Применение когерентной оптической технологии в центрах обработки данных

Исследования в области когерентной оптической технологии начались в 1980-х годах. По сравнению с традиционной системой IM-DD (прямое обнаружение модуляции интенсивности) когерентная оптическая связь имеет такие преимущества, как высокая чувствительность, большое расстояние ретрансляции, хорошая избирательность, большая пропускная способность связи и гибкий режим модуляции. В интернет-центрах обработки данных технический фокус все больше смещается от развития DCN к развитию DCI, а реализация национальной стратегии «канальных вычислительных ресурсов с востока на запад» также означает, что сеть междугородных соединений центров обработки данных становится более важный. Поэтому когерентная оптическая технология является ключевым звеном в этом процессе.

Технология модуляции

Процесс оптической связи на самом деле представляет собой модуляцию и демодуляцию сигналов. Чтобы дать вам более четкое представление о когерентной оптической связи, мы представляем два метода фазовой модуляции:

PSK модуляция

PSK, также известная как «фазовая манипуляция», передает различные потоки цифровых сигналов путем изменения значения фазы несущей. PSK модуляция широко используется в оптической связи.

В соответствии с фазовым соотношением двух разных несущих PSK делится на BPSK (обратная фаза) и QPSK (квадратура), которые могут представлять 1-битные и 2-битные данные соответственно для одного символа.

QAM модуляция

Помимо вышеперечисленных методов модуляции, в оптической связи также часто используется модуляция QAM (квадратурно-амплитудная), то есть использующая для передачи данных как фазу, так и амплитуду несущей. В квадранте есть m точек, что соответствует модуляции mQAM, где m = 2ⁿ, что означает, что при модуляции mQAM один символ несущей передает n бит данных, что также часто упоминается концепция диаграммы созвездия.

Среди этих методов модуляции в реальных бизнес-сценариях часто добавляются некоторые другие технологии для увеличения пропускной способности одного канала, снижения скорости передачи сигнала и т. д. Например, распространенная технология PDM (мультиплексирования поляризации) делит оптический сигнал на два направления поляризации. для модуляции отдельно, передавая 2 раза больше данных. И PSK-модуляция, и QAM-модуляция используют фазу несущей для передачи информации, и на принимающей стороне требуется когерентная демодуляция.

Когерентная демодуляция

Когерентность — это явление в оптике: сильные места всегда сильные, слабые места всегда слабые, а когерентный свет относится к световым волнам, которые имеют ту же частоту, что и источник света (в данном случае в качестве примера взято обнаружение нулевой разности), постоянную разность фаз, и одинаковое направление колебаний частицы в точке суперпозиции. Общий процесс когерентной оптической связи выглядит следующим образом:

Базовый сигнал модулируется в передатчике, а после передачи по волокну он когерентно демодулируется в приемнике, и, наконец, исходный электрический сигнал получается в приемнике. В этом процессе задействовано множество ключевых устройств, таких как цифровой сигнальный процессор (DSP), который играет огромную роль, и о нем мы также расскажем позже. Изменения сигнала во всем процессе следующие:

Благодаря приведенной выше информации вы должны иметь базовое представление о когерентной оптической связи. Рождение когерентной передачи изменило развитие сетей оптической передачи. Электронный цифровой сигнальный процессор (DSP) Представленная им технология стала ключевым движущим фактором увеличения пропускной способности городских и междугородных сетей WDM. Можно сказать, что когерентная оптическая технология является основой оптической передачи на большие расстояния и с большой пропускной способностью.

400Г ЗР

Когерентная оптическая технология не является новой технологией и прошла долгий период технологического накопления. Самая ранняя система когерентного оптического приемопередатчика была интегрирована в линейную карту оборудования связи, но с дальнейшим развитием технологии, возможностью управления точными устройствами и растущим спросом на полосу пропускания оптической связи исследования подключаемых когерентных оптических модулей постепенно стали активными. Повестка дня. Это особенно актуально в интернет-индустрии. Подключаемые оптические модули, основанные на одной и той же системе оборудования, могут удовлетворить различные потребности бизнеса. Можно сказать, что подключаемые оптические модули всегда были важной частью развития интернет-центров обработки данных. Подключаемые когерентные оптические модули были масштабированы до скоростей 100G/200G, но на самом деле они положили начало бурному развитию скоростей 400G.

