La crescita incessante dei consumi di dati, alimentata dallo streaming, dai servizi cloud, dai carichi di lavoro AI e dall’Internet of Things, pone richieste senza precedenti sull’infrastruttura di rete mondiale. Le reti di comunicazione ottica di prossima generazione sono la spina dorsale che porterà questo traffico e il loro successo dipende da un ecosistema robusto di standard e protocolli emergenti.

Panoramica delle reti ottiche di prossima generazione

Le reti ottiche di prossima generazione si basano su un'infrastruttura fibra ottica stabilita per fornire una larghezza di banda ultra-alta, una latenza submilliseconda e una maggiore sicurezza. Sono progettate per supportare applicazioni emergenti che includono video 8K e volumetrico, sistemi autonomi in tempo reale, chirurgia remota e elaborazione distribuita su larga scala.

Queste reti si estendono anche nel dominio di accesso con reti ottiche passive di prossima generazione (NG-PON2 e oltre) che spingono i servizi gigabit più profondi nelle case e nelle imprese. Nel core e nella metropolitana, il passaggio verso sistemi aperti, disaggregati, come quelli definiti dall'accordo multi-source OpenROADM, consente agli operatori di mixare e abbinare sistemi ottici, transponders e controller di rete.

Standard emergenti nella comunicazione ottica

La standardizzazione in rete ottica è guidata principalmente dall'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU-T), dall'Istituto degli ingegneri elettrici ed elettronici (IEEE), e dal Forum Optical Internetworking (OIF).

ITU-T Standards

Il GLT-T Telecomunicazione Settore di standardizzazione produce raccomandazioni per le reti di trasporto ottico. Il sistema di controllo GLT-T G.694.2 definisce la griglia flessibile (Flex-Grid) per l'interoxing della divisione di onde (WDM), sostituendo il canale 50 GHz fisso spaziando con le granulari configurabili da 12,5 GHz.

Standard IEEE

Il gruppo di lavoro Ethernet IEEE 802.3 è responsabile della definizione degli standard di controllo degli accessi fisici e dei media per Ethernet. IEEE 802.3cm specifica 400 Gb/s su reti multimode (MMF) utilizzando quattro corsie di 100 Gb/s ciascuno, uno standard critico per interconnessioni di data center a breve raggio

Standard OIF

Il forum di lavoro di Internet (OIF) si concentra sugli accordi di interoperabilità per moduli ottici e elementi di rete coerenti. Il modello OIF 400ZR[] definisce un modulo ottico coerente (DlexCO) di 400 Gb/s (DlexCO) per le interconnessioni di data center fino a 120 km.

Protocolli chiave per reti ottiche di prossima generazione

Gli standard specificano i parametri hardware; i protocolli regolano come gli elementi di rete comunicano e operano. Diversi protocolli sono diventati essenziali per reti ottiche flessibili, efficienti e programmabili.

Ethernet flessibile (FlexE)

FlexE] è un protocollo che astratti lo strato fisico di reti di collegamento di decouple dalla velocità del cliente. Invece di fissare un singolo MAC (ad esempio, 100 Gb/s) ad una singola interfaccia fisica, FlexE consente più 50 Gb/s o 100 Gb/s PHY per essere incollato, sub-rated, o canalizzato.

Rete di trasporto ottico (OTN) con ODUflex

La gerarchia OTN] (G.709) è stata la colonna portante del trasporto a lungo raggio e sottomarini per due decenni. L'ultima evoluzione comprende ODUflex (Optical canale Data Unit flessibile), che supporta i tassi di client non standard (ad esempio, 125 Gb/s, 600 Gb/s

Multisalari integrati ottici riconfigurabili (ROADM) e WSON

[FLT-61] I sistemi di guida multi-fondo si sono evoluti da un'estensione ad onde fissa, aggiungere/goccia a reti ottiche senza senso, senza contenzioso e senza reti (CDCG) senza reti.

Segment Routing su MPLS e IPv6 (SR-MPLS / SRv6)

Mentre non è esclusivamente ottico, ]Il monitoraggio del traffico (SR) è diventato un potente protocollo per l'ingegneria del traffico attraverso gli ostrumenti ottici.

Sfide nella distribuzione di standard e protocolli emergenti

Nonostante i progressi, molte sfide importanti rimangono per gli operatori di rete e i fornitori.

