Nel breve periodo trascorso dalla loro introduzione, questi elementi costitutivi fondamentali stanno già trovando applicazione nei sistemi di nuova generazione sviluppati dai principali fornitori di reti. Le applicazioni abilitate dalla tecnologia SFF offrono velocità di linea che vanno da 100 Mb/s a 2,488 Gb/s. Tra queste figurano Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM, FDDI e Fibre Channel.
Nuove opportunità di design SFF
Le funzionalità offerte dalla tecnologia SFF sono numerose e di grande interesse. Il numero di porte è il doppio rispetto a quello attualmente disponibile nelle connessioni in fibra ottica, nei router e negli switch. Gli stessi componenti SFF, come quelli basati sulla tecnologia MT-RJ (MT-Registered Jack), consentono una spaziatura delle porte in fibra ottica simile a quella delle interfacce in rame RJ-45. Oltre ai suoi vantaggi, lavorare con la tecnologia SFF presenta anche interessanti sfide per i progettisti che devono realizzare apparecchiature di rete veloci. Questi sistemi, per loro stessa natura, devono essere silenziosi dal punto di vista delle interferenze elettromagnetiche (EMI). Poiché molti componenti che operano a frequenze di clock più elevate sono concentrati in uno spazio ridotto, esiste il rischio che i livelli di EMI aumentino. È quindi fondamentale prestare particolare attenzione all'ottimizzazione delle caratteristiche prestazionali in termini di EMI in questo tipo di sistema. I transceiver SFF basati sull'interfaccia MT-RJ contribuiscono a minimizzare i livelli complessivi di EMI grazie alla loro apertura ottica intrinsecamente ridotta e a caratteristiche di progettazione specifiche per la minimizzazione delle EMI.
Un'altra sfida consiste nel trovare il modo di ridurre il consumo energetico. Con il raddoppio della densità delle porte e l'aumento del numero di componenti, aumenta anche la quantità di energia richiesta da un sistema. Gestire questo aspetto progettuale può diventare complesso, soprattutto quando si sviluppano apparecchiature con specifiche caratteristiche di alimentazione. Per aiutare i progettisti ad affrontare questi problemi, i circuiti integrati driver PHY e i transceiver SFF operano a una tensione nominale di 3,3 V CC, rispetto ai tradizionali transceiver in fibra ottica 1x9 che operano a 5 V CC. Di conseguenza, la determinazione dei requisiti di alimentazione diventa un'operazione di progettazione più gestibile e l'utilizzo di un'unica fonte di alimentazione a 3,3 V CC riduce i costi complessivi del sistema.
Caratteristiche dei trasmettitori-ricevitori
Attualmente, nei sistemi basati sulla tecnologia MT-RJ di piccole dimensioni vengono utilizzati due tipi di ricetrasmettitori. Entrambi offrono funzionalità full-duplex. Per supportare applicazioni con velocità di linea fino a 155 Mb/s, è possibile utilizzare ricetrasmettitori ottici che impiegano LED e sorgenti luminose laser. Esempi includono Fast Ethernet a 100 Mb/s, ATM a 155 Mb/s e FDDI a 100 Mb/s. Per applicazioni ancora più veloci, come Gigabit Ethernet a 1,25 Gb/s e Fibre Channel a 1,063 Gb/s, vengono utilizzati ricetrasmettitori con sorgenti laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) e Fabry-Perot per applicazioni monomodali o multimodali.
Per le applicazioni di rete interne, i ricetrasmettitori ottici sono disponibili in package DIP (dual in-line) a 2x5 pin da diversi produttori. Questi dispositivi a 10 pin presentano caratteristiche paragonabili ai moduli ricetrasmettitori duplex SC1x9. Per le applicazioni di rete pubblica, è disponibile anche uno standard a 2x10 pin che offre funzionalità aggiuntive come la deflessione del fotorivelatore, il controllo della deflessione del laser, il controllo della potenza del laser e altre caratteristiche. Entrambi i tipi di ricetrasmettitori ottici offrono eccellenti prestazioni EMI, grazie alle piccole aperture presenti negli alloggiamenti dei connettori.
Grazie al miglior utilizzo dello spazio fisico sul circuito stampato offerto dai ricetrasmettitori ottici SFF, è possibile utilizzare circuiti integrati a quattro canali o processori di segnale digitale (DSP) a quattro canali per realizzare progetti più efficienti. Nel complesso, questa tecnologia richiede un minor numero di componenti e di hardware di montaggio. Inoltre, i più recenti circuiti integrati multicanale offrono prestazioni superiori in package più compatti. Anche la conversione di progetti da fibra SFF a interfacce in rame risulta notevolmente semplificata. La maggior parte delle modifiche al percorso delle tracce sarà limitata alle aree del circuito stampato in cui risiedono i ricetrasmettitori ottici e i chip PHY. Un minor numero di componenti e iterazioni di progettazione più semplici si traducono in costi di sistema complessivi inferiori.
Collegamenti e connettori
Oltre ai ricetrasmettitori e alla logica utilizzati in questa architettura, i prodotti SFF introducono un nuovo tipo di connettore. I collegamenti in fibra ottica del sistema sono progettati per connettersi e disconnettersi in modo molto simile ai cavi telefonici tradizionali. Pertanto, i requisiti di spazio per lo switch, le prese a muro e i pannelli di permutazione sono gli stessi dei connettori RJ-45 in rame convenzionali.
