تمثل إدارة الإشارات الضوئية في المرافق الحديثة ذات الحجم الكبير تحديًا غالبًا ما يمر دون أن يلاحظه أحد حتى تتعطل المعدات. المخفف الألياف الضوئية-مكون سلبي مصمم لتقليل الطاقة الضوئية بطريقة يمكن التحكم فيها-يعمل بمثابة العمود الفقري المتواضع الذي يمنع تشبع جهاز الاستقبال، وتدهور معدل خطأ البت، وإرهاق جهاز الإرسال والاستقبال المبكر. بينما تحظى مكبرات الصوت ومضاعفات الإرسال باهتمام هندسي غير متناسب، تظل المخففات هي الحكام الصامتين للامتثال لميزانية الطاقة عبر الوصلات البينية قصيرة المدى-.

المشكلة لا أحد يتحدث عنها

هذا شيء يفاجئ حتى المهندسين ذوي الخبرة. لقد حددت رابطًا جميلاً بسرعة 100 غيغابايت، وقمت بتثبيت-أجهزة إرسال واستقبال QSFP28 جديدة تمامًا، وقمت بتشغيل ألياف OM4 الأصلية عبر تصحيح يبلغ طوله 15-مترًا - وفجأة ترى أخطاء. ليست كثيرة، ولكنها كافية. الرابط يرفرف في بعض الأحيان. تُظهر السجلات حالات فشل CRC التي ترتفع أثناء ذروة حركة المرور.

الجاني؟ الكثير من الضوء.

تقوم أجهزة الإرسال والاستقبال الحديثة-وخاصة SR4 ووحدات الموجات-القصيرة-بضخ طاقة بصرية محسنة لأقصى مسافة مقدرة لها. عندما يحتاج جهاز الإرسال والاستقبال ذو التصنيف 100-إلى الوصول إلى 8 أمتار فقط، يتم ضرب الثنائي الضوئي المستقبل بفوتونات أكثر مما يمكنه معالجته خطيًا. الكاشف مشبع. تنهار سلامة الإشارة. ونظرًا لأن "الكثير من الإشارات" لا تعتبر شيئًا تأخذه معظم المخططات الانسيابية لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الاعتبار، فإن الفرق تضيع ساعات في مطاردة أخطاء الكابلات الوهمية.

ما تفعله المخففات في الواقع

الآلية واضحة ومباشرة. يقدم المخفف مقدارًا معايرًا من الفقد البصري-يتم قياسه بالديسيبل-لجلب الطاقة المستقبلة إلى نافذة الحساسية المحددة لجهاز الإرسال والاستقبال. فكر في الأمر كنظارات شمسية للألياف. تختلف الفيزياء الأساسية حسب التصميم: يستخدم البعض فجوات هوائية تخلق خسائر انعكاس فريسنل، ويستخدم البعض الآخر زجاجًا ممتصًا مخدرًا، ويعتمد عدد قليل منهم على اختلال دقيق للألياف في الطويق.

يهيمن النهج القائم على الفجوة- (يُطلق عليه أحيانًا "نمط مضمّن" أو "نمط التوصيل-") على عمليات نشر مركز البيانات. توفر فجوة هوائية صغيرة بين وجوه نهاية الموصل-خسارة يمكن التنبؤ بها-عادةً ما تتراوح بين 3 ديسيبل إلى 10 ديسيبل للمخففات الثابتة. توفر المخففات الضوئية المتغيرة (VOAs) توهينًا قابلاً للضبط من خلال آليات ميكانيكية أو تعتمد على MEMS-، على الرغم من تعقيدها الإضافي واعتمادها للحد من التكلفة في التطبيقات المتخصصة مثل معادلة قناة DWDM.

لقد تعامل معظم المهندسين بشكل افتراضي مع مخففات 5 ديسيبل التي يستخدمونها-. إنه ليس الخيار الصحيح دائمًا، لكنه نادرًا ما يكون خاطئًا بشكل كارثي.

