Системы 200G 400G для дата...

РЕШЕНИЯ ОПЕРАТОРСКОГО КЛАССА

Аппаратура DWDM-сетейпродолжает стремительноразвиваться. Недавняя

выставка OFC-2016 показала,что идет активная борьба междупроизводителями 400G-систем.В настоящее время все коммер-ческие 400G-системы используютпередачу 200G по двум поднесу-щим (модуляция DP-16QAM).В перспективе одного годаможно ожидать появлениясистем 400G по одной несущейот ведущих производителей.Переход от систем 100G к систе-мам 400G позволяет в два разаувеличить скорость передачи втом же спектральном диапазонеи в два раза снизить стоимостьпередачи трафика, однако онтакже ведет к снижению дально-сти передачи в несколько раз.Системы 400G необходимы для

дальнейшего развития городскихи региональных сетей, а такжесетей связи дата-центров. Рос-сийское оборудование 400Gотвечает всем современным тре-бованиям и может эффективноиспользоваться на сетях связи.

DWDM equipment continues toevolve rapidly; an active com-petition between the manu-

facturers of 400G systems wasshown at recent OFC-2016 event.All commercial 400G systems cur-rently use two 200G subcarriers(DP-16QAM modulation). Launch ofDWDM systems with 400G trans-mission per single carrier from theleading manufacturers is expectedin one year term. Transition from100G systems to 400G systemsenable doubling of the transmissionrate in the same spectral range andalso reducing the cost of traffictwice, but it also leads to a decrea-se in transmission distance in seve-ral times. 400G systems are neces-sary for the further development ofmetropolitan area and regionalnetworks, as well as communica-tions networks of data centers.Russian 400G equipment meets allmodern requirements and can beeffectively used in communicationnetworks.

В последние годы нередко можноуслышать мнение, что развитие аппа-ратной части оборудования DWDM-систем связи остановилось на системах100G, и основной прогресс сегодня про-исходит в программной области(EMS/NMS, OTN кросс-коннект и т.п.).Данные последней конференции OFC-2016 показывают, что хотя в 100G-системах действительно была достиг-нута максимальная производитель-ность (произведение дальности переда-чи на спектральную эффективность)[1], развитие аппаратуры DWDM-систем активно продолжается в областиувеличения спектральной эффективно-сти и канальной скорости [2].Практически сразу после появлениясистем 100G производителями былаанонсирована разработка следующегопоколения оборудования – 400G.Однако создание DWDM-систем связисо скоростью передачи данных400 Гбит/с по одной оптической несу-щей столкнулось со значительнымитехническим трудностями, которые нерешены удовлетворительно вплоть донастоящего времени. Все системы400G, представленные на рынке до сихпор, в действительности используютпередачу двух оптических поднесущихпо 200 Гбит/с в каждой (модуляцияDP-16QAM в каждой поднесущей).Тренд спроса на скоростные

DWDM-системы связи задают круп-

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА СВЯЗИ ■ № 2 май 2016

32

Системы 200G и 400G для дата-центров200G and 400G systems for data centers

Андрей ЛеоновЗаместитель начальника научно-исследовательского отдела,ООО "Т8", к.ф.-м.н.

Andrey LeonovDeputy head of the scientific andresearch department, LLC T8, PhD

Михаил СлепцовЗаместитель генеральногодиректора по управлениюпроектами, ООО "Т8", к.т.н.

Mikhail SleptsovDeputy general director on projectmanagement, LLC T8, PhD

Владимир ТрещиковГенеральный директорООО "Т8", к.ф.-м.н.

Vladimir TreshchikovGeneral director, LLC T8, PhD

УДК 621.372.8; 621.391.63

DWDM, городская сеть, дата-центр, 16QAM, суперканал,400G

Ключевые слова:

DWDM, metropolitan area network,data center, 16QAM, super channel,400G

Keywords:

leonov 4/25/16 5:25 PM Page 32

нейшие мировые владельцы дата-центров: Facebook, Google,Amazon и др. На крупнейшей мировой выставке в областиволоконно-оптической связи OFC в марте 2016 г. быладана оценка, что до 2020 г. упомянутые три гиганта будутзакупать DWDM-оборудование для организации каналов200G на $500 млн в год. Неудивительно, что выставкаOFC-2016 стала, по сути, "битвой" между ведущими про-изводителями DSP-чипов для 200G-систем (Acacia, ClariP-hy, NEL). Все они вкладывают значительные средства вразработку DWDM-систем со скоростями передачи 200G,400G и выше по одной несущей.Развитие аппаратуры идет стремительно, ведь это, посути, гонка на выбывание. К началу 2016 г. свои 200G-системы представили уже все ведущие производители(Nokia/Alcatel, Huawei, Coriant, Ciena). Более того, Nokiaдаже объявила о создании системы с возможностью пере-дачи 400G по одной несущей (45 Гбод, DP-64QAM) [3],правда, пока в полосе 58 ГГц (уместить 400G-канал в стан-дартные 50 ГГц пока не удалось). Детальные техническиехарактеристики и работоспособность системы Nokia покаостаются предметом обсуждения. Увеличение спектральной эффективности (и, соответствен-но, скорости по одной несущей) в системах 200G, 400G ивыше достигается, главным образом, за счет перехода к болеесложным форматам модуляции – DP-16QAM, DP-64QAM, –что ведет к сильному падению дальности передачи по сравне-нию с системами 100G DP-QPSK [1]. Свой вклад в падениедальности вносят также увеличение символьной скоростипередачи и технологии "спектральной инженерии" (NyquistWDM), которые применяются для формирования прямо-угольного спектра каналов и максимально плотного их рас-положения в доступном спектральном диапазоне. Такимобразом, платой за дальнейший рост спектральной эффек-тивности становится снижение дальности. Если типичнаядальность работы коммерческих систем 100G без регенерациисигнала может достигать нескольких тысяч км, то системы200G рассчитаны на дальности в диапазоне 300–500 км, аанонсированная Nokia система 400G – 50–100 км [3].Системы 200G, 400G и выше предназначены, преждевсего, для развития городских и региональных сетей, вклю-чая сети связи дата-центров. Потребности в передаче тра-фика в развитых странах уже более 15 лет продолжают воз-растать ежегодно в среднем на 50%, и каких-либо пределовэтому росту пока не видно. Очевидно, что емкость DWDM-систем на основе 100G-каналов, массово установленных насетях операторов связи в 2013–2014 гг., будет исчерпана вближайшее время. Это и заставляет ведущих мировых про-изводителей активно разрабатывать более скоростное обо-рудование, а операторов связи проектировать под это обо-рудование свои перспективные сети.Основные драйверы роста трафика в магистральныхсетях – видеоконтент и развитие оптического и беспровод-ного ШПД. В персональной электронной технике посто-янно растет разрешение фото- и видеокамер, а также разре-шение экранов. Соответственно, увеличивается и объемфайлов, создаваемых и скачиваемых пользователем. Пере-сылка все большего количества объемных файлов междупользователями, сохранение их на удаленных серверах искачивание с них – основной первичный источник нагрузкина магистральные сети. Есть и другие источники трафика:микрокомпьютеры, встроенные в бытовую и промышлен-ную технику (Интернет вещей (IoT)), игровые приложения,картографические сервисы и др.Вторичным источником трафика являются внутренниекоммуникации ЦОДов. Для надежного хранения пользова-

№ 2 май 2016 ■ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА СВЯЗИ

РЕШЕНИЯ ОПЕРАТОРСКОГО КЛАССА33



тельских данных в облаке эти данныемногократно дублируются, как прави-ло, не менее чем четырехкратно.Периодическая перезапись и обновле-ние пользовательских файлов на сер-верах дата-центров происходят даже втом случае, если пользователь не обра-щается к ним. По внутренним линиямсвязи, соединяющим между собойдата-центры таких компаний, какGoogle, Facebook и др., идет трафик,сопоставимый с трафиком националь-ных сетей связи. Не случайно к настоя-щему времени крупнейшим операто-ром связи в мире (по суммарной емко-сти телекоммуникационных линийсвязи) является Google.Переход к системам 200G, 400G ивыше позволяет передать в несколькораз больше информации без необходи-мости задействовать дополнительныйспектральный ресурс, что актуальнодля многих операторов связи и вла-дельцев дата-центров. Важнейшие тре-бования к DWDM-оборудованию длядата-центров включают в себя:● компактность (максимальная плот-ность клиентских каналов 100GEthernet в расчете на единицу зани-маемой высоты 1U в стандартнойтелекоммуникационной стойкешириной 19”);

● энергоэффективность (для сниже-ния нагрузки на систему климат-контроля, которая представляетсобой основную статью затрат дата-центров);

● в перспективе – поддержка клиент-ских интерфейсов 400 Gigabit Ether-net и 1 Terabit Ethernet (в связи спотенциальной стандартизациейклиентских каналов 400G Ethernet и1T Ethernet).

