В Октябрьском районе г. Новосибирск начал работу первый и единственный в России завод по производству волоконно-оптических трансиверов. Волоконно-оптический трансивер является приемо-передающим устройством, используемым операторами связи и интернет провайдерами для преобразования сигнала из электрического в оптический и обратно. До настоящего момента поставщиками оптических трансиверов и комплектующих для их производства на российский рынок являлись иностранные компании, что сказывалось не только на стоимости оборудования для конечных потребителей, но и формировало полную зависимость от заявленных технических характеристик зарубежных вендоров.

Строительство производственного предприятия, способного послужить катализатором развития электронной и лазерной промышленности в РФ, стало возможным за счет собственных средств директора компании «ФайберТрейд» Юнина Алексея и благодаря привлечению частных российских инвесторов.

На сегодняшний день компанией «ФайберТрейд» уже выпускаются наиболее востребованные на российском рынке трансиверы форм-факторов SFP, SFP+, XFP, QSFP+, QSFP28, CFP, CFP2, CFP4. Схемотехника, печатная плата и софт, включающий управление всеми параметрами, изготовлены по собственной конструкторской и технической документации подразделения НИОКР.

Использование наработок российской науки в области передачи данных в волоконно-оптических линиях связи, позволит в ближайшее время выйти с продукцией российского производства на рынки стран СНГ и Западной Европы и представить широкий ассортимент активного и пассивного оборудования для ВОЛС под торговой маркой «FiberTrade».

Справка:

Оптический трансивер – это модуль приeмо-передающей, который используеется в ВОЛС для передачи и приeма данных между объектами: маршрутизаторами, коммутаторами, мультиплексорами и др. телеком. оборудованием. Трансиверы – конвертеры интерфейсов, так как они обеспечивают взаимодействие внутреннего интерфейса сетевого устройства с интерфейсом среды передачи.

Трансиверы нужны для преобразования электрических сигналов в оптические для последующей передачи по волоконно-оптической линии и последующего оптоэлектронного преобразования на приеме. На начальном этапе развития волоконной оптики приемо-передатчики монтировались на печатных платах активного оборудования. Впоследствии с ростом номенклатуры таких устройств (коммутаторов, маршрутизаторов, мультиплексоров, медиаконверторов) появилась необходимость разделения частей, отвечающих за обработку информации и за ее передачу (по сути - сопряжение с оптической линией).

Часто у знакомых системных администраторов, не сталкивавшихся раньше с оптическим волокном, возникают вопросы, как и какое оборудование необходимо для организации соединения. Немного почитав, становится понятно, что нужен оптический трансивер. В этой обзорной статье я напишу основные характеристики оптических модулей для приема/передачи информации, расскажу основные моменты, связанные с их использованием, и приложу много наглядных изображений с ними. Осторожно, под катом много трафика, делал кучу своих собственных фотографий.

Что и зачем

Сегодня практически любое сетевое оборудование для передачи данных в сетях Ethernet, предоставляющее возможность подключения через оптическое волокно, имеет оптические порты. В них устанавливаются оптические модули, в которые уже может подключаться волокно. В каждый модуль встроен оптический передатчик (лазер) и приемник (фотоприемник). При классической передаче данных с их использованием предполагается использовать два оптических волокна - одно для приема, другое для передачи. На изображении снизу представлен коммутатор с оптическими портами и установленными модулями.

Вот об этих маленьких электронных штуковинах дальше и пойдет речь.

Виды оптических модулей

Периодически возникают вопросы, какой же оптический приемопередатчик нужен в конкретной ситуации. Если перед глазами оказывается прайслист какой-либо, то просто разбегаются глаза от обилия всевозможных наименований. Попробую прояснить, что же значат различные буквы и цифры в названии модулей и что же из них вам может понадобиться. Оптические модули различаются формфактором (GBIC, SFP, X2…), типом технологии («прямые», CWDM, WDM, DWDM…), мощностью (в дицебелах), разъемами (FC, LC, SC).

Различные формфакторы

В первую очередь модули различаются своими формфакторами. Немного расскажу про различные варианты.

