نوشته های بلاگ "2024" از "فروردین"

فناوری شبکه و رشد آن در دنیای مدرن امروزی ضروری است و به عنوان ستون فقراتی عمل می‌کند که دستگاه‌ها و سیستم‌های بی‌شماری را در سراسر جهان به هم متصل می‌کند. یکی از اجزای کلیدی در حوزه ارتباطات فیبر نوری، ماژول Small Form-factor Pluggable (SFP) است. در این مقاله، به طور مفصل به مکانیسم‌های داخلی این ماژول‌ها می‌پردازیم و به طور خاص بر روی سه مؤلفه نوری مهم تمرکز می‌کنیم  TOSA، ROSA و  BOSA.

مقدمه‌ای بر ماژول‌های SFP و اجزای نوری SFP

تعریف ماژول های SFP و نقش آنها در شبکه

ماژول‌های SFP تجهیزات فشرده (Compact) و قابل تعویض (Hot-Swappable) هستند که در مخابرات و ارتباطات داده برای کاربردهای مخابراتی و ارتباطات داده استفاده می‌شوند. این ماژول‌ها سیگنال الکتریکی دریافتی از دستگاه را به سیگنال نوری و بالعکس تبدیل می‌کند.SFPها توسط MSA (Multi-Source Agreement) استاندارد شده‌اند که به آنها اجازه می‌دهد تا در بین برندها و دستگاه‌های مختلف قابل استفاده باشند و به آنها نقشی همه کاره در افزایش انعطاف پذیری و مقیاس پذیری شبکه می‌دهد.

فرستنده و گیرنده‌های فیبر نوری (ترنسیور- Transceivers) جزء لاینفک زیرساخت شبکه‌های انتقال فیبر نوری هستند. این دستگاه‌های جمع‌وجور دارای زیرمجموعه‌های نوری یکپارچه و پیچیده هستند که امکان استفاده از آن‌ها را در شبکه‌های امروزی و با تراکم بالا فراهم می‌سازد. با وجود طیف وسیعی از SFP‌های موجود در بازار، مانند SFP‌های استاندارد و انواع پیشرفته +SFP، که هر کدام دارای ویژگی‌ها و مشخصات متمایز خود هستند، درک عملکردهای اصلی آنها بسیار مهم است. پس بیاید با این سوال شروع کنیم که کاربرد اولیه ماژول های (ترنسیورهای) SFP چیست؟

• SFPها وظیفه ارسال و دریافت داده‌ها را بر عهده دارند «دو فرآیند حیاتی برای هر شکلی از ارتباط».
• این ترنسیورها وظیفه مهم تبدیل سیگنال‌های الکتریکی و سیگنال‌های نوری را تسهیل می‌کنند و امکان جریان بدون وقفه داده‌ها را در هر دو جهت ارسال و دریافت فراهم می‌کنند.

اهمیت درک ساختمان داخلی SFP

برای درک واقعی قابلیت‌ها، انعطاف پذیری و میزان اطمینان در ماژول‌های SFP، درک آنچه در داخل این ماژول‌ها وجود دارد و نحوه عملکرد اجزای داخلی بسیار مهم است. آگاهی از مکانیزم داخلی SFP نه تنها در عیب یابی، بلکه در تصمیم گیری آگاهانه در مورد خرید و استفاده از ماژول‌های مناسب برای نیازهای شبکه‌ای خاص کمک می‌کند.

باتوجه به اندازه جمع و جور و عملکرد پیچیده آنها، آیا تاکنون به مکانیسم‌های موجود در یک ترنسیور SFP فکر کرده‌اید؟ این اجزا چیزی بیش از بخش‌هایی از یک شبکه هستند - آنها قلب اتصال هستند. در داخل محفظه فلزی و مستحکم یک ماژول SFP، چندین جزء پیچیده و مجموعه‌های فرعی قرار دارند. اینها به طور هماهنگ برای دستیابی به قابلیت‌های چشمگیر ماژول SFP کار می‌کنند. در میان مهم‌ترین اجزای موجود در ترنسیور، می‌توان به سه بخش زیر اشاره کرد:

• Transmitter Optical Sub-Assembly یا (TOSA)، که نقشی محوری در ارسال سیگنال ایفا می‌کند.
• Receiver Optical Sub-Assembly یا (ROSA)، برای دریافت سیگنال ضروری است.
• Bi-Directional Optical Sub-Assembly یا  (BOSA)، که ارتباط دو طرفه را بر روی یک تار فیبر نوری امکان پذیر می‌کند.

