Połączenia między centrami danych na bardzo duże odległości: jak optyka spójna umożliwia transmisję na odległość 2600 km

Połączenia między centrami danych na bardzo duże odległości: jak optyka spójna umożliwia transmisję na odległość 2600 km

W miarę jak obliczenia chmurowe, obciążenia AI oraz rozproszona pamięć masowa nadal rosną w skali, zapotrzebowanie na usługi DCI osiąga nowe szczyty. Projektanci sieci centrów danych poszukują możliwości obsługi komunikacji na odległościach przekraczających kilka tysięcy kilometrów bez konieczności stosowania kosztownych regeneracji elektronicznych. Sino-Telecom Technology Co., Inc. osiągnął transmisję 200G na odległość 2600 km — jest to zastosowanie w warunkach rzeczywistych, a nie tylko teoretyczna koncepcja.

Dlaczego transmisja długodystansowa stanowi tak duże wyzwanie?

Wysyłanie sygnałów na odległości setek i tysięcy kilometrów przez światłowód wiąże się z wieloma wyzwaniami fizycznymi. Przy przemierzaniu sygnałem setek i tysięcy kilometrów światłowodu występuje szereg degradacji sygnału, w tym m.in.: dyspersja chromatyczna (CD), dyspersja modalna polaryzacyjna (PMD) oraz pogorszenie ogólnego współczynnika OSNR (stosunek optycznego sygnału do szumu). Nadajnik-odbiornik IM-DD (modulacja intensywności i detekcja bezpośrednia) w zasadzie stara się rozróżnić pewien poziom sygnału i nie zawiera wbudowanych mechanizmów walki z dyspersją i szumem.

Często polegają one na konwersjach OEO (optyczno-elektryczno-optycznych) w celu regeneracji sygnałów. Choć metoda ta okazała się korzystna pod względem przepustowości, wiąże się ona z dodatkowymi kosztami w postaci opóźnień, zużycia energii oraz zwiększonej złożoności implementacji w dowolnym systemie routera. Dla porównania trasa o długości 2600 km, która wymagałaby zastosowania 35 regeneratorów optycznych, nie stanowi praktycznego rozwiązania w przypadku technologii IM-DD.

Spójna technologia zapewniająca przesył na duże odległości — historia sukcesu firmy Sino-Telecom

Koherentna optyka to bardziej zaawansowana technologia transmisji, która polega na wykrywaniu zarówno natężenia, jak i fazy sygnałów optycznych, często z wykorzystaniem dodatkowo wielokrotnego multipleksowania polaryzacji (dual polarization multiplexing) oraz algorytmów DSP. W przeciwieństwie do detekcji bezpośredniej, która mierzy jedynie natężenie, detekcja koherencyjna wymaga dodania lokalnego lasera oscylatora, który miesza się z nadchodzącym sygnałem optycznym, umożliwiając tym samym wykrywanie fazy i polaryzacji (obok natężenia sygnału). Firma Sino-Telecom od zawsze dążyła do osiągnięcia coraz dłuższych odległości transmisji danych; jednym z naszych najbardziej znaczących niedawnych projektów jest zastosowanie nowoczesnego, niskotłumieniowego światłowodu typu G.654E w połączeniu z zestawem wydajnych wzmacniaczy optycznych EDFA, które wzmocniają sygnały do akceptowalnych poziomów. Sercem tego rozwiązania jest jednak silny silnik przetwarzania sygnału cyfrowego (DSP), który umożliwia cyfrową kompensację dyspersji chromatycznej (CD), dyspersji polaryzacyjnej (PMD) oraz przesunięć częstotliwości w czasie rzeczywistym. Ta cyfrowa kompensacja eliminuje konieczność stosowania wielu modułów kompensacyjnych dyspersji w linii oraz znacznie zwiększa odległości między wzmacniaczami optycznymi. Dzięki temu transmisja na duże odległości staje się opłacalna – co potwierdza nasz projekt z zastosowaniem światłowodu G.654E.

200 G ponad 2600 km — Rzeczywisty przypadek wdrożenia

Innowacyjność firmy Sino-Telecom została zademonstrowana w ramach tego projektu testowego. Chcieliśmy stworzyć model otwartej sieci optycznej przeznaczonej do transmisji na duże odległości, wykorzystując światłowód typu G.654E oraz wzmacniacze EDFA w celu poprawy zysku sygnału i osiągnięcia odpowiednich poziomów wydajności transmisji. W ramach tego projektu zaprojektowano i przetestowano system 200 G działający na światłowodzie G.654E, który umożliwiał przesyłanie pojedynczego sygnału falowego na odległość 2600 km przy użyciu jedynie 35 optycznych odcinków przekaźnikowych i bez konieczności regeneracji elektrycznej. Jest to znaczna poprawa w porównaniu z technologią regeneracji OEO i stanowi duży krok naprzód w zakresie połączeń międzymiastowych centrów danych.

