Модули оптических трансиверов 10G Ethernet SFP+ компании Source Photonics
В настоящее время на рынке телекоммуникационного оборудования для пассивных оптоволоконных сетей одни из самых востребованных — модули 10G Ethernet. Модули оптических трансиверов 10G Ethernet в формате SFP+ компании Source Photonics пользуются широким спросом у производителей телекоммуникационного оборудования благодаря отличному качеству, высокой надежности и доступной цене. Применение оптических трансиверов Source Photonics позволяет экономно и эффективно развивать и модернизировать оптоволоконные сети.
Компания Source Photonics является дочерним подразделением компании MRV (Калифорния, США), которая была образована в 1988 году. В 2007 году компания MRV приобрела одного из крупнейших производителей оптических трансиверов Fiberxon (www.fiberxon.com). Новая компания, образованная после слияния Fiberxon и Luminent (подразделения MRV, занимающегося производством оптических компонентов), получила название Source Photonics. Объединенная компания предлагает широкий спектр решений для городских сетей, а также сетей доступа и передачи данных, с объемами поставок, составляющими на сегодня более 1 млн трансиверов в квартал.
Компания Source Photonics предлагает широкий выбор трансиверов — от 100BASE-FX до 40GB в форм-факторе SFP, GBIC, XFP, X2, Xenpak и SFP+, совместимых с коммутаторами и маршрутизаторами ведущих мировых производителей. В портфолио компании широко представлены и транси-веры, предназначенные для работы в экстремальных температурных условиях без использования дополнительных средств обогрева или охлаждения помещения, в котором они установлены. Это обеспечивает возможность нормального функционирования трансиверов в температурном режиме от –40 до +85 °C вместо обычного диапазона от –5 до +70 °C. Такая функциональность позволяет снизить расходы на построение сетей в индустриальных и экстремальных условиях, так как нет необходимости в дополнительных дорогостоящих термоэлектрических устройствах.
Компания имеет центры разработки в США и Азии. Общее число ее сотрудников — свыше 1600, из них большинство работают в Тайване и Китае. Головной офис Source Photonics расположен в Лос-Анджелесе, США. Компания производит лазеры и лавинные фотодиоды для своих оптических трансиверов, а также осуществляет сборку и тестирование готовых модулей оптических трансиверов. Сборочное производство трансиверов расположено в континентальном Китае и на Тайване. Спрос на оптические трансиверы Source Photonics постоянно растет. Компания повышает объем производства оптических модулей. В 2012 году Source Photonics продала свыше 7,2 млн оптических модулей.
На рис. 1 показана динамика продаж оптических трансиверов Source Photonics за последние пять лет.
Модули оптических трансиверов
Оптические трансиверы являются сменными модулями для телекоммуникационного оборудования. Задача оптического трансивера заключается в преобразовании электрического сигнала в оптический. Оптические трансиверы предназначены для построения оптических линий связи и служат интерфейсом передачи данных по оптическому кабелю. Они используются в составе маршрутизаторов, коммутаторов, медиаконвертеров и других вычислительных устройств, оснащенных SFP-слотами. SFP (Small Form-factor Pluggable) модуль состоит из металлического корпуса, в котором установлена печатная плата с оптическими разъемами и интерфейсным разъемом. В SFP-модуль также входят FP (Фабри-Перо) лазер, работающий на определенной длине волны, фотодиодный APD (лавинный фотодиод) приемник на определенную длину волны, микросхемы для усиления и восстановления сигнала и микросхемы преобразования данных.
Стандарт оптических сменных модулей SFP+
Модули SFP+ (Enhanced Small Form-factor Pluggable) являются унифицированным и стандартизированным интерфейсом преобразования среды, призванным обеспечить высокоскоростное подключение к сетям передачи данных. Габаритные размеры модуля: 14,6х56,6х13,35 мм.
Трансивер состоит из оптических передатчика и приемника, схемы управления с каналом диагностики, оптических коннекторов для подключения оптоволоконного кабеля и интерфейсного разъема для подключения к аппаратуре коммутатора данных. На рис. 2 показаны структура и подключение модуля трансивера SFP+ к аппаратуре коммутации данных. Трансивер заключен в металлический корпус, что обеспечивает высокую прочность и надежность всего устройства.
