Последний прогресс стандартов когерентной оптической передачи 400G и 800G

Быстрое развитие сетей центров обработки данных привело к резкому росту спроса на полосу пропускания оптических сетей, который ежегодно растет более чем на 20%, что приводит к тому, что оптические сети передачи данных становятся более высокоскоростными и более производительными.

В настоящее время одноволновые системы WDM 100G/200G широко используются в коммерческих целях в магистральных сетях операторов, а одноволновые системы 400G переместились из городских сетей в магистральные сети, становясь центром внимания и применения в магистральных сетях. промышленность. Поскольку стандарты оптической передачи 400G в различных организациях по стандартизации достигли консенсуса, Beyond 400G стал новой темой, представляющей интерес для различных организаций по стандартизации.

Обзор организаций по стандартизации оптической передачи

Международные организации по стандартизации, участвующие в технологии оптической передачи, в основном включают ITU-T SG15, OIF, IEEE802.3 и различные MSA (соглашение с несколькими источниками), а распределение обязанностей и соответствие между каждой международной организацией по стандартизации и оборудованием для оптической передачи показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Диаграмма взаимосвязей международных организаций по стандартизации

Спецификации интерфейса Ethernet 100/200/400/800GE, выдаваемые клиентским оборудованием оптической передачи, определяются стандартом IEEE802.3. Стандарты клиентских оптических модулей для подключения оборудования WDM к клиентскому оборудованию определяются OIF/MSA. Инкапсуляция служебного сигнала и система оптической передачи, связанные с оборудованием WDM, системные спецификации определяются ИК15 МСЭ-Т, среди которых ИК15 МСЭ-Т Q5 включает оптические волокна, Q6 включает системы WDM и оптические устройства, а Q11 определяет структуру кадра OTN, отображение и другие технологии. Реализация оптического модуля на стороне линии определяется OIF/MSA.

Внутренними стандартными организациями для оптической передачи в основном являются рабочие группы CCSA TC6 WG1 и WG4. Оборудование WDM, стандартизированное WG1, имеет высокий авторитет, в основном отражая требования трех основных местных операторов и возможности поставщиков оборудования, в то время как WG4 в основном определяет стандарты оптических модулей для различных скоростей и приложений.

Ассоциация Прогрессes of Beyond Стандарты оптической передачи 400G

В последние годы OIF возглавляет стандартизацию когерентных оптических систем 400G и 800G среди различных организаций по стандартизации. В 2022 году OIF завершила стандартную спецификацию 400ZR. В настоящее время ведется работа над спецификацией 800 г лр и ZR, который включает такие технические аспекты, как параметры оптической системы, FEC, DSP и сопоставление OTN. Ожидается, что он будет завершен к концу 2024 года. Прогресс OIF в области стандартизации оказывает важное влияние на технические тенденции стандартизации 802.3G ITU-T и IEEE 800.

IEEE802.3 имеет абсолютные полномочия в спецификации интерфейсов Ethernet. IEEE802.3 стандартизирует интерфейсы Ethernet 800G/1.6T, включая различные интерфейсы дальности передачи для двух одноканальных маршрутов 100G и 200G. Стоит отметить, что в 2023 году в проекте IEEE802.3dj велась ожесточенная дискуссия о том, следует ли использовать IMDD (модуляцию интенсивности и прямое обнаружение) или когерентную технологию для приложения 800G 10 км. Наконец, 802.3dj решил установить две цели проекта для 800G 10 км, используя различные технические решения. Видно, что с увеличением одноканальной скорости когерентная технология постоянно тонет и расширяет свои сценарии применения.

Рабочая группа ITU-T SG15 Q6 добилась медленного прогресса в стандартизации 400G/800G с момента выпуска спецификации 100G DWDM в 2018 году. Основная причина заключается в том, что ITU-T стремится стандартизировать системы DWDM, совместимые с несколькими производителями и попытками найти параметр для определения качества передатчика, но трудно добиться удовлетворительных результатов для систем DWDM с когерентной модуляцией. В феврале 2023 года на заседании Q6 было принято решение перезапустить стандартизацию 400G и занять открытое отношение к стандартизации 800G. В то же время, будущий спрос Q6 на расширенный диапазон C+L был признан в применении 800G DWDM, и производительность Q6 в стандартизации 400G и 800G стоит с нетерпением ждать.

CCSA TC6 WG1 последовательно завершила серию отраслевых стандартов для систем оптического мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) Nx400G, включая «Технические требования для систем оптического мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) Nx400G», «Технические требования для Metropolitan Nx400G мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM)». )» и «Технические требования к системам оптического мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) с расширенным диапазоном C». Эти стандарты охватывают приложения магистрали 400G, городского и расширенного диапазона C, а форматы модуляции в основном определяют 2x200 Гбит/с PM-16QAM/PM-QPSK и 400 Гбит/с PM-16QAM. В то же время, с развитием технологий DSP (цифровая обработка сигналов) и высокопроизводительных технологий FEC (упреждающая коррекция ошибок), а также потребностей операторов в построении сети, два отраслевых стандарта: Системы мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM)» и «Технические требования к системам оптического мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) Metropolitan Nx400 Гбит/с» были инициированы за последние два года. Эти стандарты будут определять оптические системы WDM, основанные на форматах модуляции QPSK выше 800 Гбит/с, и положат начало исследованиям городских сетей 120G, что выводит Китай на передовые позиции в области дальней и высокоскоростной связи. DWDM стандартизация.