هر جزء بر اساس استانداردهای دقیق مهندسی شده است و به داده‌ها اجازه می‌دهد بدون محدودیت در شبکه‌های بزرگ جریان داشته باشند و کاربران و دستگاه‌ها را در سراسر جهان به هم متصل کنند. این تقسیم بندی بر اساس عملکردی است که روی SFPها انجام می‌شود.

همه ما می‌دانیم که در یک ماژول SFP معمولی دو پورت وجود دارد که عبارتند از Transmit (TX) و Receive (RX). اجزای TOSA برای سمت فرستنده و اجزای ROSA برای عملکرد دریافت هستند.

نگاهی دقیق به اجزای ماژول SFP

بررسی دقیق‌تر ماژول SFP چندین مؤلفه پیچیده را نشان می‌دهد که برای کنترل سیگنال‌های فیبر نوری با هم کار می‌کنند و عبارتند از:

• زیر-مجموعه نوری فرستنده (TOSA)
• زیر-مجموعه نوری گیرنده (ROSA)
• برای انواع خاصی از SFPها، زیر-مجموعه نوری دو جهته (BOSA).

نمای کلی TOSA (زیر-مجموعه نوری فرستنده)

Transmitting Optical Sub-Assembly (TOSA) یک جزء حیاتی است که در بخش انتقال پورت‌های SFP قرار دارد. وظیفه اصلی آن «تبدیل سیگنال های الکتریکی به سیگنال های نوری» قبل از اتصال آنها از طریق رشته فیبر نوری متصل است. TOSA شامل چندین جزء کلیدی است، از جمله یک دیود لیزری که سیگنال نور را تولید می‌کند و یک رابط نوری که این سیگنال را به فیبر هدایت می‌کند. علاوه بر این، شامل یک مانیتور فتودیود برای کنترل خروجی لیزر، و یک رابط الکتریکی که تبدیل سیگنال را تسهیل می‌کند می‌باشد و یک محفظه‌ی محکم فلزی یا پلاستیکی نیاز است تا از این قطعات محافظت نماید.

به عنوان سنگ بنای ترنسیورهای فیبر نوری، طراحی TOSA می‌تواند برای پاسخگویی به نیازها و کاربردهای مختلف متفاوت باشد. ممکن است اجزای اضافی مانند عناصر فیلتر و ایزولاتورها (Isolators) را برای بهبود عملکرد خود ادغام کند و بر سازگاری و اهمیت آن در حوزه فیبر نوری تاکید کند.

Translation typesکاوش ROSA (زیر-مجموعه فرعی نوری گیرنده)

Receiver Optical Sub-Assembly (ROSA) یک جزء حیاتی دیگر است که در قسمت دریافت پورت SFP قرار دارد. مسئولیت اصلی آن گرفتن سیگنال نوری ارسال شده از TOSA ی فرستنده سمت مقابل و سپس برگرداندن آن به سیگنال الکتریکی است. این تبدیل بسیار مهم است، زیرا سیگنال را برای دستگاه های ارتباطی قابل درک و استفاده می‌کند.

ROSA از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: یک فتودیود که سیگنال های نور ورودی را تشخیص می‌دهد، یک محفظه محافظ ساخته شده از فلز یا پلاستیک، و یک رابط الکتریکی که اتصال به تجهیزات ارتباطی را تسهیل می‌کند. این اجزای سه گانه برای عملکرد هر فرستنده و گیرنده فیبر نوری ضروری است.

یک ROSA و یک TOSA که پشت سر هم کار می کنند، اجزای اصلی یک ماژول فرستنده گیرنده نوری را تشکیل می‌دهند و امکان ارتباط دو جهته را فراهم می کنند. علاوه بر این، ROSA ممکن است تقویت‌کننده‌ای را برای افزایش قدرت سیگنال دریافتی در خود جای دهد و اطمینان حاصل کند که یکپارچگی و کیفیت خود را برای پردازش بیشتر حفظ می‌کند.

نقش BOSA (زیر-مجموعه نوری دو جهته) در ماژول های SFP

TOSA (زیر-مجموعه نوری فرستنده) و ROSA (زیر-مجموعه نوری گیرنده) اجزای کلیدی هستند که مسئول ارسال و دریافت سیگنال‌ها در ترنسیورهای یک طرفه سنتی هستند. معمولاً هر کدام به یک فیبر نوری متصل می‌شوند تا به ارسال و دریافت سیگنال‌های یک طرفه دست یابند. اجزای BOSA به یک فناوری کلیدی در زمینه ارتباطات تبدیل شده‌اند، زیرا می‌توانند در ماژول‌های SFP دو طرفه ادغام شوند. این ادغام، ارتباط دو طرفه (فول دوبلکس – Full Duplex) را بر روی یک تار فیبر نوری انجام دهد و ترکیبی از عملکردهای تابشگر لیزری و آشکارسازهای نوری می‌باشد. با استفاده از تقسیم طول موج (WDM)، BOSA سیگنال‌های نوری با طول‌موج‌های مختلف را در یک کانال فیبر می‌فرستد و دریافت می‌کند، به طور موثر ساختار شبکه را ساده می‌کند، هزینه‌های استقرار را کاهش می‌دهد و راندمان انتقال سیستم را بهبود می‌بخشد.