SFP+ является расширенной версией приемопередатчика SFP, способного поддерживать скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Первая версия стандарта SFP+ была утверждена 9 мая 2006 года, а версия 4.1 стандарта — 6 июля 2009‑го.
SFP+ представляет собой протоколонезависимый оптический трансивер с поддержкой функции Hot swap (горячей замены). В трансиверах используются лазерные излучатели, работающие на длине волны 850, 1310 или 1550 нм. Номиналы длины волн соответствуют окнам прозрачности оптоволокна.
Уменьшение размеров SFP+ модуля существенно ухудшило его охлаждение, в результате чего модули SFP+ имеют существенно меньшую мощность по сравнению с другими модулями, поддерживающими скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Максимальная дальность передачи данных (длина оптического кабеля) между модулями SFP+ (по состоянию на середину 2013 г.) составляет 80 км.
Технология сменных передающих модулей (рис. 3) значительно увеличивает гибкость использования сетевого оборудования, его надежность и жизненный цикл. Сменные передающие модули позволяют одному и тому же устройству работать с большим количеством сред и протоколов. Переход с одной среды передачи данных на другую занимает считанные секунды, необходимые для того, чтобы извлечь один модуль SFP+ и заменить его другим.
Модули SFP+ предназначены для установки в порты SFP и подходят для создания каналов передачи данных на скорости 10 Гбит/с. Компания Source Photonics выпустила первые образцы оптических трансиверов 10GE в форм-факторе SFP+ в 2009 году.
SFP+ модули (табл. 1) существуют в вариантах с различными комбинациями приемника (RX) и передатчика (TX), что позволяет выбрать необходимую комбинацию для заданного соединения, исходя из используемого типа оптоволоконного кабеля: многомодового (MM) или одномодового (SM).
Длина волны, нм |
Дальность, км |
Тип оптоволокна |
Обозначение |
850 |
0,3 |
MM |
SR |
1310 |
10 |
SM |
LR |
1550 |
40 |
SM |
ER |
1310/1550 |
60 |
SM |
ER |
1550 |
80 |
SM |
ER/EW |
Существуют также двухволоконные CWDM (с длиной волн передатчика от 1310 до 1610 нм) SFP+ модули.
Особенности модулей SFP+:
- Позволяют организовать двустороннее соединение на скорости до 10,3 Гбит/с.
- Есть поддержка функции горячей замены модулей.
- Соответствуют рекомендациям SFF‑8472 (MSA).
- Дуплексный LC-коннектор.
- DFB-лазер передатчика, не требующий дополнительного охлаждения.
- Рабочая температура: –5…+70 °C.
- Встроенный диагностический интерфейс DDM (I2C).
- Соответствуют требованиям IEC‑60825.
Стандарт 10G Ethernet
Ethernet — это самый распространенный на сегодня стандарт локальных сетей. Ethernet успешно реализуется в различных физических средах — коаксиальная, витая пара, оптоволокно. За последние 40 лет, с момента своего зарождения в 1973 году, технология постоянно наращивала скорость передачи, пройдя этапы 10 и 100 Мбит/с, а затем преодолела рубежи 1 и 10 Гбит/с. В ближайшее время планируется довести скорость передачи для сетей Ethernet до 100 Гбит/с. Применение Ethernet в волоконно-оптических глобальных сетях обеспечило качественно новый уровень скорости передачи данных.
Датой рождения 10‑Гбит Ethernet принято считать 13 июня 2002 г. Деятельность по разработке стандарта 10GE началась в 1999 году. Первая экспериментальная сеть на базе стандарта была смонтирована в 2002 году в Лас-Вегасе (США). Цена за порт в то время составляла около $100 тыс. Благодаря усилиям разработчиков компаний — производителей оптических трансиверов цена одного порта в настоящее время снизилась более чем в тысячу раз. Оптические интерфейсы 10GE получили широкое распространение благодаря относительной дешевизне реализации и доступности всех компонентов. Широкая номенклатура различных типов оптических трансиверов позволяет строить сети с различной протяженностью линий: от нескольких десятков метров до нескольких десятков километров (табл. 2).
