100G OTN: uma tendência futura na construção de rede backbone IDC

Combinado com a demanda de desenvolvimento do serviço IDC, este artigo analisa a situação atual do desenvolvimento da 100G OTN (Optical Transport Network), tecnologias-chave, operação e manutenção de equipamentos e outros aspectos. Ela acredita que a construção da rede 100G OTN será uma tendência de desenvolvimento importante da futura construção da rede de backbone de radiodifusão. 

Tendência de desenvolvimento de tecnologia IDC

Hoje, tecnologias emergentes como a computação em nuvem e a Internet das coisas estão crescendo. Além disso, com a popularidade contínua dos usuários de banda larga de acesso fixo, a implantação em escala de serviços de vídeo HD e o surgimento de um grande número de aplicativos de banda larga, a demanda por largura de banda das redes de transmissão de backbone continuará a crescer rapidamente. As estatísticas da OIF mostram que a taxa média anual de crescimento do tráfego das operadoras de rede de banda larga é muito maior do que a taxa de crescimento da receita. As operadoras precisam reduzir o custo de transmissão por unidade de tráfego para aliviar sua pressão de receita. Melhorar a capacidade de transmissão do sistema é o meio mais eficaz de reduzir o TCO. Após vários anos de esforços, o padrão 100G foi concluído e a tecnologia foi revolucionária. Os principais fabricantes de equipamentos lançaram produtos 100G e a era 100G chegou.

Análise de 100G Tecnologia de núcleo OTNies

• Tecnologia de modulação de linha 100G OTN

 A transmissão de longa distância de OTN é limitada principalmente pelas seguintes limitações físicas: OSNR, dispersão, efeito não linear e PMD. Essas restrições físicas estão intimamente relacionadas à taxa de sinal de modulação. Quanto mais alta a taxa de modulação, mais óbvia é a influência.

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) é a melhor escolha para o modo de modulação 100G porque a taxa de bits do sinal 100G é 112 Git / s ou superior. Se a modulação QPSK for adotada diretamente, requisitos técnicos muito elevados serão apresentados para os componentes ópticos / elétricos do sistema. Portanto, um esquema multiplexado de polarização óptica é introduzido. A multiplexação de polarização usa dois estados de polarização ótica independentes para transportar serviços de 56GHz. Cada estado de polarização adota modulação QPSK, que pode reduzir ainda mais a taxa de transmissão para 28 Gbit / s. Assim, os requisitos de largura de banda de dispositivos ópticos / elétricos podem ser reduzidos, e o consumo de energia do sistema e o custo podem ser reduzidos.

Especificamente, na extremidade de transmissão, o sinal 100G é dividido em quatro sinais de baixa velocidade. Com sobrecarga OTN e FEC, cada sinal é 28 Gbit / s. A luz emitida pelo laser é decomposta em estados de polarização vertical e horizontal. Usar dois estados de polarização com a mesma frequência para transportar sinais pode reduzir a taxa pela metade, reduzir a largura de banda e se adaptar a um espaçamento de canal mais compacto. QPSK usa quatro fases de transmissão para modular o sinal óptico de cada estado de polarização. Em seguida, os sinais ópticos modulados em QPSK dos dois estados de polarização serão acoplados e produzidos juntos. Multiplexação de polarização (PM) e QPSK reduzem a taxa de modulação para 1/4, de forma a reduzir o custo do sistema 100G.

100G Esquema de transmissão coerente DWDM

• Recepção coerente e tecnologia DSP

Devido à mudança aleatória do estado de polarização do sinal óptico PM-QPSK após a transmissão de longa distância, há uma diferença de frequência e diferença de fase entre o oscilador óptico local na extremidade receptora e o sinal óptico recebido. A solução madura é usar a tecnologia de processamento de sinal elétrico de alta velocidade (DSP) para processar o sinal recebido. Usando tecnologia avançada de processamento e compensação de sinais elétricos complexos, a tolerância de PMD e a tolerância de CD do sistema 100G podem ser melhores do que a do sistema 10G, reduzem o custo de transmissão introduzido por PMD e CD e têm alta sensibilidade de recepção óptica.

Em comparação com a recepção direta NRZ, a tecnologia de compensação DSP pode melhorar a tolerância OSNR para quase 6dB. Usando a tecnologia de compensação DSP, a tolerância de dispersão do sistema pode chegar a 40000-60000ps / nm e a tolerância de PMD pode chegar a 25-30ps, de modo a realizar uma implantação de rede mais simples.

• 100Gtecnologia de módulo CFP do lado do cliente

O IEEE define a taxa de 100GE como 103.125 Gb / s. IEEE e ITU-T definem quatro interfaces de camada física de 100GE. Embora os padrões relevantes do lado do cliente 10x10G ainda estejam em discussão, a OIF definiu que o módulo óptico plugável a quente do lado do cliente 100G CFP tem 4 comprimentos de onda (4 × 25G, 100GBASE-LR4 / ER4) e 10 comprimentos de onda (10 × 10G ， 100GBASE-LR10 / ER10). Entre eles, 100GBASE-LR4 CFP e 100GBASE-LR10 CFP têm sido amplamente utilizados em roteadores de alta velocidade, switches e clientes de sistemas WDM. Além disso, o módulo 100G CFP do lado do cliente adota a tecnologia de integração fotônica (PIC) para realizar um pequeno volume e baixo consumo de energia.

