100G QSFP28 ZR4: الخيار الأفضل لمسافة طويلة 100G DCI

مع تطور اتجاه 100G Ethernet ، يتزايد الطلب على الوحدات البصرية 100G ، واليوم تمثل الوحدات الضوئية 100G جزءًا كبيرًا من تكلفة إنشاء الشبكة. ظهرت ثلاثة حلول في 100G 80km DCI (Data Center Interconnect) ، وهي 100 جرام متماسك ، 100 جرام PAM4 DWDM ، و 100 جرام QSFP28 ZR4. تقدم هذه المقالة وحدات بصرية 100G QSFP28 ZR4 وتقارنها مع الأولين لمناقشة السبب في أن QSFP28 ZR4 هو الخيار الأفضل لـ 100G DCI لمسافات طويلة.

 طرح 100G QSFP28 ZR4

يتم استخدام جهاز الإرسال والاستقبال البصري 100G QSFP28 ZR4 لتوصيل المحولات وأجهزة التوجيه ومعدات الإرسال في مركز البيانات ، وتصل مسافة الإرسال إلى 80 كم عبر الألياف أحادية الوضع (SMF).

تتوافق الوحدة البصرية 100G QSFP28 ZR4 تمامًا مع معيار الصناعة QSFP28 وما يرتبط به من MSA كما هو موضح في أحدث SFF-8665/8636 ، وهي متوفرة مع التشخيصات الرقمية عبر واجهة I2C. كما أنه متوافق مع المواصفات ذات الصلة بـ IEEE 802.3 100GBASE-ZR4. بالإضافة إلى ذلك ، تدعم الوحدة معدل الباود KR4 FEC (تصحيح الخطأ الأمامي) ، والذي سيساعد في اكتشاف الأخطاء وتصحيحها على جانب الاستقبال لتحسين الجودة الإجمالية للرابط.

مبدأ التشغيل من 100 جرام QSFP28 ZR4

في نهاية الإرسال ، يتم استرداد القنوات الأربع للبيانات التسلسلية (NRZ ، Not Return to Zero) بواسطة CDR وتمريرها إلى أربعة محركات ليزر بأطوال موجية مركزية تبلغ 1296 نانومتر ، 1300 نانومتر ، 1305 نانومتر ، 1309 نانومتر ، على التوالي. يتم مضاعفة الإشارة الضوئية إلى ألياف أحادية الوضع (SMF) عبر موصل LC قياسي. في الطرف المستقبل ، يتم تضخيم الإشارات الضوئية للقنوات الأربع بواسطة SOA ثم يتم فك تعدد الإرسال بواسطة مزيل تعدد الإرسال البصري المدمج. يتم استرداد كل إشارة ضوئية بواسطة كاشف PIN ثم تمريرها عبر مضخم للمقاومة و CDR إلى مشغل خرج متوافق مع CAUI-4 ، كما هو موضح في الشكل التالي:

100G QSFP28 ZR4 مخطط كتلة

ثلاثة أنواع حلول لـ 100G 80km DCI

تشير شبكات المناطق الحضرية و DCI (الربط البيني لمركز البيانات) إلى مراكز البيانات الكبيرة جدًا ومفاتيح الشبكة الكبيرة المتصلة داخل المدن. يحتاجون إلى العديد من اتصالات النطاق الترددي العالي بمعدل بيانات 100G + ، الأمر الذي يتطلب من الوحدات الضوئية تبسيط العملية وتقليل المساحة وتقليل التكلفة واستهلاك الطاقة.

• 100 جرام متماسك

تقليديا ، تبديل البائعين يستخدمون CFP / CFP2 وحدات بصرية متماسكة في أجهزة DCI الخاصة بهم. عادةً ما تُستخدم التكنولوجيا المتماسكة للنقل البصري لمسافات طويلة في العاصمة. يمكن لتقنيات التعديل الأكثر تقدمًا ، مثل QPSK أو 8QAM أو 16QAM ، مضاعفة معدل البت أو مضاعفته ثلاث مرات أو أربع مرات. ومع ذلك ، يحتاج هذا النوع من التعديل إلى تقنية متقدمة ، أي الكشف المتماسك و DSP على جانب المستقبِل لتصحيح التشتت. على الرغم من أن تكلفة البت لا تزال مصدر قلق ، إلا أن تكلفة المكون مرتفعة للغاية ، وتحتاج الوحدة الضوئية إلى مساحة وميزانية طاقة كافية ، والتي لا تتوفر إلا في الحزم القابلة للتوصيل من CFP و CFP2. بالطبع ، يمكن أيضًا إدخال وحدات متماسكة في لوحة التبديل / جهاز التوجيه لسيناريو IPoDWDM. ومع ذلك ، نظرًا لاستهلاك الطاقة الكبير وحجم وحدة CFP / CFP2 ، هناك حاجة إلى بطاقات خط خاصة.

• 100 جرام PAM4 DWDM

تم تصميم الوحدة البصرية PAM4 للاستجابة للحاجة إلى وحدة بصرية للوصلات قصيرة المسافة. قبل PAM4 ، تم استخدام تنسيق تعديل NRZ الثنائي لمسافة 100G وشبكات نقل بيانات 40G. يأتي PAM4 مع أربعة أنماط شفرات مختلفة لتشفير اثنين من بتات البيانات ، وبالتالي يمكن مضاعفة عرض النطاق الترددي للاتصال باستخدام تنسيق التعديل هذا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الوحدات البصرية PAM4 مباشرة في محولات شبكات DWDM المضمنة ، وهو حل بسيط وفعال من حيث التكلفة للعملاء الراغبين في بناء شبكات بيانات DWDM مضمنة. ومع ذلك ، فإن عيب هذا الحل هو أن 100 جرام DWDM QSFP28 يتطلب PAM4 استخدام أنظمة تعويض التضخيم والتشتت على الرابط البصري عندما تكون مسافة الإرسال أكبر من 5 كم ، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف الشاملة.

QSFP28 PAM4 DWDM إلى 100G 80km DCI

• 100 جرام QSFP28 ZR4

يتغلب QSFP28 ZR4 على عيوب الحلين المذكورين أعلاه. بعد تحسين التكلفة ، فإن 100 جرام ZR4 QSFP28 يدعم 100G Ethernet ويمكنه تحقيق نقل يصل إلى 80 كم. علاوة على ذلك ، فإن QSFP28 ZR4 صغير الحجم ومنخفض في استهلاك الطاقة. يمكن أن يوفر حلاً من نقطة إلى نقطة في مركز البيانات دون نشر الإصدار القديم من واجهة CFP / CFP2 ويمكن أن يعمل على رابط من نقطة إلى نقطة يصل إلى 80 كيلومترًا دون التضخيم البصري وتعويض التشتت. هذا هو حل التوصيل والتشغيل الحقيقي.

كما هو موضح في الشكل أدناه:

نبذة عامة

باختصار ، من بين الحلول الثلاثة لـ 100G 80km DCI (Data Center Interconnect) ، يتمتع 100G QSFP28 ZR4 بمزايا كبيرة من حيث التكلفة والطاقة مقارنة بالحلول المتماسكة ، ويمكنه تحقيق نقل بصري من نقطة إلى نقطة دون نشر معدات زائدة عن الحاجة ومعقدة ، لذلك 100G QSFP28 ZR4 هو الأكثر تفضيلاً في تطبيقات DCI طويلة المدى.