การเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลระยะไกลพิเศษ: เทคโนโลยีออปติกแบบโคฮีเรนต์ช่วยให้ส่งสัญญาณได้ไกลถึง 2,600 กิโลเมตรได้อย่างไร

การเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลระยะไกลพิเศษ: เทคโนโลยีออปติกแบบโคฮีเรนต์ช่วยให้ส่งสัญญาณได้ไกลถึง 2,600 กิโลเมตรได้อย่างไร

เมื่อการประมวลผลแบบคลาวด์ ภาระงานด้านปัญญาประดิษฐ์ และระบบจัดเก็บข้อมูลแบบกระจายมีแนวโน้มเติบโตอย่างต่อเนื่อง ความต้องการบริการดีซีไอจึงเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก ผู้ออกแบบเครือข่ายศูนย์ข้อมูลจึงกำลังมองหาความสามารถในการสนับสนุนการสื่อสารข้ามระยะทางหลายพันกิโลเมตรแบบระยะไกลพิเศษ โดยไม่จำเป็นต้องใช้การฟื้นฟูสัญญาณแบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีต้นทุนสูงหลายครั้ง นี่คือจุดที่เทคโนโลยีโคฮีเรนต์ออปติกส์มีบทบาทสำคัญยิ่ง Sino-Telecom Technology Co., Inc. ได้แสดงให้เห็นถึงการส่งสัญญาณความเร็ว 200 จิกะบิตต่อวินาทีที่ระยะทาง 2,600 กิโลเมตรแล้ว — และนี่คือการใช้งานจริง ไม่ใช่เพียงแค่ทฤษฎี

อะไรคือสาเหตุที่ทำให้การส่งสัญญาณระยะไกลเป็นเรื่องที่ท้าทายมากนัก

การส่งสัญญาณผ่านเส้นใยแก้วนำแสงเป็นระยะทางหลายร้อยถึงหลายพันกิโลเมตรนั้นเผชิญกับอุปสรรคทางกายภาพหลายประการ เมื่อสัญญาณเดินทางผ่านเส้นใยแก้วนำแสงเป็นระยะทางหลายร้อยถึงหลายพันกิโลเมตร จะเกิดการบิดเบือนของสัญญาณหลายประเภท รวมถึง CD (Chromatic Dispersion), PMD และการลดลงของ OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) โดยรวม ตัวรับ-ส่งสัญญาณแบบ IM-DD (Intensity Mod and Direct Detect) นั้นโดยพื้นฐานแล้วพยายามแยกแยะระดับสัญญาณบางรูปแบบ แต่ไม่มีกลไกในตัวที่ออกแบบมาเพื่อต่อต้านการกระจายตัวของสัญญาณ (dispersion) และสัญญาณรบกวน

มักอาศัยการแปลงสัญญาณแบบ OEO (Optical-Electrical-Optical) เพื่อสร้างสัญญาณขึ้นใหม่ แม้ว่าวิธีนี้จะพิสูจน์แล้วว่าให้ผลดีในแง่ของอัตราการส่งผ่าน แต่ก็มีข้อเสียคือเกิดความล่าช้า (latency) และค่าใช้จ่ายด้านพลังงานเพิ่มขึ้น รวมทั้งเพิ่มความซับซ้อนในการนำไปใช้งานภายในระบบเราเตอร์ใดๆ ก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว เส้นทางที่มีความยาว 2,600 กิโลเมตร ซึ่งจำเป็นต้องใช้ตัวสร้างสัญญาณออปติคัล (optical regenerators) จำนวน 35 ตัว จึงไม่ใช่ทางออกที่เหมาะสมสำหรับระบบ IM-DD

เทคโนโลยีที่สอดคล้องกันเบื้องหลังการส่งสัญญาณระยะไกล — เรื่องราวความสำเร็จของซิโน-เทเลคอม

