การวัดประสิทธิภาพ
- โครงสร้างพื้นฐานเป้าหมาย: สถาปัตยกรรม Fronthaul ของ 5G Cloud-RAN (C-RAN)
- มาตรฐานฮาร์ดแวร์: LINK-PP คิวดีดี-400จี-ดีอาร์4 โมดูลเครื่องรับส่งสัญญาณออปติคอล
- มาตรฐานการทำงานร่วมกัน: ประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลเต็มความเร็วบนเราเตอร์ Arista
- ระยะการส่งสัญญาณระดับกายภาพ: การเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยว (SMF) แบบขนานได้ไกลถึง 500 เมตร
แกนหลักทางเทคนิค
- หน่วยประมวลผลแสง PAM4: ใช้ประโยชน์จากการปรับความกว้างของพัลส์แบบสี่ระดับขั้นสูง เพื่อเพิ่มความจุเป็นสี่เท่าเมื่อเทียบกับอินเทอร์เฟซแบบเดิม โดยไม่ขยายขอบเขตสเปกตรัม
- ความสามารถในการทำงานร่วมกันระดับผู้ให้บริการ: ออกแบบมาให้สอดคล้องกับโปรไฟล์เฟิร์มแวร์เราเตอร์ Arista ที่ซับซ้อน โดยข้ามข้อจำกัดของพอร์ตและตรงกับพารามิเตอร์ลิงก์ภายในที่เป็นกรรมสิทธิ์
- ประสิทธิภาพการควบคุมความร้อน: รักษาการใช้พลังงานให้ต่ำกว่า 10 วัตต์ต่อพอร์ตภายใต้ปริมาณการใช้งานสูงสุดอย่างต่อเนื่อง ช่วยลดความเสี่ยงจากความร้อนสะสมภายในศูนย์กลางการสื่อสารที่มีความหนาแน่นสูง
พื้นหลังและบริบท
ในฐานะบริษัทโทรคมนาคมระดับภูมิภาคที่กำลังเติบโตในสหรัฐอเมริกา NexWave Wireless ดำเนินงานโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายมือถือที่ทันสมัยอย่างมากในหลายรัฐทางตอนกลางของสหรัฐฯ การขยายตัวเชิงพาณิชย์อย่างรวดเร็วของบริการ 5G ย่านความถี่กลางได้ก่อให้เกิดปริมาณการรับส่งข้อมูลมือถือที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนในเครือข่ายเมืองใหญ่ที่กำลังขยายตัวของบริษัท
เพื่อรองรับปริมาณข้อมูลมหาศาลเหล่านี้ ทีมวิศวกรรมของ NexWave Wireless นำโดย Devin Carter (หัวหน้าวิศวกรโครงสร้างพื้นฐานและการจัดซื้อ) จำเป็นต้องขยายขีดความสามารถของลิงก์ 5G Fronthaul แบบรวมศูนย์อย่างรวดเร็ว โดยเชื่อมต่อกลุ่มการประมวลผลเบสแบนด์เข้ากับโครงสร้างการกำหนดเส้นทางที่ขอบเครือข่ายโดยตรง เนื่องจากสถาปัตยกรรม 5G C-RAN ทำงานภายใต้ข้อจำกัดด้านความหน่วงเวลาที่เข้มงวด ซึ่งมักต้องการความหน่วงเวลาในการรับส่งข้อมูลไป-กลับต่ำกว่า 100 ไมโครวินาที ดังนั้นลิงก์ออปติคอลที่ใช้งานจะต้องรับประกันความหน่วงเวลาในการส่งสัญญาณที่ใกล้ศูนย์และการส่งแพ็กเก็ตที่ไร้ที่ติเพื่อป้องกันการละเมิดเวลาของโปรโตคอล
ในฐานะพันธมิตรด้านตัวรับส่งสัญญาณแสงของพวกเขา LINK-PP เข้ามาช่วยอุดช่องว่างด้านกำลังการผลิตนี้ Devin Carter กำลังติดตั้งแพลตฟอร์มเราเตอร์ Arista รุ่นใหม่ที่ศูนย์กลางหลักของ NexWave Wireless แต่ต้องการระบบที่มีความน่าเชื่อถือและมีความหนาแน่นสูง 400G QSFP-DD ตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคอลที่สามารถผสานรวมได้อย่างราบรื่นโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหาด้านฮาร์ดแวร์ เป้าหมายของเราคือการส่งมอบโซลูชันตัวรับส่งสัญญาณแบบเสียบปลั๊กใช้งานได้ทันทีในราคาประหยัด ซึ่งตรงตามมาตรฐานระดับผู้ให้บริการที่เข้มงวดของพวกเขาสำหรับความหน่วงต่ำเป็นพิเศษ ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีที่สุด และประสิทธิภาพความเร็วสายสัญญาณที่สม่ำเสมอ
คอขวดในการดำเนินงาน
ในระหว่างขั้นตอนการเตรียมการ Devin Carter และทีมวิศวกรรมต้องเผชิญกับข้อจำกัดด้านฮาร์ดแวร์เฉพาะเมื่ออัปเกรดเลเยอร์การกำหนดเส้นทางความหนาแน่นสูงจากความเร็ว 100G แบบเดิมไปเป็นการรวมความเร็ว 400G เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐาน fronthaul หลักพึ่งพาแพลตฟอร์ม Arista ทั้งหมด อุปกรณ์ออปติกที่ติดตั้งใหม่ใดๆ ก็ตามจะต้องตรงกับพารามิเตอร์การทำงานที่เข้มงวดของฮาร์ดแวร์หลัก ความท้าทายหลักสำหรับ NexWave Wireless คือการค้นหาทรานซีฟเวอร์ทางเลือกจากผู้ผลิตรายอื่นที่เข้ากันได้และสามารถตอบสนองโปรโตคอลการรับรู้เฟิร์มแวร์ที่เข้มงวดของ Arista ได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่ทำให้ระบบแจ้งเตือนหรือเกิดข้อผิดพลาดในการล็อกพอร์ต
นอกเหนือจากการรับรู้ซอฟต์แวร์ขั้นพื้นฐานแล้ว ตัวรับส่งสัญญาณต้องผ่านเกณฑ์มาตรฐานทางกายภาพและอิเล็กทรอนิกส์ที่เข้มงวดภายใต้ภาระการทำงานอย่างต่อเนื่อง Devin Carter ต้องการโมดูลที่สามารถรักษาการใช้พลังงานต่ำเพื่อให้เป็นไปตามขีดจำกัดการระบายความร้อนของตัวเครื่อง ในขณะเดียวกันก็ต้องให้ความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เสถียร การบรรลุอัตราความผิดพลาดของบิต (BER) ที่เหมาะสมซึ่งซิงค์ได้อย่างสมบูรณ์แบบกับอัลกอริธึมการแก้ไขข้อผิดพลาดล่วงหน้า (FEC) ของโฮสต์ Arista นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการขาดช่วงของลิงก์หรือการสูญหายของแพ็กเก็ตในเครือข่าย NexWave Wireless 5G
วิศวกรรมประยุกต์
เพื่อแก้ไขปัญหาคอขวดเหล่านี้ ทีมปฏิบัติการร่วมจึงได้ดำเนินการดังต่อไปนี้ LINK-PP รุ่น LQD-CW400-DR4C 400GBASE-DR4 โมดูลตัวรับส่งสัญญาณแสงที่ใช้งานร่วมกับ Arista ได้ โซลูชันความหนาแน่นสูงนี้ได้แก้ไขข้อจำกัดด้านฮาร์ดแวร์ของ NexWave Wireless ผ่านการออกแบบทางกายภาพและทางแสงที่แม่นยำ:
- การผสานรวมอินเทอร์เฟซของ Arista: แต่ละโมดูลมีการเข้ารหัส EEPROM ที่ปรับแต่งมาเป็นพิเศษเพื่อให้ตรงกับรีจิสทรีของแพลตฟอร์ม Arista ทำให้มั่นใจได้ถึงการรับรู้ทางแสงในทันทีและการมองเห็นอย่างครบถ้วนผ่านการวินิจฉัยบรรทัดคำสั่งของระบบปฏิบัติการ
- โครงสร้างการเชื่อมต่อแบบ Breakout ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม: ด้วยการใช้การออกแบบแบบ Single-mode ขนานผ่านขั้วต่อ MPO-12 มาตรฐาน โมดูลนี้จึงสามารถเชื่อมต่อแบบ 4x100G ได้โดยตรง โดยเชื่อมต่อสวิตช์หลักรุ่นเก่าของ NexWave Wireless เข้ากับเลเยอร์การกำหนดเส้นทางแสง 400G ใหม่ได้โดยตรง
- งบประมาณกำลังแสงที่แข็งแกร่ง: เครื่องส่งสัญญาณได้รับการปรับแต่งเพื่อให้ได้อัตราส่วนการลดทอนที่เหมาะสมที่สุด รักษาความไวของตัวรับสัญญาณที่ดีเยี่ยม และป้องกันการอิ่มตัว เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของลิงก์ที่สม่ำเสมอ ตลอดระยะทาง 500 เมตร
ผลลัพธ์ทางธุรกิจและเครือข่าย
การติดตั้งระบบดังกล่าวส่งผลให้เกิดการปรับปรุงที่วัดผลได้ทันทีในโครงสร้างพื้นฐานด้านใยแก้วนำแสงที่ใช้งานอยู่ของ NexWave Wireless:
- ความเสถียรของลิงก์: ลิงก์ทำงานได้อย่างต่อเนื่องตลอดช่วงเวลาการตรวจสอบ โดยไม่พบการหยุดชะงักของการเจรจาโปรโตคอลใดๆ ในเครือข่ายหลายไซต์ที่ได้รับการอัปเกรด ทั้งในช่วงการทดสอบและการเพิ่มปริมาณการรับส่งข้อมูลในช่วงเริ่มต้น
- การเพิ่มประสิทธิภาพความจุ: แบนด์วิดท์ fronthaul ต่อลิงก์เพิ่มขึ้นจาก 100G เป็น 400G ต่อพอร์ต ทำให้ความจุของแต่ละลิงก์เพิ่มขึ้นถึงสี่เท่า これにより เครือข่ายจึงสามารถรองรับปริมาณการใช้งานสูงสุดจากเซลล์ 5G มาโครที่เปิดใช้งานใหม่หลายร้อยเซลล์ได้โดยไม่เกิดการสูญหายของแพ็กเก็ตภายใต้สภาวะการโหลดที่วัดได้
- รักษาประสิทธิภาพการระบายความร้อน: การวินิจฉัยระบบยืนยันว่าอุปกรณ์ทั้งหมดทำงานได้ตามปกติ LINK-PP โมดูลออปติคอล QDD-400G-DR4 ทำงานได้อย่างปลอดภัยภายในขอบเขตการใช้พลังงานต่ำตามเป้าหมาย ช่วยให้ตัวเครื่องเราเตอร์ของ Arista เย็นและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Devin Carter หัวหน้าวิศวกรโครงสร้างพื้นฐานและการจัดซื้อของ NexWave Wireless กล่าวถึงการเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นว่า การหลีกเลี่ยงการล็อกพอร์ตของ OEM โดยไม่ลดทอนความน่าเชื่อถือทางกายภาพเป็นกุญแจสำคัญต่อระยะเวลาของโครงการ Carter กล่าวว่า "โมดูล QDD-400G-DR4 ที่ปรับแต่งเองได้ถูกรวมเข้ากับสภาพแวดล้อม Arista ของเราตั้งแต่วันแรก ทำให้ได้ประสิทธิภาพความเร็วสายสัญญาณและเวลาแฝงต่ำมากตามที่โครงสร้างพื้นฐาน 5G C-RAN ของเราต้องการ"