Емкость современных компактныхмагистральных DWDM-систем ужепревысила 1 Тбит/с в расчете на еди-ницу высоты в стойке 1U. Например,1U-система 200G российского про-изводства на основе готовых оптиче-ских блоков 200G поддерживает до8 клиентских каналов 100G (емкость400 Гбит/с при глубине 300 мм или800 Тбит/с приглубине 600 мм(монтаж "спина кспине")). Следую-щая версия систе-мы будет поддер-живать до 20 кли-ентских каналов100G при тех жеразмерах (полнаяемкость 2 Тбит/с).Передача клиент-ского трафика100G осуществ-ляется в линейныхканалах 200 Гбит/св формате DP-16QAM.Для большин-ства применений, вт.ч. дата-центров,п о - в и д и м о м у ,будет достаточнодальности 300–500км, обеспечивае-мой существующи-ми вариантамисистем 200G.Отметим, что без-регенерационнаядальность переда-чи скоростныхсистем (200G,400G и выше)

может быть увеличена за счет умень-шения расстояния между усилителямиили использования распределенногорамановского усиления. Однако этопотребует дополнительных расходовот оператора связи.Еще одним популярным заблужде-нием является представление о том,что использование систем 200G/400Gдороже, чем существующих систем100G, поскольку для них требуетсябольшее количество пунктов регене-рации сигнала. Расчет реальных про-ектов наглядно показывает, что это нетак. Например, на рис. 1 представленырезультаты расчета проектов длиной850 и 1700 км при использовании рос-сийского оборудования в текущихценах (сплошные линии – первона-чальное внедрение системы, пунктир-ные линии – дооборудование в расчетена 4 клиентских канала 100G).Видно, что в действительности пере-ход от системы "100G по одной несу-щей 50 ГГц" к системе "200G по однойнесущей 50 ГГц" позволяет снизитьудельную стоимость передачи данныхв 1,5–2 раза, причем при росте дально-сти линии выгода перехода на 200Gсохраняется, несмотря на большееколичество пунктов регенерации.


34

За последний год скорость передачиданных в городской сети МГТС в часыпиковой нагрузки выросла в 1,5 раза исоставила на конец года 437 Гбит/с.Около 70% трафика приходится настриминговые сервисы. Мы прогнози-руем, что загрузка каналов будет растиза счет потребления такого вида тра-фика. Поэтому МГТС планирует в этомгоду реализовать проект с внедрениеммагистральных DWDM-систем в рам-ках проекта по расширению пропуск-ной способности сети до 900 Гбит/с.По реализации проекта внедрениямагистральных DWDM-систем мызаинтересованы в работе с различны-ми поставщиками как отечественного,так и зарубежного производства. ■

Андрей ПруглоДиректор департаментаэксплуатации транспортныхсетей ПАО МГТС

�� МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

Рис. 1. Удельная стоимость передачи данных в системах100G/200G по одной несущей. Расчет реальных проектов, первоначальное внедрение (сплошныелинии) и дооборудование 4 дополнительными клиентскими каналами100G (пунктир). Линия 850 км – без регенерации, линия 1700 км –одна регенерация для скорости 100G и две регенерации для скоро-сти 200G

leonov 4/25/16 5:25 PM 4


В 2017 г. ожидается принятие оче-редного стандарта 400G Ethernet, вперспективе – 1T Ethernet (TerabitEthernet). Темпы роста скороститранспортных каналов запаздывают поотношению к темпам роста скоростиIP-портов, и при сохранении суще-ствующих тенденций емкости линей-ного канала уже скоро будет недоста-точно для передачи одного клиентско-го канала (см. рис. 2).Таким образом, на наших глазахменяется сам принцип передачи кли-ентских каналов по оптической сети.На протяжении всего периода развитияоптических транспортных системтипичной задачей DWDM-оборудова-ния была агрегация клиентских каналовв более скоростные оптические транс-портные каналы (например, 10 каналов10 GE в OTN4). Сегодня актуальностьприобретает противоположная задача:декомпозиции высокоскоростного кли-ентского канала для его передачи понескольким менее скоростным оптиче-ским несущим. Эти поднесущие затемуправляются на уровне оптическойтранспортной сети как единое целое(так называемый "суперканал").Такая архитектура уже реализованав современных системах 2х200G. Сей-час каждая поднесущая 200G исполь-зуется для передачи клиентского тра-фика 2х100G; однако эти же две под-несущие 200G в будущем могутиспользоваться для передачи одногоклиентского канала 400GE. В лабора-торных системах сегодня уже успешнотестируются суперканалы 1T (10 несу-щих по 100G) и другие варианты.Сегодня российские производителискоростных DWDM-систем могут пред-ложить полный спектр оборудования,включая наиболее современные систе-мы "200G по одной несущей" (со спек-

тральной эффективностью 4 бит/с/Гц).Системы созданы на основе оптическихблоков ведущих мировых производи-телей, также ведется разработка анало-гичных систем на основе дискретных

компонентов. Все системы 400G, пред-ставленные на рынке до сих пор, в дей-ствительности используют передачудвух оптических поднесущих по200 Гбит/с в каждой.

