ارتباطات دیتاسنترهای فاصله‌بلند فوقالعاده: چگونه اپتیک همدوس انتقال ۲۶۰۰ کیلومتری را ممکن می‌سازد

ارتباطات دیتاسنترهای فاصله‌بلند فوقالعاده: چگونه اپتیک همدوس انتقال ۲۶۰۰ کیلومتری را ممکن می‌سازد

با ادامه روند گسترش محاسبات ابری، بارهای کاری هوش مصنوعی و ذخیره‌سازی توزیع‌شده، تقاضا برای خدمات ارتباطات دیتاسنترها به سطوح جدیدی رسیده است. طراحان شبکه‌های دیتاسنتر به دنبال امکان پشتیبانی از ارتباطات در فواصل چند هزار کیلومتری هستند، بدون اینکه مجبور شوند از روش‌های بازتولید الکترونیکی پرهزینه استفاده کنند. دقیقاً در اینجا اهمیت اپتیک همدوس آشکار می‌شود. شرکت فناوری مخابرات چین، ش.ر.ا. نمونه‌ای از انتقال ۲۰۰ گیگابیت بر ثانیه را در فاصلهٔ ۲۶۰۰ کیلومتری نشان داده است — و این یک کاربرد عملی است، نه یک تئوری.

چرا انتقال بلندمدت چنان چالش‌برانگیز است؟

ارسال سیگنال‌ها از طریق صدها و هزاران کیلومتر فیبر با مجموعه‌ای از چالش‌های فیزیکی روبه‌روست. هنگامی که سیگنالی از صدها و هزاران کیلومتر فیبر عبور می‌کند، انواعی از آسیب‌های سیگنالی رخ می‌دهد، از جمله: پاشندگی رنگی (CD)، پاشندگی مود قطبی (PMD) و کاهش نسبت سیگنال نوری به نویز (OSNR). گیرنده-فرستندهٔ IM-DD (مدولاسیون شدتی و تشخیص مستقیم) اساساً تلاش می‌کند سطحی از سیگنال را تشخیص دهد و به‌طور ذاتی روشی برای مقابله با پاشندگی و نویز پیاده‌سازی نکرده است.

آن‌ها اغلب برای بازتولید سیگنال‌ها به تبدیل‌های نوری-الکتریکی-نوری (OEO) وابسته‌اند. اگرچه این روش از نظر ظرفیت انتقال مفید اثبات شده است، اما علاوه بر تأخیر و هزینه‌های توان، پیچیدگی پیاده‌سازی آن در هر سیستم مسیریاب داده‌شده نیز وجود دارد. در مقایسه، مسیری به طول ۲۶۰۰ کیلومتر که نیازمند ۳۵ بازتولیدکننده نوری است، با فناوری IM-DD راه‌حلی عملی نیست.

فناوری همدوس در پشت انتقال بلندبرد — داستان موفقیت سینو-تله‌کام

اپتیک هماهنگ فناوری پیشرفته‌تری برای انتقال است که بر تشخیص هم شدت و هم فاز سیگنال‌های نوری متکی است و اغلب با استفادهٔ ترکیبی از چند‌سازی دو قطبی و الگوریتم‌های پردازش سیگنال دیجیتال (دی‌اس‌پی) به‌کار می‌رود. برخلاف تشخیص مستقیم که تنها شدت را اندازه‌گیری می‌کند، تشخیص هماهنگ نیازمند لیزر نوسان‌دهندهٔ محلی است تا با سیگنال نوری ورودی ترکیب شده و امکان تشخیص فاز و قطبش (همراه با شدت سیگنال) را فراهم آورد. شینو-تله‌کام همواره در جهت افزایش برد انتقال داده تلاش کرده است و یکی از برجسته‌ترین پروژه‌های اخیر ما از فیبر نوری پیشرفتهٔ کم‌تضعیف G.654E همراه با مجموعه‌ای از تقویت‌کننده‌های نوری EDFA با قدرت بالا استفاده می‌کند که سیگنال‌ها را تا سطوح قابل قبول تقویت می‌کنند. با این حال، هستهٔ این راه‌حل، موتور پردازش سیگنال دیجیتال (دی‌اس‌پی) است که امکان جبران دیجیتالی پاشندگی کروماتیک (CD)، پاشندگی مود قطبشی (PMD) و تغییرات فرکانسی را به‌صورت بلادرنگ فراهم می‌سازد. این جبران دیجیتالی نیاز به بسیاری از ماژول‌های جبران‌کنندهٔ پاشندگی در خط را از بین می‌برد و فاصلهٔ بین تقویت‌کننده‌های نوری را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. این امر انتقال روی فواصل طولانی را از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه می‌سازد، همان‌گونه که در پروژهٔ فیبر G.654E ما نشان داده شده است.

