Derek Vaughan är "senior field application engineer" hos Finisar. Han har ingenjörsexamen och doktorsgrad i elektronik från University of Wales, Bangor, Storbritannien och har över 15 års erfarenhet inom fiberoptikområdet. Derek Vaughan har tjänat som medlem av flerkällsavtalen SFFoch SFP för små sändtagare och kommittén för standarden 10/100 Base-SX.

Den allt större utbredningen av fiberoptiska kommunikationstekniker och utvecklingen av nya överföringstekniker som DWDM ökar vikten av integrerad digital diagnostik. Standardbaserad digital diagnostik, som byggs in direkt i sändtagarens maskinvara, har blivit ett kritiskt led i övervakningen och hanteringen av nätinfrastrukturer och för att hjälpa till att hålla driftskostnaderna i schack. Informationen som ges av integrerad diagnostik gör det möjligt för nätverksoperatörer att snabbt upptäcka länkfel, förkorta reparationstiden och förutsäga "hälsotillståndet" för en länk för att identifiera och lösa latenta problem innan dessa leder till fel.

Diagnostik har under det senaste årtiondet utvecklats från analog till digital och från egenutvecklade till standardbaserade metoder. Sonet-anhängarna har utnyttjat speciella analoga kanaler på sändare, mottagare och sändtagare för att övervaka tillståndet för nyckelfunktioner och -attribut. Modul- och sändtagartillverkare svarade med att erbjuda egenutvecklade mekanismer för insamling av en mångfald av relevant information.

Tidiga standardiseringsförsök har inte haft tillräckligt breda lösningar. Exempelvis inkluderade den ursprungliga 20-bensversionen av standarden SFF MSA (Small Form Factor Multisource Agreement) definitioner för analog övervakning av biasströmmen hos lasrar, fotoströmmen hos fotodioder och möjlighet till övervakning av en mottagares fotoelektriska ström. Implementeringen av den delen av SFF MSA godtogs dock aldrig brett och liknande inslag inkluderades inte i påföljande standarder.

Flera nackdelar med analoga kanaler har hämmat ett omfattande anammande av tekniken som en diagnostisk standardlösning. Behovet av åtminstone fem ben för full implementering av standarden gör att den är opraktisk för SFF-(small form factor)- eller GBIC-sändtagare. Dessutom kräver analog övervakning att slutanvändaren implementerar AD-omvandling och ställer in de nödvändiga tröskelvärdena. Det innebär att ansvaret för val av tröskelvärden faller på slutanvändaren.

Att bara utnyttja laserns biasström i en styrkrets för konstant effekt för att påvisa om lasern nått slutet av sin livslängd leder till felslut om inte andra relevanta faktorer också tas i beaktande. Den traditionella metoden är att jämföra laserns biasström med tillverkarens ursprungliga värde. Men, om jämförelsen görs vid en högre driftstemperatur är högre biasström normalt. Om hänsyn inte tas till relevanta faktorer som dessa blir resultatet onödiga fältutryckningar och orimliga lagerkostnader för alltför tidiga utbyten av sändtagare som ännu inte är uttjänade.

Digital diagnostik däremot erbjuder större flexibilitet för implementering av en rad relevanta övervakningsfunktioner samtidigt som tekniken möjliggör effektivt utnyttjande av maskinvaruresurser (alltså det antal ben som krävs). På senare tid har en del sändtagartillverkare tagit initiativet till att definiera och standardisera ett mer övergripande grepp för digital diagnostik som utnyttjar det existerande seriella 2-ledargränssnittet definierat för SFP, XFP och GBIC optiska sändtagare, som redan är en gemensam standard för EEPROM och andra kommersiella integrerade kretsar. Genom att använda 2-ledargränssnittet och I2C (Inter Integrated Circuit bus) har sändtagartillverkare på ett effektivt sätt kunnat tillhandahålla en rik uppsättning av relevant driftsinformation i digitala format.

Diagnostiska data genereras genom digitalisering av interna analoga signaler och jämförelser med fabriksinställningar samt tar hänsyn till samtliga driftsfaktorer. Sändtagartillverkaren kan välja att inkludera sofistikerade mätningar, kalibrering och gränstestning i analysen. Dessa hanteras inne i sändtagaren medan slutanvändaren ges enkel digital information skräddarsydd att stöda verkliga näthanteringsbeslut. Detta tillvägagångssätt överensstämmer med den allmänna trenden mot att hålla analoga funktioner inne i sändtagaren, vilket gör det betydligt lättare för slutanvändare som därmed inte behöver brottas med "trassliga" analoga problem som AD-omvandling. Den digitala informationen är tillgänglig via en enkel registeravläsning och förbestämda "statusbitar" kan utnyttjas för att utlösa larmförhållanden för effektiv och snabb beslutsfattning.

Överensstämmelse med industriaccepterade standarder är en kritisk faktor för att digital diagnostik ska fungera som ett effektivt beslutsfattningsverktyg för nätoperatörer och nätadministratörer hos slutanvändare. Det diagnostiska övervakningsgränssnittet (DMI) som definieras i SFF-8472 ger en industristandardbas för parametrisk övervakning i SFP, GBIC, XFP och andra optiska sändtagare.