ЗаключениеТаким образом, поведение крупней-ших игроков на рынке скоростныхDWDM-систем, в том числе и навыставке OFC в марте 2016 г., развеи-вает миф о том, что "развитие аппарат-ной части DWDM-систем останови-лось". На сегодняшний день крупней-шие мировые владельцы дата-центровпроявляют большой интерес к системам"200G по одной несущей", междупоставщиками которых разворачивает-ся мощная конкуренция. В ближайшейперспективе (около 1 года) можно ожи-дать появления систем "400G по однойнесущей" от нескольких ведущих про-изводителей. Бурное развитие обору-дования позволяет предположить, чтов ближайшее время может произойти


36

Рис. 2. Рост канальной скорости, регламентируемой стандартами транспортныхсистем связи, и рост скорости Ethernet-портов [4]

Внедрение магистральных DWDM-систем со скоростью по одной длиневолны выше чем 100 Гбит/с для нашейкомпании не актуально. В силу специ-фики нашей деятельности как опера-тора сети коммерческих дата-центровв Москве нас интересуют именногородские DWDM-системы со скоро-стями до 100 Гбит/с.До настоящего момента у нас не былоопыта в покупке DWDM-оборудованияроссийского производства. Однако мыпровели тестирование несколькихDWDM-систем, рассматривая их дляобеспечения связи между дата-цент-рами. Перед нами стояла задача порезервированию нескольких площа-док, на которых в данный момент запу-

щен наш виртуальный дата-центр.Оборудование DWDM мы рассматри-вали для построения зарезервирован-ных каналов между СХД (для обес-печения синхронной репликации)и другими компонентами инфраструк-туры, которые размещены на данныхплощадках. Тестировалась конфигу-рация, максимально приближеннаяк требуемой для решения стоящихперед бизнесом задач. Среди проте-стированных было и оборудованиеведущего российского производителя.Все протестированные системы оце-нивались по техническим (около 20) икоммерческим параметрам, таким какстоимость самого оборудования, стои-мость поддержки и масштабированияи т.д. Отмечу, что технические харак-теристики российского оборудованиянаходятся на уровне протестированныхобразцов зарубежного производства.К сожалению, стоимость оборудованияDWDM-систем от ведущего российско-го производителя была нам предо-ставлена в долларах и практически неотличалась от стоимости на зарубеж-ные аналоги. При наличии общегоположительного впечатления от тех-нических возможностей и характери-стик DWDM-оборудования отечествен-ного производителя негативным ока-зался тот факт, что итоговая стоимостьв рублях сопоставима с зарубежнымипроизводителями-лидерами в даннойотрасли. ■

Дмитрий СоловьевТехнический директор StackGroup



очередная "перезагрузка" оптическихсетей городского и регионального уров-ня. Эти тенденции очевидны и многимроссийским операторам дата-центров,которые уже сегодня рассматриваютразличные варианты внедрения200G/400G-систем на своих сетях.Подытожив, переход от 100G к 400Gможно описать простой мнемониче-ской формулой "2x2 = 4": рост скоро-сти передачи в 2 раза (с 9,6Т до 19,2Т),снижение цены трафика в 2 раза, нопри этом – снижение дальностив 4 раза. ■

Литература1. Конышев В.А., Леонов А.В., Наний О.Е., ТрещиковВ.Н., Убайдуллаев Р.Р. Рекордная производительностьсистем 100G как маркер перехода к эволюционномуразвитию волоконно-оптических систем связи // ПерваяМиля. – 2015. – № 6. С. 40–43.2. Леонов А.В., Слепцов М.А., Трещиков В.Н. Развитиескоростных DWDM-систем по нескольким поднесущим// Первая Миля. – 2016. – № 2. С. 42–49.3. Nokia claims capacity leap from new silicon and systems// Fibre Systems. Дата обращения 17.03.2016. [online]Доступ через: http://www.fibre-systems.com/news/story/nokia-claims-capacity-leap-new-silicon-and-systems.4. Xia T.J., and Wellbrock G.A. Commercial 100-Gbit/s

Coherent Transmission Systems // Optical Fiber Telecom-munications VI B: Systems and Networks. I.P. Kaminow,T. Li, and A.E. Willner (editors). Academic (2013).

