Les dernières avancées des normes de transmission optique cohérentes 400G et 800G

Le développement rapide des réseaux de centres de données a entraîné une demande croissante de bande passante de réseau optique, qui croît à un taux annuel de plus de 20 %, poussant le réseau de transmission optique vers des solutions à plus haut débit et à plus grande capacité.

À l'heure actuelle, les systèmes WDM 100G/200G à longueur d'onde unique ont été déployés commercialement à grande échelle dans les réseaux dorsaux des opérateurs, et les systèmes 400G à longueur d'onde unique sont passés des réseaux métropolitains aux réseaux dorsaux, devenant le centre d'attention et d'application dans le industrie. Alors que les normes de transmission optique 400G dans diverses organisations de normalisation parviennent à un consensus, Beyond 400G est devenu un nouveau sujet d'intérêt pour diverses organisations de normalisation.

Vue d'ensemble des organisations de normalisation de transmission optique

Les organisations internationales de normalisation impliquées dans la technologie de transmission optique comprennent principalement ITU-T SG15, OIF, IEEE802.3 et divers MSA (accord multi-sources), et la répartition des responsabilités et la correspondance entre chaque organisation internationale de normalisation et équipement de transmission optique sont illustré à la figure 1.

Figure 1. Le diagramme des relations des organisations internationales de normalisation

Les spécifications d'interface Ethernet 100/200/400/800GE émises par l'équipement client de transmission optique sont définies par IEEE802.3. Les normes relatives aux modules optiques côté client pour connecter l'équipement WDM et l'équipement client sont définies par l'OIF/MSA. L'encapsulation du signal de service et le système de transmission optique impliqués dans l'équipement WDM, les spécifications du système sont définies par l'UIT-T SG15, parmi lesquelles l'UIT-T SG15 Q5 implique des fibres optiques, Q6 implique des systèmes WDM et des dispositifs optiques, et Q11 définit la structure de trame OTN, le mappage , et d'autres technologies. La mise en œuvre du module optique côté ligne est définie par OIF/MSA.

Les organismes de normalisation nationaux pour la transmission optique sont principalement les groupes de travail CCSA TC6 WG1 et WG4. L'équipement WDM normalisé par WG1 a une grande autorité, reflétant essentiellement les exigences des trois principaux opérateurs nationaux et les capacités des fournisseurs d'équipements, tandis que WG4 définit principalement des normes de modules optiques pour différentes vitesses et applications.

Les Progrèses of Au-delà Normes de transmission optique 400G

L'OIF a dirigé la normalisation des systèmes optiques cohérents 400G et 800G parmi diverses organisations de normalisation au cours des dernières années. En 2022, OIF a complété la spécification standard 400ZR. Il travaille actuellement sur la spécification de 800GLR et ZR, qui comprend des aspects techniques tels que les paramètres du système optique, le mappage FEC, DSP et OTN. Il devrait être achevé d'ici la fin de 2024. Les progrès de la norme OIF ont un impact important sur les tendances techniques de la normalisation 802.3G de l'UIT-T et de l'IEEE 800.

IEEE802.3 a une autorité absolue dans la spécification des interfaces Ethernet. IEEE802.3 normalise les interfaces Ethernet 800G/1.6T, y compris différentes interfaces de distance de transmission pour deux routes de 100G et 200G à canal unique. Il convient de mentionner qu'en 2023, il y a eu une discussion féroce dans le projet IEEE802.3dj sur l'opportunité d'adopter IMDD (modulation d'intensité et détection directe) ou une technologie cohérente pour l'application 800G 10 km. Enfin, le 802.3dj a décidé de fixer deux objectifs de projet pour le 800G 10km, en utilisant des solutions techniques différentes. On peut voir qu'avec l'augmentation du débit monocanal, la technologie cohérente s'enfonce constamment et élargit ses scénarios d'application.

Le groupe de travail ITU-T SG15 Q6 a fait des progrès lents dans la normalisation de 400G/800G depuis qu'il a publié la spécification 100G DWDM en 2018. La cause première est que l'ITU-T s'est engagé à normaliser les systèmes DWDM compatibles avec plusieurs fabricants et essaie trouver un paramètre pour déterminer la qualité de l'émetteur, mais il est difficile d'obtenir des résultats satisfaisants pour les systèmes DWDM à modulation cohérente. En février 2023, lors de la réunion Q6, il a été décidé de relancer la standardisation du 400G et d'adopter une attitude ouverte vis-à-vis de la standardisation du 800G. Dans le même temps, la demande future de Q6 pour la bande étendue C + L a été reconnue dans l'application de 800G DWDM, et les performances de Q6 dans la normalisation de 400G et 800G méritent d'être attendues.

CCSA TC6 WG1 a successivement achevé une série de normes de l'industrie sur les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde optique (WDM) Nx400G, y compris « Exigences techniques pour les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde optique (WDM) Nx400G », « Exigences techniques pour le multiplexage par répartition en longueur d'onde optique (WDM) métropolitain Nx400G ) » et « Exigences techniques pour les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde optique (WDM) avec bande C étendue ». Ces normes couvrent les applications de la dorsale 400G, de la bande C métropolitaine et étendue, et les formats de modulation spécifient principalement 2x200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK et 400Gbit/s PM-16QAM. Parallèlement, avec le développement des technologies DSP (Digital Signal Processing) et FEC (Forward Error Correction) hautes performances et les besoins de construction de réseaux des opérateurs, deux standards industriels, « Technical Requirements for Nx400Gbit/s Ultra-long Distance Optical Wavelength Division Multiplexing (WDM) Systems » et « Technical Requirements for Metropolitan Nx800Gbit/s Optical Wavelength Division Multiplexing (WDM) Systems », ont été lancées au cours des deux dernières années. Ces normes spécifieront les systèmes optiques WDM basés sur des formats de modulation QPSK supérieurs à 120 Gbd et lanceront la recherche sur les réseaux métropolitains 800G, ce qui place la Chine à la pointe des réseaux longue distance et haut débit. DWDM standardisation.