GBIC

GigaBit Interface Converter, активно использовался в 2000-х. Самый первый промышленно стандартизованный формат модулей. Очень часто применялся при передачи через многомодовые волокна. Сейчас же практически не используется в силу своих размеров. У меня осталась одна старая циска 3500, еще без поддержки CEF, в которой можно воспользоваться данными модулями. На изображении снизу два GBIC-модуля 1000Base-LX и 1000Base-T:

SFP

Small Form-factor Pluggable, наследник GBIC. Наверно самый распространенный на сегодняшний день формат, гораздо удобнее в силу меньших размеров. Такой формфактор позволил значительно увеличить плотность портов на сетевом оборудовании. Благодаря таким размерам стало возможно реализовать до 52 оптических портов на одной железке в один юнит. Используется для передачи данных на скоростях 100Mbits, 1000Mbits. На изображении снизу коммутатор с оптическими портами и пара модулей 1000Base-LX и 1000Base-T.

SFP+

Enhanced Small Form-factor Pluggable. Имеют идеентичный SFP размер. Схожий размер позволил сделать оборудование с портами, поддерживающими обычные SFP и SFP+. Такие порты могут работать в режимах 1000Base/10GBase. Лишь дальнобойные CWDM-модули имеют большую длину из-за радиатора. Используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits.

Малые размеры придали некоторые особенности - для дальнобойных модулей бывают случаи слишком сильного нагрева. Поэтому для передачи более чем на 80 км таких модулей пока нет. На картинке снизу два модуля SFP+ - CWDM и обычный 10GEBase-LR:

XFP

10 Gigabit Small Form Factor Pluggable. Также, как и SFP+, используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Но в отличии от предыдущих, немного шире. Увеличенный размер позволил использовать их для прострела на большие расстояние по стравнению с SFP+. Снизу дополнительная плата для Huawei с установленными XFP и пара таких модулей.

XENPAK

Модули, используемые преимущественно в оборудовании Cisco. Используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Сейчас уже изредка можно найти им применение, изредка можно встретить в старых линейках маршрутизаторов. Также такие модули бывают для подключения медного провода 10GBase-CX4. К сожалению, у меня нашелся лишь один XENPAK-модуль 10GEBase-LR и старая Cisco-вская плата WS-X6704-10GE под них.

X2

Дальнейшее развитие модулей формата XENPAK. Часто в разъемы X2 можно установить модуль TwinGig, в который уже можно установить два модуля SFP… Это нужно в случае, если на оборудовании нет 1GE оптических портов. В основном X2-формфактор использует Cisco. В продаже существуют адаптеры X2-SFP+ (XENPACK-to-SFP+). Интересно, что такой комплект (адаптер+SFP+ модуль) выходит дешевле одного X2 модуля.

К сожалению, на руках у меня нашелся только адаптер, но чтобы понять, как выглядят эти модули и какого они размера этого вполне хватит. На рисунке снизу адаптер X2-SFP+ со вставленным SFP+ модулем.

Но если кому интересно, вот здесь можно посмотреть больше картинок и возможностей этого разъема.

Да, я не затрагивал относительно новые формфакторы (QSFP, QSFP+, CFP). На текущий момент они еще не очень распространены.

Различные стандарты

Как известно, комитетом 802.3 принято множество разных стандартов Ethernet. Соответственно, оптические модули поддерживают один из них. Неплохая шпаргалка по стандартам Ethernet есть здесь. В основном сейчас распространены следующие типы:

100Base-LX - 100 мегабит по волокну на 10км
100Base-T - 100 мегабит по меди на 100 м
1000Base-LX - 1000 мегабит по волокну на 10 км
1000Base-T - 1000 мегабит по меди на 100 м
1000Base-ZX - 1000 мегабит по одномодовому волокну на 70 км
10GBase-LR - 10GE по одномодовому волокну на 10 км
10GBase-ER - 10GE по одномодовому волокну на 40 км

Конечно же, оптические модули есть и под другие стандарты, в том числе и 40GE и 100GE. Я перечислил основные типы, используемые в провайдерских сетях. Обычно в названии или спецификации написано, по какому стандарту будет работать тот или иной модуль. Но еще важно посмотреть, поддерживает ли этот стандарт порт оборудования, куда будет установлен модуль. Например, 100Base-LX не заведется в порту коммутатора, поддерживающего только 1000Base-LX. Эту особенность тоже надо учитывать.

