Суперканалы DWDM

## Эволюция в DWDM

### Суперканал - это множество логически объедененных когерентных оптических носителей, существующее для создания единого канала с высокой скоростью передачи данных, и которое введено в эксплуатацию в одном рабочем цикле.

С 2010 года когерентная оптическая передача со скоростью 40 Гбит/с и выше стала использоваться в оптических сетях дальнего следования по всему миру. Когерентная технология позволяет передавать более высокие скоростипередачи данных по оптическим сетям передачи данных на дальние расстояния (обычно >2000км) по сравнению с исторической методикой модуляциии обнаружения, модуляция интенсивности с прямым обнаружением (NRZ или On/Off Keying, OOK),который широко использовался в течение нескольких десятилетий. Однако когерентный детектор требует, чтобы информация о фазовой модуляции была оцифрована перед отправкой на высоко-производительном аналого-цифровом преобразователе (АЦП).
В рамках АЦП оптические нарушения, такие как хроматическая дисперсиия и поляризация могут быть компенсированы. Оцифровка принятого сигнала также требует возможности высокоскоростного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Существующие коммерчески развернутые когерентные продукты ограничены до 200 Гбит/с на оптический носитель.Выход за пределы 200 Гбит/с на канал xWDM требует использования нескольких несущих для создания одного интерфейса WDM. Полученные объединенные каналы, называемаются суперканалом, который создает много волновый сигнал, в котором каждая длина волны будет работать с максимальной скоростью передачи данных, разрешенные доступными компонентами АЦП.

Основными преимуществами суперканальногоподхода являются:

⚊ повышенная спектральная эффективность (следствие как когерентного обнаружения

⚊ возможность плотной спектральной упаковки поднесущих, составляющих сверх канальный канал)

⚊ операционная масштабируемость (способность приводить большие единицы длинной для обеспечения оперативной работы).

## Создание суперканалов DWDM

Ранняя работа над суперканалами DWDM включала попытки использования нескольких лазерных источников и гребенчатый фильтр, генерируемые из одного источника - форма оптического мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Первая экспериментальная демонстрация магистральной передачи, которая использовала термин « суперканал» для этого типа приложений, была выполнена в BellLabs «S.Chandrasekhar» и «X.Liu» в 2009 году. Подход, представленный на рынке такими компаниями, как Infinera, Alcatel-Lucent, Huawei и Ciena использует несколько лазерных источников. Infinera использует технологию фотонных интегральных схем (PIC), в то время как другие производители систем строят линейные карты суперканалов с использованием преимущественно дискретных оптических компонентов. Решение Superin Channel Infinera было в первые развернуто в середине 2012 года и состоит из суперканала с четырьмя несущими, 500 Гбит/с с поддержкой квадратурной фазовой манипуляции мультиплексированной поляризации (PM-QPSK), реализованной на однолинейной плате. Infinera также продемонстрировала суперканальное решение PM-16QAM с десятью несущими, которое предназначено для того, чтобы соответствовать тому же форм-фактору, что и текущий продукт 500 Гбит/с. Infinera заявляет о более чем 20 внедрений этой технологи и во всем мире.
В конце 2009 года Nortel (Ciena) впервые коммерциализировала сверхканальный трансивер PM-BPSK с пропускной способностью 50 Гбит/с и PM-QPSK 100 Гбит/с. Alcatel-Lucent, Ciena и Huawei объявили о выпуске двухъядерных процессоров с пропускной способностью 200 Гбит/с - QPSK, которые также могут работать со скоростью 400 Гбит/с с использованием более короткой оптической модуляции PM-16QAM. Первое коммерческое развертывание суперканала 400 Гбит/с использовало Alcatel-Lucent 400 G Photonic Service Engine (PSE) в OrangeNetwork.
Остановится ли когда-либо рост пропускной способности? Нет. В результате ряда исследований в различных областях определено, что общий спрос на интернет растет приблизительно на 40% в год. Этот рост в основном обусловлен увеличением трафика видеосервисов – в настоящее время задействует до 30% пропускной способности интернета в часы пиковой загрузки, в то время как значительно растут потребности и новых игроков, таких как Amazon, Hulu, Youku и BBC iPlayer. Этот рост еще более ускоряется благодаря возможностям доступа в интернет со стороны мобильных пользователей, поскольку клиентские программы для просмотра видео устанавливаются на все смартфоны и планшетные ПК, обеспечивая удобство просмотра видеоконтента через сеть в любом месте и в любое время.
Вне зависимости от того, является ли потребителем конечный пользователь или предприятие, он все равно обращается к сети. Для операторов такое развитие событий является как привлекательной возможностью, так и угрозой. Те из них, кто наилучшим образом удовлетворит ожидания пользователей в условиях динамично развивающегося рынка мультимедийных сервисов для мобильных устройств, сможет увеличить свою рыночную долю. Однако, операторы должны быть готовы значительно увеличить пропускную способность сети, сократив при этом капитальные и операционные затраты в пересчете на 1 Гбит/с. Начинать следует с транспортной сети, которая является основой для интернет-соединений в сетях дальней связи. Очевидно, что наряду с внедрением более крупных и мощных транспортных коммутаторов необходимо также изменить механизмы оптической передачи данных в сетях DWDM. Новый подход к организации пропускной способности DWDM-сетей – использование суперканалов – представляет собой эффективное решение ряда проблем, возникающих в связи с ростом интернет-сетей.
DWDM (мультиплексирование с разделением по длине волны) – это технология, которая позволяет параллельно использовать несколько оптических несущих для параллельной передачи данных в одном оптоволоконном канале. Таким образом обеспечивается более эффективное использование инфраструктуры дорогостоящих оптоволоконных сетей, дальность которых составляет тысячи километров и проходит как по земле, так и над ней. Многие представители индустрии считают, что отраслевым «золотым стандартом» в сетях DWDM на 2012-2013 года является 100G. Однако рост спроса на интернет требует масштабирования пропускной способности без увеличения эксплуатационной сложности. Возникает вопрос «Что будет после 100G?» Один из ответов – это суперканал, который представляет собой новый эволюционный этап сетей DWDM, согласно которому несколько параллельных оптических несущих объединяются и создают совмещенный сигнал с заданной пропускной способностью за один операционный цикл. Далее в этом обзоре объясняется, почему более эффективно объединять множество параллельных несущих в один суперканал для обеспечения скорости, превышающей 100 Гбит/с, чем просто увеличивать скорость передачи данных на каждый спектральный канал. При этом для клиентских сервисов, использующих Ethernet-соединения производительностью в 10 Гбит/c, 100 Гбит/с или 1 Тбит/с (например, при передаче трафика между оператором связи и корпоративным клиентом), суперканалы ничем не отличаются от одного канала с той же скоростью передачи данных.
В прошлом линейные системы DWDM на базе транспондеров работали в режиме фиксированного соотношения производительности клиентских сервисов и скорости передачи данных по каналу (к примеру, сервис 10G мог передаваться только по каналу DWDM производительностью 10 Гбит/с). Однако существуют инновационные возможности, которые смогут обеспечить новый уровень гибкости – это выбор форматов модуляции посредством специального программного обеспечения. Эта новая возможность важна для того, чтобы операторы могли использовать дальность DWDM-сети (то есть, расстояние, на которое можно передать сигнал) с учетом базовой скорости передачи данных в оптической транспортной сети («сырая» производительность полосы пропускания), что, в свою очередь, требует, чтобы упомянутое выше фиксированное соотношение было нарушено. Теперь необходимо размечать клиентские сервисы по производительности (менее 10G, 10G, 100G и выше) при любой пропускной способности суперканала посредством динамического представления механизма виртуализации.