FiberMall PCP 100G LR4 módulo

No sistema 100G WDM / OTN, os módulos do lado do cliente encapsulados em CFP são amplamente usados ​​para acessar os serviços 100GE ou OTU4. 100GBASE-LR4 e 100GBASE-LR10 são os mais amplamente usados. No entanto, as tecnologias 100GBASE-ER4 e 100GBASE-ER10 não estão maduras e precisam ser mais desenvolvidas.

As vantagens da tecnologia 100G OTN

Desde o rápido desenvolvimento da 100G OTN cadeia da indústria e a aplicação madura da tecnologia, o momento é propício para estabelecer a rede de backbone de 100G OTN no sistema de transmissão.

A tecnologia OTN 100G realiza a operação perfeita de grandes dutos

A chave para a utilização eficiente do pipeline 100G é a capacidade OAM precisa e completa do próprio pipeline. A rede SDH / SONET só pode fornecer capacidade de monitoramento de conexão de nível 1 (TCM), enquanto a rede WDM não tem capacidade de monitoramento e gerenciamento de nível de canal, portanto, a capacidade de gerenciamento da rede e a segurança do serviço são precárias. E o OTN fornece bytes de overhead ricos para afundar o alarme de monitoramento para o comprimento de onda / subcomprimento de onda, de modo a realizar a percepção ativa do canal de comprimento de onda para o serviço. Além disso, o OTN pode fornecer função de monitoramento de conexão de nível 6 e pode realizar gerenciamento preciso de nível de canal hierárquico e segmentado para cenários de aplicação de vários operadores, vários fabricantes de equipamentos e várias sub-redes.

-100G A tecnologia OTN tem um mecanismo de proteção perfeito

A tecnologia 100G OTN possui proteção completa da camada óptica e elétrica, o que pode melhorar muito a confiabilidade do 100G. O padrão OTN define uma variedade de mecanismos de proteção em nível de rede, como proteção de linha ótica, proteção de canal ótico, proteção SNCP, proteção ODUK1 + 1, proteção de rede em anel ODUk, etc.

Em termos de proteção da camada óptica, a proteção do canal óptico 1 + 1 é comumente usada. A função de seleção simultânea do disco único OCP é usada para sinais simultâneos do cliente para diferentes canais de comprimento de onda para evitar a interrupção do serviço causada por uma única falha do OTU.

Em termos de proteção de camada elétrica, o 100G OTN comumente usa proteção ODUK 1 + 1 para realizar a recepção seletiva simultânea por meio do cruzamento de camada elétrica, e o tempo de comutação da proteção é inferior a 50 ms.

-100G OTN pode realizar rolamento eficiente de vários serviços

Desde o seu desenvolvimento, a OTN possui totalmente características de rolamento de furo largo. Os produtos OTN com pacotes aprimorados têm recursos de processamento como crossover ODUk, comutação de pacotes, crossover VC e och crossover, e podem realizar a transmissão unificada de TDM e serviços de pacote.

OTN tem a capacidade de carga unificada de SDH, OTUK, serviço Ethernet, serviço FC, serviço CPRI e serviço PON, bem como várias interfaces do lado do cliente que suportam os serviços acima. Portanto, a indústria geralmente acredita que 100G OTN é a melhor tecnologia para combinar várias portas de serviço e resolver o transporte de múltiplos serviços.

Resumindo, os benefícios da OTN 100G para a construção, operação e manutenção da rede incluem principalmente:

1. O projeto de compensação de dispersão óptica e demultiplexação de polarização na linha de transmissão é simplificado, e o projeto da linha é mais simples;
2. Ele elimina a dependência de fibra óptica de baixo PMD e é adequado para fibra óptica de transmissão de várias especificações para facilitar a atualização da taxa de linha da fibra óptica;
3. Elimina a influência do efeito não linear da fibra óptica DCF da linha de transmissão, reduz o número de amplificadores de linha e a influência do ruído ASE, reduz o custo da linha e melhora a capacidade de transmissão de longa distância do sistema;

Transponder duplo 100G OTN

4. O atraso de transmissão da linha é reduzido. De acordo com o cálculo do atraso de 1km de fibra ótica 5us, a redução do atraso causada pela eliminação da fibra ótica DCF é muito considerável, o que é de grande importância para o ambiente de aplicação sensível a atrasos;
5. O tempo de recuperação da proteção é inferior a 50 ms (diferente do sistema 40G). O algoritmo de compensação de dispersão adaptável de processamento de sinal digital 100G converge rapidamente e atende totalmente aos requisitos de atraso de recuperação de nível de portadora.

Fibra Shopping100G OTN ajuda no desenvolvimento da Rede IDC

Em 2022, a escala de aquisição de 100G OTN para operadores de IDC se tornará cada vez maior, e a cadeia industrial de 100G OTN amadurecerá gradualmente. Comparado com 10G / 40G, o custo de construção se tornará cada vez mais óbvio. Além disso, a maturidade da tecnologia de núcleo 100G, as vantagens excepcionais do gerenciamento de rede e a manutenção conveniente do sistema no estágio posterior farão da construção da rede OTN 100G uma tendência de desenvolvimento importante da construção de redes de backbone de rádio e televisão.