أصبحت "الشبكة" "ضرورة" لمعظم الناس المعاصرين.
يمكن القول إن السبب وراء ظهور مثل هذا العصر المريح للشبكة ، "تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية" لا غنى عنها.
في عام 1966 ، اقترحت الذرة الرفيعة البريطانية الصينية مفهوم الألياف الضوئية ، والتي أشعلت ذروة تطوير اتصالات الألياف الضوئية في جميع أنحاء العالم ، وتم وضع الجيل الأول من أنظمة الموجات الضوئية التي تعمل عند 0.8 ميكرومتر في عام 1978 رسميًا للاستخدام التجاري ، والجيل الثاني من الموجات الضوئية تم تقديم أنظمة الاتصالات التي تستخدم الألياف متعددة الأوضاع في الأيام الأولى بسرعة في أوائل الثمانينيات ، وبحلول عام 1990 ، كان نظام الموجات الضوئية من الجيل الثالث يعمل بسرعة 2.4 جيجابت / ثانية و 1.55 ميكرومتر قادرًا على توفير خدمات الاتصالات التجارية.
حصل الذرة الرفيعة "أبو الألياف" ، الذي قدم مساهمة كبيرة في "نقل الضوء في الألياف للاتصالات الضوئية" ، على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2009.
أصبحت اتصالات الألياف الضوئية الآن إحدى الركائز الأساسية للاتصالات الحديثة ، حيث تلعب دورًا محوريًا في شبكات الاتصالات الحديثة.كما يُنظر إليه على أنه رمز مهم للثورة التكنولوجية الجديدة في العالم والوسيلة الرئيسية لنقل المعلومات في مجتمع المعلومات في المستقبل.
في السنوات الأخيرة ، تطور سوق تطبيقات البيانات الضخمة والحوسبة السحابية و 5 G وإنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي بسرعة.سوق التطبيقات غير المأهولة القادم يحقق نموًا هائلاً لحركة البيانات.تطور الترابط بين مراكز البيانات تدريجيًا إلى أبحاث اتصالات بصرية.بقعة ساخنة.
داخل مركز بيانات Google الضخم
لم يعد مركز البيانات الحالي مجرد غرفة واحدة أو بضع غرف كمبيوتر ، بل هو مجموعة من مجموعات مراكز البيانات. من أجل تحقيق العمل العادي لخدمات الإنترنت المختلفة وأسواق التطبيقات ، تحتاج مراكز البيانات إلى العمل معًا. وقد أدى التفاعل الهائل للمعلومات بين مراكز البيانات إلى خلق طلب على شبكات ربط مراكز البيانات ، وأصبحت اتصالات الألياف الضوئية وسيلة ضرورية لتحقيق الترابط.
على عكس معدات نقل شبكة الوصول إلى الاتصالات التقليدية ، يحتاج التوصيل البيني لمركز البيانات إلى تحقيق مزيد من المعلومات ونقل أكثر كثافة ، الأمر الذي يتطلب تبديل المعدات للحصول على سرعة أعلى ، واستهلاك أقل للطاقة ، ومزيد من التصغير. أحد العوامل الأساسية التي تحدد ما إذا كانت هذه القدرات يمكن أن تكون تم تحقيق وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية.
بعض المعرفة الأساسية حول وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية
تستخدم شبكة المعلومات الألياف الضوئية بشكل أساسي كوسيط نقل ، ولكن يجب أن يعتمد الحساب والتحليل الحالي أيضًا على الإشارات الكهربائية ، ووحدة الإرسال والاستقبال الضوئية هي الجهاز الأساسي لتحقيق التحويل الكهروضوئي.
المكونات الأساسية للوحدة الضوئية هي Transimitter (وحدة فرعية انبعاث الضوء) / جهاز استقبال (وحدة استقبال الضوء الفرعية) أو جهاز الإرسال والاستقبال (وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية) ، وشريحة كهربائية ، وتشمل أيضًا المكونات السلبية مثل العدسات ، والمقسمات ، والجمعيات.تكوين الدائرة المحيطية.
في نهاية الإرسال: يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية بواسطة Transimitter ، ثم إدخالها إلى الألياف الضوئية بواسطة المحول البصري ؛ في الطرف المستقبل: يتم استقبال الإشارة الضوئية في الألياف الضوئية بواسطة جهاز الاستقبال من خلال المحول البصري وتحويلها إلى إشارة كهربائية وإرسالها إلى وحدة الحوسبة للمعالجة.