۲۰۰ گیگابیت بر ثانیه در فاصله‌ای بیش از ۲۶۰۰ کیلومتر — نمونه‌ای واقعی از اجرا

نوآوری شرکت سینو-تله‌کام از طریق این پروژه آزمایشی نمایش داده شده است. هدف ما ایجاد الگویی برای یک شبکه نوری باز جهت انتقال بلندمدت بود؛ بدین منظور از فیبر نوری G.654E و تقویت‌کننده‌های EDFA استفاده کردیم تا بهره سیگنال را بهبود بخشیده و عملکرد انتقال مطلوبی حاصل شود. در این پروژه، سیستمی ۲۰۰ گیگابیتی بر روی فیبر G.654E طراحی و آزمایش شد که قادر بود سیگنال تک‌طول‌موجی را در فاصله‌ای ۲۶۰۰ کیلومتری منتقل کند و تنها به ۳۵ بازه تکرارگر نوری نیاز داشت، بدون اینکه هیچ‌گونه تجدید الکتریکی (OEO) لازم باشد. این دستاورد، پیشرفتی چشمگیر در مقایسه با فناوری تجدید الکتریکی-نوری-الکتریکی (OEO) محسوب می‌شود و گامی بزرگ در زمینه اتصالات مرکزهای داده بین قاره‌ای می‌باشد.

۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه در فاصله ۱۰۰۰ کیلومتری و آنچه در پی خواهد آمد

دستیابی به سرعت بالا (۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه یا بیشتر) در فواصل طولانی گاهی اوقات پیچیده‌تر است، زیرا سرعت بالاتر معمولاً نرخ نماد بالاتر یا قالب مدولاسیون بالاتری را به همراه دارد که ممکن است باعث ایجاد اختلالات بیشتری در نسبت سیگنال به نویز اپتیکی (OSNR) شود. در همان سناریوی آزمایشی، شرکت سینو-تله‌کام سیستم تک‌طول‌موج ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه‌ای را آزمایش کرد و موفق به انتقال آن روی فیبر G.654E به فاصلهٔ ۱۰۰۰ کیلومتر با تنها ۱۵ پلکان تقویت‌کنندهٔ نوری شد (دوباره، بدون تقویت الکتریکی). با افزایش ظرفیت، فاصله کاهش می‌یابد، زیرا اختلالات بیشتری در خط اتصال ایجاد می‌شود. در آینده، پیشرفت الگوریتم‌های پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) با روش‌های اصلاح خطا با قابلیت پیش‌بینی (FEC) بهبودیافته و شکل‌دهی احتمالی مجموعه‌نقاط (probabilistic constellation shaping)، همچنین نرخ‌های بود بسیار بالا تا ۲۰۰ گیگابود، محدودهٔ فاصله را برای شبکه‌های DCI با سرعت ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه، و سپس به تدریج برای شبکه‌های ۸۰۰ گیگابیت بر ثانیه و ۱٫۶ ترابیت بر ثانیه با برد بسیار طولانی، گسترش خواهد داد.

