ऑप्टिकल मॉड्यूल ट्रांसमिशन त्रुटियों को कम करते हैं

 

ऑप्टिकल मॉड्यूलआधुनिक दूरसंचार बुनियादी ढांचे में आवश्यक घटक बन गए हैं, मुख्य रूप से पारंपरिक तांबा आधारित प्रणालियों की तुलना में ट्रांसमिशन त्रुटियों को काफी कम करने की उनकी क्षमता के कारण। इन मॉड्यूल का विकास 1990 के दशक के अंत में शुरू हुआ, जब सिस्को और ल्यूसेंट टेक्नोलॉजीज जैसी कंपनियों ने 1 Gbit/s से अधिक गति पर कॉपर इंटरकनेक्ट के साथ डेटा अखंडता के मुद्दों का अनुभव करना शुरू कर दिया।

 

 

ऐतिहासिक विकास और त्रुटि सुधार

 

की पहली पीढ़ीफाइबर ऑप्टिक मॉड्यूल1998-2000 के आसपास पेश किए गए उपकरणों में समतुल्य दूरी पर उनके तांबे के समकक्षों की तुलना में लगभग 60% कम बिट त्रुटियाँ दिखाई गईं। यह सुधार फाइबर ऑप्टिक्स की इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस (ईएमआई) और रेडियो फ्रीक्वेंसी इंटरफेरेंस (आरएफआई) के प्रति प्रतिरोधक क्षमता से उत्पन्न हुआ, जिसने डेटा सेंटर वातावरण में कॉपर सिस्टम को नुकसान पहुंचाया, जहां सैकड़ों सर्वर निकटता में संचालित होते थे।

आरंभिक कार्यान्वयन अपेक्षाकृत सरल थेऑप्टिकल मॉड्यूलेटरफैब्री-पेरोट लेज़रों के प्रत्यक्ष मॉड्यूलेशन पर आधारित डिज़ाइन। इन मॉड्यूलों ने लगभग 10^-12 की बिट त्रुटि दर (बीईआर) हासिल की, जो उस समय उत्कृष्ट मानी जाती थी लेकिन आधुनिक आवश्यकताओं के लिए अपर्याप्त थी। 2003 में वितरित फीडबैक (डीएफबी) लेजर की शुरूआत ने इसे 10^-15 तक सुधार दिया, जिससे लंबी दूरी का ट्रांसमिशन अधिक व्यावहारिक हो गया।

 

एसएफपी परिवार और त्रुटि न्यूनीकरण तंत्र

 

स्माल फॉर्म{0}}फैक्टर प्लगेबल स्पेसिफिकेशन, जिसे व्यापक रूप से अपनाया गया हैएसएफपी ऑप्टिकल ट्रांसीवर2001 में सार्वजनिक रूप से जारी होने पर यह एक बड़ी प्रगति का प्रतिनिधित्व करता था। शुरुआत में एक कंसोर्टियम द्वारा विकसित किया गया था जिसमें फिनिसर, एगिलेंट और एएमपी शामिल थे, एसएफपी मानक ने एक मानकीकृत हॉट प्लगेबल इंटरफ़ेस प्रदान किया था जो बेहतर विद्युत डिजाइन के माध्यम से बेहतर सिग्नल अखंडता की अनुमति देता था।

गीगाबिट कार्यान्वयन

गीगाबिट एसएफपी ट्रांसीवरएंटरप्राइज़ नेटवर्किंग के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो गया। 2004 में स्वतंत्र प्रयोगशालाओं द्वारा किए गए परीक्षणों से पता चला कि उचित रूप से कार्यान्वित एसएफपी मॉड्यूल सिंगल-मोड फाइबर का उपयोग करके 10 किलोमीटर तक की दूरी पर त्रुटि मुक्त ट्रांसमिशन (24 {5 5 घंटे की परीक्षण अवधि में शून्य त्रुटि) बनाए रख सकते हैं। यह कॉपर गीगाबिट ईथरनेट की तुलना में क्रांतिकारी था, जो 100 मीटर तक सीमित था और फिर भी क्रॉसस्टॉक के कारण कभी-कभी त्रुटियों का अनुभव करता था।

फाइबर ऑप्टिक एसएफपी मॉड्यूलडिज़ाइन में कई त्रुटियाँ शामिल हैं-कमी सुविधाएँ:

तापमान-मुआवजा वाले लेजर ड्राइवर जो लगातार आउटपुट पावर बनाए रखते हैं

अनुकूली समीकरण के साथ उन्नत रिसीवर सर्किट

अंतर्निहित डायग्नोस्टिक मॉनिटरिंग (जिसे अक्सर डिजिटल डायग्नोस्टिक मॉनिटरिंग या डीडीएम कहा जाता है)

बेहतर आवास जो बेहतर ईएमआई परिरक्षण प्रदान करता है

 

ट्रांसीवरविकास और त्रुटि सुधार

 

का विकासऑप्टिकल मॉड्यूल ट्रांसीवरकई अलग-अलग चरणों से गुज़रा है। 2007-2008 के आसपास, निर्माताओं ने फॉरवर्ड एरर करेक्शन (एफईसी) को सीधे मॉड्यूल में एम्बेड करना शुरू कर दिया। यह शुरू में विवादास्पद था क्योंकि इससे लागत और बिजली की खपत बढ़ गई थी, लेकिन फ़ील्ड परिनियोजन से सुधार न हो सकने वाली त्रुटियों में नाटकीय कमी देखी गई। कुछ ऑपरेटरों ने एफईसी-सक्षम मॉड्यूल को अपनाने के बाद 90% कम लिंक विफलताओं की सूचना दी।

एक दिलचस्प विकास थाफाइबर ऑप्टिक रिसीवर मॉड्यूलसुसंगत पहचान के साथ, जो 2010 के आसपास वाणिज्यिक उत्पादों में दिखना शुरू हुआ। पारंपरिक प्रत्यक्ष जांच प्रणालियों के विपरीत, सुसंगत रिसीवर आयाम और चरण दोनों जानकारी को पुनर्प्राप्त कर सकते हैं, समान त्रुटि दरों को बनाए रखते हुए प्रभावी ढंग से प्रेषित डेटा की मात्रा को दोगुना कर सकते हैं। शुरुआती व्यावसायिक तैनाती पनडुब्बी केबल सिस्टम में थी, जहां त्रुटि दरों में छोटे सुधार भी महंगे पुनर्जनन उपकरणों की आवश्यकता को समाप्त कर सकते थे।

 

आधुनिक उच्च गति कार्यान्वयन

 

डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल प्रौद्योगिकी

का उद्भवडिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल2015 के आसपास एक और महत्वपूर्ण कदम आगे बढ़ाया गया। इन मॉड्यूल में डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) शामिल थे जो वास्तविक समय त्रुटि विश्लेषण और अनुकूली समीकरण कर सकते थे। अकासिया कम्युनिकेशंस और नियोफोटोनिक्स जैसी कंपनियों के शुरुआती संस्करणों से पता चला है कि डीएसपी {{4}सक्षम मॉड्यूल 1000 किलोमीटर से अधिक की दूरी पर भी 10^{9}}15 से बेहतर बीईआर के साथ 100जी दरों पर काम कर सकते हैं, जो केवल एनालॉग डिज़ाइन के साथ असंभव होता।

एसएफपी मॉड्यूल ऑप्टिकलप्रौद्योगिकी भी छोटे रूप कारकों को शामिल करने के लिए विकसित हुई। 2014 में अनुसमर्थित SFP28 विनिर्देश, बड़े मॉड्यूल के समान त्रुटि सुधार क्षमताओं को बनाए रखते हुए प्रति लेन 25 Gbit/s का समर्थन करता है। यह कई नवाचारों के माध्यम से हासिल किया गया:

बेहतर लेज़र चिंप प्रबंधन

बेहतर रंगीन फैलाव मुआवजा

अधिक परिष्कृत घड़ी पुनर्प्राप्ति सर्किट

प्रमुख क्लाउड प्रदाताओं के फ़ील्ड डेटा (हालांकि आम तौर पर प्रकाशित नहीं) ने सुझाव दिया कि 2016-2017 में SFP28 की तैनाती ने 10 साल से अधिक विफलताओं (MTBF) के बीच औसत समय हासिल किया, 2% से कम मामलों में विफलता के कारण ट्रांसमिशन त्रुटियां हुईं।