С использованием спектрального уплотнения

Описанные выше оптические модули передают сигнал в основном на длине волны 1310 нм или 1550 нм на двух волокнах (одно для передачи, другое для приема). Они имеют широкополосный фотоприемник (принимают все) и лазер, излучающий на определенной длине волны (грубо конечно). Но имеется возможность использовать уплотнение по длине волны. Это дает возможность использовать меньшее количество волокон для организации нескольких каналов тем самым увеличивая пропускную способность одного волокна.

WDM

Такие модули работают в паре, с одной стороны сигнал передается на длине волны 1310 нм, с другой 1550 нм. Это позволяет вместо двух волокон для организации одного канала использовать одно. Приемник на таких модулях так и остается широкополосным. Бывают как для 1GE, так и для 10GE. Снизу фотографии пары WDM-модулей с различными разъемами для подключения патчкордов LC и SC.

В большинстве случаев предпочтительнее использовать WDM-модули для малых расстояний. Их цена не очень большая (по 1 тыс рублей за модуль против 500 рублей за обычный). Причина - вы экономите целое волокно, на нем можно будет потом еще один такой же канал прогнать. Хотя конечно есть и другие способы экономии волокон.

CWDM

Дальнейшее продолжение технологии WDM. С ее использованием можно добиться до 8 дуплексных каналов по одному волокну. Для этих целей используются CWDM-мультиплексоры (пассивные устройства с призмой внутри, позволяющей делить сигнал по цветам с шагом 20нм в диапазоне от 1270нм до 1610нм). Для этого также используют специальные CWDM-модули, в простонародье их называют «цветные», они передают сигнал на определенной длине волны. В то же время приемник на них широкополосный. Кроме того, такие оптические модули часто делают для передачи на большие расстояние (до 160 км). На рисунке ниже представлен малый комплект CWDM-SFP, на котором с использованием мультиплексоров можно поднять 2GE на одном волокне.

Как можно заметить, дужки у всех разные. В зависимости от длины волны модуль имеет свою раскраску. К сожалению, у всех производителей они разные.

Здесь появляется понятие оптический бюджет . Правда его расчет выходит за рамки этой статьи. В кратце, чем больше доступных портов, тем больше вы сможете смультиплексировать каналов, тем больше будет затухание. Кроме того, различные длины волн дают различные затухания на 1 километр передаваемого сигнала. А еще нужно учитывать тип волокна…

Можно много писать о методиках подбора таких модулей, о пересечении длин волн, о нежелательных длинах, о ADD/DROP-модулях. Но это отдельная тема.

Разъемы

Это то место, куда вы будете подключать оптический патчкорд. На оптических модулях сейчас используются преимущественно два типа раъемов - SC и LC. Грубо и жаргонно - большой и мелкий квадраты. Понятно, что имея в наличии патчкорд с разъемом SC, вы не подсоедините его к разъему LC. Нужно либо менять патчкорд, либо ставить переходник-адаптер. В большинстве случаев SFP-модули имеют разъем LC, в то время как X2/XENPAK - SC. Выше на изображениях уже были модули с различными разъемами.

Немного о патчкордах

Неоторые особенности

Оптические модули - активное оборудование, они потребяют электроэнергию и выделяют тепло. Это следует учитывать при подключении оборудования к электросети. Также коммутатор, заполненный мощными модулями под завязку может потребовать дополнительного охлаждения.

Не стоит забывать, что в оптические модули встроены лазеры, и с ними необходимо соблюдать некоторую технику безопасности. Конечно в большинстве случаев никакой угрозы они не предоставляют в силу слабой мощности, но бывали случаи, дальнобойные мощные 10GE модули могут вполне выжечь сетчатку глаза или оставить ожог, если использовать палец в качестве аттюниатора.