Стандарт LAN |
Тип оптоволокна |
Дальность, м |
Длина волны, нм |
Тип лазера |
Стандарт WAN |
10GBASE-SR |
ММ, сердечник 62 нм |
26 |
850 |
VCSEL |
10GBASE-SW |
10GBASE-SR |
ММ, сердечник 50 нм |
82 |
850 |
VCSEL |
10GBASE-SW |
10GBASE-SR |
ММ, с улучшенным |
300 |
850 |
VCSEL |
10GBASE-SW |
10GBASE-LX4 |
MM |
300 |
1310 |
4*DFB |
Неприменим |
10GBASE-LX4 |
SM |
10 000 |
1310 |
4*DFB |
Неприменим |
10GBASE-LR |
SM |
10 000 |
1310 |
DFB |
10GBASE-LR |
10GBASE-ER |
SM |
40 000 |
1550 |
EML |
10GBASE-ER |
10GBASE-ZR |
SM |
80 000 |
1550 |
EML |
Не IEEE |
10GBASE-LXM |
MM |
300 |
1310 |
DFB с EDC |
Неприменим |
Система обозначений оптических модулей Source Photonics
В таблице 3 показаны основные характеристики модулей оптических трансиверов 10G Ethernet в формате SFP+ компании Source Photonics.
Тип модуля |
Интерфейс |
Потребляемая |
Температурный |
Тип оптоволокна |
Дальность, |
SPP-10E-SRL-EDFD |
10GBASE-SRL |
1 |
–5…+85 |
MMF |
0,1 |
SPP-10SR-CDFF |
10GBASE-SR/W |
1 |
–5…+70 |
MMF |
0,3 |
FTM-311XC-L03G |
10GBASE-LRM |
1 |
–5…+70 |
SMF |
0,22 |
SPP-10E-LR-IDFP |
10GBASE-LR lite |
1 |
–40…+85 |
SMF |
1,4 |
SPP-10E-LR-CDFF |
10GBASE-LR /W |
1 |
–5…+70 |
SMF |
10 |
SPP-10E-LR-IDFF |
10GBASE-LR/W |
1 |
–40…+85 |
SMF |
10 |
SPPL-RO/OR-XE-BX-IDFA |
10GBASE-LR/W |
1,5 |
–40…+85 |
SMF |
10 |
SPP-10E-ER-I(C)DFC |
10GBASE-ER/W |
1,5 |
–40…+85 |
SMF |
40 |
SPP-10E-ZR-CDFA |
10GBASE-ZR/W |
1,8 2,1 |
–5…+70 –40…+85 |
SMF |
80 |
Структура и интерфейсы модуля трансивера SFP+ Source Photonics
На рис. 5 показана реализация интерфейса оборудования хоста (коммутатора данных) с модулем трансивера SFP+ компании Source Photonics.
10‑Гбит последовательные потоки данных передаются по дифференциальным линиям с использованием уровней CML-логики (согласование 100 Ом) (рис. 6). Для остальных управляющих сигналов используются стандартные ТТЛ-уровни. Питание всех модулей производится от одного источника 3,3 В.
Все SFP+ модули Source Photonics поддерживают функцию DDM (Digital Diagnostics Monitoring) цифрового контроля производительности трансивера, которая в реальном времени позволяет проследить параметры работы устройства, такие как рабочая температура, отклонение тока лазера, излучаемая и принимаемая оптическая мощность. А также поддерживается система сигнализации о выходе параметров за пределы установленных допусков. Для управления функциями диагностики служат сигналы стандартного I2C-интерфейса.
Со стороны коммутационного оборудования для передачи данных используется последовательный канал с CML (Current mode logic) с дифференциальными уровнями сигналов. На рис. 7 показаны сравнительные уровни логических сигналов для различных дифференциальных интерфейсов. А на рис. 8 представлена цоколевка стандартного интерфейсного разъема модулей SFP+.
- SFF‑8431 Specifications for Enhanced Small Form Factor Pluggable Module SFP+. Revision 4.1 6th of July 2009.
- Preliminary Datasheet SPP‑10E-ER-CDFA. Source Photonics.
- Интерфейсы 10 Gigabit//Сетевые решения
- Слепов Н. 10‑гигабитный Ethernet: сегодня и завтра // Первая миля. 2007. № 1.