Ultra-dlhé DCI spojenia: Ako koherentná optika umožňuje prenos na vzdialenosť 2 600 km

Ultra-dlhé DCI spojenia: Ako koherentná optika umožňuje prenos na vzdialenosť 2 600 km

Keďže cloudové výpočty, úlohy umelnej inteligencie a distribuované úložiská stále viac rastú, dopyt po službách DCI dosahuje nové úrovne. Návrhári sietí dátových centier hľadajú možnosť podporovať komunikáciu na vzdialenosti niekoľko tisíc kilometrov cez extrémne dlhé trasy bez nutnosti vykonávať rad drahých elektronických regenerácií. Práve tu sa ukazuje význam koherentnej optiky. Sino-Telecom Technology Co., Inc. demonštroval prenos 200 G na vzdialenosť 2 600 km – ide o reálnu aplikáciu, nie teóriu.

Čo robí prenos na veľké vzdialenosti taký náročný?

Preposielanie signálov cez stovky a tisíce kilometrov optického vlákna je spojené s radou fyzikálnych výziev. Keď signál prejde stovky a tisíce kilometrov optického vlákna, vyskytujú sa rôzne poruchy signálu, vrátane CD (chromatickej disperzie), PMD a zhoršenia celkovej hodnoty OSNR (pomer optického signálu k šumu). Transceiver typu IM-DD (intenzitná modulácia a priame zisťovanie) sa v podstate snaží rozlíšiť určitú úroveň signálu a nemá vstavané mechanizmy na boj proti disperzii a šumu.

Často sa opierajú o opticko-elektricko-optické (OEO) premeny na obnovu signálov. Hoci sa to ukázalo ako výhodné z hľadiska priepustnosti, vznikli dodatočné náklady vo forme oneskorenia a spotreby energie, spolu so zložitosťou implementácie v akomkoľvek danom sústave smerovačov. V porovnaní s tým trasa dĺžky 2 600 km, na ktorú by bolo potrebných 35 optických regenerátorov, nie je s technológiou IM-DD praktickým riešením.

Koherentná technológia za dlhovzdialeným prenosom – úspešný príbeh spoločnosti Sino-Telecom

Koherentná optika je pokročilejšia technológia prenosu, ktorá sa zameriava na detekciu nielen intenzity, ale aj fázy optických signálov, často v kombinácii s dvojpólovou multiplexáciou a algoritmami DSP. Na rozdiel od priamej detekcie, ktorá meria len intenzitu, koherentná detekcia vyžaduje pridané lokálne oscilátory laserov, ktoré sa miešajú so vstupnými optickými signálmi, čím sa umožňuje detekcia fázy a polarizácie (spolu s intenzitou signálu). Spoločnosť Sino-Telecom sa vždy zaoberala dosahom väčších vzdialeností pri prenose dát a jeden z našich najvýznamnejších nedávnych projektov využíva najnovšie optické vlákno G.654E s nízkym útlmom spolu s radom výkonných optických zosilňovačov EDFA, ktoré zosilňujú signály na akceptovateľné úrovne. Srdcom tohto riešenia je však digitálny signálový procesor (DSP), ktorý umožňuje digitálnu kompenzáciu CD, PMD a frekvenčných posunov v reálnom čase. Táto digitálna kompenzácia eliminuje potrebu mnohých medzizariadení na kompenzáciu disperzie a výrazne predlžuje vzdialenosť medzi optickými zosilňovačmi. To robí dlhé vzdialenosti ekonomicky výhodnými, ako dokazuje náš projekt s optickým vláknom G.654E.

200 G nad 2 600 km — Skutočný prípad nasadenia

Inovácia spoločnosti Sino-Telecom sa prejavuje v tomto skúšobnom projekte. Chceli sme vytvoriť model otvorenej optickej siete na prenos na veľké vzdialenosti, pričom sme využili optické vlákno G.654E a zosilňovače EDFA na zlepšenie zisku signálu a dosiahnutie primeranej úrovne výkonu prenosu. V rámci tohto projektu sme postavili a otestovali systém 200 G cez optické vlákno G.654E, ktorý bol schopný prenášať jediný vlnový signál na vzdialenosť 2 600 km len s 35 optickými reléovými úsekmi a bez akéhokoľvek elektrického regenerovania. Ide o výrazné zlepšenie oproti technológii regenerovania OEO a predstavuje obrovský pokrok v medzikontinentálnych prepojeniach dátových centier.

