Новые стандарты и протоколы для оптических сетей связи следующего поколения

Неустанный рост потребления данных, подпитываемый потоковой передачей, облачными сервисами, рабочими нагрузками ИИ и Интернетом вещей, предъявляет беспрецедентные требования к мировой сетевой инфраструктуре. Оптические сети следующего поколения являются основой, которая будет нести этот трафик, и их успех зависит от надежной экосистемы новых стандартов и протоколов. Эти рамки гарантируют, что оборудование от разных поставщиков может взаимодействовать, что сети могут эффективно масштабироваться, и что показатели производительности, такие как задержка, пропускная способность и надежность, соответствуют ожиданиям действительно цифрового общества. В этой статье рассматриваются ключевые стандарты и протоколы, формирующие будущее оптических сетей, проблемы, которые они решают, и направления исследований, которые определят следующее десятилетие оптической связи.

Обзор оптических сетей следующего поколения

Оптические сети следующего поколения строятся на основе установленной волоконно-оптической инфраструктуры для обеспечения сверхвысокой пропускной способности, субмиллисекундной задержки и повышенной безопасности. Они предназначены для поддержки новых приложений, которые включают 8K и объемное видео, автономные системы реального времени, удаленную хирургию и крупномасштабные распределенные вычисления. Для достижения этого сетевые архитектуры развиваются от простых точечных ссылок до динамически перенастраиваемых, программно-определяемых инфраструктур. Ключевые технологические средства включают когерентное обнаружение, расширенные форматы модуляции (например, 64QAM, 256QAM), мультиплексирование космического подразделения (SDM) с использованием многоядерных или малорежимных волокон и фотонную интеграцию, которая сокращает приемопередатчики в подключаемые модули.

Эти сети также распространяются на область доступа с пассивными оптическими сетями следующего поколения (NG-PON2 и за ее пределами), которые углубляют гигабитные услуги в дома и предприятия. В ядре и метро переход к открытым, дезагрегированным системам, таким как те, которые определены соглашением с несколькими источниками OpenROADM, позволяет операторам смешивать и сопоставлять системы оптических линий, транспондеры и сетевые контроллеры. Стандартизация - это клей, который делает такую открытую экосистему жизнеспособной, и несколько органов работают над определением необходимых интерфейсов, требований к производительности и протоколов управления.

Новые стандарты в оптической коммуникации

Стандартизация в оптических сетях обусловлена, прежде всего, Международным союзом электросвязи (МСЭ-Т), Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Оптическим форумом по работе с Интернетом (OIF). Каждый орган фокусируется на различных слоях и приложениях, от сетей с длиной волны физического уровня до скоростей Ethernet линкового уровня.

Стандарты МСЭ-Т

Сектор стандартизации электросвязи ITU-T вырабатывает рекомендации для оптических транспортных сетей. ITU-T G.694.2 определяет гибкую сетку (Flex-Grid) для мультиплексирования с разделением длин волн (WDM), заменяя фиксированные интервалы между каналами 50 ГГц на настраиваемые гранулярности 12,5 ГГц. Эта гибкость позволяет операторам выделять более широкие каналы (например, 75 или 100 ГГц) для сигналов с более высокой частотой передачи, резко повышая спектральную эффективность. ITU-T G.709 (Optical Transport Network, OTN) продолжает развиваться с введением OTUCn (Optical Channel Transport Unit of order C), который поддерживает скорость передачи данных более 100 Гбит/с и обеспечивает эффективное мультиплексирование клиентских сигналов. G.698.2 серия адресов совместимых приложений DWDM, в то время как

Стандарты IEEE

Рабочая группа IEEE 802.3 Ethernet отвечает за определение стандартов физического уровня и контроля доступа к среде для Ethernet. IEEE 802.3 см определяет 400 Гбит/с по многорежимному волокну (MMF) с использованием четырех полос 100 Гбит/с каждая — критический стандарт для межсетевых соединений центров обработки данных. IEEE 802.3ck обеспечивает электрические интерфейсы для 100 Гбит/с на полосу, который лежит в основе 400 Гбит/с и 800 Гбит/с. IEEE 802.3db ] расширяет охват 200 Гбит/с на полосу оптических PMD для следующего поколения 800 Гбит/с и 1.6 ТбЭ. На стороне доступа IEEE 802.3ca определяет 25 Гбит/с, 50 Гбит/с и 100 Гбит/с пассивных оптических сетей (EPON) для волокон-в-