การส่งสัญญาณแบบโคฮีเรนต์ออปติกส์เป็นเทคโนโลยีการส่งข้อมูลที่ก้าวหน้ากว่า ซึ่งอาศัยการตรวจจับทั้งความเข้มและเฟสของสัญญาณแสง โดยมักใช้เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบโพลาไรเซชันคู่ร่วมด้วย พร้อมอัลกอริทึมการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ต่างจากวิธีการตรวจจับโดยตรงที่วัดเพียงความเข้มเท่านั้น การตรวจจับแบบโคฮีเรนต์จำเป็นต้องใช้เลเซอร์ออสซิลเลเตอร์ในท้องถิ่นมาผสมกับสัญญาณแสงที่เข้ามา เพื่อให้สามารถตรวจจับเฟสและโพลาไรเซชันได้ควบคู่ไปกับความเข้มของสัญญาณ ซิโน-เทเลคอมม์มุ่งมั่นพัฒนาการส่งข้อมูลระยะไกลอย่างต่อเนื่อง และโครงการล่าสุดที่โดดเด่นที่สุดของเราใช้เส้นใยแก้วนำแสงมาตรฐาน G.654E ที่มีการสูญเสียต่ำมาก ร่วมกับเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบ EDFA ที่ทรงพลังหลายตัว เพื่อเพิ่มระดับสัญญาณให้อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม หัวใจหลักของโซลูชันนี้คือเครื่องประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ซึ่งสามารถชดเชยการกระจายของความยาวคลื่น (CD) การกระจายของโพลาไรเซชัน (PMD) และการเปลี่ยนแปลงความถี่แบบเรียลไทม์ได้ในรูปแบบดิจิทัล การชดเชยแบบดิจิทัลนี้ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้โมดูลชดเชยการกระจายแบบติดตั้งระหว่างทางจำนวนมาก และยังยืดระยะห่างระหว่างเครื่องขยายสัญญาณแสงได้อย่างมาก ส่งผลให้การส่งข้อมูลระยะไกลมีความคุ้มค่ามากขึ้น ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วผ่านโครงการเส้นใยแก้วนำแสง G.654E ของเรา

200G มากกว่า 2,600 กิโลเมตร — กรณีการใช้งานจริง

นวัตกรรมของซิโน-เทเลคอมแสดงให้เห็นผ่านโครงการทดสอบนี้ เราต้องการสร้างแบบอย่างเครือข่ายแสงแบบเปิดสำหรับการส่งสัญญาณระยะไกล โดยใช้เส้นใยแก้วนำแสงมาตรฐาน G.654E และตัวขยายสัญญาณแบบ EDFA เพื่อเพิ่มการได้รับสัญญาณและบรรลุสมรรถนะการส่งสัญญาณในระดับที่เหมาะสม ภายในโครงการนี้ เราได้สร้างและทดสอบระบบความเร็ว 200G บนเส้นใยแก้วนำแสง G.654E ซึ่งสามารถส่งสัญญาณหนึ่งความยาวคลื่นได้ไกลถึง 2,600 กิโลเมตร โดยใช้ช่วงการส่งซ้ำด้วยแสงเพียง 35 ช่วง โดยไม่จำเป็นต้องใช้การปรับสัญญาณแบบไฟฟ้าเลย นี่ถือเป็นความก้าวหน้าอย่างมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการปรับสัญญาณแบบ OEO และยังเป็นก้าวกระโดดครั้งใหญ่สำหรับการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลข้ามทวีป

