100G OTN: ein zukünftiger Trend beim Aufbau von IDC-Backbone-Netzwerken

In Kombination mit dem Entwicklungsbedarf von IDC-Diensten analysiert dieses Papier die aktuelle Situation der Entwicklung von 100G OTN (Optical Transport Network), Schlüsseltechnologien, Gerätebetrieb und -wartung und andere Aspekte. Es ist der Ansicht, dass der Bau von 100G OTN-Netzen ein wichtiger Entwicklungstrend für den zukünftigen Bau von Broadcast-Backbone-Netzen sein wird. 

Entwicklungstrend der IDC-Technologie

Heute boomen neue Technologien wie Cloud Computing und das Internet der Dinge. Darüber hinaus wird der Bandbreitenbedarf der Backbone-Übertragungsnetze mit der anhaltenden Popularität von Festnetz-Breitbandbenutzern, dem flächendeckenden Einsatz von HD-Videodiensten und dem Aufkommen einer großen Zahl von Breitbandanwendungen weiter schnell ansteigen. Statistiken von OIF zeigen, dass die durchschnittliche jährliche Verkehrswachstumsrate der Netzbreitbandbetreiber viel höher ist als ihre Umsatzwachstumsrate. Die Betreiber müssen die Übertragungskosten pro Verkehrseinheit senken, um ihren Einnahmedruck zu verringern. Die Verbesserung der Übertragungskapazität des Systems ist das wirksamste Mittel zur Reduzierung der Gesamtbetriebskosten. Nach mehrjährigen Bemühungen ist der 100G-Standard fertiggestellt und der Technologie der Durchbruch gelungen. Die Mainstream-Gerätehersteller haben 100G-Produkte auf den Markt gebracht und die 100G-Ära ist angebrochen.

Analyse von 100G OTN-Kerntechnologieies

• 100G OTN-Leitungsmodulationstechnologie

 Die Fernübertragung von OTN wird hauptsächlich durch die folgenden physikalischen Beschränkungen eingeschränkt: OSNR, Dispersion, nichtlinearer Effekt und PMD. Diese physikalischen Beschränkungen hängen eng mit der Modulationssignalrate zusammen. Je höher die Modulationsrate, desto deutlicher der Einfluss.

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ist die beste Wahl für den 100G-Modulationsmodus, da die Bitrate des 100G-Signals 112Git/s oder höher beträgt. Bei direkter Anwendung der QPSK-Modulation werden sehr hohe technische Anforderungen an die optisch/elektrischen Komponenten des Systems gestellt. Daher wird ein optisches Polarisations-Multiplex-Schema eingeführt. Polarisationsmultiplexing verwendet zwei unabhängige optische Polarisationszustände, um 56-GHz-Dienste zu übertragen. Jeder Polarisationszustand übernimmt die QPSK-Modulation, die die Baudrate weiter auf 28 Gbit/s reduzieren kann. Somit können die Bandbreitenanforderungen optischer/elektrischer Geräte reduziert werden und der Stromverbrauch und die Kosten des Systems können reduziert werden.

Insbesondere wird am Sendeende das 100G-Signal in vier Niedriggeschwindigkeitssignale unterteilt. Mit OTN- und FEC-Overhead beträgt jedes Signal 28 Gbit/s. Das vom Laser emittierte Licht wird in vertikale und horizontale Polarisationszustände zerlegt. Die Verwendung von zwei Polarisationszuständen mit derselben Frequenz zum Übertragen von Signalen kann die Rate um die Hälfte reduzieren, die Bandbreite reduzieren und sich an einen kompakteren Kanalabstand anpassen. QPSK verwendet vier Übertragungsphasen, um das optische Signal jedes Polarisationszustands zu modulieren. Dann werden die QPSK-modulierten optischen Signale der beiden Polarisationszustände gekoppelt und gemeinsam ausgegeben. Polarisationsmultiplexing (PM) und QPSK reduzieren die Modulationsrate auf 1/4, um die Kosten des 100G-Systems zu reduzieren.