400 G nad 1 000 km a čo ďalej

Dosiahnutie vysokých rýchlostí (400 G alebo viac) na veľké vzdialenosti môže byť niekedy zložitejšie, pretože vyššia rýchlosť zvyčajne znamená vyššiu symbolovú rýchlosť alebo formát modulácie, čo môže spôsobiť ďalšie poruchy OSNR. V rovnakom testovacom scenári Sino-Telecom otestovala a dosiahla systém s jednou vlnovou dĺžkou 400 G, ktorý prenášal údaje na vzdialenosť 1 000 km cez vlákno G.654E len s 15 optickými reléovými úsekmi (znovu bez elektrickej regenerácie). So zvyšujúcou sa kapacitou sa vzdialenosť znižuje kvôli pridaným poruchám spoja. V budúcnosti bude pokročilý vývoj algoritmov digitálneho spracovania signálu (DSP) s vylepšenou technikou opravy chýb (FEC) a pravdepodobnostným tvarovaním konštelácie, ako aj ultra-vysoké baudo-rychlosti 200 Gbaud ďalej posúvať hranice dosiahnuteľnej vzdialenosti pre siete DCI s ultra-dlhým dosahom – najprv pre 400 G, neskôr pre 800 G a nakoniec pre 1,6 T.

Plánovanie trás dlhých vzdialeností: výber lokalít a návrh rezervy

Nasadenie siete s ultra-dlhým dosahom DCI prepojenie nie je len operácia typu „zapni a používaj“; dôležitá je pečlivá plánovanie. Typ optického vlákna je dôležitým faktorom na mieste inštalácie. V tomto prípade vlákno G.654E poskytuje veľmi nízke straty, avšak rovnaký okruh postavený s použitím predchádzajúceho vlákna G.652 by vyžadoval plánovanie systému pre správu disperzie. Poloha a hustota lokalít zosilňovačov tiež musia byť dôkladne vypočítané; potrebujete vyvážiť zvyšovanie výkonu signálu so zbytočným pridaním šumu. Návrh rezervy (margin design) je rovnako kritickou zložkou. Analytické modely kvality prenosu (QoT) musia obsahovať rezervy na kompenzáciu neznámych hodnôt, ako sú straty na konektoroch, kolísanie zosilnenia zosilňovačov a rozdiely medzi typmi optických vlákien. V pokročilejších sieťach niektorí prevádzkovatelia využívajú modely strojového učenia, ktoré postupne tieto rezervy znižujú, keď sa hromadí viac údajov.

Od testovania po prevádzku: Čo potrebujú vedieť prevádzkovatelia

Keď je model overený a pripravený na nasadenie do výroby, operátori by mali vykonať nasledujúce kroky: Vykonajte dôkladné testovanie optického linkového systému vrátane úplnej charakterizácie všetkých zosilňovačov za všetkých prevádzkových podmienok. Implementujte otvorené sieťové rozhrania, ako sú SNMP a NETCONF, spolu s robustným NMS (systémom správy siete) založeným na architektúre B/S, aby sa zabezpečila bezproblémová integrácia s integrovanými sieťovými systémami správy tretích strán a umožnilo sa dynamické zriaďovanie. Naplánujte postupné nasadenie – najprv s párom tmavých vlákien, následne testovanie a monitorovanie, a potom rozšírenie siete. Zabezpečte si robustné mechanizmy ochrany, napríklad ochranu OCH, ktorá poskytuje rýchle prepínanie v prípade prerušenia optického vlákna. Ak tieto plány budú realizované, ultra-dlhé DCI spojenia prejdú hladko od konceptuálneho dôkazu k výrobnej prevádzke.

Záver

Ako globálne vedúci dodávateľ DCI s viac ako 100 000 jednotkami dodanými doteraz, Úspešné predvedenie spoločnosti Sino-Telecom z 200 G cez 2 600 km a 400 G cez 1 000 km – pomocou ultra-nízkopotového vlákna G.654E, zosilňovačov EDFA a pokročilých koherentných optických technológií – demonštruje pozoruhodný pokrok v oblasti optických sietí. Vďaka možnosti ultra-dlhodobého DCI bez regenerácie OEO sa dátové centrá teraz môžu prepojiť na veľké vzdialenosti, čo umožňuje skutočne distribuované nasadenia cloudových služieb a splnenie masívnych výpočtových požiadaviek umelej inteligencie. Naša komplexná ponuka koherentných riešení optického prenosu – od výkonných riešení DCI, ako je napríklad veľmi kompaktná 2U platforma STN6800-D16-2U s ultra-veľkou prenosovou kapacitou až 12,8 T, po komplexnú škálu optických transceiverov – umožňuje spoločnosti Sino-Telecom uspokojiť vaše potreby ultra-dlhodobého DCI. Prosím kontaktujte nás dnes, aby ste diskutovali o vašich požiadavkách na ultra-dlhodobú DCI sieť, získali ponuku, preštudovali podrobné špecifikácie a prehliadli si prípadové štúdie vrátane našej demonštračnej prenosovej trasy na vzdialenosť 2 600 km, ktorá vám umožní rozšíriť vašu sieť ďalej ako doteraz.