400G और उससे आगे

400 ग्राम ऑप्टिकल मॉड्यूलत्रुटि न्यूनीकरण में कला की वर्तमान स्थिति{{1}की वर्तमान स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है। ये मॉड्यूल, जिन्होंने 2019 के आसपास व्यावसायिक तैनाती शुरू की, आमतौर पर 50G प्रत्येक पर 8 लेन या 100G पर 4 लेन का उपयोग करते हैं। PAM-4 मॉड्यूलेशन (पारंपरिक NRZ के बजाय) में परिवर्तन ने शुरू में त्रुटि दर के बारे में चिंताएं बढ़ा दीं, क्योंकि PAM-4 में सिग्नल स्तरों के बीच कम मार्जिन है। हालाँकि, डीएसपी प्रौद्योगिकी में प्रगति और मजबूत एफईसी कोड (विशेष रूप से आरएस (544,514) एफईसी) के कार्यान्वयन के परिणामस्वरूप वास्तव में एनआरजेड सिस्टम की तुलना में समान या बेहतर त्रुटि प्रदर्शन हुआ।

इंफी कॉरपोरेशन (अब मार्वेल का हिस्सा) ने 2020 में डेटा प्रकाशित किया, जिसमें दिखाया गया कि उनके 400जी मॉड्यूल ने लगभग 10^{5}}5 के पूर्व -एफईसी बीईआर हासिल किया, जिसे उनके एफईसी इंजन ने 10^-15 से बेहतर पोस्ट करने के लिए सही किया। इसका मतलब यह था कि व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, उचित रूप से डिज़ाइन किए गए सिस्टम में ट्रांसमिशन त्रुटियाँ लगभग न के बराबर हो गई थीं।

 

 

बुनियादी ढांचे संबंधी विचार

 

मॉड्यूलर ऑप्टिकल सिस्टम डिज़ाइन

ए की अवधारणामॉड्यूलर ऑप्टिक प्रणालीविशेष रूप से हाइपरस्केल डेटा केंद्रों में लोकप्रियता हासिल की है। माइक्रोसॉफ्ट और फेसबुक (मेटा) जैसी कंपनियों ने श्वेत पत्र प्रकाशित किया है जिसमें बताया गया है कि कैसे मॉड्यूलर डिज़ाइन उन्हें ऑप्टिकल पथ के विभिन्न हिस्सों को अलग से अनुकूलित करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, एक डेटा सेंटर इंट्रा{3}रैक कनेक्शन (जहां लागत पूर्ण प्रदर्शन से अधिक महत्वपूर्ण है) के लिए छोटे {{2}पहुंच वाले मल्टीमोड मॉड्यूल का उपयोग कर सकता है) और इंटर{5}रैक या इंटर{6}बिल्डिंग कनेक्शन (जहां प्रदर्शन सर्वोपरि है) के लिए सिंगल{4}मोड मॉड्यूल का उपयोग कर सकता है।

इस मॉड्यूलर दृष्टिकोण ने समग्र सिस्टम त्रुटि दर को कम करने में मदद की है क्योंकि प्रत्येक कनेक्शन प्रकार को उसके विशिष्ट उपयोग के मामले के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। वाशिंगटन के क्विंसी में माइक्रोसॉफ्ट के डेटा सेंटर में कथित तौर पर 2018 में पूरी तरह से मॉड्यूलर ऑप्टिकल इंफ्रास्ट्रक्चर में बदलाव के बाद लिंक त्रुटियों में 40% की कमी देखी गई।

पैच पैनल कार्यान्वयन

मॉड्यूलर फाइबर ऑप्टिक पैच पैनलत्रुटि में कमी लाने में भी योगदान दिया है, हालांकि उनके प्रभाव को अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है। कॉर्निंग द्वारा 2012 के एक अध्ययन के अनुसार पैच पैनल पर खराब भौतिक कनेक्शन ऐतिहासिक रूप से 15-20% ऑप्टिकल लिंक त्रुटियों के लिए जिम्मेदार है। बेहतर कनेक्टर डिज़ाइन (विशेष रूप से एलसी और एमपीओ/एमटीपी कनेक्टर) के साथ आधुनिक मॉड्यूलर पैच पैनल ने इसे काफी कम कर दिया है।

2005 के आसपास पुश{0}पुल टैब एलसी कनेक्टर्स की शुरूआत विशेष रूप से महत्वपूर्ण थी। इन कनेक्टर्स ने पहले के लैच आधारित डिज़ाइनों की तुलना में अधिक लगातार इंसर्शन लॉस और रिटर्न लॉस प्रदान किया, जो डेटा सेंटर वातावरण में कंपन के कारण समय के साथ ढीले हो सकते थे।

 

तकनीकी विशिष्टताएँ और मानक

 

विभिन्न मानक निकायों ने विशिष्टताओं की स्थापना की है जो सीधे त्रुटि में कमी का समाधान करती हैं। उदाहरण के लिए, IEEE 802.3 कार्य समूह, विभिन्न ईथरनेट गति के लिए अधिकतम BER आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करता है। 100GBASE-SR4 (एक सामान्य मल्टीमोड कार्यान्वयन) के लिए, मानक को FEC डिकोडर के आउटपुट पर 10^-12 से अधिक BER की आवश्यकता नहीं होती है, जो सामान्य ऑपरेशन के दौरान शून्य त्रुटियों का अनुवाद करता है।

ऑप्टिकल इंटरनेटवर्किंग फोरम (ओआईएफ) त्रुटियों को कम करने वाले इंटरफेस को परिभाषित करने में विशेष रूप से सक्रिय रहा है। CEI के लिए उनके कार्यान्वयन समझौते -28G और CEI-56G में जिटर, क्रॉसस्टॉक और रिटर्न लॉस सहित विस्तृत विद्युत विशेषताओं को निर्दिष्ट किया गया है - जो ठीक से नियंत्रित नहीं होने पर त्रुटि दर को प्रभावित करते हैं।

यह ध्यान देने योग्य है कि जबकि मानक न्यूनतम प्रदर्शन निर्दिष्ट करते हैं, वाणिज्यिक मॉड्यूल अक्सर इन आवश्यकताओं से अधिक होते हैं। प्रमुख निर्माताओं (फिनिसर, ल्यूमेंटम, II-VI) के मॉड्यूल के 2019 सर्वेक्षण में पाया गया कि विशिष्ट वाणिज्यिक मॉड्यूल न्यूनतम आवश्यक ऑप्टिकल बजट से 2-3 डीबी बेहतर संचालित होते हैं, जो त्रुटियों के खिलाफ महत्वपूर्ण मार्जिन प्रदान करते हैं।

 

व्यावहारिक तैनाती का अनुभव

 

वास्तविक विश्व परिनियोजन से पता चला है कि यद्यपि ऑप्टिकल मॉड्यूल सिद्धांत में उत्कृष्ट त्रुटि में कमी प्रदान करते हैं, उचित स्थापना और रखरखाव महत्वपूर्ण रहता है। एक प्रमुख उत्तरी अमेरिकी दूरसंचार प्रदाता के 2017 के अध्ययन में पाया गया कि लगभग 80% ऑप्टिकल लिंक त्रुटियों का अंततः पता लगाया गया:

गंदे कनेक्टर (31%)

फाइबर क्षति (23%)

गलत मॉड्यूल स्थापना (14%)

असंगत मॉड्यूल/फाइबर संयोजन (12%)

यह इस बात पर प्रकाश डालता है कि ऑप्टिकल मॉड्यूल स्वयं त्रुटि न्यूनीकरण समीकरण का केवल एक हिस्सा है। उसी अध्ययन में पाया गया कि कठोर सफाई प्रोटोकॉल और तकनीशियन प्रशिक्षण कार्यक्रम को लागू करने के बाद, किसी भी मॉड्यूल को बदले बिना नेटवर्क की त्रुटि दर 67% कम हो गई।

 

भविष्य के विकास

 

इससे भी कम त्रुटि दर पर शोध जारी है। संभाव्य तारामंडल आकार, जो चैनल विशेषताओं के लिए सिग्नल वितरण को अनुकूलित करता है, ने प्रयोगशाला परीक्षणों में वादा दिखाया है। 2021 में नोकिया बेल लैब्स के प्रकाशित परिणामों ने इस तकनीक का उपयोग करके 1-2 डीबी के बीईआर सुधारों का प्रदर्शन किया, जो और भी अधिक विश्वसनीय ट्रांसमिशन में तब्दील हो जाएगा।

पूर्वानुमानित रखरखाव के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का एकीकरण भी क्षमता दिखाता है। पूर्व FEC त्रुटि दरों के पैटर्न और आधुनिक मॉड्यूल से उपलब्ध डायग्नोस्टिक डेटा का विश्लेषण करके, ये सिस्टम घंटों या दिनों पहले आसन्न विफलताओं की भविष्यवाणी कर सकते हैं, जिससे सेवा को प्रभावित करने वाली त्रुटियां होने से पहले सक्रिय प्रतिस्थापन की अनुमति मिलती है।