100G Kohärentes DWDM-Übertragungsschema

• Kohärenter Empfang und DSP-Technologie

Aufgrund der zufälligen Änderung des Polarisationszustands des optischen PM-QPSK-Signals nach der Fernübertragung gibt es eine Frequenzdifferenz und eine Phasendifferenz zwischen dem lokalen optischen Oszillator am Empfangsende und dem empfangenen optischen Signal. Die ausgereifte Lösung besteht darin, die Hochgeschwindigkeits-Technologie zur elektrischen Signalverarbeitung (DSP) zu verwenden, um das empfangene Signal zu verarbeiten. Durch die Verwendung komplexer fortschrittlicher elektrischer Signalverarbeitungs- und Kompensationstechnologie können die PMD-Toleranz und CD-Toleranz des 100G-Systems besser sein als die des 10G-Systems, die durch PMD und CD verursachten Übertragungskosten reduzieren und eine hohe optische Empfangsempfindlichkeit aufweisen.

Im Vergleich zum NRZ-Direktempfang kann die DSP-Kompensationstechnologie die OSNR-Toleranz auf fast 6 dB verbessern. Mit der DSP-Kompensationstechnologie kann die Systemdispersionstoleranz 40000-60000 ps/nm und die PMD-Toleranz 25-30 ps erreichen, um eine einfachere Netzwerkbereitstellung zu realisieren.

• 100Gkundenseitige CFP-Modultechnologie

IEEE definiert die Rate von 100GE als 103.125 Gb/s. IEEE und ITU-T definieren vier Bitübertragungsschicht-Schnittstellen von 100GE. Obwohl die relevanten Standards der 10x10G-Kundenseite noch diskutiert werden, hat die OIF definiert, dass das kundenseitige Hot-Plug-optische 100G-CFP-Modul 4 Wellenlängen (4x25G, 100GBASE-LR4/ER4) und 10 Wellenlängen (10x10G，) hat. 100GBASE-LR10/ER10). Unter ihnen sind 100GBASE-LR4 CFP und 100GBASE-LR10 CFP weit verbreitet in Hochgeschwindigkeitsroutern, Switches und auf der Clientseite von WDM-Systemen verwendet worden. Darüber hinaus verwendet das clientseitige 100G-CFP-Modul die photonische Integrationstechnologie (PIC), um ein geringes Volumen und einen geringen Stromverbrauch zu realisieren.

FiberMall CFP 100G LR4 Modulen

In 100G WDM/OTN-Systemen werden CFP-gekapselte kundenseitige Module häufig verwendet, um auf 100GE- oder OTU4-Dienste zuzugreifen. 100GBASE-LR4 und 100GBASE-LR10 sind die am häufigsten verwendeten. Die Technologien 100GBASE-ER4 und 100GBASE-ER10 sind jedoch noch nicht ausgereift und müssen weiterentwickelt werden.

Die Vorteile der 100G OTN-Technologie

Aus der rasanten Entwicklung der 100G-OTN Industriekette und der ausgereiften Anwendung der Technologie ist die Zeit reif, das Backbone-Netzwerk von 100G OTN im Rundfunksystem einzurichten.

-100G OTN-Technologie realisiert den feinen Betrieb großer Pipelines

Der Schlüssel zur effizienten Nutzung der 100G-Pipeline ist die gute und vollständige OAM-Fähigkeit der Pipeline selbst. Das SDH/SONET-Netzwerk kann nur eine Verbindungsüberwachungsfunktion (TCM) der Ebene 1 bereitstellen, während das WDM-Netzwerk keine Überwachungs- und Verwaltungsfunktionen auf Kanalebene bietet, sodass die Netzwerkverwaltung und die Dienstsicherheit schlecht sind. Und OTN bietet umfangreiche Overhead-Bytes, um den Überwachungsalarm auf die Wellenlänge/Subwellenlänge zu übertragen, um die aktive Wahrnehmung des Wellenlängenkanals für den Dienst zu realisieren. Außerdem kann OTN eine Level-6-Verbindungsüberwachungsfunktion bereitstellen und ein hierarchisches und segmentiertes Feinmanagement auf Kanalebene für Anwendungsszenarien mehrerer Betreiber, mehrerer Gerätehersteller und mehrerer Subnetze realisieren.

