Межцентровые соединения сверхдальнего действия: как когерентная оптика обеспечивает передачу на расстояние 2600 км

Межцентровые соединения сверхдальнего действия: как когерентная оптика обеспечивает передачу на расстояние 2600 км

По мере масштабирования облачных вычислений, рабочих нагрузок ИИ и распределённого хранения данных спрос на услуги магистральной связи между ЦОД достигает новых высот. Проектировщики сетей центров обработки данных стремятся обеспечить связь на расстояниях в несколько тысяч километров без необходимости в дорогостоящей электронной регенерации сигнала. Именно здесь проявляется ключевое значение когерентной оптики. Sino-Telecom Technology Co., Inc. уже продемонстрирована передача со скоростью 200 Гбит/с на расстоянии 2600 км — это реальное применение, а не теоретическая модель.

Почему сверхдальняя передача представляет собой столь серьёзную задачу?

Передача сигналов на расстояния в сотни и тысячи километров по оптоволокну подвержена множеству физических ограничений. При прохождении сигнала через сотни и тысячи километров оптоволокна возникают различные искажения сигнала, включая, помимо прочего: ХД (хроматическую дисперсию), ПМД и ухудшение общего ОСШ (оптического отношения сигнал/шум). Трансивер ИМ-ПП (модуляция интенсивности и прямое обнаружение) по сути пытается различить некоторый уровень сигнала и изначально не предусматривает методов борьбы с дисперсией и шумом.

Часто для регенерации сигналов используют преобразования ОЭО (оптический–электрический–оптический). Хотя это оказалось полезным с точки зрения пропускной способности, такой подход сопряжён с задержками, затратами энергии и повышенной сложностью реализации в любой конкретной маршрутизаторной системе. В сравнении с этим маршрут протяжённостью 2600 км, для которого потребовалось бы 35 оптических регенераторов, попросту непрактичен при использовании ИМ-ПП.

Согласованная технология для передачи на большие расстояния — успех компании Sino-Telecom

Когерентная оптика — это более передовая технология передачи, основанная на обнаружении как интенсивности, так и фазы оптических сигналов, зачастую с применением мультиплексирования по двум поляризациям и алгоритмов ЦОС. В отличие от прямого обнаружения, которое измеряет только интенсивность, когерентное обнаружение требует добавления локального генератора лазерного излучения для смешивания с входящим оптическим сигналом, что позволяет регистрировать фазу и поляризацию (наряду с интенсивностью сигнала). Компания Sino-Telecom постоянно стремится к увеличению дальности передачи данных; один из наших самых значимых недавних проектов использует новейшее оптоволокно G.654E с низким коэффициентом затухания в сочетании с мощными оптическими усилителями EDFA, обеспечивающими усиление сигналов до приемлемого уровня. Однако «сердцем» данного решения является двигатель цифровой обработки сигналов (ЦОС), позволяющий в реальном времени осуществлять цифровую компенсацию хроматической дисперии (CD), поляризационной модовой дисперсии (PMD) и частотных сдвигов. Такая цифровая компенсация устраняет необходимость во многих промежуточных модулях компенсации дисперии и значительно увеличивает расстояние между оптическими усилителями. Это делает передачу на большие расстояния экономически выгодной, как продемонстрировано в нашем проекте с волокном G.654E.

200 Гбит/с на расстоянии более 2600 км — Реальный пример внедрения

Инновационный подход компании Sino-Telecom продемонстрирован в рамках данного испытательного проекта. Нашей целью было создать модель открытой оптической сети для передачи на большие расстояния с использованием оптического волокна типа G.654E и оптических усилителей EDFA для повышения коэффициента усиления сигнала и достижения требуемых показателей эффективности передачи. В ходе этого проекта была спроектирована и протестирована система 200 Гбит/с на основе волокна G.654E, способная передавать одноволновой сигнал на расстояние 2600 км всего при 35 оптических ретрансляционных участках и без какого-либо электрического регенерирования. Это существенный прогресс по сравнению с технологией OEO-регенерации и знаменует собой значительный прорыв в области межконтинентального соединения центров обработки данных.