الأرقام مهمة

تجديد سريع لميزانيات الطاقة الضوئية، حيث أن هذا هو المكان الذي تحدث فيه الحسابات الخاطئة. تحدد كل ورقة بيانات لجهاز الإرسال والاستقبال نطاق طاقة الإرسال (على سبيل المثال، -1 إلى +2 ديسيبل ميلي واط) ونافذة حساسية جهاز الاستقبال (ربما -11.5 إلى +2.4 ديسيبل ميلي واط لجهاز 25G SR). يشكل الفرق بين قوة الإرسال الفعلية والحد الأدنى من حساسية جهاز الاستقبال ميزانية الارتباط الخاصة بك. خسائر الموصل، وتوهين الكابل، وخسائر الوصلات - كلها تطرح من هذا الهامش.

لكن الحد الأقصى لإدخال جهاز الاستقبال-الذي يبلغ +2.4 سقف ديسيبل ميلي واط-له أهمية متساوية. تجاوزها، وأنت تتجاوز الكاشف. تسرد معظم أوراق المواصفات عتبة "الحمل الزائد" في مكان ما يتجاوز الحد الأقصى للحساسية، ولكن العمل في تلك المنطقة الرمادية يدعو إلى المتاعب. هذا هو المكان الذي يكسب فيه المخففون مكانتهم.

لنفترض أنك تقيس +1 ديسيبل ميلي واط عند جهاز الاستقبال باستخدام سلك توصيل بطول 3-متر. يصل النطاق الأمثل لجهاز الاستقبال الخاص بك إلى +1 ديسيبل ميلي واط للتشغيل الخطي، ولكنك ترى أخطاء بت متقطعة. تؤدي إضافة مخفف 3 ديسيبل إلى انخفاض الطاقة المستقبلة إلى -2 ديسيبل ميلي واط بشكل مريح ضمن المواصفات. تم حل المشكلة، وقد أنفقت ربما 8 دولارات.

سيناريوهات النشر الحقيقية

مراكز البيانات ليست متجانسة. تعمل غرفة الاجتماعات- الخاصة بموفر الموقع المشترك في ظل قيود مختلفة عن النسيج الفقري للورقة ذات النطاق الفائق-. تختلف حالات استخدام المخفف وفقًا لذلك.

التوصيلات الداخلية-للحامل.هذا هو سيناريو الخبز-والزبدة-. الخوادم التي تتصل بأعلى-محولات الحامل عبر كابلات DAC بطول 1-متر أو 2-متر لا تحتاج عادةً إلى مخففات - فالكابلات نفسها توفر خسارة كافية. ولكن عندما تحل الألياف محل النحاس (وهو أمر شائع بشكل متزايد مع سرعات 100G+ والدفع نحو الكابلات الهيكلية)، فإن تلك المسارات التي يقل طولها عن 5 أمتار تصبح مشكلة. تعمل أجهزة إرسال واستقبال SR عالية الطاقة التي يتم تغذيتها مباشرة في المنافذ المجاورة على إنشاء مشكلات التشبع الموضحة مسبقًا.

اختبار المعدات على مراحل.قبل نشر الإنتاج، تقوم فرق العمليات بالتحقق من صحة المحولات وأجهزة التوجيه على إعدادات المنصة. غالبًا ما تستخدم تكوينات الاختبار هذه اتصالات الألياف الخلفية المباشرة-إلى-الخلف-بفعالية صفر-مسارات الخسارة التي تضمن التحميل الزائد لجهاز الاستقبال. تتيح المخففات للمهندسين محاكاة خسائر وصلات الإنتاج دون ربط 300 متر من الألياف عبر المختبر.

لقد رأيت قنوات مخففة-مثبتة على طاولات العمل في عشرات المعامل. ليست جميلة، ولكنها عملية.