400 G na odległość 1000 km i co dalej

Osiągnięcie wysokiej prędkości (400 G lub więcej) na dużych odległościach może czasem być bardziej skomplikowane, ponieważ wyższa prędkość zwykle wiąże się z wyższą szybkością symboli lub formatem modulacji, co może powodować dodatkowe pogorszenie stosunku mocy sygnału do mocy szumu optycznego (OSNR). W tym samym scenariuszu testowym firma Sino-Telecom przeprowadziła testy i osiągnęła system jednowałowy 400G, który przesyłał dane na odległość 1000 km przez światłowód G.654E przy użyciu zaledwie 15 optycznych przekaźników (ponownie bez regeneracji elektrycznej). W miarę wzrostu przepustowości zasięg maleje z powodu narastających zniekształceń w łączeniu. W przyszłości dalszy rozwój algorytmów przetwarzania sygnału cyfrowego (DSP) z ulepszoną korekcją błędów (FEC) oraz kształtowaniem prawdopodobieństwowym diagramu konstelacji, a także nadzwyczaj wysokie szybkości baudowe wynoszące 200 Gbaud pozwolą na dalsze wydłużenie zasięgu zarówno dla systemów 400G, a następnie również dla sieci DCI o ultra-długim zasięgu 800G i 1,6T.

Planowanie tras długodystansowych: dobór lokalizacji i projektowanie zapasu

Wdrażanie połączeń ultra-długodystansowych DCI łączenie nie jest operacją typu „podłącz i działaj”; niezbędne jest staranne planowanie. Rodzaj włókna światłowodowego ma istotne znaczenie przy wyborze lokalizacji. W tym przypadku włókno G.654E zapewnia bardzo niskie tłumienie, ale ten sam obwód zbudowany z wcześniejszego włókna G.652 wymagałby zaprojektowania systemu zarządzania dyspersją. Położenie i gęstość lokalizacji wzmacniaczy również muszą zostać starannie obliczone; należy znaleźć równowagę między zwiększaniem mocy sygnału a wprowadzaniem niepożądanych szumów. Projektowanie zapasu (margin design) jest równie kluczowym elementem. Modele analityczne jakości transmisji (QoT) muszą uwzględniać zapasy kompensujące nieznane wartości, takie jak straty na łącznikach, wahań wzmocnienia wzmacniaczy czy różnice w typach włókien. W bardziej zaawansowanych sieciach niektórzy operatorzy stosują modele uczenia maszynowego, które stopniowo zmniejszają te zapasy w miarę gromadzenia się danych.

Od testów do produkcji: co operatorzy powinni wiedzieć

Gdy model zostanie zweryfikowany i będzie gotowy do wdrożenia produkcyjnego, operatorzy powinni podjąć następujące kroki: przeprowadzić rygorystyczne testy systemu optycznej linii transmisyjnej, w tym pełną charakteryzację wszystkich wzmacniaczy we wszystkich warunkach pracy; zaimplementować otwarte interfejsy sieciowe, takie jak SNMP i NETCONF, wraz z niezawodnym systemem zarządzania siecią (NMS) opartym na architekturze B/S, aby zapewnić bezproblemową integrację z zewnętrznymi, zintegrowanymi systemami zarządzania siecią oraz umożliwić dynamiczne aprowizowanie; zaplanować stopniowe wdrożenie – rozpocząć od pary włókien czarnych (dark fiber), przetestować i monitorować je, a następnie rozszerzać sieć; zapewnić skuteczne mechanizmy ochrony, np. ochronę kanału optycznego (OCH), zapewniającą szybkie przełączenie w przypadku przerwania włókna. Dzięki takim planom wdrożenie ultra-długodystansowego połączenia międzymiastowego (DCI) przebiegnie płynnie – od etapu demonstracji koncepcji (proof-of-concept) do produkcji.

Podsumowanie

Jako światowy lider wśród dostawców rozwiązań DCI, który dotychczas dostarczył ponad 100 000 jednostek, Pomyślna demonstracja firmy Sino-Telecom z 200 G na odległość ponad 2600 km oraz 400 G na odległość 1000 km — przy użyciu światłowodów o nadzwyczaj niskich stratach typu G.654E, wzmacniaczy EDFA i zaawansowanej optyki koherentnej — pokazuje imponujący postęp w dziedzinie sieci optycznych. Dzięki możliwości przesyłania danych na ultra-długie odległości w ramach połączeń międzymiastowych (DCI) bez konieczności regeneracji OEO centra danych mogą być teraz łączone na ogromnych odległościach, umożliwiając prawdziwe rozproszone wdrożenia chmury oraz spełnianie masowych wymagań obliczeniowych sztucznej inteligencji. Dzięki pełnej ofercie rozwiązań transportu optycznego koherentnego — począwszy od naszych potężnych rozwiązań DCI, takich jak wysoce kompaktowa platforma 2U STN6800-D16-2U zapewniająca ultra-wielką pojemność transmisji do 12,8 T, poprzez kompleksową gamę transceiverów optycznych — firma Sino-Telecom może zaspokoić Państwa potrzeby w zakresie połączeń międzymiastowych na ultra-długie odległości. Prosimy skontaktuj się z nami już dziś skontaktować się z nami, aby omówić potrzeby związane z budową sieci DCI na ultra-długie odległości, uzyskać ofertę cenową, zapoznać się ze szczegółowymi specyfikacjami technicznymi oraz przejrzeć przypadki zastosowań, w tym naszą demonstrację transmisji na odległość 2600 km, dzięki której można rozszerzyć swoją sieć dalej niż dotychczas.