400 Гбит/с на расстоянии 1000 км и что дальше

Достижение высокой скорости (400 Гбит/с и выше) на больших расстояниях иногда бывает сложнее, поскольку более высокая скорость обычно означает более высокую символьную скорость или формат модуляции, что может вызывать дополнительные ухудшения OSNR. В том же тестовом сценарии компания Sino-Telecom протестировала и реализовала систему 400G на одной длине волны, передав 1000 км по волокну G.654E всего с 15 оптическими ретрансляционными участками (опять же без электрической регенерации). По мере роста ёмкости дальность снижается из-за накопления искажений в линии. В будущем развитие алгоритмов цифровой обработки сигналов (DSP) с улучшенной коррекцией ошибок (FEC) и вероятностным формированием созвездия, а также сверхвысокие тактовые частоты до 200 Гбод позволят ещё больше увеличить дальность как для систем 400G, так и в конечном счёте для сетей DCI сверхдальнего действия на 800G и 1,6 Тбит/с.

Планирование магистральных маршрутов: выбор площадок и проектирование запасов

Развёртывание сверхдальнего действия DCI установка линка — это не просто операция «подключи и работай»; тщательное планирование имеет решающее значение. Тип волокна — важный фактор при выборе места размещения. В данном случае применение волокна G.654E обеспечивает очень низкие потери, однако при использовании более раннего типа G.652 в той же цепи потребуется предусмотреть систему управления дисперсией. Также необходимо тщательно рассчитать расположение и плотность усилительных участков: важно найти баланс между повышением мощности сигнала и добавлением нежелательных шумов. Проектирование запасов (margin design) также является критически важным компонентом. Аналитические модели качества передачи (QoT) должны включать запасы для компенсации неопределённых параметров, таких как потери на соединителях, вариации коэффициента усиления усилителей и различия в типах оптического волокна. В более продвинутых сетях некоторые операторы применяют модели машинного обучения, способные постепенно сокращать эти запасы по мере накопления данных.

От тестирования к эксплуатации: что должны знать операторы

После того как модель прошла проверку и готова к внедрению в производство, операторам следует выполнить следующие шаги: провести тщательное тестирование оптической линейной системы, включая полную характеристику всех усилителей при всех режимах работы; реализовать открытые сетевые интерфейсы, такие как SNMP и NETCONF, а также надёжную систему управления сетью (NMS) на основе архитектуры «браузер–сервер», чтобы обеспечить бесперебойную интеграцию с системами управления сетью сторонних производителей и динамическое выделение ресурсов; спланировать поэтапное развертывание — начать с пары неиспользуемых волокон, провести тестирование и мониторинг, затем расширить сеть; обеспечить наличие надёжных механизмов защиты, например, защиты канала оптического сигнала (OCH), обеспечивающей быстрое переключение при обрыве волокна. При соблюдении этих мер переход от концептуального прототипа к промышленной эксплуатации сверхдальнего межцентрового соединения (DCI) пройдёт гладко.

Заключение

Будучи мировым лидером в области поставок решений для межцентровых соединений (DCI) с общим объёмом поставок более 100 000 единиц на сегодняшний день, Успешная демонстрация компанией Sino-Telecom 200 Гбит/с на расстоянии 2600 км и 400 Гбит/с на расстоянии 1000 км — с использованием сверхнизкопотерных волокон G.654E, усилителей EDFA и передовых когерентных оптических технологий — демонстрируют выдающийся прогресс в области оптических сетей. Благодаря возможности сверхдальнего межцентрового соединения (DCI) без регенерации OEO теперь центры обработки данных могут быть связаны на огромных расстояниях, что обеспечивает по-настоящему распределённые облачные развертывания и удовлетворяет масштабные вычислительные потребности искусственного интеллекта. Благодаря нашему полному ассортименту когерентных решений для оптической передачи — от мощных решений DCI, таких как компактная 2U-платформа STN6800-D16-2U с чрезвычайно высокой пропускной способностью до 12,8 Тбит/с, до широкого спектра оптических трансиверов — компания Sino-Telecom может удовлетворить ваши потребности в сверхдальнем межцентровом соединении (DCI). Пожалуйста свяжитесь с нами свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши требования к сети сверхдальнего межцентрового соединения (DCI), получить коммерческое предложение, ознакомиться с подробными техническими характеристиками и изучить примеры внедрения, включая нашу демонстрацию передачи на расстоянии 2600 км, позволяющую расширить вашу сеть дальше, чем раньше.