-100G OTN-Technologie hat einen perfekten Schutzmechanismus

Die 100G OTN-Technologie verfügt über einen vollständigen Schutz der optischen Schicht und der elektrischen Schicht, wodurch die 100G-Zuverlässigkeit erheblich verbessert werden kann. Der OTN-Standard definiert eine Vielzahl von Schutzmechanismen auf Netzwerkebene, wie z. B. Optical Line Protection, Optical Channel Protection, SNCP Protection, ODUK1+1 Protection, ODUk Ring Network Protection usw.

Im Hinblick auf den Schutz der optischen Schicht wird üblicherweise der optische Kanal 1+1-Schutz verwendet. Die gleichzeitige Auswahlfunktion der OCP-Single-Disk wird verwendet, um Kundensignale gleichzeitig an verschiedene Wellenlängenkanäle zu senden, um eine Dienstunterbrechung durch einen einzelnen OTU-Fehler zu vermeiden.

In Bezug auf den Schutz der elektrischen Schicht verwendet 100G OTN im Allgemeinen den ODUK 1+1-Schutz, um einen gleichzeitigen selektiven Empfang durch das Überqueren der elektrischen Schicht zu realisieren, und die Schutzumschaltzeit beträgt weniger als 50 ms.

-100G OTN kann eine effiziente Peilung mehrerer Dienste realisieren

Seit seiner Entwicklung verfügt OTN über umfassende Lagereigenschaften mit breiter Bohrung. Paket-optimierte OTN-Produkte verfügen über Verarbeitungsfunktionen wie ODUk-Crossover, Paketvermittlung, VC-Crossover und och-Crossover und können eine einheitliche Übertragung von TDM- und Paketdiensten realisieren.

OTN hat die einheitliche Übertragungskapazität von SDH, OTUK, Ethernet-Dienst, FC-Dienst, CPRI-Dienst und PON-Dienst sowie verschiedene kundenseitige Schnittstellen, die die oben genannten Dienste unterstützen. Daher ist die Branche im Allgemeinen der Ansicht, dass 100G OTN die beste Technologie ist, um verschiedene Service-Ports zu kombinieren und Multi-Service-Carry zu lösen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Vorteile von 100G OTN für den Netzaufbau, -betrieb und -wartung hauptsächlich sind:

1. Der Entwurf der optischen Dispersionskompensation und des Polarisationsdemultiplexens auf der Übertragungsleitung wird vereinfacht, und der Leitungsentwurf ist einfacher;
2. Es beseitigt die Abhängigkeit von Lichtwellenleitern mit niedrigem PMD und ist für die Übertragung von Lichtwellenleitern verschiedener Spezifikationen geeignet, um die Aufrüstung der Glasfaserleitungsrate zu erleichtern;
3. Eliminieren Sie den Einfluss des nichtlinearen DCF-Lichtwellenleitereffekts der Übertragungsleitung, reduzieren Sie die Anzahl der Leitungsverstärker und den Einfluss des ASE-Rauschens, reduzieren Sie die Leitungskosten und verbessern Sie die Fernübertragungskapazität des Systems;

100G OTN Dual-Transponder

4. Die Leitungsübertragungsverzögerung wird reduziert. Gemäß der Verzögerungsberechnung von 1 km Lichtwellenleiter 5us ist die Verzögerungsreduzierung, die durch den Wegfall von DCF-Lichtwellenleitern verursacht wird, sehr beträchtlich, was für die verzögerungsempfindliche Anwendungsumgebung von großer Bedeutung ist;
5. Die Schutzwiederherstellungszeit beträgt weniger als 50 ms (im Gegensatz zum 40G-System). Der adaptive Dispersionskompensationsalgorithmus der 100G-Digitalsignalverarbeitung konvergiert schnell und erfüllt vollständig die Anforderungen an die Wiederherstellungsverzögerung des Trägerpegels.

Faser Mall100G OTN hilft bei der Entwicklung von IDC Network

Im Jahr 2022 wird der Beschaffungsumfang von 100G OTN für IDC-Betreiber immer größer und die 100G-OTN-Industriekette wird allmählich reifen. Im Vergleich zu 10G/40G werden die Baukosten immer offensichtlicher. Darüber hinaus werden die Reife der 100G-Kerntechnologie, die herausragenden Vorteile des Netzmanagements und die komfortable Wartung des Systems im späteren Stadium den 100G-OTN-Netzbau zu einem wichtigen Entwicklungstrend des Funk- und Fernseh-Backbone-Netzbaus machen.