استفاده از BOSA در ماژول‌های SFP دو طرفه نه تنها طراحی را بهینه می‌کند و فضای مورد نیاز برای تجهیزات را کاهش می دهد، بلکه عدم تداخل سیگنال و تضعیف بین طول موج‌ها را تضمین می‌کند و قابلیت اطمینان در ارتباطات را بهبود می‌بخشد. طراحی مهندسی با دقت بالا نه تنها با استانداردهای مختلف ارتباطی فیبر نوری مطابقت دارد، بلکه انعطاف‌پذیری و بهبود نگهداری شبکه را افزایش می‌دهد و در عین حال هزینه‌های زیرساخت را کاهش داده و ارتقای شبکه را آسان‌تر می‌کند. بنابراین، فناوری BOSA یک نیروی محرکه مهم برای ایجاد زیرساخت شبکه کارآمد، اقتصادی و پایدار است.

نتیجه:

اجزای پیچیده داخل یک ماژول SFP، مانند TOSA، ROSA، و BOSA، نشان دهنده پیشرفت‌های قابل توجه فنآوری در ارتباطات فیبر نوری است. درک آنچه در داخل یک ماژول SFP می‌گذرد به متخصصان شبکه اجازه می‌دهد تا از پیچیدگی و دقت موجود در تسهیل ارتباطات دیجیتالی روزمره لذت ببرند! از تولید و دریافت سیگنال‌های نوری گرفته تا توانایی انتقال داده‌ها در فواصل وسیع با حداقل تلفات، مکانیسم‌های درون این ماژول‌ها برای شبکه‌هایی که ما را در عصر دیجیتال متصل نگه می‌دارند، اساسی هستند. با پیشرفت تکنولوژی، طراحی و عملکرد این اجزای نوری به تکامل خود ادامه خواهند داد و سرعت ارتباطات، قابلیت اطمینان و کارایی کلی شبکه را بیشتر می‌کنند.

همانطور که می‌دانید ماژول فیبر نوری WDM (Wavelength-Division Multiplexing) شامل ماژول‌های فیبر نوری CWDM و DWDM می‌شوند. این ماژول‌ها با استفاده از فناوری WDM چندین سیگنال‌ نوری را با یکدیگر ترکییب نموده و بر روی یک فیبر منتقل می‌کند. با استفاده از این ترنسیورهای فیبر نوری می‌توان پهنای باند شبکه را افزایش داد. همچنین این ترنسیورها یک راه حل مقرون به صرفه در شبکه‌های LAN و MAN می‌باشد. برای اطلاعات بیشتر در مورد WDM می‌توانید به مقاله‌ی معرفی فناوری WDM (طول موج چند گانه) و انواع آن مراجعه کنید. در این متن نکاتی در مورد انتخاب ماژول‌های فیبر نوری 10G SFP+ CWDM and SFP+ DWDM جمع‌آوری شده است که به شما در انتخاب ترنسیور مناسب کمک می‌کند.

توان ماژول فیبر نوری 10G WDM

• اهمیت توان نوری Optical Power Budget (OPB)

Power Budget (OPB) نشان دهنده قدرت نوری برای انتقال سیگنال‌های نوری در مسافت‌های مختلف است. همانطور که می‌دانید انتقال سیگنال‌های نوری در فواصل بلند توان نوری دچار کاهش شده و در نهایت منجر به تضعیف سیگنال می‌شود. به همین علت هنگام انتخاب ماژول فیبر نوری 10G WDM بسیار مهم است که از حداکثر توان نوری ماژول اطمینان حاصل کنید.