CCSA TC6 WG4 a terminé sept séries de normes pour 400G technologies de modulation d'intensité et de modulation de phase au cours des trois dernières années et a lancé la normalisation des modules optiques 800G pour répondre aux besoins d'application des normes de systèmes optiques.

Les progrès du 400G et au-delà 400G OTN

Le groupe de travail ITU-T SG15 Q11, en tant que principal normalisateur de la technologie OTN, est parvenu à un consensus sur une discussion progressive au-delà des normes OTN 400G. La première phase se concentre principalement sur la formulation des normes OTN 800G, en se concentrant principalement sur la manière de transporter les services Ethernet 800GE et la technologie d'interface FlexO 800G, etc. Il est prévu d'achever les normes pertinentes d'ici la fin de 2023. La deuxième phase se concentre sur OTN technologie d'interface au-dessus de 800G, qui sera un point clé de la discussion standard après 2023.

Dans la première phase de travail, ITU-T SG15 Q11 a atteint de nombreux consensus. En termes de transport des services client 800GE spécifiés par IEEE802.3, le débit ODUflex (800G) et le point de référence du mappage 800GE vers OTN sont déterminés. Les deux flux de données au format 257B récupérés à partir de l'interface Ethernet 800GE sont entrelacés selon la granularité du 257B pour former un seul flux de données. Dans le même temps, afin de résoudre les problèmes d'alignement et de MTTFPA (temps moyen d'acceptation des faux paquets) causés par 257B, la charge utile de ligne ODUflex 4 × 3808 est divisée en multiples entiers de blocs 257B et de remplissage de 38 bits, parmi lesquels 32 bits est utilisé pour transporter CRC32 pour compléter la fonction de marquage d'erreur connexe. Afin de simplifier la relation de multiplication d'horloge entre l'ODUflex et l'interface Ethernet, une compensation de débit est également requise pour ce flux de données 257B afin de compenser le débit d'AM supprimé dans le traitement Ethernet 800GE. Par rapport à 400GE, afin d'économiser la bande passante de transmission et de réduire l'écart entre le débit de service Ethernet et le débit OTN, augmenter la possibilité d'utiliser le même module pour le service Ethernet et le débit OTN, le point de référence de 800GE à la cartographie OTN est changé de 66B flux de code au flux de code 257B. Les fonctions de traitement de l'interface 800GE PMA au réseau de transmission OTN sont illustrées à la Figure 2.

Figure 2. Schéma de principe des fonctions de traitement de 800GE à OTN

En termes de technologie d'interface FlexO, selon différentes distances de transmission, elle est divisée en interface courte distance FlexO-x-RS et interface longue distance FlexO-xD. Parmi eux, l'interface à courte distance FlexO-x-RS est spécifiée dans G.709.1, principalement utilisée pour l'interconnexion inter-domaine et intra-domaine, et la distance de transmission est généralement inférieure à 40 km. L'interface FlexO-xD est spécifiée dans G.709.3, principalement utilisée pour l'interconnexion longue distance d'interfaces cohérentes, et la distance de transmission est généralement de 100 à 450 km. En termes de normes d'interface à courte distance, il est déterminé à réviser d'abord G.709.1, à définir la structure générale de trame FlexO-8, le débit, les frais généraux et la technologie de cartographie, et à faciliter également la tâche pour d'autres organisations de normalisation telles que OIF ou OpenRoadm pour se référer à la structure de trame pertinente. Étant donné que B100G FlexO peut bien prendre en charge jusqu'à 800G, il est déterminé que l'interface FlexO 800G continue de réutiliser la structure de trame FlexO basée sur 1280 × 5140. Les technologies de mappage nouvellement ajoutées incluent le multiplexage de mappage direct des services Ethernet sur le chemin FlexO-xe. Ce chemin de service réduit la couche de canal ODUflex et la section de multiplexage OTUCn par rapport au chemin de multiplexage de mappage B100G traditionnel et permet de multiplexer plusieurs mappages 100GE/200GE/400GE ou 1 800GE directement vers FlexO-xe.

En termes de normes d'interface longue distance, par rapport à l'interface FlexO 400G, avec l'augmentation de la bande passante de transmission 800G à port unique, sous le principe de transmettre la même distance, les exigences pour les dispositifs et modules optiques sont plus strictes, donc une baisse- L'interface de vitesse FlexO-xe-DO est ajoutée à l'interface originale FlexO-x-DO à plein débit, ce qui réduit non seulement le niveau de multiplexage OTN, mais également la fréquence d'insertion du signal pilote de trame DSP de l'interface FlexO-x-DO. Cette interface convient principalement à la transmission de multiplexage de service Ethernet point à point et ne prend pas en charge la transmission OTUCn ou ODUflex. Par rapport à l'interface OIF 800ZR, il peut étendre la distance de transmission grâce à la fonction de régénération FlexO 3R.

En général, les normes de transmission optique au taux de 400G ont été essentiellement complétées dans les organisations de normalisation nationales et étrangères, et DWDM les applications longue distance basées sur la modulation QPSK au dessus de 128GBd font l'objet de normes ; tandis que les débits B400G et supérieurs, y compris 800G et même 1.6T, sont devenus les points chauds de recherche des organisations de normalisation nationales et étrangères telles que ITU-T, OIF, IEEE802.3 et CCSA. Les formats de modulation, les technologies de cartographie, les systèmes optiques C+L étendus, le FEC haute performance et d'autres technologies deviendront les technologies clés de la normalisation.