## Основные задачи суперканалов

### Суперканалы способны решить три фундаментальных задачи:

⚊ Масштабирование полосы пропускания без масштабирования объема эксплуатационных процедур

⚊ Оптимизация дальности и производительности сетей DWDM

⚊ Поддержка высокоскоростных сервисов следующего поколения

Более того, внедрение технологии суперканалов возможно даже на базе существующих приемов проектирования сетей DWDM, не ожидая долгосрочного развития технологий. Во-первых, как было указано выше, операторам нужно расширять возможности сетей, но при этом количество инженеров, требуемых для этого, не увеличивается. После того, как в 2004 году компания Infinera представила концепцию цифровой оптической сети, операторы могли обеспечить производительность сети в 100 Гбит/с посредством всего одной процедуры. Остальные производители представили решение для обеспечения производительности 100 Гбит/с в оптических сетях в 2010 году. Однако, в течение этого периода времени спрос на интернет рос на 40% ежегодно, и ввиду этого все больше операторов утверждают «Мне нужно больше, чем 100 Гбит/c, и сейчас же». Суперканалыпредлагают производительность на уровне 300G, 400G, 500G и даже 1 Тбит/c, что позволяет операторам транспортных сетей обеспечивать соответствие растущим потребностям, не увеличивая эксплуатационные издержки. Другой задачей остается достижение данного уровня производительности без ущерба для дальности передачи сигнала, фактически, балансируя производительность и дальность в зависимости от приложения или оптического маршрута. Последней разработкой, позволяющей увеличить пропускную способность, сохранив дальность передачи сигнала, является функция когерентного детектирования – она дает операторам сетей производительностью 40G и 100G возможность использовать ту же – или даже большую - протяженность сетей в сравнении с системой прямого детектирования интенсивности модуляции сигнала сервисов 10G (IMDD), также известной как система кодирования интенсивности сигнала без возврата к нулю (NRZ) или система передачи с амплитудной модуляцией. Суперканалы помогут обеспечить производительность выше 100 Гбит/с, но при этом должна сохраниться дальность передачи сигнала, поэтому логичным вариантом станет подход с использованием нескольких несущих. Принцип гибкой последовательной модуляции (FlexCoherent) – важный элемент, который поможет достичь поставленной цели.
В момент написания настоящего обзора окончательные стандарты относительно суперканалов еще не определены, поэтому такие показатели, как число несущих, скорость передачи данных, сопряженность/ несопряженность несущих и уровень интеграции компонентов, остаются полностью открытыми для определения в ходе внедрения суперканалов . В целях привлечения внимания представителей отрасли к развитию технологии суперканалов, в настоящем отчете уделяется особое внимание преимуществам объединения множества несущих для разрешения всех трех описанных выше фундаментальных проблем и для своевременного предоставления технического решения. Существуют два очевидных варианта внедрения, позволяющих разработать транспондеры с одной несущей, которые обеспечивают производительность выше 100 Гбит/с. Во-первых, можно обеспечить передачу большего числа символов в секунду; во-вторых, кодировать большее число битов на один символ (возможна также определенная комбинация обоих вариантов). Технология суперканалов позволяет реализовать третий вариант – использовать множество несущих как одну эксплуатационную единицу. Для простоты примем за данность, что нам требуется пропускная способность в 1 Тбит/с.

Одна несущая производительностью 1 Тбит/с не является практически приемлемым решением, поскольку необходимое электронное оборудование не будет доступно еще примерно десятилетие. Кроме того, использование одной несущей приведет к значительно большему числу ограничений при использовании оптоволокна в сравнении с использованием суперканалов