• فرمول محاسبه Power Budget (OPB) ماژول فیبر نوری

برای محاسبه حداکثر توان نوری ماژول فیبر نوری به مثال زیر توجه کنید. فرض کنید فردی می‌خواهد یک ارتباط نوری CWDM را راه‌اندازی کند که شامل 2 کانکتور (افت هر کدام 0.6 دسی بل) و 4 نقطه اتصال فیوژن (افت هر کدام 0.1 دسی بل) می‌باشد. طول این ارتباط نوری 35 کیلومتر است. در این صورت چگونه می‌توان بررسی نمود که OPB ماژول SFP+ CWDM انتخابی مناسب می‌باشد؟

(در این مثال ماژول فیبر نوری Cisco CWDM-SFP10G-1550 را در نظر می‌گیریم )

The standard OPB = TX power - RX power = (-1dBm) - (-16dBm) = 15dB

The total power loss = 2×0.6dB – 0.1×4dB = 1.6dB

The worst OPB = the standard OPB - total optical power loss = 15dB - 1.6dB – 3dB(safety factor at 1550nm)= 10.4 dB

Transmission distance in worst case = (worst case OPB) / (cable loss at 1550nm) =10.4dB/0.25dB/km = 41.6km

با احتساب افت توان نوری ممکن، ماژول SFP+ CWDM سازگار با Cisco CWDM SFP10G 1550 می‌تواند سیگنال‌های نوری را تا مسافت 41.6 کیلومتر منتقل کند. این ماژول فیبر نوری 10G CWDM می‌تواند در مسافت 35 کیلومتری مورد نظر هم استفاده شود. اما توجه داشته باشید که توان نوری بر اساس یک محاسبه نظری انجام شده است و فقط به عنوان مرجع استفاده می‌شود. همچنین باید توجه داشت که درخواست‌های واقعی نیز نیازمند استفاده از تضعیف‌کننده‌ها می‌باشد.

طول موج ماژول‌های فیبر نوری 10G CWDM , DWDM

ترنسیورهای فیبر نوری CWDM و DWDM دارای طول‌موج‌های مختلفی هستند. ماژول‌های فیبر نوری CWDM از طول موج 1270 نانومتر تا 1610 نانومتر پشتیبانی می‌کنند، و ماژول‌های فیبر نوری DWDM بر روی طول موج‌های باند C با فاصله 50GHz (فاصله 0.4nm) و 100GHz (فاصله 0.8nm) اجرا می‌شوند. به طور معمول، طول موج‌های 1470 نانومتر و 1550 نانومتر در شبکه‌های WDM بیشتر استفاده می‌شوند. کاربران می‌توانند بر اساس تقاضای واقعی، ماژول‌های نوری متناظر را بخرند. به این نکته توجه کنید که یک ماژول فیبر نوری +CWDM 10G SFP نمی‌تواند به طور مستقیم با یک ماژول +DWDM SFP اتصال یابد، اما کاربران می‌توانند از یک تبدیل‌کننده OEO استفاده کنند تا طول موج CWDM را به طول موج DWDM تبدیل کنند.

انتخاب ترنسیورهای فیبر نوری SFP+ WDM بر اساس MUX/DEMUX WDM

WDM از یک دستگاه Multiplexer در سمت فرستنده و یک دستگاه Demultiplexer در سمت گیرنده استفاده می‌کند. این دستگاه وظیفه‌ی ترکیب کردن چندین سیگنال نوری بر روی یک و یا دو فیبر نوری را دارند. به عنوان مثال نوع دو فیبر از دو فیبر جداگانه برای هدایت مستقل داده‌ها استفاده می‌کند، در حالی که CWDM MUX/DEMUX از یک فیبر برای ارسال و دریافت همزمان داده استفاده می‌کند.

• ماژول‌های SFP+ CWDM بر روی CWDM MUX/DEMUX دو تار فیبر نوری

هنگام استفاده از دو تار فیبر نوری در CWDM MUX/DEMUX از دو تار فیبر نوری مجزا برای انتقال و دریافت داده‌ها استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که کانال‌ها با یکدیگر تداخل نداشته باشند. در این پیکربندی، تنها لازم است که از یکسان بودن طول موج‌ها در هر دو انتها برای دستیابی به ارتباطی بی نقص اطمینان حاصل شود.

همانطور که در نمودار نشان داده شده است، کاربران می‌توانند با اعتماد به طول موج‌های ثابت در هر دو انتها پیکربندی را به طور یکپارچه وارد کنند. با اسفاده از سیستم دو تار فیبر نوری CWDM MUX/DEMUX این  به‌ راحتی می‌توان ماژول‌های +CWDM SFP با طول موج‌های مناسب را انتخاب کرده و ارتباطی بی‌نقطه با CWDM MUX/DEMUX برقرار نمود. این انعطاف‌پذیری به کاربران امکان می‌دهد تا تنظیمات شبکه خود را براساس نیازهای خاص پهنای باند و ملاحظات زیرساختی تطبیق دهند و نگرانی‌های مربوط به مسائل پیچیده تطبیق طول موج‌ها را از بین ببرند.

