Модули оптических трансиверов 10G Ethernet SFP+ компании Source Photonics

№ 11’2013
PDF версия
Американская компания Source Photonics является ведущим производителем высокопроизводительных оптоволоконных компонентов для телекоммуникационных систем, в частности модулей оптических трансиверов для сетей BPON, GPON и GEPON. Компания выпускает широкий спектр оптических модулей трансиверов с разным форм-фактором и с различными значениями скорости и дальности передачи данных по оптоволокну.
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.

Динамика роста продаж оптических трансиверов Source Photonics

Рис. 1. Динамика роста продаж оптических трансиверов Source Photonics

 

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.

Структура и подключение модуля трансивера SFP+

Рис. 2. Структура и подключение модуля трансивера SFP+

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.

Сменный модуль оптического трансивера 10GE в форм-факторе SFP+

Рис. 3. Сменный модуль оптического трансивера 10GE в форм-факторе SFP+

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).

Таблица 1. Разновидности SFP+ модулей и их обозначения

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).

Таблица 2. Дальность передачи для различных стандартов 10G BASE

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
DMD

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.

Таблица 3. Основные характеристики модулей серии 10GE SFP+

Тип модуля

Интерфейс

Потребляемая
мощность, Вт

Температурный
диапазон, °С

Тип оптоволокна

Дальность,
км

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.

Стандартный интерфейс коммутатора данных с SFP+ модулем

Рис. 5. Стандартный интерфейс коммутатора данных с SFP+ модулем

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.

Схема согласования линий CML-интерфейса

Рис. 6. Схема согласования линий CML-интерфейса

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.

Сравнительные уровни логических сигналов для различных дифференциальных интерфейсов

Рис. 7. Сравнительные уровни логических сигналов для различных дифференциальных интерфейсов

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+.

Цоколевка интерфейсного разъема SFP+

Рис. 8. Цоколевка интерфейсного разъема SFP+

Литература
  1. SFF‑8431 Specifications for Enhanced Small Form Factor Pluggable Module SFP+. Revision 4.1 6th of July 2009.
  2. Preliminary Datasheet SPP‑10E-ER-CDFA.  Source Photonics.
  3. Интерфейсы 10 Gigabit//Сетевые решения 
  4. Слепов  Н. 10‑гигабитный Ethernet: сегодня и завтра // Первая миля. 2007. № 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *