Zastosowania transceiverów BiDi: rozwiązania jednowłóknowe dla nowoczesnych sieci

Transceivery BiDi (dwukierunkowe) przesyłają i odbierają dane jednocześnie za pomocą pojedynczego pasma światłowodu, korzystając z dwóch różnych długości fal i technologii WDM, skutecznie zmniejszając o połowę liczbę włókien na łącze.Są szeroko stosowane w połączeniach szkieletowych kampusów, sieciach dostępowych FTTH, łączach typu fronthaul/backhaul 5G, architekturach pierścieniowych metra i systemach nadzoru CCTV. W tym artykule wyjaśniono, jak technologia pojedynczego światłowodu BiDi działa w praktyce, gdzie ma to sens i co należy sprawdzić przed podjęciem decyzji o wdrożeniu.

 

 

Jak faktycznie działa transmisja pojedynczego włókna BiDi

Standardowy transceiver dupleksowy potrzebuje dwóch włókien-jednego do wysyłania, drugiego do odbioru. Transceiver BiDi zwija to w jedną nić. Kluczowym elementem jest zwrotnica, czasami nazywana łącznikiem WDM, która znajduje się wewnątrz modułu i spełnia dwie funkcje jednocześnie: łączy lokalnie generowaną długość fali nadawczej ze włóknem, jednocześnie oddzielając przychodzącą długość fali odbioru i kierując ją do fotodetektora.

TheIEEE 802.3ahspecyfikacja pierwotnie zdefiniowała to podejście dla Gigabit Ethernet w pierwszej mili (EFM), wykorzystując pary długości fal 1310 nm/1490 nm w światłowodzie jedno-modowym. Od tego czasu koncepcja została skalowana do wyższych szybkości transmisji danych. Dzisiejsze moduły 10G BiDi SFP+ zwykle wykorzystują pary 1270 nm/1330 nm dla zasięgu 10–60 km, natomiast warianty 25G SFP28 BiDi obsługują odległości do 40 km w transporcie mobilnym 5G. Przy prędkości 100G QSFP28 BiDi wykorzystuje cztery długości fal CWDM zdefiniowane wITU-T G.694.2(1271, 1291, 1311, 1331 nm), aby uzyskać łączność-pojedynczego-włókna o krótkim zasięgu w centrach danych.

Jeden szczegół, który zaskakuje ludzi: moduły BiDi muszą być zawsze instalowane w dopasowanych parach. Strona A nadaje na jednej długości fali i odbiera na drugiej; Strona B działa odwrotnie. Zainstalowanie dwóch modułów strony A na przeciwległych końcach łącza oznacza, że ​​oba końce transmitują na tej samej długości fali, a odbiornik nie jest dostrojony do ich wykrywania-łącze pozostaje ciemne. Jest to częsty błąd podczas wdrażania, zwłaszcza gdy instalatorzy wyciągają dwa identyczne moduły z tej samej tacy, zamiast sprawdzać etykiety A/B przed instalacją poprawek. Kodowanie-kolorami lub etykietowanie strony A i strony B na etapie magazynu eliminuje większość tych problemów. Zrozumienie stojącej za tym mechanikidziałanie modułu łącza optycznegopomaga zapobiegać tego rodzaju błędom.

 

Sieci szkieletowe kampusowe i korporacyjne

Ekonomiczny argument przemawiający za transceiverami BiDi jest najłatwiejszy do zrozumienia w środowiskach kampusowych. Weźmy pod uwagę uniwersytet- średniej wielkości z łącznością światłowodową obejmującą dziesiątki budynków rozmieszczonych na kilkuset akrach. Każde łącze między budynkami, które wykorzystuje standardowe transceivery dupleksowe, wymaga dwóch żył światłowodowych. Przełącz na BiDi, a każde łącze spadnie do jednej nici.

Oszczędności obejmują kable krosowe, złącza i wykorzystanie światłowodów,-szczególnie w przypadku dłuższych tras w kampusie, gdzie jest mało miejsca na przewody. Próg rentowności zależy od długości łącza, ceny modułów i lokalnych kosztów instalacji, dlatego różni się w zależności od projektu. Na krótszych seriach, gdzie jest dużo włókien, optyka dupleksowa może być nadal prostsza. Kiedy jednak liczba żył jest ograniczona lub starzejący się przewód nie może pomieścić większej ilości kabli, BiDi zmienia ekonomikę.

Poza kosztami materiałów, mniej żył oznacza mniejsze zatory w przewodach, mniej spawów powodujących tłumienie wtrąceniowe i prostsze rozwiązywanie problemów. Dla planistów kampusów głównymi czynnikami decyzyjnymi są dostępność pasma, długość łącza i budżet optyczny. Nasz przewodnik poTypy transceiverów SFP dla różnych prędkościobejmuje opcje modułu, jeśli potrzebujesz porównania prędkości-po-prędkości.

 

 

Sieci dostępowe FTTH i szerokopasmowe

Wdrożenia światłowodowe-do--domu to prawdopodobnie najbardziej{{3}wrażliwa na włókna aplikacja w technologii BiDi. W architekturach FTTH punkt-punkt--każde połączenie abonenckie wymaga dedykowanego światłowodu od terminala linii optycznej (OLT) do lokalu. Ograniczenie tego do pojedynczej żyły za pomocą BiDi ma bezpośredni wpływ na koszty infrastruktury-chociaż dokładne oszczędności zależą od cen lokalnych włókien, dostępności przewodów i stawek za robociznę instalacyjną.

W kilku-krajowych programach szerokopasmowych na dużą skalę zastosowano BiDi do-łączności w warstwie dostępu, zazwyczaj wykorzystującej pary długości fal 1310nm/1490nm lub 1310nm/1550nm przy prędkościach 1G. 10Warianty G są coraz bardziej powszechne w miarę wzrostu zapotrzebowania na przepustowość. To powiedziawszy, przewaga kosztowa słabnie tam, gdzie światłowód jest już tani i występuje w dużych ilościach lub gdzie topologia dostępu wykorzystuje PON (pasywną sieć optyczną), a nie architekturę punkt-punkt. Systemy PON mają własne zarządzanie długościami fal i nie korzystają w ten sam sposób z modułów BiDi.

 

 

Transport dosyłowy i dosyłowy 5G

W gęstych konstrukcjach 5G BiDi pomaga na dwa praktyczne sposoby: zmniejsza zużycie żył i zmniejsza masę kabli w zatłoczonych kanałach. Każda lokalizacja komórkowa może wymagać wielu łączy-o dużej przepustowości pomiędzy scentralizowanymi jednostkami pasma podstawowego a zdalnymi głowicami radiowymi, a w przypadku wdrożeń miejskich przestrzeń kanałów światłowodowych jest często najtrudniejszym do obejścia ograniczeniem.

Moduły 25G SFP28 BiDi to praktyczna opcja dla fronthaul 5G, obsługująca protokoły eCPRI i CPRI, które łączą jednostki rozproszone (DU) z jednostkami radiowymi (RU). Para długości fal 1270 nm/1330 nm w światłowodzie jedno-modowym pokrywa odległości 10–20 km typowe dla segmentów fronthaul. W przypadku agregacji połączeń typu backhaul z lokalizacji komórkowych do rdzenia mobilnego moduły 10G BiDi SFP+ obsługują ruch przy niższym koszcie na bit.

To, co sprawia, że ​​BiDi jest przydatne dla operatorów telefonii komórkowej, to możliwość ponownego wykorzystania istniejącego ciemnego światłowodu bez konieczności ciągnięcia nowego kabla. Zakład światłowodowy, który pierwotnie obsługiwał technologię 4G z połączeniami dupleksowymi, może obsłużyć więcej łączy po przejściu na BiDi-bez konieczności wykonywania rowów i dopuszczania opóźnień. Jest jednak pewien haczyk: zwrotnica zwiększa tłumienie wtrąceniowe, co zwiększa marginesy łącza. W segmentach typu fronthaul, gdzie budżet optyczny jest już napięty, sprawdź budżet mocy, zanim założysz, że BiDi działa w tej samej odległości co dupleks.

Warto zwrócić uwagę na jeden schemat wdrażania: niektórzy operatorzy łączą technologię typu fronthaul 25G BiDi z transmisją typu backhaul 10G BiDi w tej samej wiązce światłowodowej, używając-nienakładających się par długości fal (1270nm/1330nm dla typu fronthaul, 1490nm/1550nm dla typu backhaul). To współistnienie działa, ale wymaga starannego planowania długości fal z góry.

 

Sieci pierścieniowe metra i WDM

Sieci metropolitalne stoją przed ciągłym napięciem pomiędzy wzrostem przepustowości a dostępnością światłowodów. BiDi w naturalny sposób wpasowuje się w architekturę pierścieniową metra, w której każdy węzeł przepuszcza ruch w obu kierunkach po współdzielonych ścieżkach światłowodowych.

W przypadku zastosowań w metrze wymagających więcej niż jednej pary długości fal BiDi, technologia ta dobrze integruje się z technologią pasywnąPlatformy CWDM mux/demux. Nakładanie wielu kanałów BiDi na to samo włókno zwiększa przepustowość stopniowo bez konieczności tworzenia nowej konstrukcji światłowodu. To warstwowe podejście-BiDi dla wydajności światłowodu plus CWDM dla gęstości długości fali-może poprawić efektywność kosztową dla regionalnych dostawców usług, chociaż całkowity koszt zależy od liczby kanałów, odległości i tego, czy potrzebne jest wzmocnienie.

 

 

Monitoring, wideo i zastosowania specjalistyczne

Instalacje CCTV i monitoringu IP o dużej-gęstości są mniej oczywistym, ale praktycznym przypadkiem zastosowania. System bezpieczeństwa dużego kampusu może połączyć 200 lub więcej kamer IP z centralnym serwerem zarządzania wideo. Każde łącze kamery ma stosunkowo małą-przepustowość, ale łączna liczba włókien szybko się sumuje w przypadku połączeń dupleksowych.