Современные оптические модули имеют функцию DDM (Digital Diagnostics Monitoring) - в них встроен ряд сенсоров, через которые можно определить текущее значение некоторых параметров. Смотрится это через интерфейс оборудования, в которое установлен модуль. Самые важные параметры для вас - текущие принимаемая мощность и температура.

Ряд производителей сетевого оборудования запрещают использовать сторонние модули в их оборудовании. По крайней мере раньше Cisco не давала их запускать, они в ней просто не работали. Сейчас же в узких кругах известны команды, открывающие возможность использовать сторонние устройства, да и Cisco стала не так трепетно относиться к этому вопросу. Впрочем, при желании любые модули можно перепрошить, в продаже имеются специальные программаторы.

Порт на оборудовании (в большинстве случаев) загорается, если на модуль приходит сигнал достаточной мощности. Если соединить два двухволоконных модуля одинарным патчкордом (просто прием с передачей), с одной стороны порт загорится, но работать при этом ничего не будет.

Да, мощность может быть не только слабой. Если сигнал приходит слишком сильный, можно сжечь фотоприемник. Обычно это относится к дальнобойными мощным модулям с дистанцией > 80 км. Для уменьшения мощности используют специальные аттенюаторы. Хотя если делаем в лабораторных условиях, можно просто намотать пару витков патчкорда на какую-нибудь ручку или карандаш.

В Новосибирске заработал завод по производству волоконно-оптических трансиверов - устройств, передающих данные сотовых операторов и интернет-провайдеров.

Как рассказали НГС.НОВОСТИ в компании «ФайберТрейд» (владелец завода), трансивер - это маленькое устройство в металлическом корпусе размером с флешку или сотовый телефон, которое умеет преобразовывать электрический сигнал в оптический и обратно. Это позволяет интернет-провайдерам и операторам сотовой связи передавать информацию.

«От оборудования, в которое вставляется трансивер, он получает электрический сигнал, преобразует его в оптический, далее передаёт оптику в оптоволокно, сигнал по оптоволокну в виде света передаёт на некое расстояние от 200–300 м до 200 км в зависимости от типа оборудования. Далее на другой стороне аналогичный трансивер получает этот световой сигнал, преобразует обратно в электрический и направляет в оборудование, в которое уже непосредственно вставлен приёмный трансивер», - описала работу устройства представитель ООО «ФайберТрейд» Мария Корелина.

Представитель компании пояснила, что приёмные трансиверы вставляются, например, в коммутаторы. «То есть непосредственно с коммутаторов по медным проводам <…> информация передаётся уже к компьютерам, к различным устройствам, которые занимаются уже приёмом и передачей информации человеку», - уточнила Мария Корелина.

Производство этих устройств открылось в июне на ул. Добролюбова на территории завода «Электросигнал», где компания «ФайберТрейд» арендует часть здания. В компании заявили, что это первый в России завод по производству волоконно-оптических трансиверов. До его открытия трансиверы и комплектующие для их производства на российский рынок поставляли только иностранные фирмы.

В «ФайберТрейд» считают, что начать выпускать волоконно-оптические трансиверы российским бизнесменам мешало то, что это сложное и высокотехнологичное производство, которое требует дорогого оборудования. Кроме того, в производстве используются электронные компоненты, размеры которых не превышают 0,6х0,3мм.

Как пояснила Мария Корелина, трансивер состоит из печатной платы, а также оптического приёмника и оптического передатчика, которые помещаются в металлический корпус. Кроме того, на финальном этапе производства в трансивер «зашивается» софт, который позволяет трансиверу взаимодействовать с оборудованием.

В компании «ФайберТрейд» пояснили, что все компоненты и софт для трансиверов разработали их сотрудники. Но из-за того что в России нет технологий для производства всех нужных деталей, часть комплектующих, печатные платы и корпуса компания вынуждена заказывать заграничным производителям. Собирают трансиверы в Новосибирске.

