能動光インフラ:ファイバーを光らせ、増幅し、切り替え、監視する機器
光ファイバーリンクは、2つの能動端の間にある受動的なガラスです。光路上で電源を必要とするものはすべて(両端のトランシーバー、メディアコンバーターとトランスポンダ、中間にある増幅器と再生器、ROADM、PON の OLT と ONU、保護スイッチ、そしてそれらすべてを監視する監視装置)が、能動光インフラです。能動光インフラは、ビットを光に変換し、また元に戻し、受動設備が奪った分を復元し、経路を選択し、リンクの状態を報告します。このセクションでは、これらの要素をリンク上に位置づけ、受動設備とどう関わるかを示し、トランシーバーのカテゴリーへとつなげます。そこでは、モジュール自体(フォームファクター、メモリ、診断機能、互換性)について詳しく扱います。
受動と能動:リンクを構成する2つの要素
| 受動インフラ | 能動インフラ |
|---|
| 内容 | 光ファイバー、ケーブル、コネクター、接続点、スプリッター、フィルター、クロージャ、配線盤 | トランシーバー、ホストポート、メディアコンバーター、トランスポンダ、増幅器、ROADM、OLT/ONU、保護スイッチ、監視装置 |
| 電源が必要か | いいえ | はい(無人局ではバッテリーバックアップも必要) |
| 光に対する作用 | 減衰させる、反射する、分散させる、波長ごとに経路を振り分ける | 発生させる、検出する、増幅する、再生する、切り替える、測定する |
| 寿命 | 25–40 年 | 5–15 年(レーザーが劣化し、電子部品が陳腐化する) |
| 故障モード | 緩やかな劣化、突発的な断線 | 電源、レーザーの寿命到達、ファームウェア、過熱 |
| 管理方法 | 記録と定期試験 | リアルタイムのテレメトリー、アラーム、ソフトウェア |
| 詳細 | 受動設備 | このセクション |
能動要素の一覧
| 要素 | 役割 | リンク上の位置 | 詳細情報 |
|---|
| トランシーバー(SFP、QSFP、OSFP など) | 電気レーンを光に変換し、また元に戻す。レーザー、フォトダイオード、ドライバー、DSP、診断機能を1つのプラガブルモジュールに集約 | リンクの両端。スイッチ、ルーター、NIC、OLT、トランスポンダのポート内 | リンク内のトランシーバー、トランシーバーとは |
| ホストポート | モジュールに給電し、電気レーンを終端し、MAC/PCS を動作させ、診断データを読み取る | スイッチ、ルーター、サーバー NIC | ポートとアップリンク、NIC ポートと PCIe |
| メディアコンバーター、OEO 中継器 | スイッチを介さずに銅線↔光ファイバー、または光ファイバー↔光ファイバーの変換を行う。2R 再生 | 小規模リンクの両端。銅線ポートを光ファイバーで延長する用途 | 伝送・アクセス機器 |
| トランスポンダ、マックスポンダ | グレーのクライアント信号を、色付きの DWDM 波長にマッピングする。多くは OTN フレーミングと FEC を伴う。複数のクライアントを集約する | DWDM 端局 | 同上;DWDM ネットワーク設計と OTN |
| 光増幅器(EDFA、ラマン、SOA) | データに手を加えずに、光ファイバーで失われたパワーを復元する | 合波器の後段のブースター、80–120 km ごとのインライン増幅器、分波器の前段の前置増幅器 | 増幅と再生 |
| 再生器(OEO、3R) | 受信・再タイミング・再整形・再送信を行い、ノイズと分散をリセットする | 増幅だけでは十分な OSNR が得られない箇所 | 同上 |
| ROADM、WSS、光スイッチ | ポートごとに波長を追加・削除し、経路を変更する | 3方路以上の DWDM ノード | 伝送・アクセス機器、DWDM コンポーネント |
| 光保護スイッチ | 50 ms 未満でトラフィックを予備の光ファイバーまたは経路に切り替える | 保護されたリンク、リング構成 | 同上 |
| PON の OLT と ONU/ONT | 1対多のツリー構成における局側と加入者側の末端 | 電話局と顧客宅内 | 同上;PON の仕組み |
| 分散補償モジュール | 波長分散を打ち消す。受動的な光ファイバーまたはグレーティングを使うが、増幅器と共に設置される | 従来の 10G/40G 線路の増幅局 | 分散と帯域幅 |
| 監視装置(DDM、OSC、OCM、RFTS、OTDR ポート) | パワー、スペクトル、光ファイバーのイベントを測定し、局間で管理情報を伝送する | すべての能動要素。線路局には専用装置を設置 | 監視と管理 |
| 電源と環境 | −48 V DC、AC、バッテリー、冷却設備、キャビネット、局舎 | 街頭キャビネットや電柱を含む、すべての能動局 | 伝送・アクセス機器 |
デシベルはどこから来て、どこへ行くのか
| 段階 | 受動か能動か | パワーバジェットへの影響 |
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| 送信器(レーザー) | 能動 | 送出パワーを決定:プラガブルモジュールで −8 … +4 dBm、ブースター通過後は最大 +23 dBm |
| コネクター、接続点、光ファイバー、スプリッター、フィルター | 受動 | それぞれ 0.05–20 dB を消費。これが設備損失(リンクバジェット) |
| 増幅器 | 能動 | 15–30 dB の利得とわずかなノイズを加える。バジェットは OSNR バジェットになる |
| 分散、PMD、非線形性 | 受動的な物理現象 | dB 単位のペナルティ、または伝送距離への絶対的な制限。コヒーレントモジュールの DSP がこれを電気的に補償する |
| 受信器(フォトダイオード、TIA、CDR/DSP、FEC) | 能動 | 受信感度(−14 … −30 dBm)と過入力(+3 … −7 dBm)を決定 |
| 再生器 | 能動 | すべてをリセットする。ここから新たなリンクが始まる |
リンクの設計は、パワーバジェット方式(未増幅:送信器から受信器を差し引いた値を設備損失と比較)か、OSNR バジェット方式(増幅あり:各スパンで蓄積したノイズを受信器の要求値と比較)のいずれかで行います。どちらの方式になるかは、能動要素によって決まります(増幅と再生)。
所有区分と責任分界
| モデル | 顧客が得るもの | 顧客が所有する能動要素 |
|---|
| ダークファイバー | 2つの配線盤の間にある光ファイバー対 | すべて(トランシーバー、増幅器、監視装置) |
| 波長サービス | 事業者の線路システム上の DWDM チャネル1つ。ITU-T G.698.2 の「ブラックリンク」に相当し、分界点でのパワーと分散が規定される | 両端のトランシーバーまたはトランスポンダ |
| マネージドイーサネットまたは OTN サービス | サービスレベル契約(SLA)付きのポート | 光学系の所有はなし。事業者のトランシーバーが顧客のトランシーバーと向き合う |
| PON | 宅内の ONU | その ONU(または顧客のスイッチに挿す ONU スティック) |
| 自社網 | すべて | すべて |
分界点は、設備側の責任と能動要素側の責任が接する場所です。事業者はパワーの許容範囲と損失値を保証し、顧客のモジュールはそれに適合しなければなりません(光ファイバーネットワークトポロジー)。
能動インフラのライフサイクル
| 側面 | 実態 |
|---|
| 使用年数 | レーザーは 10–20 年、プラガブルモジュールは速度の世代交代ごとに更新(5–7 年)、線路システムは 10–15 年 |
| 経年劣化の兆候 | 一定パワー時のレーザーバイアス電流上昇、増幅器の励起効率低下、ファンの摩耗(Tx バイアス電流とレーザーの経年劣化) |
| 電源への依存 | 電源を失った局は断線したのと同じ。増幅局や OLT 局には 4–8 時間分のバッテリー、それ以上は発電機 |
| ファームウェア | モジュール、ホスト、線路システムはいずれもファームウェアを持つ。アップグレードにより互換性が変わることがある(互換性マトリクスとファームウェア) |
| 予備品 | モジュールは型式ごとに 5–10 %、増幅器の励起光源カード、ファン、電源ユニット(保守と復旧) |
| 安全性 | プラガブルモジュールはクラス 1、増幅器はクラス 3B/4。危険レベルを決めるのは能動側です(安全対策と取り扱い) |
| 互換性 | モジュールとホストのベンダーコーディングは能動側特有の問題であり、設備側には存在しません(ベンダーロック) |
トランシーバーのカテゴリーで続く内容
CodingBox では
CodingBox は、最小単位の能動要素のためのベンチです。ホストの外でトランシーバーに給電し、その識別情報、対応機能、診断データを読み取り、モジュールが光ファイバーとホストポートに接続される前に検証できるようにします。このセクションで述べた送出パワー、波長、受信器の限界値、診断データはすべて、Check 画面と DDM 画面でモジュール自身のメモリから読み取られます(Check transceiver、アプリ内の DDM)。