Cenários de aplicação de módulos ópticos - datacenter da Internet, rede de transmissão óptica da rede da área metropolitana, rede de telecomunicações da rede do portador 5G
O rápido desenvolvimento da tecnologia mudou a vida das pessoas a cada dia que passa. O rápido desenvolvimento de mercados de aplicativos como 5G, big data, blockchain, computação em nuvem, Internet das Coisas e inteligência artificial trouxe um crescimento explosivo ao tráfego de dados.Os datacenters e interconexões foram se transformando gradualmente em hotspots de pesquisa em comunicações ópticas. Os cenários atuais de aplicação de módulos ópticos de alta velocidade são divididos principalmente em redes de datacenter da Internet e redes de transmissão óptica de redes de área metropolitana e redes de telecomunicações representadas por redes de portadores 5G.
Aplicação do módulo óptico no data center
O data center de hoje não é mais apenas uma ou várias salas de computadores, mas um grupo de clusters de data centers. Para realizar o trabalho normal de vários serviços de Internet e mercados de aplicativos, os datacenters precisam trabalhar juntos. A troca de informações em tempo real entre data centers cria a demanda por redes de interconexão de data centers, e a comunicação por fibra óptica se tornou um meio necessário de interconexão.
Diferentemente dos equipamentos tradicionais de transmissão de rede de acesso às telecomunicações, a interconexão do data center requer uma transmissão de informações maior e mais densa, o que exige que o equipamento de comutação tenha velocidades mais altas, menor consumo de energia e mais miniaturização. Um fator central que determina se esses desempenhos podem ser alcançados é o módulo óptico. A rede de informações utiliza principalmente fibra óptica como meio de transmissão, mas atualmente o cálculo e a análise também devem ser baseados em sinais elétricos, e o módulo óptico é o dispositivo principal que realiza a conversão fotoelétrica.
Os módulos ópticos de comunicação do datacenter podem ser divididos em três categorias, de acordo com os tipos de conexão:
(1) Do datacenter ao usuário, ele é gerado pelos comportamentos do usuário final, como navegar na web, enviar e receber email e streaming de vídeo através da nuvem;
(2) interconexão de data center, usada principalmente para replicação de dados, atualização de software e sistema;
(3) Dentro do data center, é usado principalmente para armazenamento, geração e mineração de informações. Segundo a previsão, a comunicação interna do data center responde por mais de 70% da comunicação do data center, e o grande desenvolvimento da construção do data center também gerou o desenvolvimento de módulos ópticos de alta velocidade.
O tráfego de dados continua a crescer, e a tendência para data centers maiores e mais planos impulsionou o desenvolvimento de módulos ópticos de duas maneiras:
• Maiores requisitos de taxa de transmissão
• Aumento da demanda por quantidade
A tendência em direção a centros de dados maiores levou a um aumento nos requisitos de distância de transmissão.A distância de transmissão de fibra multimodo é limitada pelo aumento na taxa de sinal e espera-se que seja substituída gradualmente por fibra de modo único. O custo do link de fibra óptica é composto de duas partes: o módulo óptico e a fibra óptica, e existem diferentes soluções aplicáveis para diferentes distâncias. Em termos de interconexão de média e longa distância necessária para a comunicação do data center, existem duas soluções revolucionárias nascidas na MSA:
• PSM4 (modo único paralelo 4 pistas)
• CWDM4 (multiplexador de divisão de comprimento de onda grosseira 4 pistas)
Entre eles, o uso da fibra PSM4 é 4 vezes o do CWDM4.Quando a distância do link é longa, o custo da solução CWDM4 é relativamente baixo.
Existem diferenças na aplicação de módulos ópticos em data centers em casa e no exterior.
No data center dos EUA, a interconexão de switch interno é dominada por fibra óptica de modo único. Na era 100G, os módulos ópticos CWDM4 / PSM4 são amplamente utilizados. Com o passar do tempo e o aumento da velocidade do módulo, a proporção de fibra multimodo e cabo DAC de conexão direta no esquema de interconexão interna do data center dos EUA se tornará cada vez menor.
A interconexão de comutadores no data center chinês é dominada por fibra multimodo e a proporção de fibra monomodo está aumentando gradualmente. Atualmente, a demanda por 400G é muito pequena na China.Na era 100G, são usados os módulos SR4 / CWDM4.A maioria das interconexões entre servidores e comutadores usa cabo óptico ativo AOC.
Líder em rede de transmissão de fibra óptica: módulo óptico CWDM
O módulo óptico CWDM usa a tecnologia CWDM, que pode combinar sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda através de um multiplexador de divisão de comprimento de onda externo e transmiti-lo através de uma única fibra, economizando recursos de fibra. Ao mesmo tempo, o receptor precisa usar o desmultiplexador de ondas para decompor o sinal óptico complexo.