Как рассказали в отделе маркетинга ООО «ФайберТрейд», за день десяток их специалистов могут выпустить до 300 трансиверов. Стоимость готовых устройств варьируется от 5 долл. до нескольких тысяч долларов в зависимости от модели. В отделе маркетинга утверждают, что трансиверы новосибирского производства сопоставимы по цене с зарубежными аналогами.

«На данный момент мы реализуем нашу продукцию в России. Наши потребители - это крупные телекомоператоры, интернет-провайдеры, владельцы дата-центров и центров обработки данных», - рассказали в ООО «ФайберТрейд».

Прошлой осенью руководитель технического отдела компании "НАГ" Дмитрий Самоделко проехал с экскурсией по китайским предприятиями-производителей телекоммуникационного оборудования. Очередная публикация на эту тему выходит с большим запозданием по техническим причинам, но... лучше поздно, чем никогда. Краткое содержание предыдущих серий:

Производство трансиверов и лазерных сборок

Экскурсия на промплощадку, где выпускают оптические трансиверы и лазерные сборки выпала на субботу — но это не страшно — суббота на этом предприятии ничем не отличается от других рабочих дней.
Все трансиверы под торговой маркой выпускаются здесь. Кроме всего нашего ассортимента завод выпускает массу позиций, ориентированных на другие отрасли и другие страны.
Перед экскурсией нам выдали халаты, кепки и бахилы. Оделись в специальной комнате и пошли в отсек (воздушная камера) для обдува пыли (кроме того, пол в отсеке липкий, чтобы собрать с бахил всю грязь). Нас обдули струями воздуха и мы вошли в производственный цех. Суммарная площадь всех цехов невелика, т.к. сами трансиверы очень маленькие. Заведующий производством начал показывать по порядку все стадии производства и попутно рассказывать, что на каждой стадии происходит.
На первой стадии происходит тест "сырья" - это оптические сборки, печатная плата для трансиверов с элементами (платы делаются на отдельном заводе) и т.д. Тест сырья довольно затратная процедура в человекочасах, поэтому небольшие заводы (с демпинговыми ценами) пренебрегают оными, что напрямую сказывается на качестве.

Тест оптических сборок включает проверку мощности излучения/чувствительности, а так же электрические тесты.

После теста всех компонентов начинается поэтапная сборка (TOSA/ROSA/BOSA делаются, как на родственном заводе, так и здесь же, но об этом подробнее ниже). Сборка трансиверов начинается с припаивания оптических сборок к печатной плате, после - контроль. Мне предложили попробовать самому припаять сборки к плате =), но я отказался.
После снова проводится полный комплекс тестов: eye diagram, мощность излучения, чувствительность, existention ratio. Кроме того, трансиверы тестируются на реальных отрезках оптического кабеля. Для трансиверов с функцией DDM(DDMI,DOM) происходит калибровка, т.е. по заранее известному уровню сигнала подстраиваются параметры микросхемы.
Один из самых главных тестов - aging test в условиях повышенных и пониженных температур. В специальных камерах до 2 тысяч трансиверов должны находится в течение 24 часов. Если после этого, все в порядке, трансиверы признаются работоспособными. Для трансиверов индустриального исполнения с температурной стабильностью от -40 до +80 градусов Цельсия кроме специальных компонент оснащаются термопастой. После столь подробной экскурсии я встретился с одним из совладельцев завода. Некоторое время мы обсуждали как экономические, так и технические перспективы данной отрасли. Могу выдать только один секрет;-) в России компания НАГ выведет на рынок 10G bidi трансиверы одна из самых первых. Пока эта статья готовилась к публикации, разработка 10G BIDI (WDM)-трансиверов формата SFP+ и XFP была завершена. Теперь они готовы к заказу.