Стандарты OIF

Оптический форум по работе с Интернетом (OIF) концентрируется на соглашениях о совместимости когерентных оптических модулей и сетевых элементов. Знаковый стандарт OIF 400ZR определяет когерентный 400 Гбит/с цифровой когерентной оптической (DCO) подключаемой модуль для центров обработки данных, соединяющий до 120 км. Он использует одноканальную модуляцию 400 Гбит/с DP-16QAM на интервале между каналами 75 ГГц. Основываясь на этом, OIF разрабатывает 800ZR (800 Гбит/с) и когерентные линейные спецификации для приложений более длительного следования. Кроме того, стандарты OIF Common Electrical I/O (CEI) определяют электрические полосы, которые соединяют оптические модули с хостами ASIC — в настоящее время на 112 Гбит/с PAM4 (CEI-112G) с работой над 224 Гбит/с P

Ключевые протоколы для оптических сетей следующего поколения

Стандарты определяют аппаратные параметры; протоколы определяют, как сетевые элементы взаимодействуют и работают.Несколько протоколов стали необходимыми для гибких, эффективных и программируемых оптических сетей.

Гибкий Ethernet (FlexE)

FlexEFlexE представляет собой протокол, который абстрагирует физический уровень Ethernet для отсоединения скорости связи от скорости клиента. Вместо фиксации одной скорости MAC (например, 100 Гбит/с) к одному физическому интерфейсу, FlexE позволяет связывать, суб-рейтинговать или канализировать несколько 50 Гбит/с PHY. Это позволяет операторам предоставлять услугу 150 Гбит/с с использованием трех 50 Гбит/с PHY-пакетов или нести сигнал 400 Гбит/с по пакету 200 Гбит/с × 2 PHY. FlexE также поддерживает суб-50 Г зернистость через распределение слотов на основе календаря. Протокол определяется соглашением о реализации OIF FlexE и особенно ценен в межсоединениях центров обработки данных и сетях метро, где гранулярность традиционного Ethernet (1/10/25/100/200/400 Гбит/с) слишком груба.

Оптическая транспортная сеть (OTN) с ODUflex

Иерархия OTN (G.709) была основой дальнемагистрального и подводного транспорта в течение двух десятилетий. Последняя эволюция включает ODUflex (гибкий оптический блок данных канала), который поддерживает нестандартные скорости клиента (например, 125 Гбит/с, 600 Гбит/с) путем отображения их в гибкий контейнер. Это сочетается с OTLCn (Оптический канал транспортного коридора порядка C) для размещения скоростей линии, превышающих 1 Тб/с. OTN обеспечивает надежные накладные расходы для управления неисправностями, мониторинга производительности и автоматического переключения защиты (APS). В сетях следующего поколения OTN часто используется в сочетании с FlexE для переноса услуг Ethernet по оптическим длинам волн с полной прозрачной инкапсуляцией.

Реконфигурируемые оптические мультиплексоры с добавлением капель (ROADM) и WSON

ROADM системы развились из фиксированной длины волны добавить/сбросить в бесцветные, беснаправленные, бесконтактные и безсетевые (CDCG) архитектуры. Плоскость управления с переключателем на дистанцию (WSON)IETF RFC 6163 применяет GMPLS (обобщенные многопротокольные переключения ярлыков) для автоматической настройки, срыва и восстановления оптических путей через сети на основе ROADM. Более новые расширения включают в себя интерфейсы на основе намерения и контроллеры SDN, позволяя операторам динамически перенастраивать оптический слой за минуты, а не дни. Соглашение с несколькими источниками определяет совместимые системы оптических линий и спецификации транспондера, способствуя разнообразию поставщиков и снижая затраты.