Grazie a questa nuova tecnologia, il processo di installazione è semplificato. Per i sistemi realizzati con tecnologia MT-RJ, la configurazione è simile al cablaggio di un cavo di Categoria 5. Le fibre ottiche terminano sul retro dei pannelli di permutazione e delle prese tramite un dispositivo di terminazione a perforazione. Ciò riduce drasticamente i tempi di installazione e il rischio di errori associati alle tradizionali terminazioni in fibra ottica. Con il connettore senza fili in stile MT-RJ, le fibre vengono tagliate e inserite, terminando con la semplice rotazione di un attuatore. Per l'interconnessione delle apparecchiature presso le prese e i pannelli frontali vengono utilizzati ponticelli preimpostati in fabbrica.
Cabletron Systems sfrutta la tecnologia di piccole dimensioni
Uno dei primi ad adottare questa tecnologia, Cabletron Systems, ha subito riconosciuto il potenziale dei prodotti di commutazione in fibra ottica basati su componenti SFF (Small Form Factor). Una nuova linea di moduli di commutazione Fast Ethernet con collegamenti primari WAN e LAN ad alta velocità avrebbe potuto servire al meglio i clienti del settore manifatturiero e governativo. Offrire il doppio delle porte a un costo relativamente inferiore avrebbe garantito ai clienti un maggiore controllo sulla propria infrastruttura in fibra ottica esistente. Inoltre, le basse emissioni elettromagnetiche (EMI) dei sistemi basati su SFF sarebbero risultate interessanti in molte applicazioni manifatturiere in cui le apparecchiature di processo devono operare in prossimità delle postazioni di lavoro. Per il settore pubblico, dove la sicurezza è una priorità assoluta, soprattutto per il personale che gestisce segmenti di rete riservati, gli switch basati su SFF offrono una maggiore sicurezza. Nell'aggiornamento di una rete di 20 chilometri, la fibra ottica garantisce un livello di sicurezza di trasmissione nettamente superiore rispetto ai cavi in rame intrecciato.
Dal punto di vista delle tecnologie abilitanti, eliminando i connettori di tipo SC a favore di componenti di sistema SFF e aggiungendo un motore di switching ASIC più veloce, Cabletron Systems ha scoperto di poter aumentare la densità di un modulo di switching Fast Ethernet (FX) da 8 a 16 porte. Con una dotazione completa dei suoi nuovi moduli FX installati nel sistema SmartSwitch 6000 dell'azienda, è possibile immettere sul mercato un totale di 80 porte 100BASE-FX (MT-RJ) che supportano fibra multimodale (MMF) e/o fibra monomodale (SMF). Questa è la soluzione ideale per applicazioni con traffico multimediale e ad alta larghezza di banda.
Progettazione accelerata
Lo sviluppo del modulo di commutazione FX è iniziato nell'agosto del 1998 ed è stato completato a dicembre. L'architettura di base è stata realizzata con componenti provenienti da un modulo di commutazione di produzione preesistente. Poiché la tecnologia SSF è intrinsecamente non invasiva per la maggior parte dei circuiti circostanti, le funzioni di controllo dell'accesso al mezzo (MAC) e del livello fisico (PHY) non sono state praticamente influenzate. I chip esistenti sono stati valutati dai fornitori e approvati per l'utilizzo in FX. La principale modifica progettuale ha riguardato la determinazione delle modifiche necessarie sul circuito stampato, in quanto gli otto ricetrasmettitori magnetici esistenti sarebbero stati sostituiti da sedici ricetrasmettitori ottici. In un processo altrimenti semplice, sono stati creati nuovi percorsi di traccia tra i controller IC del mezzo fisico e i ricetrasmettitori ottici. Sui bus di segnale tra questi componenti, è stato necessario prestare attenzione alle terminazioni ECL, nonché alla modifica della maggior parte delle linee dati ad alta velocità.
Poiché questo progetto rappresentava un primo tentativo e i requisiti di alimentazione di un nuovo sistema a 3,3 V CC potevano essere calcolati solo ipoteticamente dai progettisti e dai loro strumenti EDA, è stato utilizzato un simulatore di alimentazione per determinare l'effettivo consumo energetico del prototipo del modulo FX. Gli ingegneri hanno stabilito che l'alimentatore del rack di sistema poteva fornire più energia del necessario. Le emissioni EMI si sono rivelate trascurabili una volta che il sistema è stato acceso e reso operativo. Il numero di modifiche al firmware necessarie per gestire il funzionamento del nuovo modulo FX è stata una piacevole sorpresa per gli ingegneri software del team di progettazione. Solo il 3% del codice di progettazione ha richiesto modifiche.
Il modulo di switching Fast Ethernet di Cabletron Systems è già entrato nel mercato con grande successo. E, come dimostrato dal team di ingegneri di Cabletron, le opportunità e i risparmi non mancano quando si progettano prodotti per reti in fibra ottica veloci utilizzando la tecnologia SFF. I nuovi sistemi ad alta densità, che combinano il meglio degli investimenti tecnologici esistenti con ricetrasmettitori ottici avanzati e connettori in fibra ottica, possono essere rapidamente scalati e immessi sul mercato in modo molto conveniente. Con l'introduzione di un numero sempre maggiore di prodotti che incorporano questa nuova tecnologia, i prezzi dei sistemi inizieranno a diminuire fino a raggiungere il livello in cui si verificherà un'adozione diffusa. Questa tecnologia è arrivata al momento perfetto.
Tecnologie Agilent
Autore: Kevin Wade. Responsabile marketing di prodotto. SmartSwitch 6000. Cabletron Systems, Agilent Technologies
