Propojení datových center na ultra dlouhé vzdálenosti: Jak koherentní optika umožňuje přenos na vzdálenost 2 600 km

Propojení datových center na ultra dlouhé vzdálenosti: Jak koherentní optika umožňuje přenos na vzdálenost 2 600 km

Vzhledem k dalšímu růstu cloudových výpočtů, úloh umělé inteligence a distribuovaného úložiště se poptávka po službách DCI dostává na nové úrovně. Návrháři datových center hledají možnost podporovat komunikaci na tisíce kilometrů bez nutnosti provádět řadu nákladných elektronických regenerací. Právě zde se ukazuje klíčový význam koherentní optiky. Sino-Telecom Technology Co., Inc. dosáhl přenosu 200G na vzdálenost 2 600 km – jedná se o reálnou aplikaci, nikoli teoretický koncept.

Co činí přenos na dlouhé vzdálenosti tak náročný?

Přenos signálů po stovkách a tisících kilometrů optického vlákna je spojen s řadou fyzikálních výzev. Při průchodu signálu stovkami a tisíci kilometry optického vlákna dochází k několika typům zkreslení signálu, mezi něž patří například CD (chromatická disperze), PMD a zhoršení celkového poměru OSNR (optický signál ku šumu). Transceiver typu IM-DD (intenzitní modulace a přímé detekce) se v podstatě snaží rozlišit určitou úroveň signálu a nemá ve své konstrukci zabudované mechanismy ke kompenzaci disperze a šumu.

Často spoléhají na konverzi OEO (opticko-elektricko-optickou), aby signály obnovily. Ačkoli se toto řešení osvědčilo z hlediska propustnosti, vyvolává dodatečné zátěže ve formě zpoždění, energetických nákladů a zvýšené složitosti implementace v libovolném směrovacím systému. Naproti tomu trasa o délce 2 600 km, která by vyžadovala 35 optických regenerátorů, není s technologií IM-DD praktickým řešením.

Koherentní technologie za dlouhodobým přenosem — příběh úspěchu společnosti Sino-Telecom

Koherentní optika je pokročilejší přenosová technologie, která se zaměřuje na detekci jak intenzity, tak fáze optických signálů, často doplněná dvoupólovou multiplexací a algoritmy digitálního zpracování signálu (DSP). Na rozdíl od přímé detekce, která měří pouze intenzitu, vyžaduje koherentní detekce přidání lokálního oscilačního laseru, který se smíchá s přicházejícím optickým signálem, čímž umožní detekci fáze a polarizace (spolu s intenzitou signálu). Společnost Sino-Telecom vždy usilovala o dosažení delších vzdáleností přenosu dat a jeden z našich nejvýznamnějších nedávných projektů využívá inovativní optické vlákno G.654E s nízkým útlumem spolu s řadou výkonných optických zesilovačů EDFA, které zesilují signály na přijatelnou úroveň. Jádrem tohoto řešení je však motor digitálního zpracování signálu (DSP), který umožňuje digitální kompenzaci chromatické disperze (CD), polarizační modové disperze (PMD) a frekvenčních posunů v reálném čase. Tato digitální kompenzace eliminuje potřebu mnoha vložených modulů pro kompenzaci disperze a výrazně prodlužuje vzdálenosti mezi optickými zesilovači. To činí dlouhé vzdálenosti ekonomicky životaschopnými, jak dokazuje náš projekt s optickým vláknem G.654E.

200G přes 2 600 km — Skutečný nasazovací případ

Inovace společnosti Sino-Telecom je ilustrována touto testovací projektem. Cílem bylo vytvořit model otevřené optické sítě pro přenos na dlouhé vzdálenosti, využívající optického vlákna G.654E a optických zesilovačů EDFA ke zlepšení zisku signálu a dosažení požadované úrovně výkonu přenosu. V tomto projektu jsme navrhli a otestovali systém 200G nad vláknem G.654E, který dokázal přenést jednu vlnovou délku na vzdálenost 2 600 km pouze s 35 optickými reléovými úseky a bez jakékoli elektrické regenerace. Jedná se o výrazné zlepšení oproti technologii regenerace OEO a představuje obrovský pokrok v mezikontinentálních propojeních datových center.