• ماژول‌های SFP+ CWDM بر روی CWDM MUX/DEMUX یک تار فیبر نوری

زمانی که از یک تار فیبر نوری در CWDM MUX/DEMUX برای ارسال و دریافت داده‌ها به‌ طور همزمان استفاده می‌شود و به منظور جلوگیری از تداخل سیگنال‌های نوری از ماژول‌های فیبر نوری با طول موج‌های مجاور استفاده می‌شود. به مثال زیر توجه کنید: اگر شما از یک ماژول فیبر نوری با طول موج 1470nm در محل A استفاده کنید، در محل B می‌بایست ماژول فیبر نوری با طول موج 1490nm انتخاب شود. این تنظیمات حداقل تداخل متقابل بین سیگنال‌های نوری را کم کرده و پایداری ارتباط را حفظ می‌کند.

باتوجه به شکل یک جفت 4 کانال CWDM MUX/DEMUX یک تار فیبر نوری را در نظر بگیرید. پورت اول CWDM MUX در محل A از طول موج 1470nm برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند، و نیاز به اتصال به یک ماژول TX SFP+ CWDM با طول موج 1470nm دارد. گیرنده باید طول موج خود را با ماژول فیبر نوری CWDM هماهنگ کند تا سیگنال نوری متناظر را دریافت نماید. اطمینان از انطباق صحیح طول موج‌های فرستنده و گیرنده بسیار حیاتی است تا انتقال و دریافت پیوسته‌ی سیگنال‌های نوری تضمین شود.

" ماژول‌های فیبر نوری SFP+ DWDM هنگام همراه شدن با DWDM MUX/DEMUX از اصول مشابه CWDM MUX/DEMUX پیروی می‌کند. برای درک بهتر این مطلب به مثال زیر توجه کنید: در پیکربندی DWDM MUX/DEMUX یک تار فیبر نوری اگر اولین پورت در محل A داده‌ها را با طول موج 1550nmارسال کند، برای این اتصال خاص می‌بایست یک ماژول فیبر نوری +DWDM SFP با طول موج TX 1550nm انتخاب شود. ماژول فیبر نوری گیرنده باید طول موج خود را با ترنیسور DWDM هماهنگ کند تا بتواند سیگنال نوری متناظر را دریافت کند. طول موج‌های TX , RX باید بهم متصل شوند تا انتقال پایدار انجام شود؛ چرا که این دو باید روی همان پورت قرار بگیرند."

ماژول‌های فیبر نوری 10G BiDi انواع خاصی از فرستنده-گیرنده نوری (ماژول فیبر نوری) 10G CWDM و DWDM هستند. اگر کاربران نیاز به افزایش ظرفیت شبکه خود دارند و به یک سیستم کابل‌کشی آسان‌تر نیاز دارند، ترنسیور فیبر نوری +BiDi SFP نیازهای آن‌ها را برآورده می‌کند زیرا این ماژول‌ها داده‌ها را از طریق یک فیبر نوری ارسال و دریافت می‌کند. ترنسیور فیبر نوری +tunable SFP راه‌حلی مناسبی برای کاربرانی است که باید طول موج ماژول‌های فیبر نوری را براساس نیازهای خود تنظیم نمایند.

سوالات متداول در مورد +CWDM and DWDM SFP

سوال: آیا می‌توان طول موج معمولی مانند 850nm را به طول موج‌های DWDM یا CWDM تبدیل کرد؟

اگر نیاز به تبدیل طول موج‌ها به طول موج‌های CWDM یا DWDM دارید، می‌توانید از یک مبدل (Optical-Electrical-Optical) OEO برای دستیابی به این هدف استفاده کنید.

سوال: چگونه کابل‌های فیبر نوری مناسب برای ترنسیور فیبر نوری SFP+ CWDM و DWDM انتخاب کنیم؟

کابل‌های فیبر نوری به طور کلی در دو گروه Single-Mode و Multimode قرار می‌گیرند. کابل‌های فیبر نوری Single-Mode برای انتقال اطلاعات و داده‌ها در مسافت بلند مورد استفاده قرار می‌گیرد. درحالی که کابل‌های فیبر نوری Multimode برای مسافت‌های کوتاه استفاده می‌شود. برای پشتیبانی از ارتباطات SFP+ CWDM و DWDM با فواصل تا 80 کیلومتر از کابل‌های فیبر نوری سینگل مود (Single-Mode) با کانکتور LC استفاده می‌شود.