El último progreso de los estándares de transmisión óptica coherente de 400G y 800G

El rápido desarrollo de las redes de centros de datos ha llevado a una demanda vertiginosa de ancho de banda de red óptica, que crece a una tasa anual de más del 20 %, impulsando la red de transmisión óptica hacia soluciones de mayor velocidad y mayor capacidad.

En la actualidad, los sistemas WDM de 100G/200G de longitud de onda única se han implementado comercialmente a gran escala en las redes troncales de los operadores, y los sistemas 400G de longitud de onda única se han trasladado de las redes de área metropolitana a las redes troncales, convirtiéndose en el foco de atención y aplicación en el industria. A medida que los estándares de transmisión óptica 400G en varias organizaciones de estándares alcanzan un consenso, Beyond 400G ha surgido como un nuevo tema de interés para varias organizaciones de estándares.

Descripción general de las organizaciones de estándares de transmisión óptica

Las organizaciones internacionales de estándares involucradas en la tecnología de transmisión óptica incluyen principalmente ITU-T SG15, OIF, IEEE802.3 y varios MSA (acuerdos de múltiples fuentes), y la distribución de responsabilidades y la correspondencia entre cada organización internacional de estándares y equipo de transmisión óptica son se muestra en la Figura 1.

Figura 1 y XNUMX. El diagrama de relaciones de las organizaciones internacionales de normalización

Las especificaciones de la interfaz Ethernet 100/200/400/800GE emitidas por el equipo del cliente de transmisión óptica están definidas por IEEE802.3. Los estándares relacionados con el módulo óptico del lado del cliente para conectar el equipo WDM y el equipo del cliente están definidos por OIF/MSA. El sistema de encapsulación de señal de servicio y transmisión óptica involucrado en el equipo WDM, las especificaciones del sistema están definidas por ITU-T SG15, entre las cuales ITU-T SG15 Q5 involucra fibras ópticas, Q6 involucra sistemas WDM y dispositivos ópticos, y Q11 define estructura de trama OTN, mapeo y otras tecnologías. La implementación del módulo óptico del lado de la línea está definida por OIF/MSA.

Las organizaciones nacionales de normalización para la transmisión óptica son principalmente los grupos de trabajo CCSA TC6 WG1 y WG4. El equipo WDM estandarizado por WG1 tiene una gran autoridad, reflejando básicamente los requisitos de los tres principales operadores nacionales y las capacidades de los proveedores de equipos, mientras que WG4 define principalmente los estándares de módulos ópticos para diferentes velocidades y aplicaciones.

El  Progresoes of Más allá de Estándares de transmisión óptica 400G

OIF ha liderado la estandarización de sistemas ópticos coherentes de 400G y 800G entre varias organizaciones de estándares en los últimos años. En 2022, OIF completó la especificación estándar 400ZR. Actualmente se está trabajando en la especificación de 800G LR y ZR, que incluye aspectos técnicos como parámetros del sistema óptico, mapeo FEC, DSP y OTN. Se espera que se complete a fines de 2024. El progreso estándar de OIF tiene un impacto importante en las tendencias técnicas de la estandarización 802.3G de ITU-T e IEEE 800.

IEEE802.3 tiene autoridad absoluta en la especificación de interfaces Ethernet. IEEE802.3 está estandarizando las interfaces Ethernet 800G/1.6T, incluidas diferentes interfaces de distancia de transmisión para dos rutas de 100G y 200G de un solo canal. Vale la pena mencionar que en 2023 hubo una feroz discusión en el proyecto IEEE802.3dj sobre si adoptar IMDD (modulación de intensidad y detección directa) o tecnología coherente para la aplicación 800G 10km. Finalmente, 802.3dj decidió establecer dos objetivos de proyecto para 800G 10km, utilizando diferentes soluciones técnicas. Se puede ver que con el aumento de la tasa de un solo canal, la tecnología coherente se hunde constantemente y expande sus escenarios de aplicación.

El grupo de trabajo ITU-T SG15 Q6 ha progresado lentamente en la estandarización de 400G/800G desde que lanzó la especificación 100G DWDM en 2018. La causa principal es que ITU-T se compromete a estandarizar los sistemas DWDM que son compatibles con múltiples fabricantes e intenta encontrar un parámetro para determinar la calidad del transmisor, pero es difícil lograr resultados satisfactorios para sistemas DWDM con modulación coherente. En febrero de 2023, en la reunión Q6, se decidió reiniciar la estandarización de 400G y adoptar una actitud abierta hacia la estandarización de 800G. Al mismo tiempo, se reconoció la demanda futura de Q6 de banda extendida C+L en la aplicación de 800G DWDM, y vale la pena esperar el desempeño de Q6 en la estandarización de 400G y 800G.

CCSA TC6 WG1 ha completado sucesivamente una serie de estándares de la industria sobre los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda óptica (WDM) Nx400G, incluidos los "Requisitos técnicos para los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda óptica (WDM) Nx400G", "Requisitos técnicos para los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda óptica (WDM) Nx400G metropolitanos". )” y “Requisitos técnicos para sistemas de multiplexación por división de longitud de onda óptica (WDM) con banda C extendida”. Estos estándares cubren las aplicaciones de backbone 400G, banda C extendida y metropolitana, y los formatos de modulación especifican principalmente 2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK y 400Gbit/s PM-16QAM. Al mismo tiempo, con el desarrollo de tecnologías DSP (procesamiento de señal digital) y FEC (corrección de errores hacia adelante) de alto rendimiento y las necesidades de construcción de red de los operadores, dos estándares de la industria, "Requisitos técnicos para Nx400Gbit/s Ultra-long Distance Optical Sistemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM)” y “Requisitos técnicos para sistemas metropolitanos de multiplexación por división de longitud de onda óptica (WDM) Nx800Gbit/s”, se iniciaron en los últimos dos años. Estos estándares especificarán los sistemas ópticos WDM basados ​​en formatos de modulación QPSK por encima de 120 Gbd y comenzarán la investigación en redes metropolitanas de 800 G, lo que coloca a China a la vanguardia de las redes de larga distancia y alta velocidad. DWDM Estandarización.

CCSA TC6 WG4 ha completado siete series de estándares para 400G tecnologías de modulación de intensidad y modulación de fase en los últimos tres años e inició la estandarización de módulos ópticos 800G para respaldar las necesidades de aplicación de los estándares de sistemas ópticos.

El progreso de 400G y más allá 400G OTN

El grupo de trabajo ITU-T SG15 Q11, como el principal creador de estándares de la tecnología OTN, llegó a un consenso sobre la discusión por etapas más allá de los estándares 400G OTN. La primera fase se enfoca principalmente en la formulación de estándares OTN 800G, centrándose principalmente en cómo transportar servicios Ethernet 800GE y tecnología de interfaz FlexO 800G, etc. Se espera completar los estándares relevantes para fines de 2023. La segunda fase se enfoca en OTN tecnología de interfaz por encima de 800G, que será un punto clave de discusión estándar después de 2023.

En la primera fase de trabajo, ITU-T SG15 Q11 ha alcanzado muchos consensos. En términos de transporte de servicios de cliente 800GE especificados por IEEE802.3, se determinan la tasa ODUflex (800G) y el punto de referencia de 800GE a mapeo OTN. Los dos flujos de datos en formato 257B recuperados de la interfaz Ethernet 800GE se intercalan según la granularidad de 257B para formar un flujo de datos. Al mismo tiempo, para resolver los problemas de alineación y MTTFPA (tiempo medio para la aceptación de paquetes falsos) causados ​​por 257B, la carga útil de la fila ODUflex 4×3808 se divide en múltiplos enteros de bloques de 257B y relleno de 38 bits, entre los cuales se usa 32 bits. para llevar CRC32 para completar la función de marcado de error relacionada. Para simplificar la relación de multiplicación de reloj entre ODUflex y la interfaz Ethernet, también se requiere una compensación de tasa para este flujo de datos 257B para compensar la tasa de AM eliminada en el procesamiento Ethernet 800GE. En comparación con 400GE, para ahorrar ancho de banda de transmisión y reducir la brecha entre la tasa de servicio de Ethernet y la tasa de OTN, aumentar la posibilidad de usar el mismo módulo para el servicio de Ethernet y la tasa de OTN, el punto de referencia de 800GE a la asignación de OTN se cambia de 66B flujo de código a flujo de código 257B. Las funciones de procesamiento de la interfaz 800GE PMA a la red de transmisión OTN se muestran en la Figura 2.

Figura 2 y XNUMX. Diagrama esquemático de las funciones de procesamiento de 800GE a OTN

En términos de tecnología de interfaz FlexO, según las diferentes distancias de transmisión, se divide en interfaz de corta distancia FlexO-x-RS e interfaz de larga distancia FlexO-xD. Entre ellos, la interfaz de corta distancia FlexO-x-RS se especifica en G.709.1, se utiliza principalmente para la interconexión entre dominios e intradominios, y la distancia de transmisión suele ser de 40 km. La interfaz FlexO-xD se especifica en G.709.3, se utiliza principalmente para la interconexión de larga distancia de interfaces coherentes, y la distancia de transmisión suele ser de 100 ~ 450 km. En términos de estándares de interfaz de corta distancia, se determina primero revisar G.709.1, definir la estructura general de la trama FlexO-8, la velocidad, la sobrecarga y la tecnología de mapeo, y también facilitarlo para otras organizaciones estándar como OIF u OpenRoadm. para hacer referencia a la estructura de trama pertinente. Dado que B100G FlexO puede admitir una velocidad de hasta 800G, se determina que la interfaz 800G FlexO continúa reutilizando la estructura de marco FlexO basada en 1280 × 5140. Las tecnologías de mapeo recientemente agregadas incluyen la multiplexación de mapeo directo de los servicios Ethernet a la ruta FlexO-xe. Esta ruta de servicio reduce la capa de canal ODUflex y la sección de multiplexación OTUCn en comparación con la ruta de multiplexación de mapeo B100G tradicional y permite multiplexar múltiples mapeos 100GE/200GE/400GE o 1 800GE directamente a FlexO-xe.

En términos de estándares de interfaz de larga distancia, en comparación con la interfaz FlexO 400G, con el aumento del ancho de banda de transmisión de 800G de un solo puerto, bajo la premisa de transmitir a la misma distancia, los requisitos para dispositivos y módulos ópticos son más estrictos, por lo que una reducción La interfaz de velocidad FlexO-xe-DO se agrega a la interfaz original de velocidad completa FlexO-x-DO, que no solo reduce el nivel de multiplexación OTN, sino que también reduce la frecuencia de inserción de la señal piloto de cuadro DSP de la interfaz FlexO-x-DO. Esta interfaz es principalmente adecuada para la transmisión de multiplexación de servicios Ethernet punto a punto y no es compatible con la transmisión OTUCn u ODUflex. En comparación con la interfaz OIF 800ZR, puede extender la distancia de transmisión a través de la función de regeneración FlexO 3R.

En general, los estándares de transmisión óptica a una velocidad de 400G se han completado básicamente en organizaciones de estándares nacionales y extranjeras, y DWDM las aplicaciones de larga distancia basadas en modulación QPSK por encima de 128 GBd son el centro de atención de los estándares; mientras que B400G y velocidades superiores, incluidos 800G e incluso 1.6 T, se han convertido en puntos de acceso de investigación de organizaciones de normalización nacionales y extranjeras como ITU-T, OIF, IEEE802.3 y CCSA. Los formatos de modulación, las tecnologías de mapeo, los sistemas ópticos C+L extendidos, el FEC de alto rendimiento y otras tecnologías se convertirán en las tecnologías clave para la estandarización.