In der kurzen Zeit seit ihrer Einführung finden diese grundlegenden Bausteine bereits ihren Weg in Systeme der nächsten Generation führender Netzwerkanbieter. Anwendungen, die auf SFF-Technologie basieren, bieten Leitungsgeschwindigkeiten von 100 Mbit/s bis 2,488 Gbit/s. Dazu gehören Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM, FDDI und Fibre Channel.
Neue Möglichkeiten für die Gestaltung von SFF-Gebäuden
Die SFF-Technologie bietet zahlreiche und überzeugende Möglichkeiten. Die Anzahl der Ports ist doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Glasfaserverbindungen, Routern und Switches. SFF-Komponenten, beispielsweise solche mit MT-RJ-Technologie (MT-Registered Jack), ermöglichen einen ähnlichen Portabstand wie RJ-45-Kupferschnittstellen. Neben diesen Vorteilen birgt die SFF-Technologie auch interessante Herausforderungen für Entwickler, die schnelle Netzwerkgeräte benötigen. Diese Systeme müssen naturgemäß störungsarm (EMV) sein. Da viele Komponenten mit höheren Taktraten auf engstem Raum untergebracht sind, besteht die Gefahr erhöhter EMV-Werte. Daher muss der Optimierung der EMV-Eigenschaften in solchen Systemen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. SFF-Transceiver mit MT-RJ-Schnittstelle tragen dank ihrer geringen optischen Apertur und EMV-minimierender Designmerkmale zur Minimierung der EMV-Werte bei.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, den Stromverbrauch zu reduzieren. Mit der Verdopplung der Portdichte und der Zunahme der Komponentenanzahl steigt auch der Strombedarf eines Systems. Die Berücksichtigung dieses Aspekts kann komplex werden, insbesondere bei der Entwicklung von Geräten mit entsprechenden Leistungscharakteristiken. Um Entwicklern diese Herausforderungen zu erleichtern, arbeiten die PHY-Treiber-ICs und SFF-Transceiver mit einer Nennspannung von 3,3 V DC, im Vergleich zu herkömmlichen 1x9-Glasfaser-Transceivern, die mit 5 V DC betrieben werden. Dadurch wird die Ermittlung des Leistungsbedarfs zu einer einfacheren Designaufgabe, und die Verwendung einer einzigen 3,3-V-DC-Stromquelle senkt die Gesamtsystemkosten.
Eigenschaften von Sender-Empfängern
Aktuell werden in Systemen mit MT-RJ-Technologie zwei Transceiver-Typen eingesetzt. Beide bieten Vollduplex-Funktionalität. Für Anwendungen mit Leitungsgeschwindigkeiten bis zu 155 Mbit/s können optische Transceiver mit LEDs und Laserlichtquellen verwendet werden. Beispiele hierfür sind 100 Mbit/s Fast Ethernet, 155 Mbit/s ATM und 100 Mbit/s FDDI. Für noch schnellere Anwendungen wie 1,25 Gbit/s Gigabit Ethernet und 1,063 Gbit/s Fibre Channel kommen Transceiver mit VCSEL- (Vertical Cavity Surface Emission) und Fabry-Perot-Laserquellen zum Einsatz, sowohl für Singlemode- als auch für Multimode-Anwendungen.
Für Anwendungen in Gebäudenetzwerken sind optische Transceiver in 2x5-poligen Dual-In-Line-Gehäusen (DIPs) verschiedener Hersteller erhältlich. Diese 10-poligen Bauteile bieten vergleichbare Funktionen wie Duplex-Transceiver-Module (SC1x9). Für öffentliche Netzwerke steht außerdem ein 2x10-poliger Standard zur Verfügung, der zusätzliche Funktionen wie Fotodetektorablenkung, Laserablenkungssteuerung, Laserleistungssteuerung und weitere Features bietet. Beide Transceiver-Typen zeichnen sich dank der kleinen Öffnungen in ihren Steckergehäusen durch eine hervorragende EMV-Performance aus.
Durch die verbesserte Ausnutzung der Leiterplattenfläche mittels SFF-Transceivern können Vierkanal- oder Vierkanal-DSP-ICs (Digital Signal Processor) für die physikalische Schicht (PHY) verwendet werden, um effizientere Designs zu realisieren. Insgesamt werden mit dieser Technologie weniger Bauteile und Montagehardware benötigt. Darüber hinaus bieten die neuesten Mehrkanal-ICs eine höhere Leistung in kleineren Gehäusen. Auch die Umstellung von SFF-Glasfaser- auf Kupferschnittstellen wird deutlich vereinfacht. Die meisten Leiterbahnverlegungen beschränken sich auf die Bereiche der Leiterplatte, in denen sich die optischen Transceiver und PHY-Chips befinden. Weniger Bauteile und einfachere Designiterationen bedeuten geringere Gesamtsystemkosten.
Links und Verbindungsstücke
Zusätzlich zu den in dieser Architektur verwendeten Transceivern und der Logik wird bei SFF-Produkten ein neuer Steckverbindertyp eingeführt. Die Glasfaserverbindungen des Systems sind so konzipiert, dass sie sich ähnlich wie herkömmliche Telefonkabel verbinden und trennen lassen. Daher entspricht der Platzbedarf für Switch, Wanddosen und Patchpanels dem von herkömmlichen RJ-45-Kupfersteckern.
Die Installation wird durch diese neue Technologie deutlich vereinfacht. Bei Systemen mit MT-RJ-Technologie ähnelt die Einrichtung der Verkabelung einer Kategorie-5-Anlage. Die Glasfasern werden an der Rückseite von Patchpanels und -dosen mittels einer LSA-Anschlussvorrichtung angeschlossen. Dies reduziert die Installationszeit und das Fehlerrisiko herkömmlicher Glasfaseranschlüsse erheblich. Mit der MT-RJ-kompatiblen, steckerlosen Buchse werden die Fasern durch Drehen eines Aktuators zugeschnitten und eingeführt. Voreingestellte Jumperkabel dienen der Verbindung der Geräte an Dosen und Panelfronten.
Cabletron Systems nutzt die Technologie des kleinen Formfaktors
Cabletron Systems, einer der Pioniere, erkannte schnell das Potenzial von Glasfaser-Switching-Produkten auf Basis von SFF-Komponenten. Eine neue Produktlinie von Fast-Ethernet-Switching-Modulen mit schnelleren WAN- und LAN-Primärverbindungen könnte die Bedürfnisse ihrer Kunden aus dem Fertigungs- und Regierungssektor besser erfüllen. Die doppelte Anzahl an Ports zu vergleichsweise geringeren Kosten würde Kunden eine bessere Kontrolle über ihre bestehende Glasfaserinfrastruktur ermöglichen. Darüber hinaus wären die geringen elektromagnetischen Störungen (EMI) von SFF-basierten Systemen in vielen Fertigungsanwendungen attraktiv, in denen Prozessanlagen in der Nähe von Arbeitsplätzen betrieben werden müssen. Für Behörden, in denen Sicherheit ein wichtiges Anliegen ist, insbesondere für Mitarbeiter, die sensible Netzwerksegmente verwalten, bieten SFF-basierte Switches zusätzliche Sicherheit. Bei der Modernisierung eines 20 Kilometer langen Netzwerks bietet Glasfaser eine deutlich höhere Übertragungssicherheit als Kupferleitungen.
Aus technologischer Sicht konnte Cabletron Systems durch den Verzicht auf SC-Steckverbinder zugunsten von SFF-Systemkomponenten und den Einsatz einer schnelleren ASIC-Switching-Engine die Portdichte eines Fast-Ethernet-(FX)-Switching-Moduls von 8 auf 16 Ports erhöhen. Mit der vollständigen Ausstattung des SmartSwitch 6000-Systems mit den neuen FX-Modulen stehen nun insgesamt 80 100BASE-FX-(MT-RJ)-Ports zur Verfügung, die Multimode- (MMF) und/oder Singlemode-Glasfaser (SMF) unterstützen. Dies ist die ideale Lösung für Anwendungen mit hohem Bandbreiten- und Multimedia-Datenverkehr.
Schnellverfahrensdesign
Die Arbeiten am FX-Switching-Modul begannen im August 1998 und wurden im Dezember abgeschlossen. Komponenten eines bereits in Serie gefertigten Switching-Moduls dienten als Basisarchitektur. Da die SSF-Technologie die meisten umliegenden Schaltungen nicht beeinträchtigt, blieben die Funktionen der Medienzugriffskontrolle (MAC) und der physikalischen Schicht (PHY) praktisch unberührt. Die vorhandenen Chips wurden von den Herstellern geprüft und für den Einsatz im FX-Modul freigegeben. Die wichtigste Designänderung bestand darin, die notwendigen Modifikationen auf der Leiterplatte zu ermitteln, da die acht vorhandenen magnetischen Transceiver durch sechzehn optische Transceiver ersetzt werden sollten. In einem ansonsten unkomplizierten Prozess wurden neue Leiterbahnen zwischen den IC-Controllern für die physikalischen Medien und den optischen Transceivern geschaffen. Auf den Signalbussen zwischen diesen Komponenten musste besonderes Augenmerk auf die ECL-Abschlüsse sowie auf die Modifizierung der meisten Hochgeschwindigkeitsdatenleitungen gelegt werden.
Da es sich bei diesem Entwurf um einen ersten Versuch handelte und der Leistungsbedarf eines neuen 3,3-VDC-Systems von den Entwicklern mithilfe ihrer EDA-Tools nur hypothetisch berechnet werden konnte, wurde ein Netzteilsimulator eingesetzt, um die tatsächliche Leistungsaufnahme des FX-Modul-Prototyps zu ermitteln. Die Ingenieure stellten fest, dass das Netzteil des Systemracks mehr Leistung liefern konnte als benötigt. Die elektromagnetischen Störungen (EMI) erwiesen sich nach dem Einschalten und Betrieb des Systems als vernachlässigbar. Die geringe Anzahl der Firmware-Änderungen, die für den Betrieb des neuen FX-Moduls erforderlich waren, überraschte die Softwareentwickler des Entwicklungsteams positiv. Lediglich 3 % des Quellcodes mussten angepasst werden.
Das Fast-Ethernet-Switching-Modul von Cabletron Systems hat sich bereits erfolgreich am Markt etabliert. Wie das Entwicklungsteam von Cabletron demonstriert hat, bieten SFF-Technologie (Small Forwarding Module) zahlreiche Möglichkeiten und Einsparpotenziale für die Entwicklung schneller Glasfasernetzwerkprodukte. Neue, hochdichte Systeme, die die Vorteile bestehender Technologien mit fortschrittlichen optischen Transceivern und Glasfasersteckverbindern kombinieren, lassen sich schnell skalieren und äußerst kosteneffizient auf den Markt bringen. Mit der Einführung weiterer Produkte, die diese neue Technologie nutzen, werden die Systempreise sinken und sich einem Niveau annähern, das eine breite Akzeptanz ermöglicht. Diese Technologie kommt genau zum richtigen Zeitpunkt.
Agilent Technologies
Autor: Kevin Wade, Produktmarketing-Manager, SmartSwitch 6000, Cabletron Systems, Agilent Technologies
