-факторов: CWDM SFP, GBIC, SFP+, XFP, X2 и XENPAK.

В стандартном случае для организации дуплексного канала связи в одном волокне используется две различных длины волны CWDM, при этом мультиплексор обеспечивает передачу до 9 дуплексных каналов CWDM по одному волокну. Протокол передачи данных для каждого канала CWDM выбирается произвольно, ограничение на такой выбор может накладываться только наличием приемо-передающих устройств или оптических трансиверов.

До недавнего времени ограничение в 9 дуплексных каналов в одном волокне не позволяло пассивным CWDM системам конкурировать с подобными системами на базе технологии спектрального уплотнения DWDM, которые позволяли организовать до 20 каналов в одном волокне.

Ситуация временно изменилась с появлением одноволоконных трансиверов CWDM. Например, при использовании одноволоконных модулей BiDi CWDM SFP вместо обычных CWDM SFP в одном волокне можно организовать 18 дуплексных каналов CWDM. Изменение временное, потому что с началом выпуска BiDi DWDM SFP для пассивных систем DWDM, они вернут свое двукратное преимущество в количестве каналов передачи данных. Хотя, с учетом всех факторов, целесообразность выпуска BiDi DWDM SFPвесьма низкая.

Специфика BiDi CWDM SFP заключается в том, что оптический трансивер принимает и передает данные на одной длине волны излучения. Такую возможность обеспечила интеграция в трансивер блока поляризационного уплотнения. По сути, это решение аналогично схеме с применением двухволоконных трансиверов и оптических циркуляторов для передачи данных по одному волокну. Фильтры CWDM мультиплексора нечувствительны к поляризации сигнала, что на практике подтверждено в решениях CWDM+TV, в которых циркуляторы ипользовались для задействования обратных симплексных каналов 1310 и 1550 нм.

Использование поляризационного уплотнения в модуле BiDi CWDM SFP накладывает ограничения на уровень обратного отражения в линии. Влияние обратного отражения на работу оптического циркулятора было ранее описано в статье «Оптический циркулятор». Для снижения уровня RL в линии BiDi CWDM необходимо использовать угловую полировку коннекторов APC. В стандартных отптических трансиверах полировка APC для феррул не применяется, поэтому в BiDi CWDM SFP используется BOSA с пигтейлом, соответственно и сам модуль BiDi CWDM SFP имеет вынесенный коннектор в виде пигтейла с оконцовкой LC/APC.

В системах BiDi CWDM используются обычные мультиплексоры на основе фильтров TFF или массивов AWG. Единственное отличие - это полировка коннекторов: у BiDi CWDM мультиплексора все порты имеют угловую полировку APC.

Решения на основе BiDi CWDM имеют вдвое больший потенциал, однако на начальном этапе стоимость таких решений выше, чем у систем CWDM, организованных по стандартной схеме.

Двунаправленная технология относится к режиму связи, который может обрабатывать данные в двух направлениях (отправка и получение) через оптические волокна. В отличие от традиционных модулей, которые используют два волокна для передачи данных (одно для отправки, и одно для приема), технология WDM BIDI позволяет модулям передавать и получать данные в/из взаимосвязанных сетевых устройств (таких как сетевые коммутаторы или маршрутизаторы) через одно волокно (как показано на рисунке 1), которая позволяет пользователям упростить свою кабельную систему, увеличить пропускную способность сети и сократить расходы. Благодаря этим преимуществам оптоволоконные модули WDM BIDI представляют интерес для применений 5G..

Типы и применения модулей WDM BIDI

На рынке модуль WDM BIDI имеют два различных дизайна интерфейса: одноволоконные и двухволоконные типы.

Одноволоконный модуль WDM BIDI

Как правило, большинство модулей WDM BIDI имеют один порт и используют LC simplex одномодовое волокно для передачи данных, например модули 1G SFP WDM BIDI, 10G SFP+ WDM BIDI, 25G SFP28 WDM BIDI и 50G QSFP28 (смотрите таблицу данных WDM BIDI, чтобы узнать больше).