التخطيطي وحدة الإرسال والاستقبال البصرية
مع تطور تقنية التكامل الإلكتروني البصري ، خضع شكل التعبئة لوحدة جهاز الإرسال والاستقبال البصري أيضًا لبعض التغييرات.قبل تشكيل صناعة الوحدات الضوئية ، تم تطويرها من قبل كبرى الشركات المصنعة لمعدات الاتصالات في الأيام الأولى.كانت الواجهات متنوعة ولا يمكن استخدامها عالميًا.هذا جعل وحدات جهاز الإرسال والاستقبال البصري غير قابلة للتبديل. ولتطوير الصناعة ، ظهرت "الاتفاقية متعددة المصادر (MSA)" النهائية إلى حيز الوجود.مع معيار MSA ، بدأت الشركات التي ركزت بشكل مستقل على تطوير جهاز الإرسال والاستقبال في الظهور ، وارتفعت الصناعة.
يمكن تقسيم وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية إلى SFP و XFP و QSFP و CFP وما إلى ذلك وفقًا لشكل الحزمة:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) عبارة عن معيار وحدة إرسال واستقبال مدمج وقابل للتوصيل لتطبيقات الاتصالات والبيانات التي تدعم معدلات نقل تصل إلى 10 جيجابت في الثانية.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) عبارة عن وحدة إرسال واستقبال صغيرة بمعدل 10 جيجابت قابلة للتوصيل تدعم بروتوكولات الاتصال المتعددة مثل 10G Ethernet و 10G Fibre Channel و SONETOC-192. يمكن استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال XFP في اتصالات البيانات و أسواق الاتصالات وتقدم خصائص استهلاك طاقة أفضل من أجهزة الإرسال والاستقبال الأخرى بسرعة 10 جيجابت في الثانية.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) عبارة عن معيار جهاز إرسال واستقبال مدمج وقابل للتوصيل لتطبيقات اتصالات البيانات عالية السرعة.وفقًا للسرعة ، يمكن تقسيم QSFP إلى وحدات بصرية 4 × 1G QSFP و 4 × 10GQSFP + و 4 × 25G QSFP28.حاليًا ، تم استخدام QSFP28 على نطاق واسع في مراكز البيانات العالمية.
· يعتمد CFP (Centum gigabits Form Pluggable) على وحدة اتصالات التقسيم البصري ذات الموجة الكثيفة القياسية بمعدل نقل 100-400 جيجابت في الثانية.حجم وحدة CFP أكبر من حجم SFP / XFP / QSFP ، وتستخدم بشكل عام للإرسال لمسافات طويلة مثل شبكة منطقة العاصمة.
وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية لاتصالات مركز البيانات
يمكن تقسيم اتصالات مركز البيانات إلى ثلاث فئات حسب نوع الاتصال:
(1) يتم إنشاء مركز البيانات للمستخدم من خلال سلوك المستخدم النهائي مثل تصفح صفحة الويب ، وإرسال واستقبال رسائل البريد الإلكتروني وتدفقات الفيديو من خلال الوصول إلى السحابة ؛
(2) التوصيل البيني لمركز البيانات ، ويستخدم بشكل رئيسي في نسخ البيانات ، وتحديث البرامج والنظام ؛
(3) داخل مركز البيانات ، يتم استخدامه بشكل أساسي لتخزين المعلومات والتوليد والتعدين.وفقًا لتوقعات Cisco ، تمثل الاتصالات الداخلية لمركز البيانات أكثر من 70٪ من اتصالات مركز البيانات ، وقد أدى تطوير إنشاء مركز البيانات إلى تطوير وحدات بصرية عالية السرعة.
تستمر حركة البيانات في النمو ، ويقود الاتجاه الواسع النطاق والمتسطح لمركز البيانات تطوير الوحدات الضوئية في جانبين:
· زيادة متطلبات معدل الإرسال
· زيادة الطلب الكمي
في الوقت الحالي ، تغيرت متطلبات الوحدات الضوئية لمركز البيانات العالمي من وحدات بصرية 10 / 40G إلى وحدات بصرية 100G. سيصبح ترويج Alibaba Cloud الترويجي في الصين العام الأول لتطبيق واسع النطاق للوحدات البصرية 100G في عام 2018. ومن المتوقع أن تتم الترقية وحدات بصرية 400 جيجا في 2019.
مسار تطور وحدة السحابة علي
أدى اتجاه مراكز البيانات واسعة النطاق إلى زيادة متطلبات مسافة الإرسال.إن مسافة إرسال الألياف متعددة الوسائط محدودة بسبب الزيادة في معدل الإشارة ومن المتوقع أن يتم استبدالها تدريجيًا بألياف أحادية النمط ، وتتكون تكلفة الارتباط الليفي من جزأين: الوحدة الضوئية والألياف الضوئية.بالنسبة للمسافات المختلفة ، توجد حلول مختلفة قابلة للتطبيق. بالنسبة للربط البيني لمسافات متوسطة إلى طويلة المطلوبة لاتصالات مركز البيانات ، هناك حلان ثوريان ولدا من MSA:
· PSM4 ، 4 حارات ذات الوضع الفردي المتوازي ،
· CWDM4 （معدد تقسيم الطول الموجي الخشن 4 ممرات）
من بينها ، استخدام ألياف PSM4 هو أربعة أضعاف استخدام CWDM4.عندما تكون مسافة الارتباط طويلة ، تكون تكلفة حل CWDM4 منخفضة نسبيًا.من الجدول أدناه ، يمكننا أن نرى مقارنة بين حلول الوحدة النمطية الضوئية 100G لمركز البيانات:
اليوم ، أصبحت تقنية تنفيذ الوحدات الضوئية 400 جيجا هي محور الصناعة ، وتتمثل الوظيفة الرئيسية للوحدة البصرية 400 جيجا في تحسين نقل البيانات وزيادة عرض النطاق الترددي وكثافة المنفذ لمركز البيانات. الكسب ، وانخفاض مستوى الضجيج ، والتصغير والتكامل ، لتلبية احتياجات الجيل التالي من الشبكات اللاسلكية وتطبيقات اتصالات مراكز البيانات واسعة النطاق للغاية.
استخدمت الوحدة البصرية 400G المبكرة طريقة تعديل إشارة ذات 16 قناة 25G NRZ (Non-Return to Zero) في حزمة CFP8 ، والميزة هي أنه يمكن استعارة تقنية تعديل إشارة 25G NRZ التي نضجت على الوحدة البصرية 100G ، ولكن العيب هو يجب إرسال 16 إشارة بشكل متوازٍ ، وأن استهلاك الطاقة وحجمها كبير نسبيًا ، وهو غير مناسب لتطبيقات مركز البيانات. في الوحدة البصرية 400G الحالية ، 8 قنوات 53G NRZ أو 4 قنوات 106G PAM4 (4 نبضات) تعديل السعة) يستخدم تعديل الإشارة بشكل أساسي لتحقيق إرسال إشارة 400G.
فيما يتعلق بتعبئة الوحدة النمطية ، يتم استخدام OSFP أو QSFP-DD ، ويمكن أن توفر كلتا الحزمتين 8 واجهات إشارات كهربائية ، وبالمقارنة ، فإن حزمة QSFP-DD أصغر حجمًا وأكثر ملاءمة لتطبيقات مركز البيانات ؛حزمة OSFP أكبر حجمًا قليلاً وتستهلك المزيد من الطاقة ، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتطبيقات الاتصالات.
تحليل القوة "الأساسية" للوحدات الضوئية 100G / 400G
لقد قدمنا بإيجاز تنفيذ الوحدات البصرية 100G و 400G.يمكن رؤية ما يلي في المخططات التخطيطية لحل 100G CWDM4 وحل 400G CWDM8 وحل 400G CWDM4:
100G CWDM4 التخطيطي
400G CWDM8 التخطيطي
400G CWDM4 التخطيطي
في الوحدة الضوئية ، المفتاح لتحقيق تحويل الإشارة الكهروضوئية هو جهاز الكشف الضوئي.من أجل تلبية هذه الخطط أخيرًا ، ما نوع الاحتياجات التي تحتاج إلى تلبيتها من "الجوهر"؟
يتطلب حل 100G CWDM4 تنفيذ 4λx25GbE ، ويتطلب حل 400G CWDM8 تنفيذ 8λx50GbE ، ويتطلب حل 400G CWDM4 تنفيذ 4λx100GbE. بالتوافق مع طريقة التعديل ، تعتمد مخططات 100G CWDM4 و 400G CWDM8 تعديل NRZ ، والذي يتوافق على التوالي مع معدل التعديل أجهزة 25Gbd و 53 Gbd. يتبنى مخطط 400G CWDM4 مخطط تعديل PAM4 ، والذي يتطلب أيضًا أن يكون للجهاز معدل تعديل يبلغ 53 جيجا بايت أو أكثر.
معدل تعديل الجهاز يتوافق مع عرض النطاق الترددي للجهاز.بالنسبة للوحدة الضوئية ذات النطاق 1310 نانومتر ، 100 جيجا ، يكون عرض النطاق الترددي 25 جيجاهرتز لكاشف InGaAs أو صفيف الكاشف كافيًا.