تكامل المعدات القديمة.تحتوي مراكز بيانات Brownfield حتماً على معدات من أجيال متعددة. قد يكون لجهاز الاستقبال 10G SFP+ المصمم منذ عقد من الزمن نطاق ديناميكي أضيق من أجهزة الإرسال والاستقبال المعاصرة 25G. عندما تتصل أجهزة الاستقبال القديمة هذه بأجهزة إرسال -حديثة ذات طاقة أعلى، تعمل المخففات على سد الفجوة دون الحاجة إلى استبدال جهاز الإرسال والاستقبال.

أنظمة CWDM/DWDM.تتطلب بنيات الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي-موازنة محكمة لطاقة القناة. يؤدي الاختلاف بمقدار 3 ديسيبل بين القنوات المجاورة إلى تدهور OSNR والضغط على EDFAs. لكل-قناة VOAs-أو مخففات ثابتة أثناء التشغيل-مستوى الملعب. ويدخل هذا في منطقة تتجاوز التوصيل البسيط-و-استخدام المخفف، ولكن المبدأ يظل كما هو.

كلمة عن أنواع الموصلات

يهيمن LC على بصريات مركز البيانات الحديثة. لا يزال SC يظهر في التركيبات القديمة وبعض معدات الناقل. يظهر FC أحيانًا في إعدادات الاختبار. تخدم موصلات MTP/MPO البصريات المتوازية-40G SR4، و100G SR4، والشبكات اللاحقة لها-لكن تخفيف اتصالات الألياف المتعددة يزيد من التعقيد. ستشاهد عادةً مخففات MTP المستخدمة على مستوى الكاسيت بدلاً من الألياف الفردية. قم بمطابقة موصل المخفف الخاص بك مع البنية الأساسية لديك. يبدو الأمر واضحًا، لكن المحولات غير المتطابقة تؤدي إلى إنشاء اختلافات في فقدان الإدخال مما يؤدي إلى تعقيد حسابات ميزانية الطاقة.

ما الخطأ

المخففات ليست أجهزة معقدة، ولكن من السهل جدًا إساءة استخدامها.

التوهين الزائد-يحتل المرتبة الأولى. رأى أحد المهندسين أخطاء في جهاز الاستقبال، وافترض التشبع، وقام بتركيب مخفف طاقة بقدرة 10 ديسيبل-والآن أصبحت الإشارة ضعيفة جدًا. الرابط لا يزال لا يعمل، ولكن الآن للسبب المعاكس. قم دائمًا بقياس الطاقة المستلمة الفعلية قبل تحديد قيم التوهين.

الموصلات القذرة هي وضع الفشل الكلاسيكي الآخر. تضيف المخففات واجهات الموصل إلى الارتباط. كل واجهة هي فرصة للتلوث. تتسبب جسيمات الغبار المجهرية الموجودة على سطح نهاية حلقة APC{3}} في حدوث خسارة غير متوقعة تتغير مع درجة الحرارة والاهتزاز. تنظيف كل موصل. في كل مرة. لا استثناءات.

سأذكر شيئًا آخر: نسيان المخففات موجود. فشل التوثيق، وتم حل المشكلة في الرابط بعد سنوات، ولا يتذكر أحد أن المخفف 7 ديسيبل مدفون في لوحة التصحيح. وفجأة، تؤدي الترقية التي تنقل الطاقة "بشكل غامض" إلى كسر الرابط الذي كان يعمل لمدة خمس سنوات. تسمية كل شيء.

حقائق المشتريات

لا تكلف المخففات الثابتة شيئًا تقريبًا-من 5 إلى 15 دولارًا أمريكيًا لوحدات LC الأساسية من الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة. شرائها بكميات كبيرة. احتفظ بدرج ممتلئ في معمل الشبكات. تغطي قيم 1 ديسيبل و3 ديسيبل و5 ديسيبل و7 ديسيبل و10 ديسيبل 95% من السيناريوهات. تتراوح أسعار المخففات المتغيرة بين 50 دولارًا و300+ دولارًا اعتمادًا على الدقة ونوع الموصل؛ حجز هذه للمعايرة أو التطبيقات القابلة للضبط.