В настоящее время эти одноволоконные модули WDM BIDI обычно используются в таких приложениях, как сети ISP, FTTX или линии связи ЦОД, которые требуют модуль 1/10/25/50 Гбит/с. Они могут быть установлены на коммутаторах, медиаконвертерах, конвертерах OEO для обеспечения высокой скорости и стабильности систем оптической передачи. В качестве примера возьмём FS SFP+ WDM BIDI модули, чтобы продемонстрировать применение трансиверов BiDi.

Сценарий 1: Пара модулей 10G WDM BIDI соединена через одиночый LC simplex оптический патч-корд для создания прямого соединения 10G двух коммутаторов 10G.

Модули SFP+ WDM BIDI работают на сетевых коммутаторах.

Сценарий 2: пара модулей SFP+ WDM BIDI подключается к двум оптоволоконным медиаконвертерам через SMF, а затем кабель Ethernet используется для подключения медиаконвертера и коммутатора. Таким образом, передача Ethernet в оптоволокно осуществляется.

SFP+ модуль WDM BIDI был развернут в медиаконвертере.

Сценарий 3: SFP+ WDM BIDI может использоваться для преобразования двух волокон в одно волокно с OEO конвертером. Соединения показаны на рисунке 4.

SFP+ модули WDM BIDI используются с конвертерами OEO.

Кроме того, сети 5G приветствуют модуль WDM BIDI 25/50G, поскольку они могут экономить оптоволоконные ресурсы и поддерживать высокую пропускную способность, сверхнизкую латентность и высокую надежность при передаче данных.

Двухволоконый модуль WDM BIDI

Модуль 40G QSFP+ WDM BIDI использует дуплексный интерфейс LC. Как показано на рисунке 5, они поддерживают два канала 20 Гбит/с, и каждый канал одновременно передает и принимает на двух длинах волн (850 нм и 900 нм) по дуплексному многомодовому волокну LC. Эта передача 40G достигнет расстояния 100 м на OM3 и 150 м на оптоволокне OM4.

Принцип работы QSFP WDM BIDI

Модуль 40G QSFP+ WDM BIDI - это экономичное решение обновления от 10G до 40G. Как показано на рисунке 6, обычно пользователи должны использовать кабель MTP для подключения 40G QSFP+ , установленного на обоих концах. Но соединения 10G обычно достигаются путем LC волокна. Если пользователи решают обновить систему 10G до 40G, им необходимо обновить кабельную систему. Но теперь, с модулем QSFP+ WDM BIDI, технические специалисты могут повторно использовать существующие 10G LC существующую оптическую кабельную систему, что приводит к миграции кабельной системы с нулевой стоимостью при обновлении от 10G до 40G.

Внимание, что модули WDM BIDI должны работать в парах. Это означает, что длины волн TX и RX взаимосвязанных модулей WDM BIDI должны совпадать. Например, модуль SFP+ WDM BIDI с 1310 нм TX и 1490 нм RX может использовать только с модулей SFP+ WDM BIDI с 1490 нм TX и 1310 нм RX.

Модуль WDM BIDI будет процветать в применении 5G

В области 5G передача front/mid/back-haul требует передачи данных с высокой скоростью, низкой латентностью и высокой надежностью для поддержки таких услуг, как телемедицина, автономное вождение и так далее. С учетом экономии ресурсов волокна и затрат, модули 25/50G WDM BIDI являются подходящим выбором для доставки данных на физическом уровне связи 5G.

При передаче 5G front-haul каждый AAU (Active Antenna Unit) и DU (Distribute Unit) достигается посредством оптического соединения точки-точки, которое требует большого количества волокон. Кроме того, 5G требует как минимум 10x улучшения скорости загрузки по сравнению с 4G, это означает, что необходима более высокая скорость передачи. Согласно двум аспектам, модули 25G WDM BIDI являются привлекательными решениями.

В 5G midhaul and backhaul передачах, высокоскоростные модули WDM BIDI 50G с модулей PAM4 хорошо подготовятся к скорости 100/200G, применяемой на уровнях конвергенции и ядра, чтобы удовлетворить требования нагрузки 5G bearer для большой емкости и нарезки сети.

Заключение

Модуль WDM BIDI является идеальным и выполнимым решением, которое может помочь конечным пользователям упростить подключение к сети и увеличить пропускную способность сети. Кроме того, 25/50G модуль WDM BIDI полностью подготовлен для обеспечения более высокой скорости и более надежной передачи данных в сети 5G.

Читайте также: