VDM และตัวชี้วัด FEC: ลิงก์ PAM4

ที่ 50G ต่อเลนขึ้นไป กำลังแสงเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะบ่งชี้สุขภาพของลิงก์ได้อีกต่อไป ลิงก์ PAM4 ที่มีกำลัง Rx สมบูรณ์แบบอาจห่างจากข้อผิดพลาดที่แก้ไม่ได้แค่คอนเนกเตอร์สกปรกจุดเดียว และสัญญาณแรกที่บอกไม่ใช่ dBm แต่เป็นอัตราบิตผิดพลาด มีแหล่งข้อมูลสองแหล่งที่ให้ตัวเลขนี้ ภายในโมดูล VDM ของ CMIS (Versatile Diagnostics Monitoring) รายงานค่า pre-FEC BER, SNR และสุขภาพของเลเซอร์แยกตามเลน ส่วนที่ฝั่งโฮสต์ ตัวถอดรหัส FEC จะนับโค้ดเวิร์ดที่แก้ไขได้และแก้ไขไม่ได้ ทั้งสองแหล่งรวมกันแสดงให้เห็นว่าลิงก์ห่างจากความล้มเหลวแค่ไหน ในขณะที่ยังรับส่งทราฟฟิกได้โดยไม่สูญเสียข้อมูล

เหตุใด FEC จึงเปลี่ยนวิธีวินิจฉัย

PMD ของ Ethernet ทุกตัวที่ 25G ขึ้นไปบน PAM4 (และ 25G NRZ ส่วนใหญ่) ตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าใช้ FEC แบบ Reed-Solomon ออปติกได้รับอนุญาตให้ส่งค่าอัตราผิดพลาดดิบที่ 10⁻⁵–10⁻⁴ เพราะ FEC จะซ่อมให้เหลือ 10⁻¹² หรือดีกว่านั้น ผลที่ตามมาคือ ลิงก์ที่กำลังเสื่อมสภาพจะไม่แสดงข้อผิดพลาดใด ๆ เลยต่อ MAC จนกว่าจะข้ามขีดจำกัดของ FEC แล้วจึงล่มลงทันที pre-FEC BER เป็นตัวบ่งชี้ค่าเผื่อเพียงตัวเดียวที่เปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่น

FEC	โค้ด	แก้ไขได้ต่อโค้ดเวิร์ด	ขีดจำกัด pre-FEC BER สำหรับเอาต์พุต 10⁻¹² (โดยประมาณ)	ใช้ใน
BASE-R (“FC-FEC”, Clause 74)	Fire code (2112, 2080)	เบิร์สต์ 11 บิต	≈ 10⁻⁷ … 10⁻⁸ ได้เกน ~2 dB	10G/25G NRZ, CA-25G-S
RS-FEC KR4 (Clause 91/108)	RS(528, 514) บน GF(2¹⁰)	7 สัญลักษณ์	≈ 5 × 10⁻⁵	25GBASE-CR/SR/LR, 100GBASE-SR4/CWDM4/CR4
RS-FEC KP4 (Clause 119/134)	RS(544, 514)	15 สัญลักษณ์	≈ 2.4 × 10⁻⁴	ทุกเลน PAM4 ขนาด 50G: 50G/100G/200G/400G/800G
แบบต่อเนื่อง (concatenated) / oFEC (โคฮีเรนต์)	โค้ดชั้นในและชั้นนอก	—	≈ 10⁻² … 2 × 10⁻²	400ZR (CFEC), OpenZR+ (oFEC)

ความไม่ตรงกันด้านการตั้งค่า: FEC, การเจรจาอัตโนมัติ และการฝึกลิงก์

VDM — สิ่งที่โมดูลรายงาน

VDM อยู่ในเพจ 20h–2Fh ของ CMIS (แบ่งแบงก์ต่อ 8 เลน) และมีการประกาศไว้ในเพจ 01h แต่ละค่าที่สังเกตได้ (observable) มีตัวบอกรายละเอียด (ชนิด, เลน) มีค่าตัวอย่างแบบสด ค่าเกณฑ์สี่ค่า และแฟล็ก เหมือนกับค่าที่ตรวจวัดแบบคลาสสิกทุกประการ

เพจ	เนื้อหา
20h–23h	ตัวบอกรายละเอียด: ค่าที่สังเกตได้ตัวใด เลนใด ชุดค่าเกณฑ์ใด
24h–27h	ค่าตัวอย่าง (2 ไบต์ต่อค่า)
28h–2Bh	ค่าเกณฑ์: อะลาร์มสูง/ต่ำ, คำเตือนสูง/ต่ำ
2Ch–2Fh	แฟล็กและมาสก์

ชนิดของค่าที่สังเกตได้ (CMIS 4.0/5.x)

ID	ค่าที่สังเกตได้	หน่วย / รูปแบบ	สิ่งที่บอกคุณ
1	อายุเลเซอร์	% (U16)	ค่าประมาณอายุใช้งานที่หมดไปแล้วตามผู้ผลิต
2	กระแส TEC	% ของค่าสูงสุด (S16)	ภาระของตัวทำความเย็น — อุณหภูมิและแรงดันไฟเลี้ยง
3	ค่าคลาดเคลื่อนความถี่เลเซอร์	MHz (S16)	DWDM/ZR: ระยะห่างจากกริด
4	อุณหภูมิเลเซอร์	°C (S16, 1/256)	เลเซอร์ที่มี TEC
5 / 6	eSNR อินพุตฝั่งสื่อสัญญาณ / โฮสต์	dB (U16, 1/256)	SNR ทางไฟฟ้าหลังการอีควอไลซ์ คือ “eye height” ของ PAM4 มากกว่า 18–20 dB ถือว่าสบาย น้อยกว่า 15 dB ถือว่าก้ำกึ่ง (แล้วแต่ผู้ผลิต)
7 / 8	พารามิเตอร์การเปลี่ยนระดับของ PAM4 ฝั่งสื่อสัญญาณ / โฮสต์	dB	ความเป็นเชิงเส้นของสี่ระดับสัญญาณ
9 / 10	pre-FEC BER ต่ำสุด ฝั่งสื่อสัญญาณ / โฮสต์	F16	ค่าดีที่สุดในช่วงเวลานั้น
11 / 12	pre-FEC BER สูงสุด	F16	ค่าแย่ที่สุดในช่วงเวลานั้น คือตัวเลขที่ควรใช้แจ้งเตือน
13 / 14	pre-FEC BER เฉลี่ย	F16	—
15 / 16	pre-FEC BER ปัจจุบัน	F16	ค่าตัวอย่างล่าสุด
17–24	FERC (frame error ratio count) ต่ำสุด / สูงสุด / เฉลี่ย / ปัจจุบัน ฝั่งสื่อสัญญาณ / โฮสต์	F16	เฟรมที่แก้ไม่ได้หลัง FEC ควรเป็น 0
128+	ชุดค่าโคฮีเรนต์ (CMIS 5.x): ไบอัสมอดูเลเตอร์, CD, DGD, SOPMD, OSNR, eSNR, Q-factor, กำลัง Rx รวม/กำลังสัญญาณ, ค่าออฟเซตความถี่พาหะ…	หลากหลาย	โมดูล 400ZR/ZR+

F16 คือรูปแบบอัตราส่วน 16 บิตของ CMIS ประกอบด้วยเลขชี้กำลัง 5 บิตและแมนทิสซา 11 บิต โดยค่า = แมนทิสซา × 10^(เลขชี้กำลัง − 24) pre-FEC BER ที่ 1.5 × 10⁻⁶ จะถูกเก็บเป็นแมนทิสซา 1500 กับเลขชี้กำลัง 15 ฝั่งสื่อสัญญาณคือสายส่งเชิงแสง ส่วนฝั่งโฮสต์คืออินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าไปยัง ASIC ของสวิตช์ BER ที่แย่ทางฝั่งโฮสต์ชี้ไปที่คอนเนกเตอร์หรือบอร์ด ไม่ใช่ที่ใยแก้วนำแสง

ตัวนับ FEC ฝั่งโฮสต์

สวิตช์หรือ NIC จะนับค่าต่อพอร์ต และมักนับแยกต่อเลนด้วย:

ตัวนับ	สภาพดี	เฝ้าระวัง	กำลังล้มเหลว
โค้ดเวิร์ดที่แก้ไขแล้ว	เพิ่มขึ้นช้า ๆ (pre-FEC BER 10⁻⁸ … 10⁻⁶)	เพิ่มขึ้นเร็ว (10⁻⁵ ที่ KP4)	ใกล้ขีดจำกัด
โค้ดเวิร์ดที่แก้ไม่ได้	0	เพิ่มขึ้นแม้แต่นิดเดียว	เพิ่มขึ้นต่อเนื่อง = เฟรมสูญหาย
ข้อผิดพลาดของสัญลักษณ์ต่อเลน	ใกล้เคียงกันทุกเลน	เลนใดเลนหนึ่งสูงเด่น	ใยแก้วนำแสง/คอนเนกเตอร์/เลเซอร์ของเลนนั้น
pre-FEC BER (คำนวณได้)	< 10⁻⁷	10⁻⁶ … 10⁻⁵	> 10⁻⁴ (KP4)

ดูค่าเหล่านี้ได้จาก: show interfaces … fec / phy detail บน NOS ส่วนใหญ่ (การตรวจสอบยืนยันออปติกบนสวิตช์), ethtool -S (fec_corrected_blocks, fec_uncorrectable_blocks) และ ethtool --show-fec บน Linux, show interfaces counters fec บน SONiC ตัวนับเป็นค่าสะสม ให้เคลียร์ค่าแล้วเฝ้าดูอัตราการเพิ่ม

อ่านสองค่านี้ร่วมกัน

กำลัง Rx	Pre-FEC BER / eSNR	แก้ไม่ได้	การวินิจฉัย
อยู่ในหน้าต่าง	< 10⁻⁷, eSNR สูง	0	สภาพดี มีค่าเผื่อ
อยู่ในหน้าต่าง	10⁻⁵, eSNR ตกในเลนหนึ่ง	0	เลนนั้นกำลังเสื่อมสภาพ: ใยแก้วนำแสง MPO สกปรก, VCSEL เสื่อมตามอายุ, คอนเนกเตอร์ก้ำกึ่ง ให้แก้ไขก่อนที่จะล่ม (การวินิจฉัยแยกตามเลน)
ต่ำ	สูง	มีบ้าง	ปัญหางบประมาณ — กำลังรับ (Rx) และงบประมาณลิงก์
อยู่ในหน้าต่างทั้งสองปลาย	สูงทางฝั่งโฮสต์	มีบ้าง	ทางไฟฟ้า: หน้าสัมผัสของเคจ/คอนเนกเตอร์, บอร์ด, คุณภาพของ DAC, ตั้งค่าอีควอไลเซชันผิด
อยู่ในหน้าต่าง	สูงทางฝั่งสื่อสัญญาณ ทุกเลน	มีบ้าง	ดิสเพอร์ชัน, เลือกคลาสระยะส่งผิด, ความยาวคลื่นไม่ตรงกับมัลติเพล็กเซอร์, โพลาริตีผิดบางส่วน
ปกติดี	ไม่มีข้อผิดพลาด แต่ลิงก์กระพริบ	0	ไม่ใช่ปัญหาสัญญาณ: FEC/AN ไม่ตรงกัน, ความร้อน, ซอฟต์แวร์

ค่าเกณฑ์และการแจ้งเตือน

ค่าเกณฑ์ของ VDM ถูกตั้งโดยผู้ผลิต คำเตือนสูงทั่วไปสำหรับ pre-FEC BER อยู่ที่ประมาณหนึ่งในสิบของขีดจำกัด FEC (2 × 10⁻⁵ ที่ KP4) สำหรับการแจ้งเตือน ให้ใช้อัตราการเปลี่ยนแปลงและแนวโน้ม pre-FEC BER ที่เพิ่มขึ้นสิบเท่าภายในหนึ่งสัปดาห์คือสัญญาณให้ออกใบสั่งงานได้เลย ไม่ว่าค่าเกณฑ์จะเป็นเท่าใด (การตรวจติดตาม) ข้อผิดพลาดที่แก้ไม่ได้หลัง FEC ถือเป็นเหตุการณ์ที่ต้องจัดการเสมอ

จุดที่ไม่มี VDM

โมดูล SFF-8472 และ SFF-8636 ไม่มี VDM ลิงก์ NRZ ที่ 10G/25G/100G จึงต้องพึ่งตัวนับ FEC ของโฮสต์และค่ากำลัง Rx แทน โมดูล SFF-8636 บางรุ่นเปิดให้เข้าถึง SNR หรือ BER เฉพาะของผู้ผลิตในเพจ 20h–21h หรือไบต์เฉพาะผู้ผลิต ซึ่งอ่านได้เฉพาะด้วยเครื่องมือของผู้ผลิตเท่านั้น สำหรับ NRZ ที่ไม่มี FEC (10G LR, 1G) ตัวนับ CRC/ข้อผิดพลาดขาเข้าบนอินเทอร์เฟซเป็นมุมมองระดับบิตเพียงอย่างเดียวที่มี

ใน CodingBox

สำหรับโมดูล CMIS CodingBox จะอ่านตัวบอกรายละเอียดและค่าตัวอย่างของ VDM แล้วแสดงแยกตามเลนควบคู่กับค่าที่ตรวจวัดแบบคลาสสิกบนหน้าจอ DDM ในแอป พร้อมถอดรหัสอัตราส่วน F16 ให้เป็นตัวเลขธรรมดา ส่วนตัวนับ FEC ของโฮสต์อยู่นอกเหนือขอบเขตของโมดูลและเครื่องโปรแกรม เพราะมันมาจากสวิตช์

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