Med 2-ledar-, seriell CMOS-baserade EEPROM-protokoll implementeras digital diagnostik som minneskartlagd dubbelriktad kommunikation. Minnena är organiserade som en serie av 8-bitars dataord som kan adresseras individuellt eller i följd. Som visas av exemplet i figur 1 är det normala 256-byte I2C-adressutrymmet indelat i lägre och övre block om vardera 128 bytes. Det lägre blocket är alltid direkt tillgängligt för diagnostik- och styrfunktioner som måste vara åtkomliga gång på gång. De övre adressutrymmet på 128 bytes är indelat i flera block som kan adresseras individuellt via ett tabelllval, som användaren gör på ett specifikt ställe i det lägre adressutrymmet. Detta möjliggör flexibel åtkomst för funktioner som utnyttjas mindre ofta såsom seriell ID-data, skrivbara EEPROM och utrymme reserverat för framtida diagnostik, styrning och standarder.

Denna flerskiktade minnesstruktur gör det möjligt för sändtagartillverkare att tillhandahålla full kompatibilitet med all diagnostik som definierats av standarden.

Standardbaserad digital diagnostik gör att nätadministratörer på ett enkelt sätt får tillgång till realtidsövervakning av kritiska parametrar, inklusive:

o Laserns biasström
o Sändarens fiberkopplade uteffekt
o Mottagen effekt
o Modulens temperatur
o Modulens matningsspänning

Larm etableras för att övervaka parametrar. Röda larmflaggor signalerar att något gått sönder i systemet. Gula varningsflaggor visar att en av de övervakade parametrarna nått den specificerade gränsen. Grönt ljus visar att samtliga funktioner fungerar inom lämpliga gränser. Samtliga larm- och varningströsklar är programmerade vid tillverkningen och är kalibrerade till utrustningsspecifika driftsspecifikationer och inställningar. Detta ger en baslinje för att utföra realtidsanalys av interna analoga mätvärden och för justeringar för att kompensera för temperaturvariationer och andra driftsparametrar.



Digital diagnostik ger möjlighet till omedelbar övervakning, korrigerande åtgärder som svar på fel och en förutseende skötsel av nätets hälsotillstånd och funktion.

Ett gult tillstånd beträffande den optiska sänd- och mottagningseffekten kan möjliggöra för administratören att omedelbart vidta förebyggande åtgärder när en fiberoptisk linje börjar bära sig konstigt åt - administratören kan switcha till en backup-länk innan kommunikationen fallerar. På motsvarande vis kan realtidsövervakning av spännings- och temperaturnivåförändringar uppmärksamma administratören på kommande miljöproblem, exempelvis i luftkonditionerings- eller krafthanteringssystemen.

Näthantering på längre sikt tillämpar realtidsövervakning på komponentnivå för system- och nätinformation i ett bredare sammanhang. Vid installering och uppstart tillhandahåller samtliga sändtagare information om sig själva via det diagnostiska gränssnittet och möjliggör för systemtillverkaren eller nätadministratören att skriva in information i EEPROMen. Denna kombination av tillverkarinformation (dvs försäljningskod, våglängd, serienummer, tillverkningsparametrar osv) och slutanvändarinformation (datum för idriftstagning, systemtyp, nätparametrar osv) ger en fullständig bas för operativt beslutsfattande.



Framöver kommer DWDM att vara beroende av möjligheterna till inbyggd digital diagnostik. I DWDM-system är det viktigt att varje laser fungerar inom sin specifika kanal. När en sändtagare avviker från sin tilldelade våglängdskanal kan den förvränga intilliggande kanaler och potentiellt orsaka en våg av fel som når längre än den länk där den felande modulen sitter.

För att ta itu med behoven av DWDM-övervakning håller sändtagartillverkare som Finisar på att introducera utökningar av kraven i SFF-8472 omarb. 9.3, inklusive definitioner för extra övervakningskanaler, en valbar avbrottsfunktion och valbar DWDM-styrfunktionalitet. För att tillhandahålla minnesutrymme för framtida utökningar, såsom de som krävs i våglängdsavstämda sändtagare, definieras även ytterligare tabeller för det övre 128 bytes lagret av A2-minnesutrymmet.

De valbara DWDM-orienterade funktionerna ser till att varje DWDM-sändtagare startar upp inom sin specifika kanal och kontinuerligt rapporterar positiv "på kanalen"-status. "Closed loop"-styrning ska även ge DWDM-sändtagare förmåga att stänga av sig själva om de förirrar sig utanför den tilldelade kanalen för att undvika negativ påverkan på intilliggande kanaler.

Integrerad digital diagnostik är en kritisk del av effektiv hantering av dagens och morgondagens nätinfrastrukturer. Möjligheten att få realtidsinformation och åtgärdsmöjliggörande larmdata för enskilda sändtagare varsomhelst i ett stort nät ger betydande besparingar i underhållskostnader och tid, vilket förbättrar nätets funktion och tillgänglighet. Digital diagnostik ger en solid bas för proaktiv lagerhantering, övergripande nätplanering och assisterar den kostnadseffektiva övergången till ny teknik som exempelvis DWDM.