Применение двунаправленных трансиверов: одноволоконные решения для современных сетей

Трансиверы BiDi (двунаправленные) передают и принимают данные одновременно по одной нити волокна, используя две разные длины волны и технологию WDM, что эффективно сокращает вдвое количество волокон на канал.Они широко используются в магистральных соединениях кампусов, сетях доступа FTTH, фронтальных/обратных каналах 5G, кольцевых архитектурах метрополитенов и системах видеонаблюдения. В этой статье объясняется, как технология одиночного волокна BiDi работает на практике, где она имеет смысл и что следует проверить перед развертыванием.

 

 

Как на самом деле работает передача данных по одному волокну BiDi

Стандартному дуплексному трансиверу требуется два волокна:-одно для отправки, другое для приема. Трансивер BiDi объединяет это в одну цепочку. Ключевым компонентом является диплексер, иногда называемый соединителем WDM, который находится внутри модуля и выполняет две задачи одновременно: он подает локально генерируемую длину волны передачи на волокно, одновременно отделяя входящие длины волн приема и направляя их на фотодетектор.

ИЭЭЭ 802.3ахспецификация изначально определяла этот подход для Gigabit Ethernet на первой миле (EFM) с использованием пар длин волн 1310 нм/1 490 нм по одномодовому оптоволоконному кабелю. С тех пор эта концепция масштабировалась до более высоких скоростей передачи данных. Сегодняшние модули 10G BiDi SFP+ обычно используют пары 1270 нм/1330 нм для дальности действия 10–60 км, а варианты 25G SFP28 BiDi поддерживают расстояния до 40 км для мобильной связи 5G. На скорости 100G QSFP28 BiDi использует четыре длины волны CWDM, определенные вМСЭ-T G.694.2(1271, 1291, 1311, 1331 нм) для обеспечения короткой-одинарной-оптической связи внутри центров обработки данных.

Одна деталь, которая застает людей врасплох: модули BiDi всегда должны развертываться согласованными парами. Сторона А передает на одной длине волны и принимает на другой; Сторона Б делает обратное. Установка двух модулей стороны A на противоположных концах канала означает, что оба конца передают на одной и той же длине волны, и приемник не настроен на ее обнаружение-, канал связи остается темным. Это распространенная ошибка при развертывании, особенно когда установщики извлекают два одинаковых модуля из одного лотка вместо того, чтобы проверять метки A/B перед установкой исправлений. Цветное-кодирование или маркировка сторон А и Б на этапе склада устраняет большинство этих проблем. Понимание механики, лежащей в основеработа модуля оптической связипомогает предотвратить подобные ошибки.

 

Магистральные сети кампуса и предприятия

Экономический аргумент в пользу трансиверов BiDi легче всего увидеть в кампусах. Представьте себе университет среднего-размера, где оптоволокно подключено к десяткам зданий, расположенных на территории в несколько сотен акров. Для каждой линии связи между зданиями-зданиями-, в которой используются стандартные дуплексные трансиверы, требуется две оптоволоконные нити. Переключитесь на BiDi, и каждая ссылка превратится в одну нить.

Экономия суммируется с затратами на патч-корды, сращивание и использование оптоволокна,-особенно на длинных трассах кампуса, где пространство для кабелепроводов ограничено. Точка безубыточности-зависит от длины канала, цены модуля и затрат на локальную установку, поэтому она варьируется от проекта к проекту. На более коротких трассах, где много оптоволокна, дуплексная оптика может оказаться проще. Но когда количество жил ограничено или стареющий кабелепровод не может вместить больше кабелей, BiDi меняет экономику.

Помимо материальных затрат, меньшее количество жил означает меньшую перегрузку кабелепровода, меньшее количество соединений, приводящих к вносимым потерям, и более простой поиск и устранение неисправностей. Для проектировщиков кампуса основными факторами принятия решения являются доступность линий, длина линии и оптический бюджет. Наш гид поТипы трансиверов SFP на разных скоростяхописывает параметры модуля, если вам нужно сравнить скорость-по-скорости.