برنامه‌ریزی مسیرهای بلندبرد: انتخاب محل ایستگاه‌ها و طراحی حاشیه اطمینان

اجراي شبکه‌های بلندبرد بسیار طولانی DCI پیوند تنها یک عملیات «وصل کن و کار کن» نیست؛ برنامه‌ریزی دقیق ضروری است. نوع فیبر از عوامل مهم در محل نصب است. در این مورد، فیبر G.654E تلفات بسیار پایینی ایجاد می‌کند، اما همان مدار ساخته‌شده با فیبر قدیمی‌تر G.652 نیازمند برنامه‌ریزی برای سیستم مدیریت پاشندگی است. همچنین موقعیت و تراکم مراکز تقویت‌کننده نیز باید با دقت محاسبه شوند؛ زیرا باید بین افزایش توان سیگنال و افزودن نویز ناخواسته تعادل برقرار کنید. طراحی حاشیه اطمینان نیز مؤلفه‌ای حیاتی است. مدل‌های تحلیلی کیفیت انتقال (QoT) باید حاشیه‌های اطمینان را برای جبران مقادیر نامعلوم — مانند تلفات اتصال‌دهنده‌ها، تغییرات بهره تقویت‌کننده‌ها و تفاوت‌های نوع فیبر — شامل کنند. در شبکه‌های پیشرفته‌تر، برخی اپراتورها از مدل‌های یادگیری ماشین استفاده می‌کنند که با انباشتن داده‌ها، به‌تدریج این حاشیه‌ها را کاهش می‌دهند.

از آزمایش تا تولید: آنچه اپراتورها باید بدانند

پس از تأیید مدل و آماده‌شدن آن برای استقرار در محیط تولید، اپراتورها باید مراحل زیر را انجام دهند: انجام آزمون‌های دقیق سیستم خط نوری، از جمله مشخصه‌یابی کامل تمامی تقویت‌کننده‌ها در تمامی شرایط کاری. پیاده‌سازی رابط‌های باز شبکه مانند SNMP و NETCONF همراه با سیستم مدیریت شبکه (NMS) قوی مبتنی بر معماری B/S، به‌منظور تضمین یکپارچه‌سازی بدون‌درز با سیستم‌های مدیریت شبکه یکپارچهٔ شخص ثالث و امکان تخصیص پویا. برنامه‌ریزی برای استقرار مرحله‌ای، با شروع از یک جفت فیبر تاریک، سپس آزمون و نظارت، و در نهایت گسترش شبکه. اطمینان از وجود مکانیزم‌های محافظت قوی مانند محافظت OCH که در صورت قطع فیبر، انتقال سریع به مسیر جایگزین را فراهم می‌کند. با اجرای این برنامه‌ها، اتصالات دیتاسنتری اولترا بلند‌برد به‌صورت روان از مرحلهٔ اثبات مفهوم تا مرحلهٔ تولید پیش خواهد رفت.

نتیجه‌گیری

به‌عنوان تأمین‌کنندهٔ پیشروی جهانی در حوزهٔ DCI با بیش از ۱۰۰۰۰۰ واحد ارسال‌شده تاکنون، نمایش موفقیت‌آمیز شینو-تله‌کام از ۲۰۰ گیگابایت در فاصلهٔ ۲٬۶۰۰ کیلومتر و ۴۰۰ گیگابایت در فاصلهٔ ۱٬۰۰۰ کیلومتر — با استفاده از فیبر G.654E با تلفات بسیار پایین، تقویت‌کننده‌های EDFA و اپتیک همدوس پیشرفته — پیشرفت چشمگیر شبکه‌های نوری را نشان می‌دهد. با قابلیت اتصال دیتاسنترها در فواصل بسیار طولانی بدون نیاز به تجدیدسازی OEO، امکان ایجاد ابرهای توزیع‌شدهٔ واقعی و پاسخگویی به نیازهای عظیم محاسباتی هوش مصنوعی فراهم شده است. با خط کامل راه‌حل‌های انتقال نوری همدوس ما — از راه‌حل‌های قدرتمند DCI مانند پلتفرم فشردهٔ ۲U STN6800-D16-2U که ظرفیت انتقال بسیار بالایی تا ۱۲٫۸ ترابایت ارائه می‌دهد، تا طیف گسترده‌ای از ترانسیورهای نوری — شرکت سینو-تله‌کام می‌تواند نیازهای شما را برای اتصال DCI در فواصل بسیار طولانی پشتیبانی کند. لطفاً با ما تماس بگیرید امروز تماس بگیرید تا دربارهٔ نیازهای شبکهٔ DCI در فواصل بسیار طولانی خود صحبت کنید، نقل‌قول دریافت کنید، مشخصات دقیق را مشاهده کنید و مطالعات موردی از جمله نمایش انتقال ۲٬۶۰۰ کیلومتری ما را ببینید تا شبکهٔ خود را فراتر از همیشه گسترش دهید.