400G ระยะทาง 1,000 กิโลเมตร และสิ่งที่จะตามมา

การบรรลุความเร็วสูง (400G หรือมากกว่า) บนระยะทางไกลอาจมีความซับซ้อนมากขึ้นในบางครั้ง เนื่องจากความเร็วที่สูงขึ้นมักหมายถึงอัตราสัญลักษณ์ (symbol rate) หรือรูปแบบการปรับสัญญาณ (modulation format) ที่สูงขึ้น ซึ่งอาจก่อให้เกิดการเสื่อมคุณภาพของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (OSNR impairments) เพิ่มเติม ในการทดสอบสถานการณ์เดียวกันนี้ Sino-Telecom ได้ทำการทดสอบและบรรลุระบบสัญญาณความเร็ว 400G ต่อคลื่นความถี่เดียว ซึ่งสามารถส่งสัญญาณได้ไกลถึง 1,000 กิโลเมตรผ่านเส้นใยแสงชนิด G.654E โดยใช้จุดขยายสัญญาณแสง (optical relay spans) เพียง 15 จุด (โดยไม่มีการสร้างสัญญาณใหม่แบบไฟฟ้า—electrical regeneration—เลย) เมื่อความจุเพิ่มขึ้น ระยะทางที่สามารถส่งได้จะลดลงเนื่องจากการเสื่อมคุณภาพของลิงก์ที่เพิ่มขึ้น ในอนาคต การพัฒนาอัลกอริธึมประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น พร้อมเทคนิคแก้ไขข้อผิดพลาดล่วงหน้า (FEC) ที่เหนือกว่า และการปรับรูปแบบจุดสัญญาณแบบความน่าจะเป็น (probabilistic constellation shaping) รวมทั้งอัตราสัญลักษณ์สูงพิเศษที่ 200Gbaud จะช่วยขยายขอบเขตระยะทางให้ไกลยิ่งขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทั้งสำหรับเครือข่าย DCI แบบอัลตร้าลองโฮล (ultra-long haul) ที่ใช้ความเร็ว 400G แล้วตามมาด้วย 800G และในที่สุดคือ 1.6T

การวางแผนเส้นทางระยะไกล: การเลือกสถานที่ติดตั้งอุปกรณ์และการออกแบบค่าเผื่อ (margin)

การติดตั้งระบบระยะไกลพิเศษ DCI การเชื่อมต่อแบบลิงก์ไม่ใช่เพียงแค่การเสียบแล้วใช้งานได้ทันที แต่จำเป็นต้องมีการวางแผนอย่างรอบคอบ ประเภทของไฟเบอร์เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในสถานที่ติดตั้ง ในกรณีนี้ ไฟเบอร์ชนิด G.654E ให้ค่าการสูญเสียสัญญาณต่ำมาก แต่หากใช้ไฟเบอร์รุ่นก่อนหน้าอย่าง G.652 บนวงจรเดียวกัน จะต้องมีการวางแผนระบบจัดการการกระจายตัวของสัญญาณ (dispersion management system) ตำแหน่งและระยะห่างระหว่างสถานีขยายสัญญาณก็ต้องคำนวณอย่างแม่นยำเช่นกัน เนื่องจากต้องหาจุดสมดุลระหว่างการเพิ่มกำลังสัญญาณกับการเพิ่มสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ การออกแบบค่าสำรอง (margin design) ก็ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญเช่นกัน แบบจำลองคุณภาพการส่งผ่าน (QoT) ที่มีคุณภาพเชิงวิเคราะห์จะต้องรวมค่าสำรองไว้ด้วย เพื่อชดเชยค่าที่ไม่แน่นอน เช่น การสูญเสียที่ขั้วต่อ ความแปรผันของค่าการขยายสัญญาณจากแอมพลิฟายเออร์ และความแตกต่างของชนิดไฟเบอร์ สำหรับเครือข่ายระดับสูงกว่านั้น ผู้ให้บริการบางรายใช้แบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning models) ซึ่งสามารถลดค่าสำรองเหล่านี้ลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อมีข้อมูลสะสมเพิ่มขึ้น

จากขั้นตอนการทดสอบสู่การใช้งานจริง: สิ่งที่ผู้ให้บริการควรรู้

เมื่อโมเดลผ่านการตรวจสอบความถูกต้องแล้วและพร้อมสำหรับการใช้งานจริง ผู้ปฏิบัติงานควรดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปนี้: ทำการทดสอบระบบสายส่งแสงอย่างเข้มงวด รวมถึงการวิเคราะห์คุณลักษณะทั้งหมดของแอมพลิฟายเออร์ภายใต้สภาวะการใช้งานทุกรูปแบบ ใช้งานอินเทอร์เฟซเครือข่ายแบบเปิด เช่น SNMP และ NETCONF ควบคู่ไปกับระบบจัดการเครือข่าย (NMS) ที่มีความแข็งแกร่งและออกแบบบนสถาปัตยกรรมแบบ B/S เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถผสานรวมกับระบบจัดการเครือข่ายแบบรวมศูนย์จากบุคคลภายนอกได้อย่างไร้รอยต่อ และรองรับการจัดสรรทรัพยากรแบบไดนามิก วางแผนการปรับใช้แบบเป็นระยะ โดยเริ่มต้นด้วยคู่ไฟเบอร์ที่ยังไม่ได้ใช้งาน (dark fiber) ทำการทดสอบและติดตามผล จากนั้นจึงขยายเครือข่ายออกไปอย่างค่อยเป็นค่อยไป จัดให้มีกลไกการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ เช่น การป้องกัน OCH ซึ่งช่วยให้เปลี่ยนเส้นทางการทำงานได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดการขาดของเส้นใยแก้วนำแสง เมื่อมีแผนเหล่านี้พร้อมใช้งานแล้ว การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลแบบระยะไกลพิเศษ (ultra-long haul DCI) จะดำเนินไปอย่างราบรื่น ตั้งแต่ขั้นตอนการพิสูจน์แนวคิด (proof-of-concept) จนถึงการใช้งานจริง

บทสรุป

ในฐานะผู้จัดจำหน่ายระบบเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล (DCI) ชั้นนำระดับโลก ที่ส่งมอบอุปกรณ์ไปแล้วมากกว่าหนึ่งแสนหน่วย ณ ปัจจุบัน การสาธิตที่ประสบความสำเร็จของ Sino-Telecom ของ 200G ที่ระยะทาง 2,600 กิโลเมตร และ 400G ที่ระยะทาง 1,000 กิโลเมตร — โดยใช้เส้นใยแสงแบบ G.654E ที่มีการสูญเสียต่ำพิเศษ อุปกรณ์ขยายสัญญาณ EDFA และเทคโนโลยีออปติกแบบโคฮีเรนต์ขั้นสูง — แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าอันโดดเด่นของเครือข่ายแสง ด้วยความสามารถในการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลระยะไกลพิเศษ (ultra-long haul DCI) โดยไม่ต้องใช้การแปลงสัญญาณแบบ OEO ทำให้สามารถเชื่อมโยงศูนย์ข้อมูลที่อยู่ห่างไกลกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เกิดการปรับใช้ระบบคลาวด์แบบกระจายจริง และรองรับความต้องการด้านการประมวลผลปัญญาประดิษฐ์ (AI) ระดับมหาศาล ด้วยโซลูชันการส่งผ่านแสงแบบโคฮีเรนต์แบบครบวงจรของเรา ตั้งแต่โซลูชัน DCI ที่ทรงพลัง เช่น แพลตฟอร์ม STN6800-D16-2U ขนาดกะทัดรัดเพียง 2U ซึ่งให้ความสามารถในการส่งผ่านสูงสุดถึง 12.8T ไปจนถึงชุดตัวรับ-ส่งสัญญาณแสง (optical transceivers) ที่ครอบคลุมทั้งหมด Sino-Telecom สามารถตอบสนองความต้องการด้าน DCI ระยะไกลพิเศษของคุณได้อย่างเต็มที่ กรุณา ติดต่อเรา ติดต่อเราในวันนี้ เพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการเครือข่าย DCI ระยะไกลพิเศษของคุณ ขอใบเสนอราคา ดูข้อมูลจำเพาะโดยละเอียด และศึกษากรณีตัวอย่าง รวมถึงการสาธิตการส่งสัญญาณที่ระยะทาง 2,600 กิโลเมตรของเรา ซึ่งจะช่วยขยายขอบเขตเครือข่ายของคุณให้ไกลกว่าที่เคยเป็นมา