Понимание оптики 400ZR / OpenZR+ / 400ZR+

В разработке находится сразу три спецификации интерфейсов 400ZR, OpenROADM, OpenZR+, которые в будущем позволят обеспечить совместимость трансиверов разных производителей в рамках одной сети.

С момента разработки когерентных оптических трансиверов 100G прошло уже более 10 лет. За этот период удалось существенно расширить пропускную способность сетей по всему миру, снизив при этом стоимость передачи данных. Развитие методов цифровой обработки сигнала и когерентных оптических передатчиков позволило увеличить скорость передачи данных на одной длине волны с 100 до 600 Гбит/с, а новое поколение транспондеров с множественной модуляцией сигнала позволило добиться емкости каналов, близких по скоростям к теоретическому пределу Шэннона (теорема Шэннона-Хартли устанавливает шенноновскую емкость канала верхнюю границу максимального количества безошибочных цифровых данных, которое может быть передано с указанной полосой пропускания в присутствии шумового вмешательства. Предположительно, мощность сигнала ограничена и гауссовский шум характеризуется известной мощностью или спектральной плотностью мощности).

Несмотря на достигнутые за последнее десятилетие успехи, основной проблемой остается закрытость инфраструктуры изобретений. Большая их часть является проприетарными и запатентованными разработками со своей уникальной спецификацией оптических интерфейсов и алгоритмами прямого исправления ошибок FEC, не поддерживающих совместимость с оборудованием других производителей. И хотя такое оборудование как оптические усилители могут работать в системах с любыми типами транспондеров, сами транспондеры работают только в паре (с транспондером одного и того же производителя).

После достижения скоростей близких к шенновскому пределу, внимание производителей переключилось в сторону увеличения емкости за счет расширения возможностей использования спектральных C и L-диапазонов оптических систем и усовершенствованию подключаемой когерентной оптики, предназначенной для модернизации каналов центров обмена данными и облачных сервисов. Отсюда появилась инициатива создания унифицированных стандартов, которые позволили бы использовать высокоскоростные интерфейсы без привязки к определенному производителю, увеличивая гибкость в коммутации и взаимодействию провайдеров и поставщиков услуг.

Сравнение 400ZR/OpenZR+/Multi-Haul

Спецификация 400ZR была одной из первых попыток определить совместимый когерентный интерфейс 400G. Соглашение о внедрении 400ZR было выпущено в марте 2020 года и определяло согласованный интерфейс передачи данных на скорости 400G между двумя точками, удаленными друг от друга на расстояние до 120 км. Основная цель создания такой спецификации заключалась в оптимизация габаритов и стоимости модулей 400ZR, которые предполагалось использовать в системах передачи данных «точка – точка» на небольшие расстояния.

Поставленная цель была достигнута путем ограничения технических характеристик 400ZR необходимого условия для обеспечения соответствия энергопотребления тепловым пределам, что, в свою очередь, позволило использовать в модулях более экономичные компоненты со средней производительностью. По состоянию на третий квартал 2020 года модули 400ZR были уже доступны для демонстрации, а запуск серийного производства и поставки на рынок ожидаются в начале 2021 года. 

Поскольку усилия OIF 400ZR были сосредоточены на одном типе модуляции и линейной скорости (400 Гбит/с), ​​группы OpenZR + и OpenROADM сосредоточились на высокотехнологичных решениях, обеспечивающих гибкую линейную скорость 100 – 400 Гбит/с на дальние расстояния. Недавно выпущенное соглашение OpenZR + Multi-Source Agreement гарантирует совместимость линий 100G, 200G, 300G и 400G в городских и магистральных сетях на основе структуры кадра с использованием упреждающего исправления ошибок OpenFEC (oFEC). Теоретическая дальность передачи данных по одномодовому волокну SMF-28 с использованием только эрбиевых усилителей достигает 480 км без 3R-регенерации сигнала, однако в реальности (с учетом наличия промежуточных узлов, необходимости оставлять запас оптического бюджета (~2 дБ), изменения температуры, поляризационных потерь и нелинейных эффектов) дальность передачи 400G с большой долей вероятности будет находиться в диапазоне 300-400 км.

Некоторые производители решили отказаться от идеи унификации оборудования и разрабатывают свои проприетарные решения. Такие модули относят к категории «Multi-Haul DCO» и отличаются они большими габаритами (CFP2-DCO), более производительным кодированием SD-FEC, высокомощными передатчиками и оптическими компонентами. В таблице приведено сравнение интерфейсов когерентных оптических линий.

Одним из основных заблуждений, связанных со стандартами 400ZR и OpenZR+, является то, что они основаны на форм-факторе QSFP-DD, что является не совсем корректным. Суть стандартов заключается в описании взаимодействия на уровне линейных интерфейсов, не определяя при этом размер или форм-фактор самого трансивера. Несмотря на то, что 400ZR описывает допустимые значения энергопотребления и производительности, трансиверы с интерфейсами 400ZR могут быть выпущены в форм-факторах QSFP-DD, OSFP и CFP2-DCO. Работоспособность линии будет обеспечена даже при совместном использовании трансиверов разных форм-факторов, поскольку взаимодействие интерфейсов на линейном уровне не зависит от типа исполнения.

Следует отметить, что форм-фактор модуля является решающим фактором, который определяет максимальную дальность и производительность. В системах передачи «точка-точка» удаленностью до 120 км выбор QSFP-DD 400ZR будет наиболее компромиссным вариантом по таким факторам как цена, производительность и занимаемая портовая емкость. Основным ограничивающим фактором при выборе данного типа трансивера является максимально допустимое тепловыделение. Есть несколько приемов в проектировании модулей (использование маломощного FEC, снижение мощности передаваемого оптического сигнала), которые позволяют уложиться в требуемые лимиты, но при этом оказывают влияние на производительность. Именно поэтому форм-фактор QSFP-DD будет уступать по характеристикам более крупным CFP2-DCO и транспондерам в модульном исполнении.

Фактором, ограничивающим дальность передачи данных в магистральной сети, является отношение оптического сигнала к шуму (OSNR). Для каждого типа модуляции и скорости передачи существуют установленные пределы OSNR, превышение которых приводит к появлению ошибок в линии. OSNR нарастает по мере прохождения сигнала по оптическому волокну за счет вносимых нелинейных искажений, вносимого шума усилителя и потерь в волокне.

Чтобы понять, какое влияние оказывает размер модуля на его производительность, расмотрим связь мощности оптического передатчика и пороговых значений OSNR. Чтобы снизить энергопотребление, 400ZR и OpenZR+ ограничивают максимальную мощность на уровне -10 дБм, в этом случае максимально допустимое значение OSNR Tx составит 34 дБм. Когерентные CFP2-DCO и транспондеры в модульном исполнении позволяют использовать передатчики с мощностью до 0 дБм и OSNR Tx 44дБм. Поскольку именно OSNR в конечном итоге определяет максимальную дальность передачи данных, наибольшую производительность обеспечат трансиверы с максимальным значением OSNR Tx в начале передающей линии. Вполне ожидаемо, что в скором времени на рынке будет представлен большой выбор решений, который позволит подобрать наиболее оптимальный вариант оборудования для эффективного выполнения поставленной задачи.

21.12.2020

Понимание оптики 400ZR / OpenZR+ / 400ZR+

По материалам LIGHTWAVEONLINE

Заявка на звонок

В форме есть ошибки

Мы перезвоним Вам с 9:00 до 18:00 по Москве

Исправление ошибки

Спасибо за помощь в контроле качества нашего ресурса!