Interoperabilità e integrazione multi-Vendor

Anche quando gli standard vengono pubblicati, l’interoperabilità nel mondo reale spesso si arresta. Il test di conformità tra i transceivers dei diversi fornitori, i ROADM e i fornitori di controllo richiede tempo e costa. La spinta per la rete ottica aperta (ad esempio, OpenROADM, TIP’s Open Optical Packet Transport) ha migliorato la situazione, ma la spina-e-play finale rimane elusiva.

Complessità e Automazione

Le reti ottiche di prossima generazione introducono molti nuovi parametri: formato di modulazione, tasso di baud, correzione di errore in avanti (FEC) tipo, rete di canali e livelli di potenza. Gli operatori hanno bisogno di sistemi di controllo sofisticati, spesso alimentati da intelligenza artificiale, per ottimizzare questi per le diverse condizioni di traffico. Il piano di gestione deve gestire centinaia di migliaia di parametri attraverso migliaia di nodi, che richiedono controller SDN che possono applicare politiche basate sull’intento.

Costo e consumo energetico

Poiché i tassi di dati raggiungono 800 Gb/s e 1,6 Tb/s, ogni generazione di ottica coerente richiede più processori di segnale digitali (DSP) e interfacce elettriche più veloci. L'industria risponde con processi CMOS a 7‐nm e 5‐nm, imballaggi avanzati (optics a goccia), e nuovi formati di modulazione che raggiungono e l'efficienza energetica.

Le direzioni future e la ricerca emergente

Oltre il 2030, diversi ambiti di ricerca promettono di rivoluzionare ulteriormente la rete ottica.

Intelligenza artificiale per l'ottimizzazione della rete

I modelli AI possono prevedere il degrado delle fibre, ottimizzare la potenza di lancio e rilevare anomalie prima che causano interruzioni. Gli agenti di apprendimento rinforzanti possono regolare dinamicamente le configurazioni ROADM e i formati di modulazione per massimizzare il throughput sotto i modelli di traffico in evoluzione.

Oltre 800 Gb/s: 1.6 TbE e 3.2 TbE

I progetti di report di valutazione della banda Ethernet IEEE 802.3 hanno bisogno di collegamenti 1.6 Tb/s e 3.2 Tb/s entro questo decennio. Lo sviluppo di 224 Gb/s per interfaccia elettrica di corsia (CEI‐224G) e PMD ottici che utilizzano 400 Gb/s per lunghezza d'onda (ad esempio, 400 Gb/s monostrato PAM4 o 400 Gb/s coerenti) è in corso di analisi.

Distribuzione di chiavi quantistiche (QKD) e sicurezza ottica

Mentre la crittografia teoricamente indistruttibile distribuisce chiavi crittografiche su fibra ottica utilizzando stati quantici di luce. Mentre ancora sperimentali, l'integrazione dei canali QKD accanto al traffico DWDM classico è standardizzata da ITU‐T (ad esempio, in Study Group 15) e ETSI. La sfida consiste nell'evitare interferenze con canali classici ad alta potenza e nel raggiungimento di transceiversi quantistici convenienti.

Multisala di divisione spaziale (SDM) e fibra di gomma

Per superare i limiti di capacità della fibra monomodale, SDM utilizza molteplici percorsi spaziali: o più core in un unico rivestimento in fibra (fibra multistratore) o diverse modalità in fibra di pochi-modi. Nel frattempo, le fibre di bandgap fotonici cave-core promettono di ridurre latenza di circa il 30% e praticamente eliminare i disturbi non lineari, ma attualmente hanno una perdita elevata e richiedono nuovi schemi di amplificazione.

Iniziative di rete ottiche aperte

Il gruppo di trasporto aperto di pacchetti ottici ]Telecom Infra Project (TIP)[]] sta creando progetti di riferimento e piani di test multi-vendor per sistemi di linea ottica disadattati, transponder e switch a white-box aperti.

Conclusioni

Il futuro delle reti di comunicazione ottica è caratterizzato da un armonioso interplay di standard e protocolli che abbracciano gli standard fisici, i data-link e la rete di rete. Dalle reti flessibili definite dall'ITU‐T agli standard Ethernet ad alta velocità dell'IEEE e dai sistemi di riallacciamento ottico coerenti dell'OIF, ogni pezzo è essenziale per le reti di costruzione che sono scalabili, programmabili e convenienti.