CCSA TC6 WG4 завершила разработку семи серий стандартов для 400G технологии модуляции интенсивности и фазовой модуляции за последние три года и инициировала стандартизацию оптических модулей 800G для поддержки прикладных потребностей стандартов оптических систем.

Прогресс 400G и далее 400G OTN

Рабочая группа ITU-T SG15 Q11, являющаяся основным разработчиком стандартов технологии OTN, достигла консенсуса в отношении поэтапного обсуждения стандартов OTN 400G. На первом этапе в основном основное внимание уделяется формулированию стандартов 800G OTN, в основном на том, как предоставлять услуги 800GE Ethernet, технологию интерфейса 800G FlexO и т. д. Ожидается, что соответствующие стандарты будут завершены к концу 2023 года. Второй этап сосредоточен на OTN. технология интерфейса выше 800G, которая станет ключевым пунктом стандартного обсуждения после 2023 года.

На первом этапе работы ИК15 МСЭ-Т Q11 удалось достичь многих консенсусов. С точки зрения предоставления клиентских услуг 800GE, указанных в IEEE802.3, определяются скорость ODUflex (800G) и эталонная точка сопоставления 800GE с OTN. Два потока данных в формате 257B, восстановленные из интерфейса 800GE Ethernet, чередуются в соответствии с точностью 257B для формирования одного потока данных. В то же время, чтобы решить проблемы выравнивания и MTTFPA (среднее время до ложного приема пакетов), вызванные 257B, полезная нагрузка строки ODUflex 4×3808 делится на целые кратные блоки 257B и 38-битное заполнение, среди которых используется 32-битное. для переноса CRC32 для завершения соответствующей функции маркировки ошибок. Чтобы упростить соотношение умножения тактовых импульсов между ODUflex и интерфейсом Ethernet, для этого потока данных 257B также требуется компенсация скорости, чтобы компенсировать скорость AM, удаленную при обработке 800GE Ethernet. По сравнению с 400GE, чтобы сохранить полосу пропускания передачи и сократить разрыв между скоростью обслуживания Ethernet и скоростью OTN, увеличить возможность использования одного и того же модуля для обслуживания Ethernet и скорости OTN, контрольная точка сопоставления 800GE с OTN изменена с 66B. кодовый поток в кодовый поток 257B. Функции обработки от интерфейса 800GE PMA до сети передачи OTN показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема функций обработки от 800GE до OTN

С точки зрения технологии интерфейса FlexO, в соответствии с различными расстояниями передачи, он делится на интерфейс ближнего действия FlexO-x-RS и интерфейс дальнего действия FlexO-xD. Среди них интерфейс ближнего действия FlexO-x-RS, указанный в G.709.1, в основном используется для междоменного и внутридоменного соединения, а расстояние передачи обычно не превышает 40 км. Интерфейс FlexO-xD указан в G.709.3, в основном используется для межсетевого соединения когерентных интерфейсов, а расстояние передачи обычно составляет 100–450 км. Что касается стандартов интерфейсов на короткие расстояния, было решено сначала пересмотреть G.709.1, определить общую структуру кадров FlexO-8, скорость, служебные данные и технологию отображения, а также упростить другие стандартные организации, такие как OIF или OpenRoadm. для ссылки на соответствующую структуру фрейма. Поскольку B100G FlexO вполне может поддерживать скорость до 800G, было определено, что интерфейс 800G FlexO продолжает повторно использовать структуру кадра FlexO на основе 1280×5140. Недавно добавленные технологии сопоставления включают прямое мультиплексирование служб Ethernet с маршрутом FlexO-xe. Этот путь обслуживания уменьшает уровень канала ODUflex и раздел мультиплексирования OTUCn по сравнению с традиционным путем мультиплексирования отображения B100G и позволяет мультиплексировать несколько отображений 100GE/200GE/400GE или 1GE непосредственно на FlexO-xe.

С точки зрения стандартов интерфейса на большие расстояния, по сравнению с интерфейсом 400G FlexO, с увеличением пропускной способности однопортовой передачи 800G, при условии передачи на такое же расстояние требования к оптическим устройствам и модулям становятся более строгими, поэтому скоростной интерфейс FlexO-xe-DO добавлен к исходному полноскоростному интерфейсу FlexO-x-DO, что не только снижает уровень мультиплексирования OTN, но также снижает частоту вставки пилот-сигнала кадра DSP интерфейса FlexO-x-DO. Этот интерфейс в основном подходит для мультиплексной передачи услуг Ethernet «точка-точка» и не поддерживает передачу OTUCn или ODUflex. По сравнению с интерфейсом OIF 800ZR он может увеличить дальность передачи благодаря функции регенерации FlexO 3R.

В целом, стандарты оптической передачи со скоростью 400 Гбит/с в основном были разработаны в отечественных и зарубежных организациях по стандартизации, и DWDM приложения для дальней связи, основанные на модуляции QPSK выше 128 ГБд, находятся в центре внимания стандартов; в то время как скорость B400G и выше, включая 800G и даже 1.6T, стала центром исследований отечественных и зарубежных организаций по стандартизации, таких как ITU-T, OIF, IEEE802.3 и CCSA. Форматы модуляции, технологии отображения, расширенные оптические системы C+L, высокопроизводительные FEC и другие технологии станут ключевыми технологиями для стандартизации.