Сто тестов одной TOSA/ROSA/BOSA

После обеда мы посетили родственный завод (входящий в холдинг) по производству оптических сборок TOSA/ROSA/BOSA. На этом заводе мне запретили вести какую-либо съемку (исключая холл). Точно такие же меры по форме одежды и чистоте, точно такая же воздушная камера.
Сборка TOSA/ROSA/BOSA начинается похожим образом - с контроля сырья (керамичесих ферул). Каждая ферула проверяется с помощью микроскопа на дефекты. Если есть трещина или другие дефекты - ферула отбраковывается. Далее оптическое волокно с клеем укладывается в ферулу (излишки волокна отсекаются) и помещается в печку для схватывания клея. После термической обработки процедура тестирования повторяется (не испортилась ли ферула после пребывания в печке). Далее необходимо запрессовать ферулу в некий держатель (holder). Делается это под строго определенным давлением на специальном прессе. После этого новый тест. Далее на ферулу надевается оболочка (тоже керамическая- sleeve) и запрессовывается в патрон (receptacle). И снова отправляется на тест. Между этапами также происходит продувка/очистка элементов. После этого необходимо соединить получившуюся составную ферулу с лазером и/или фотоприемником (лазеры используются компании Mitsubishi). Для этого на специальной заготовке юстируются лазер (приемник) и ферула для получения максимальной выходной мощности(максимальной чувствительности). Затем заготовка помещается в специальную камеру с 4-мя лазерами. В камере происходит окончательная юстировка/калибровка и лазерная сварка. После сварки происходит проверка качества сварных швов. После этого происходит на мой взгляд наиболее важный этап в производстве - проверка на температурную стабильность. 5 температурных камер (с колебанием температуры от -50 до + 80), в каждой из которых множество (до 2 тысяч в каждой) сборок. Из камер торчит большой пучок проводов, который идет в специальную комнату. В этой комнате следят за изменением мощности излучения или чувствительности. Сборки находятся в камерах 24 часа. После этого определенный процент сборок проходит тест на анализаторе спектра. Если за это время все в порядке - получается TOSA/ROSA/BOSA (для BOSA необходимо еще пара этапов в процессе сборки по разделению приемной и передающей части с помощью установленного под 45 градусов оптического фильтра). После этого полученные TOSA/ROSA/BOSA подвергаются маркировке на специальной лазерной установке, чтобы в случае RMA было можно определить гарантийный случай или нет, кто виноват и почему. Зачастую небольшие заводы не утруждают себя таким количеством проверок и маркировкой, тем самым снижая себестоимость и повышая уровень брака/отказа.
Далее полученные оптические сборки поступают как на продажу, так и для последующего производства трансиверов. В день на этом заводе может выпускаться до 10.000 сборок. Естественно, что мой рассказ "на пальцах" не очень информативен, возможно я что-то упустил, но это больше, чем ничего. В популярной литературе скорее всего есть описание всего процесса в деталях.
Боюсь представить сколько стоит все оборудование, которое используется при производстве трансиверов от ферул до готового изделия.

Устройства предназначены для передачи данных сотовых операторов и интернет-провайдеров. Как рассказали НГС.НОВОСТИ в компании «ФайберТрейд» (владелец завода), трансивер - это маленькое устройство в металлическом корпусе размером с флешку или сотовый телефон, которое умеет преобразовывать электрический сигнал в оптический и обратно. Это позволяет интернет-провайдерам и операторам сотовой связи передавать информацию.

Всего в компании работают 45 человек - 22 инженера-разработчика, 12 инженеров производства и офисные сотрудники. Компания на рынке с 2010 года. До того как наладить выпуск своих волоконно-оптических трансиверов, она занималась поставкой аналогичного оборудования из Китая, пояснили в отделе маркетинга компании «ФайберТрейд».

Это не первое новое производство, открывшееся в Новосибирской области в этом году. Ранее компания «БЕЛЛА Сибирь» запустила в Новосибирске первую линию производства бумажных платков . А компания «ВПК-Ойл» занялась производством битума на принадлежащем ей Коченёвском НПЗ.

Ольга Хмелевская
Фото предоставлены компанией «ФайберТрейд»

Наш человек в Китае. Как делают оптические трансиверы (SFP, XFP)