简介当今世界，在视频流、云计算和人工智能等数据密集型应用的推动下，带宽需求急剧增长。为了跟上时代的步伐，现代光网络必须具有高度的可扩展性-能够根据需要不断调整和增加容量。可插拔光收发器凭借其模块化设计、互操作性和易维护性，在实现这种可扩展性方面发挥着非常重要的作用。本文将深入了分析这些收发器如何帮助光纤网络面向未来。模块化、按需扩展可插拔收发器的最大优势之一是其固有的模块化特性。与升级时必须完全更换的整体式网络组件不同，可插拔收发器可以根据需要单独更换。这样，网络就能以细粒度、经济高效的 “边增长边付费 “模式来扩展带宽，而不是通过大量前期投资来超额配置容量。举例来说，某运营商最初在其网络主干链路上部署了 100G QSFP28 收发器。随着流量的增长，他们只需将使用率最高的链路无缝升级到 400G QSFP-DD 收发器，而无需干扰整个基础设施。这样，他们就可以根据实时需求进行优化扩展。
图 1：QSFP 收发器以高密度插入机架上的多个光交换机。最重要的是，可插拔收发器支持在同一平台和光纤基础设施内以混合数据速率运行。运营商可以利用现有的布线设备，在某些链路上部署 100G 收发器，在其他链路上部署 400G 收发器。这样就可以分阶段、经济高效地进行迁移，而不是破坏性地同时对所有设备进行 “翻新和替换 “升级。支持当前和未来的数据速率说到数据传输速率，可插拔外形尺寸一直在不断发展，以支持更高的吞吐量。SFP、QSFP 和 OSFP 等行业标准定义了这些可插拔模块的机械规格。古老的 SFP（小型可插拔模块）于 2000 年代初推出，用于以太网和光纤通道应用。其后续产品 SFP+ 支持高达 16Gbps 的数据传输速率。如今的 QSFP 外形尺寸与 USB 盘大小相当，可处理高达 400Gbps 的数据。
图 2：从 OIF MSA 线路卡模块到 CFP 和 QSFP 等可插拔模块的相干模块尺寸和功耗演变。展望未来，OSFP（八进制 SFP）和 QSFP-DD（双密度）外形尺寸的共封装光学器件将达到每模块 800Gbps，以支持不断增长的带宽要求。各代产品一致的物理规格确保了向后兼容性-运营商在升级到更高数据传输速率时，只需更换收发器，即可充分利用现有的光纤工厂和设备。供应商互操作性和开放标准行业标准可插拔收发器的一个主要优势是多供应商互操作性。网络运营商可以选择不同供应商的收发器，以优化功能、性能和成本，同时避免专利锁定。这样就可以利用开放生态系统中的组件，构建最佳的光基础设施。在每种外形尺寸内，都有由以太网联盟、OIF 和 OpenOptics MSA 等标准机构的多源协议（MSA）定义的多种实施方案。这些标准确保了不同供应商的可插拔模块之间的互操作性。例如，QSFP-DD MSA 规定了具有一致机械、电气和管理接口的 400Gbps （4x100G）QSFP-DD 收发器。经过这些 MSA 认证的收发器在插入路由器、交换机、传输平台和光线路系统等不同供应商的网络设备时，可实现无缝互操作。这为运营商提供了灵活性，防止园区、数据中心和服务提供商网络被锁定在单一供应商的产品路线图中。除标准工作模式外，一些可插拔收发器还支持增强型专有模式，在与同一供应商的系统配对时，可进一步提升到达率、频谱效率和密度等性能特征。这样就可以针对特定用例和应用进行优化，同时仍能保持基线的多供应商互操作性。简化维护和备件可插拔收发器的另一个主要优点是其紧凑的模块化设计便于配置、维护和备用。收发器可作为备件储存，只需根据需要插入现场设备即可开通新服务、扩大容量或替换故障设备。大多数可插拔收发器都设计成可热插拔，这样就可以在不关闭整个系统电源的情况下，将收发器从现场网络设备中插入或拔出。与需要在升级或发生故障时拆卸整个机箱的单片收发器卡或系统相比，这大大简化了维护程序。实际例子说明了这种即插即用功能的价值。光缆部署通常是随着网络扩展到新地点而逐步进行的。有了可插拔收发器，技术人员就可以在开始时只安装光纤终端设备，随后在光纤点亮提供服务时，只需插入相应的收发器即可。如果收发器在运行过程中发生故障，只需将新收发器热插拔到同一端口，即可在几分钟内完成现场更换。在此过程中，网络仍保持在线。这与旧式服务中断的情况不同，在旧式服务中断情况下，更换组件后必须手动重启整个线路卡或机箱。先进的监控和遥测功能使大规模管理可插拔光学器件变得更加容易。大多数收发器都支持数字诊断监控（DDM），可将温度、光信号电平和故障情况等实时运行数据流传回管理系统。这样，网络运营商就可以集中跟踪其基础设施中每个收发器的健康状况和性能，就可以采取积极主动的维护和备用措施，最大限度地提高网络可用性。自动警报甚至可以启动采购流程，在库存不足时补充收发器备件。
图 3：连接到光交换机的密集光缆组。
如上图所示，可插拔收发器已从早期的 CFP/CFP2 外形发展为更小的 QSFP 和 QSFP-DD 模块。这种小型化进一步提高了其操作灵活性-在一定的占地面积内可以安装更多的收发器，从而提高密度。此外，还能降低整个生命周期的成本，因为材料用量更少，更容易分拣/入库，并简化了运输和处理过程。为可扩展网络架构提供动力模块化、供应商独立性和操作简便性等特性的结合，使可插拔收发器能够在企业和服务提供商环境中推动可扩展、面向未来的网络架构。在企业数据中心，机架顶端或排端交换机可配备可插拔光学器件，以根据需要扩展服务器连接。QSFP/QSFP-DD 收发器可将交换机元件直接连接到叶状/脊状结构，从而提高密度和吞吐量。可以经济实惠、无中断的方式增加容量，而无需彻底改造整个基础设施。在传输网络中使用可插拔相干收发器可使服务提供商受益匪浅。可根据独特的链路要求部署不同类型（城域、长途、潜水）的收发器。只需在最繁忙的链路上增加速率更高的收发器，而无需铺设暗光纤，即可实现容量扩展。具有可插拔接口的开放式线路系统可避免厂商锁定。随着移动带宽需求的增加，5G 网络架构利用可插拔收发器来扩展前/中/回程连接。远程无线电单元和分布式单元连接到密集的室外收发器。这些收发器通过光纤以扇形方式向集中式/云单元提供更高速度。总结：面向未来的扩展随着 AI/ML、娱乐流媒体和身临其境体验等应用的兴起，数据消耗只会继续爆炸式增长。光网络必须能够智能地扩展容量，以适应这种增长。可插拔收发器可通过以下方式提供最佳扩展路径：– 支持真正的 “边增长边付费 “模式，以逐步扩大容量– 允许混合数据速率操作和无中断技术更新– 确保多供应商互操作性，避免专利锁定– 通过热插拔设计和遥测技术简化操作– 微型化，提高面板密度，降低成本可插拔收发器采用紧凑的模块化设计，将网络转变为可扩展，可灵活适应不断升级的带宽需求，同时最大限度地利用现有光纤设备资产，是面向未来的解决方案，适用于服务提供商、企业和所有需要应对飞速数据增长的组织。参考资料[1]”How Pluggable Transceivers Help Your Network Scale,” EFFECT Photonics, 28-Feb-2024. [Online]. Available: https://effectphotonics.com/insights/how-pluggable-transceivers-help-your-network-scale/
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