OIF (Форум оптического межсетевого взаимодействия) запустил отраслевой стандарт 400G ZR DCO для сценариев межсетевого соединения городских сетей, и все больше и больше производителей оборудования и производителей оптических модулей начали применять этот стандарт и достигать гетерогенных межсоединений и совместимости.

В спецификации OIF 400G ZR используется решение, сочетающее в себе плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM) и DP-16QAM, которое может передавать 400G по межсоединению центра обработки данных на расстояние 80–120 км (чистое оптоволокно до 40 км, оптический усилитель может достигать 120 км). В этом стандарте есть три применимых стандарта упаковки MSA, а именно: QSFP-DD, OSFP и CFP2. В интернет-центрах обработки данных наиболее часто используется стандарт упаковки QSFP-DD. Следует отметить, что OIF 400G ZR определяет модуль DCO (цифровой когерентный оптический), а до этого существовал еще модуль ACO (аналоговый когерентный оптический). Основные различия между ними заключаются в следующем:

Как видно из рисунка, основное различие между модулем DCO и модулем ACO заключается в том, что DCO интегрирует чип DSP непосредственно в оптическое устройство и использует цифровую связь между модулем и хост-системой. Преимущество этого подхода заключается в том, что он позволяет обеспечить связь между разнородными поставщиками коммутаторов/маршрутизаторов.

Цифровой сигнальный процессор (DSP)

Чип DSP, как часть модуля DCO, имеет первостепенное значение. Как родился DSP? Проще говоря, оптические сигналы легко искажаются при передаче на большие расстояния, что затрудняет точное восстановление данных приемнику. Однако цифровые сигналы легче обрабатывать, чем оптические сигналы, и они могут противодействовать и компенсировать искажения, тем самым уменьшая влияние искажений на частоту ошибок по битам в системе. Можно сказать, что появление DSP открыло цифровую эру оптической связи, а DSP является важной поддержкой когерентной оптической связи. Давайте посмотрим на роль DSP в модуле DCO на рисунке:

Как показано на рисунке, все функциональные модули с коричнево-красным фоном содержатся в микросхеме DSP. Кратко суммируем некоторые основные функции DSP:

1. Ортогональный IQ: компенсация неортогонального IQ, вызванного модулятором, микшером.
2. Восстановление тактовой частоты: компенсация ошибок выборки
3. Компенсация дисперсии
4. Выравнивание поляризации: компенсация искажений, связанных с поляризацией, демультиплексирование поляризации.
5. Оценка частоты: несущая частота offустановить оценку и компенсацию между передатчиком и приемником
6. Оценка фазы: оценка и компенсация фазового шума несущей
7. Выходные данные решения: мягкое/жесткое решение, декодирование канала, декодирование источника, оценка частоты ошибок по битам.

Поскольку DSP выполняет слишком много функций, первоначальный DSP также столкнулся с такими проблемами, как большой размер и высокое энергопотребление. Поэтому технологический прогресс вокруг чипа DSP также постоянно исследуется: l

• На текущем этапе большинство DSP изготавливаются по 7-нм техпроцессу, а основными формами упаковки модулей DCO являются QSFP-DD, OSFP и CFP2 со скоростью 400G/200G l.
• На этапе 2022-2025 годов будут запущены 5-нм процессоры DSP, а целевая скорость составит 1.6T/800G.

В интернет-индустрии 400G DCO станет типичным сценарием крупномасштабного применения когерентной оптики. Будучи лидером в области 400G, H3C, естественно, будет активно продвигать создание когерентной оптики. Фактически, как только 400Г ЗР После рождения компания H3C провела совместные испытания с ведущими производителями DCO в отрасли и выпустила решение IPoverDWDM:

Это решение напрямую вставляет когерентный оптический модуль 400G ZR/OpenZR+ QSFP-DD в коммутатор H3C 12500R и реализует передачу DCI по протоколу IPoverDWDM через передачу на оптическом уровне. Запуск этого решения помогает снизить сложность сети при соединении центров обработки данных, повысить надежность системы передачи, обеспечить передачу с большой пропускной способностью, а также снизить энергопотребление и стоимость системы.