 

 

Сети FTTH и широкополосного доступа

Развертывание оптоволокна-до--дома, пожалуй, является наиболее чувствительным к оптоволокну-применению для технологии BiDi. В архитектурах FTTH «точка-точка»---каждое абонентское соединение требует выделенного оптоволокна от терминала оптической линии (OLT) до помещения. Сокращение этого объема до одной нити с помощью BiDi оказывает прямое влияние на стоимость инфраструктуры,-хотя точная экономия зависит от цен на местное оптоволокно, наличия кабелепровода и расценок на оплату труда при установке.

Несколько крупных-национальных программ широкополосной связи приняли BiDi для подключения на уровне доступа-, обычно используя пары длин волн 1310 нм/1490 нм или 1310 нм/1550 нм на скоростях 1G.. 10Варианты G становятся все более распространенными по мере роста требований к полосе пропускания. Тем не менее, ценовое преимущество ослабевает там, где оптоволокно уже дешево и в изобилии или где топология доступа использует PON (пассивную оптическую сеть), а не архитектуру «точка-точка». Системы PON имеют собственное управление длиной волны и не получают такого же преимущества от модулей BiDi.

 

 

5G Fronthaul и Backhaul Transport

В плотных построениях 5G BiDi помогает двумя практическими способами: снижает расход жил и уменьшает объем кабеля в переполненных каналах. Каждому узлу сотовой связи может потребоваться несколько каналов с высокой-пропускной способностью между централизованными модулями основной полосы частот и удаленными радиоголовками, а в городских условиях пространство для оптоволоконных каналов часто является самым трудным ограничением, которое можно обойти.

Модули 25G SFP28 BiDi — это практичный вариант для фронтальной связи 5G, поддерживающий протоколы eCPRI и CPRI, которые соединяют распределенные устройства (DU) с радиомодулями (RU). Пара длин волн 1270 нм/1330 нм по одномодовому оптоволокну покрывает расстояния 10–20 км, типичные для сегментов прямой связи. Для агрегации транзитного трафика от сотовых станций к мобильному ядру модули 10G BiDi SFP+ обрабатывают трафик с более низкой стоимостью за бит.

Что делает BiDi полезным для операторов мобильной связи, так это возможность повторно использовать существующее темное волокно без прокладки нового кабеля. Оптоволоконная станция, которая изначально поддерживала 4G с дуплексными соединениями, может обслуживать больше каналов, переключившись на BiDi-без траншей и не допуская задержек. Но есть одна загвоздка: диплексер добавляет вносимые потери, которые сужают поля канала. На передних сегментах, где оптический бюджет уже ограничен, проверьте бюджет мощности, прежде чем предполагать, что BiDi работает на том же расстоянии, что и дуплекс.

Стоит отметить одну схему развертывания: некоторые операторы объединяют фронтальную сеть 25G BiDi с обратной связью 10G BiDi на одном и том же оптоволокне, используя не-пары длин волн (1270 нм/1330 нм для прямой линии связи, 1490 нм/1550 нм для обратной связи). Такое сосуществование работает, но требует предварительного тщательного планирования длины волны.

 

Метро и кольцевые сети WDM

Городские сети сталкиваются с постоянным противоречием между ростом пропускной способности и доступностью оптоволокна. BiDi естественным образом вписывается в кольцевые архитектуры метрополитена, где каждый узел передает трафик в обоих направлениях по общим оптоволоконным путям.

Для городских приложений, требующих более одной пары длин волн BiDi, эта технология хорошо интегрируется с пассивнымиПлатформы мультиплексирования/демультиплексирования CWDM. Наложение нескольких каналов BiDi на одно и то же волокно постепенно увеличивает пропускную способность без необходимости создания нового волокна. Этот многоуровневый подход-BiDi для эффективности оптоволокна плюс CWDM для плотности длины волны-может повысить экономическую эффективность для региональных поставщиков услуг, хотя общая стоимость зависит от количества каналов, расстояния и необходимости усиления.

 

 

Наблюдение, видео и специализированные приложения

Установка видеонаблюдения с высокой плотностью размещения-и IP-наблюдения – менее очевидный, но практичный вариант использования. Большая система безопасности кампуса может подключить 200 или более IP-камер обратно к центральному серверу управления видео. Каждое соединение камер имеет относительно низкую-пропускную способность, но общее количество волокон быстро увеличивается при дуплексных соединениях.