400G přes 1 000 km a co dál

Dosahnutí vysoké rychlosti (400 G nebo více) na dlouhé vzdálenosti může být někdy složitější, protože vyšší rychlost obvykle znamená vyšší symbolovou rychlost nebo složitější modulační formát, což může způsobit další degradaci poměru optického signálu k šumu (OSNR). Ve stejném testovacím scénáři společnost Sino-Telecom otestovala a dosáhla systému s jedinou vlnovou délkou 400 G, který přenášel data po vzdálenost 1 000 km přes optické vlákno typu G.654E pouze s 15 optickými reléovými úseky (opět bez elektrické regenerace). S rostoucí kapacitou se však vzdálenost zkracuje kvůli zvyšujícím se poruchám na spoji. V budoucnu bude další pokročilý vývoj algoritmů digitálního zpracování signálu (DSP) s vylepšenou technikou opravy chyb (FEC) a pravděpodobnostním tvarováním konstelace (probabilistic constellation shaping), stejně jako ultra-vysoké baudové rychlosti 200 Gbaud, stále více posouvat hranice dosažitelné vzdálenosti jak pro systémy 400 G, tak později pro systémy 800 G a 1,6 T v ultra-dlouhých mezi-centrálních (DCI) sítích.

Plánování tras dlouhého dosahu: výběr lokalit a návrh rezerv

Nasazení ultra-dlouhého dosahu DCI propojení není pouze záležitostí typu „zapoj a jedeme“; je nezbytné pečlivě naplánovat všechny kroky. Typ optického vlákna je důležitým faktorem při výběru lokality. V tomto případě poskytuje vlákno G.654E velmi nízkou útlumovou ztrátu, avšak stejný okruh postavený na starším vlákně G.652 by vyžadoval plánování systému pro správu disperze. Také poloha a hustota lokalit zesilovačů musí být pečlivě vypočteny; je třeba najít rovnováhu mezi zvyšováním výkonu signálu a přidaným nežádoucím šumem. Návrh bezpečnostních rezerv (margin design) je rovněž klíčovou součástí. Analytické modely kvality přenosu (QoT) musí obsahovat bezpečnostní rezervy, které kompenzují neznámé hodnoty, jako jsou ztráty v konektorech, kolísání zisku zesilovačů či rozdíly mezi typy optických vláken. V pokročilejších sítích některé provozovatele využívají modely strojového učení, které postupně tyto rezervy snižují, jak se shromažďují další údaje.

Od testování do provozu: Co musí provozovatelé vědět

Jakmile je model ověřen a připraven k nasazení v produkčním prostředí, měli by operátoři provést následující kroky: Provést důkladné testování optického linkového systému, včetně úplné charakterizace všech zesilovačů za všech provozních podmínek. Implementovat otevřené síťové rozhraní, jako jsou SNMP a NETCONF, spolu s robustním NMS (systémem správy sítě) založeným na architektuře B/S, aby se zajistila bezproblémová integrace se systémy třetích stran pro integrovanou správu sítě a umožnilo dynamické zřizování. Plánovat postupné nasazení – nejprve s použitím páru neaktivních optických vláken, následované testováním a monitorováním, a poté rozšířením sítě. Zajistit robustní mechanismy ochrany, například ochranu OCH, která poskytuje rychlé přepnutí v případě přerušení optického vlákna. S těmito plány bude nasazení ultra-dlouhých DCI spojení hladce probíhat od fáze proof-of-concept až po produkční provoz.

Závěr

Jako globální lídr v oblasti dodávek DCI s více než 100 000 jednotek dodaných dosud, Úspěšné demonstrování společností Sino-Telecom z 200 Gbit/s na vzdálenost přes 2 600 km a z 400 Gbit/s na vzdálenost 1 000 km – s využitím optického vlákna G.654E s extrémně nízkým útlumem, zesilovačů EDFA a pokročilé koherentní optiky – ukazuje pozoruhodný pokrok v oblasti optických sítí. Díky možnosti ultra-dlouhého spoje DCI bez regenerace OEO lze nyní datacentra propojovat na velké vzdálenosti, čímž se umožňují skutečně distribuovaná nasazení cloudu a splnění rozsáhlých požadavků umělé inteligence na výpočetní výkon. Naše kompletní řada koherentních řešení optického přenosu – od výkonných řešení pro DCI, jako je například vysoce kompaktní 2U platforma STN6800-D16-2U s ultra-vysokou přenosovou kapacitou až 12,8 Tbit/s, až po širokou nabídku optických transceiverů – umožňuje společnosti Sino-Telecom uspokojit vaše potřeby ultra-dlouhých spojů DCI. Prosíme kontaktujte nás dnes kontaktujte naši firmu, abychom probrali vaše požadavky na síť ultra-dlouhých spojů DCI, poskytli vám cenovou nabídku, podrobné technické specifikace a případové studie, včetně naší demonstrace přenosu na vzdálenost 2 600 km, která umožní rozšířit váš síť dále než kdy dříve.