Пример применения решения DCI

Компания: Дистрибьютор        

Местоположение: Франция

Год выпуска: май 2022 г.

Применение: Центр обработки данных

Предыстория: клиент в данном случае является дистрибьютором. Они помогали своему клиенту расширить существующую сеть из двух соседних центров обработки данных протяженностью 80 км во Франции, и при этом можно было использовать только несколько неиспользуемых длин волн. В то время услугами конечного пользователя были 100G и 10G, а в будущем будет несколько гибридных передач 10G, 100G и 400G.

Картинка любезно предоставлена ​​заказчиком с сайта приложения.

Решение: научно-исследовательская группа FiberMall разработала уникальный мультиплексор 2Q28-10SFP-200G 200G, который поддерживает преобразование 1*100G+10*10G (или 2*100G) в 1*200G CFP2-DCO, что соответствует FM-3200 DCI- 8 Платформа высотой 2U с 8 сервисными слотами для оптимального использования ограниченных длин волн для идеального удовлетворения потребностей клиентов и плана будущего расширения.

Компания: Системный Интегратор        

Местоположение: Нидерланды

Год выпуска: июнь 2022 г.

Применение: Облачные вычисления

Предыстория: Заказчиком в данном случае является системный интегратор, специализирующийся на различных интернет-решениях для локальных пользователей в Европе. Они искали высокоинтегрированное и относительно недорогое решение OTN для 350 км оптоволокна, которое только что было арендовано компанией облачных вычислений в Нидерландах, и оптический уровень был развернут. В то время услуга для конечных пользователей представляла собой услугу 4x100GE с последующим расширением 100G/400G.

Картинка любезно предоставлена ​​заказчиком с сайта приложения.

Решение: техническая группа FiberMall полностью учла требования клиента: на электрическом уровне использовался мукспондер 4Q28-CFP2-400G 400G, который поддерживает 1*400G или 4*100G при преобразовании на стороне клиента в платформу FM-3200 DCI-8 2U, чтобы минимизировать пространство для оборудования, развертывайте по требованию и экономьте дополнительные инвестиции.

Компания: Реселлер       

Местоположение: Вьетнам

Год выпуска: май 2023 г.

Приложение: Интернет-провайдер

Решение: группа исследований и разработок FiberMall настроила 2 ПК 4Q28-2CFP2-200G Мукспондер 200G, который может поддерживать преобразование 4*100G в 2*200G CFP2-DCO, соответствует платформе FM-1600 DCI-4 1U с 1 платой защиты оптических линий и 1 слотом для расширения, оснащен традиционным шасси FM-3200 II 2U. с двойным MuxDemux и оптическим усилителем для лучшей защиты.

Защита оптического канала: Два сервиса 200G были разделены на два идентичных сервиса через модуль OLP соответственно на основную и резервную маршрутизацию мультиплексора и демультиплексора, передаваемых на противоположный конец. Он может сделать две службы основной и резервной маршрутизации на одной линии; Также можно сделать две службы основную и резервную по разной маршрутизации.

Картинка любезно предоставлена ​​заказчиком с сайта приложения.

Принципиальная схема

Компания: Дистрибьютор        

Расположение: США

Год выпуска: июль 2023 г.

Приложение: Интернет-провайдер

Справочная информация: клиент в данном случае является дистрибьютором, а конечный пользователь уже построил оптический уровень и ему необходимо расширить новую услугу 16x100G в исходной сети.

Решение: команда исследований и разработок FiberMall уникально разработала 4Q28-CFP2-400G Мукспондер 400G, который может поддерживать преобразование 4*100G (или 1*400G) в 1*400G CFP2-DCO, соответствует платформе FM-1600 DCI-4 1U с 4 сервисными слотами для максимального использования пространства шасси и экономии клиентов. расходы.

Изображение любезно предоставлено фабрикой.