Модули BiDi SFP со скоростью 1000BASE-BX поддерживают эти каналы по одиночным волокнам, а симплексный разъем LC занимает меньше места на панели, чем дуплексные альтернативы. Цифровое видеовещание, промышленный мониторинг и межсоединения-коммутаторов-к-высокой плотности в ограниченном пространстве – все они используют один и тот же принцип.

 

Когда BiDi может быть не лучшим выбором

BiDi не является правильным ответом для каждой ссылки. Несколько ситуаций, когда стандартная дуплексная оптика может быть проще и надежнее:

• Клетчатки уже в изобилии.Если в вашем кабелепроводе много запасных жил, экономия на оптоволокне не компенсирует более высокую стоимость модуля и сложность инвентаризации подобранных-пар.
• Команды предпочитают одинаковую оптику с обеих сторон.Дуплекс использует один и тот же модуль на каждом конце. Для BiDi требуются сторона A и сторона B. Для команд с ограниченным оптическим опытом единый инвентарь снижает количество ошибок.
• Длинные ссылки с небольшим оптическим запасом.Диплексер добавляет вносимые потери. На каналах, близких к максимальному радиусу действия модуля, дополнительные потери могут привести к превышению бюджета мощности.
• Существующие соглашения об исправлениях предполагают дуплексный режим.Переход на BiDi означает переобучение персонала и обновление документации. Для небольших развертываний стоимость перехода может оказаться неоправданной.
•  

Контрольный список развертывания

Проверить элемент	Почему это важно	Что проверить
Соответствие пары A/B	Несовпадающие модули — наиболее распространенная ошибка BiDi.	Подтвердите сторону A на одном конце и сторону B на другом; этикетка перед отправкой
Бюджет оптической мощности	Диплексер увеличивает вносимые потери по сравнению с дуплексными модулями.	Рассчитать общее затухание канала; сравнить со спецификацией модуля
Конфликт длин волн	Длины волн BiDi могут перекрываться с CWDM/DWDM в одном и том же волокне.	Просмотрите план длины волны для всего оптоволоконного пути.
Поддержка DOM/DDM	Мониторинг-в режиме реального времени для каждого SFF-8472 выявляет ухудшение качества на ранней стадии	Убедитесь, что модули сообщают о мощности Tx/Rx, температуре и токе смещения.
Инвентарь и запасные части	Вам потребуются запасные части как для стороны A-, так и для стороны B-.	Имейте в наличии хотя бы одну запасную пару на каждом объекте; четко обозначить

 

 

Пример: бюджет 10G BiDi Link на расстояние более 10 км.

Прежде чем развертывать BiDi на любом канале, убедитесь, что общие потери на пути остаются в пределах оптического бюджета модуля. Ниже приведен рабочий пример модуля 10G BiDi SFP+ на одномодовом оптоволокне длиной 10 км с использованием стандартногоМСЭ-T G.652Dпараметры волокна:

Параметр	Ценить	Источник
Затухание волокна (1270 нм, 10 км)	0,35 дБ/км × 10=3.5 дБ	Спецификация G.652D, окно 1310 нм
Потеря разъема (2 сопрягаемые пары)	0,3 дБ × 2=0.6 дБ	Марка ТИА-568, LC/UPC
Потери в сварном соединении (1 сварное соединение)	0,1 дБ × 1=0.1 дБ	Типичное сварное соединение
Избыточные потери диплексера (оба конца)	~1,0 дБ	Внутренний модуль, согласно спецификации поставщика
Общие расчетные потери на пути	5,2 дБ
Бюджет канала модуля (от мин. Tx до чувствительности Rx)	14,0 дБ	Типовое техническое описание 10G BiDi SFP+
Оставшаяся маржа	8,8 дБ

Запас в 8,8 дБ является комфортным-, он учитывает старение волокна, будущие ремонтные соединения и загрязнение разъемов с течением времени. Если этот запас падает ниже 3 дБ, рассмотрите вариант с более высокой-мощностью или с меньшим радиусом действия. Линия потерь диплексера является ключевым отличием от бюджета дуплекса; стандартный дуплексный трансивер с той же скоростью передачи данных восстановит примерно 1 дБ этого запаса.

 

 

Часто задаваемые вопросы