العلامة التجارية مهمة أقل مما تعتقد. لا تختلف فيزياء الفجوة الهوائية أو عنصر الامتصاص بشكل كبير بين البائعين. ومع ذلك، تجنب عدم وجود-بائعي أسماء على مواقع السوق-حيث أن تفاوتات التوهين غير المتسقة ومواصفات فقدان الإرجاع الرديئة ستتسبب في حدوث مشكلات. تنتج شركات Corning وThorlabs وFS.com منتجًا موثوقًا به. تعمل ملحقات الألياف الخاصة بشركة CommScope بشكل جيد إذا كنت موجودًا بالفعل في نظامها البيئي.

الفائدة الخفية: التوحيد القياسي

إليك شيء لا يظهر في معظم المناقشات التقنية. تعمل المخففات على تمكين التوحيد القياسي على نطاق واسع.

يقوم مشغلو Hyperscale بشراء أجهزة الإرسال والاستقبال بعشرات الآلاف. إن إدارة وحدات SKU المتعددة لجهاز الإرسال والاستقبال لمسافات الارتباط المختلفة-10 أمتار مقابل 300 متر، على سبيل المثال- تؤدي إلى تعقيد عملية الشراء، ومشاكل في المخزون، وكوابيس مخففة. بدلاً من ذلك، قم بالتوحيد القياسي على جهاز إرسال واستقبال واحد عالي الطاقة تم تصنيفه لأقصى مسافة، ثم قم بتخفيف الوصلات الأقصر حسب الحاجة. تعتبر تكلفة المخفف تافهة مقارنة بالكفاءة التشغيلية المكتسبة من أساطيل أجهزة الإرسال والاستقبال الموحدة.

يعمل هذا الأسلوب أيضًا على تبسيط عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها. يتصرف كل جهاز إرسال واستقبال بشكل مماثل. تصبح ميزانيات الطاقة قابلة للتنبؤ بها. قم بتبديل أي منفذ لأي منفذ آخر أثناء انقطاع التيار الكهربائي. تتضاعف الأناقة مع حجم الشبكات.

اعتبارات الطول الموجي

تحدد معظم المخففات التشغيل عند 850 نانومتر، أو 1310 نانومتر، أو 1550 نانومتر، أو مزيج من ذلك. تستخدم عمليات النشر متعدد الأوضاع عادةً 850 نانومتر (بصريات SR). ينقسم الوضع الفردي- بين 1310 نانومتر (مدى متوسط، LR) و1550 نانومتر (مدى ممتد، ER، وDWDM). تختلف قيم التوهين قليلاً عبر الأطوال الموجية للأجهزة من النوع -الامتصاصية-قد يقيس المخفف 5 ديسيبل عند 1310 نانومتر 5.3 ديسيبل عند 1550 نانومتر. بالنسبة للتطبيقات المهمة، تحقق من تطابق المواصفات مع الطول الموجي للتشغيل لديك.

الأفكار الختامية

لن تُحدث مخففات الألياف الضوئية ثورة في مركز البيانات الخاص بك. إنهم ليسوا مثيرين. ولا تظهر في العروض الترويجية للبائعين أو في المخططات المعمارية. ولكنها تحل مشكلة حقيقية-تشبع جهاز الاستقبال باختصار-روابط الوصول-بتكلفة زهيدة وبشكل موثوق. إنها تتيح استراتيجيات توحيد أجهزة الإرسال والاستقبال التي تقلل من الحمل التشغيلي على نطاق واسع. إنهم يجعلون اختبار المعدات عمليًا.

احتفظ بمخزون من القيم المشتركة. قياس قبل التثبيت. قم بتوثيق ما تقوم بنشره. تنظيف الموصلات الخاصة بك. هذا حقا كل ما في الأمر.

في بعض الأحيان تكون أبسط المكونات هي الأكثر أهمية.