№ 2 май 2016 ■ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА СВЯЗИ

РЕШЕНИЯ ОПЕРАТОРСКОГО КЛАССА37

�Ваше мнение и вопросы по статье присылайте по адресу

Внедрение магистральных DWDM-систем со скоростью выше чем 100Гбит/с на одну оптическую несущую(лямбду) в перспективе является акту-альным для нашей компании. В первую

очередь, необходимость повышенияскорости передачи объясняется еже-годным ростом трафика в магистраль-ной сети ТТК, который соответствуетобщемировым показателям – более10% в год. Поскольку по существую-щим нормативам оптимальный уро-вень заполнения магистральной сетисоставляет 50–70%, то, соответствен-но, в среднесрочной перспективе (3+года) мы подойдем к этому уровню, итогда встанет вопрос о целесообраз-ности перехода на более высокие ско-рости передачи на одну несущую.Надеюсь, что к этому времени ужебудут смягчены ограничения нынеш-него уровня технологий оптическоготранспорта, когда за счет использова-ния более высоких форматов модуля-ции переход на новый уровень скоро-стей передачи приводит к сокращениюдлины межрегенераторного участка. ■

Виталий ШубCоветник президента ТТК


С2015 г. стали доступны когерентныетрансиверы (DWDM) в форм-фак-торе CFP MSA, спецификации

которого лимитируют потребление мощ-ности не более 24 Вт.

CFP-трансиверы включают в себя3 основных блока (см. рис.): оптическийпередатчик, оптический приемникимодуль обработки сигналов. Посколь-ку аналого-цифровые преобразователи(ADC) и цифровые процессоры (DSP)входят в состав трансиверов, такиеCFP-трансиверы относят к устройствамцифровой когерентной оптики (DCO).Преимуществом таких CFP-DCO-трансиверов является возможность ихустановки напрямую в 100G-маршру-тизаторы и коммутаторы, поддержи-вающие клиентские CFP-порты. Транс-иверы CFP-DCO одного производите-ля, установленные в коммутаторы илимаршрутизаторы двух разных произво-дителей, обеспечат рабочее соединениемежду ними, что делает такие транс-иверы весьма востребованными.Тем не менее, рынок клиентских 100G-

решений пополнился новыми трансиве-рами форм-фактора CFP2, CFP4иQSFP28, благодаря которым становит-ся возможным внедрение новых комму-

таторов с высокой плотностью размеще-ния портов. Одновременно с появлениемновых форм-факторов можно предполо-жить появление и когерентных решенийCFP2. CFP2-DCO также должны вклю-чать цифровые процессоры DSP внутримодуля, при этом перед производителя-ми встает задача – выдержать энергопо-требление согласно требованиям CFP2MSA менее 12 Вт.В силу того, что цифровые процессоры

потребляют большое количество энер-гии, вывод их из трансиверов и размеще-ние на линейных (хост) картах позволитснизить требования к трансиверам. Приэтом аналого-цифровые преобразователитакже перемещаются на линейные карты.Таким образом, электрический интер-фейс хоста является аналоговым. Поэто-му такие трансиверы принято относитьк устройствам аналоговой когерентнойоптики (ACO).Поскольку цифровой процессор выве-

ден за пределы трансивера, CFP2-ACOмодули не могут быть установлены в кли-ентские порты CFP2, для этого потребу-ется специальная хост-карта, оснащеннаяцифровым процессором. Под вопросомокажется и совместимость коммутаторови маршрутизаторов разных производите-

лей из-за различий их цифровых процес-соров. Также не будут совместимы междусобой и сами CFP2-ACO и CFP2-DCO.Тем не менее, модули CFP2-ACO будутстоить значительно дешевле благодаряконкуренции среди производителей, ктому же одни и те же CFP2-ACO могутбыть использованы для 100G- и 200G-сетей передачи, так как могут поддержи-вать разные форматы модуляции.Когерентные оптические модули на

сегодня имеют один важный недостаток –их огромное разнообразие не позволяетобеспечить учет будущих потребностейпри модернизации сетей до 100G. ■

�Адрес и телефоны компании HUBER+SUHNER AG�см. на стр. 64

Новые когерентные решения CFP2-DCO и CFP2-ACONew coherent solutions CFP2-ACO and CFP2-ACO

Структурная схема когерентноготрансивера


Системы 200G 400G для дата...

Documents

Transcript of Системы 200G 400G для дата...