Moduły BiDi SFP o szybkości 1000BASE-BX obsługują te łącza na pojedynczych żyłach światłowodowych, a złącze simpleks LC zajmuje mniej miejsca na panelu niż alternatywne rozwiązania dupleksowe. Cyfrowa transmisja wideo, monitoring przemysłowy i połączenia międzysieciowe-przełączników-na-przełączniki o dużej gęstości w ciasnych przestrzeniach korzystają z tej samej zasady.

 

Kiedy BiDi może nie być najlepszym wyborem

BiDi nie jest właściwą odpowiedzią na każde łącze. Kilka sytuacji, w których standardowa optyka typu duplex może być prostsza lub bardziej niezawodna:

• Błonnika jest już pod dostatkiem.Jeśli Twój przewód ma dużo zapasowych żył, oszczędności w zakresie włókien nie równoważą wyższego kosztu modułu i złożoności zapasów dopasowanych-par.
• Zespoły preferują identyczną optykę po obu stronach.Duplex wykorzystuje ten sam moduł na każdym końcu. BiDi wymaga strony A i strony B. W przypadku zespołów z ograniczonym doświadczeniem optycznym jednolite wyposażenie zmniejsza liczbę błędów.
• Długie ogniwa z wąskim marginesem optycznym.Zwrotnica zwiększa tłumienie wtrąceniowe. Na łączach w pobliżu maksymalnego zasięgu modułu ta dodatkowa strata może wypchnąć Cię poza budżet mocy.
• Istniejące konwencje łatania zakładają dupleks.Przejście na BiDi oznacza przekwalifikowanie personelu i aktualizację dokumentacji. W przypadku małych wdrożeń koszt przejścia może nie być tego wart.
•  

Lista kontrolna wdrożenia

Sprawdź element	Dlaczego to ma znaczenie	Co zweryfikować
Dopasowanie par A/B	Niedopasowane moduły są najczęstszą awarią BiDi	Potwierdź stronę A na jednym końcu, stronę B na drugim; etykietę przed wysyłką
Budżet mocy optycznej	Diplekser dodaje tłumienie w porównaniu z modułami dupleksowymi	Oblicz całkowite tłumienie łącza; porównać ze specyfikacją modułu
Konflikt długości fali	Długości fal BiDi mogą nakładać się na długości fal CWDM/DWDM na tym samym włóknie	Przejrzyj plan długości fal dla całej ścieżki światłowodowej
Obsługa DOM/DDM	Monitorowanie-w czasie rzeczywistym według SFF-8472 wcześnie wykrywa degradację	Sprawdź, czy moduły zgłaszają moc Tx/Rx, temperaturę i prąd polaryzacji
Zapasy i części zamienne	Potrzebujesz części zamiennych-strony A i-strony B	Należy zaopatrzyć się w co najmniej jedną parę zapasową w każdym zakładzie; wyraźnie oznaczyć

 

 

Przykład: Budżet łącza 10G BiDi na dystansie ponad 10 km

Przed wdrożeniem BiDi na dowolnym łączu sprawdź, czy całkowita utrata ścieżki mieści się w budżecie optycznym modułu. Oto działający przykład modułu 10G BiDi SFP+ na 10-kilometrowym światłowodzie jednomodowym-przy użyciu standarduITU-T G.652Dparametry włókna:

Parametr	Wartość	Źródło
Tłumienie światłowodu (1270nm, 10km)	0,35 dB/km × 10=3.5 dB	Specyfikacja G.652D, okno 1310 nm
Utrata złącza (2 sparowane pary)	0,3 dB × 2=0.6 dB	Gatunek TIA-568, LC/UPC
Utrata połączenia (1 złącze zgrzewane)	0,1 dB × 1=0.1 dB	Typowe złącze fuzyjne
Nadmierne straty dipleksera (oba końce)	~1,0 dB	Moduł wewnętrzny, według arkusza danych dostawcy
Całkowita szacowana utrata ścieżki	5,2 dB
Budżet łącza modułu (czułość Tx min do Rx)	14,0 dB	Typowy arkusz danych 10G BiDi SFP+
Pozostały margines	8,8 dB

Margines 8,8 dB jest wygodny,-ponieważ uwzględnia starzenie się włókien, przyszłe naprawy spawów i zanieczyszczenie złączy w miarę upływu czasu. Jeśli ten margines spadnie poniżej 3 dB, rozważ moduł o wyższej-mocy lub wariant o mniejszym zasięgu. Linia strat dipleksera jest kluczową różnicą w porównaniu z budżetem dupleksowym; standardowy transceiver dupleksowy przy tej samej szybkości transmisji danych odzyskałby około 1 dB tego marginesu.

 

 

Często zadawane pytania