Os módulos ópticos CWDM são geralmente usados em sistemas CWDM, que têm um custo mais baixo que os módulos ópticos DWDM e são amplamente utilizados. Em um sistema CWDM, o módulo óptico CWDM é inserido no comutador e o módulo óptico CWDM é conectado ao desmultiplexador CWDM ou ao multiplexador ótico add-drop OADM com um jumper para funcionar.
O módulo óptico CWDM desempenhou um grande papel no sistema CWDM e resolveu com sucesso os problemas na rede de transmissão de fibra óptica. Existem 8 vantagens dos módulos ópticos CWDM, resumidos da seguinte forma:
1. Transmissão de dados "transparente";
2. Capacidade super grande, faça pleno uso dos enormes recursos de largura de banda da fibra óptica;
3. Economize bastante os recursos de fibra óptica e reduza o custo de construção;
4. Alta flexibilidade de rede, economia e confiabilidade;
5. Rede totalmente óptica pode ser trocada para realizar transmissão de relé de longa distância sem eletricidade;
6. Módulo laser simplificado, que reduz o tamanho do equipamento e economiza espaço na sala de equipamentos;
7. A recuperação da camada óptica é independente dos negócios e da taxa e pode proteger efetivamente os dados;
8. Não há necessidade de refrigerador semicondutor e função de controle de temperatura, para reduzir significativamente o consumo de energia, apenas 12,5% do DWDM.
Cenário de aplicação do módulo óptico do portador 5G
A era 5G está chegando, trazendo oportunidades de negócios ilimitadas para o campo das comunicações ópticas.Os módulos ópticos baseados em estações base 5G tornaram-se pontos críticos de pesquisa nos últimos dois anos. A rede de portadores 5G é geralmente dividida em uma camada de acesso ao metrô, uma camada de convergência do metrô, uma camada central do metrô / troncos intra-provinciais, que realiza as funções de fronthaul e midhahahaul dos serviços 5G, entre eles cada camada de equipamento depende principalmente de módulos ópticos para interconexão .
Sob a condição de rede de 5G fronthaul, o módulo de taxa de 25Gb / s (eCPRI / CPRI) é baseado principalmente no SFP28. O módulo bidirecional de fibra dupla, bidirecional de fibra única, módulo de 25G WDM (incluindo ajuste de comprimento de onda ajustável) e outras soluções podem reduzir o uso de fibra e reduzir consideravelmente os custos de construção.
O Transit pode usar os dispositivos ópticos 25G maduros existentes e usar a tecnologia PAM4 para dobrar a largura de banda dos dispositivos ópticos; as distâncias de transmissão de 10 km e 40 km cobrirão mais de 90% dos cenários de aplicação, e as distâncias de transmissão de mais de 80 km usarão tecnologia coerente.
Os cenários típicos de aplicação e a análise de requisitos dos módulos ópticos 5G são mostrados na Tabela 1.
O cenário típico de aplicação do fronthaul 5G é mostrado na Figura 2. Ele inclui conexão direta por fibra, WDM passivo e WDM ativo / rede de transmissão óptica (OTN) / rede de pacotes de fatia (SPN). O cenário de conexão direta por fibra óptica geralmente usa um módulo de luz cinza de 25 Gb / s, que suporta dois tipos de bidirecional de fibra dupla e bidirecional de fibra única, incluindo principalmente duas distâncias de transmissão de 300m e 10km. Os cenários WDM passivos incluem principalmente WDM passivo ponto a ponto e WDM-PON, etc., usando um par ou uma fibra óptica para alcançar a conexão entre várias AAUs às DUs, normalmente exigindo módulos de luz colorida de 10 Gb / s ou 25 Gb / s. Para cenas WDM / OTN ativas, geralmente são necessários módulos de luz cinza de curto alcance de 10 Gb / s ou 25 Gb / s entre equipamentos AAU / DU e WDM / OTN / SPN e N × 10/25/50 entre equipamentos WDM / OTN / SPN Módulo de luz de cor bidirecional de fibra dupla / 100Gb / s de taxa igual ou fibra bidirecional de fibra única.
Figura 2 | Cenários típicos de aplicação do fronthaul 5G
Os requisitos típicos para módulos ópticos em cenários de aplicativos de fronthaul 5G são os seguintes:
(1) Satisfaça a faixa de temperatura de nível industrial e os altos requisitos de confiabilidade: considerando o ambiente de aplicação para todos os ambientes externos da AAU, o módulo óptico dianteiro precisa atender à faixa de temperatura de grau industrial de -40 ° C a + 85 ° C, além de requisitos à prova de poeira.
(2) Baixo custo: Espera-se que a demanda total por módulos ópticos 5G exceda 4G, especialmente para módulos ópticos de fronthaul que podem ter dezenas de milhões de pedidos.O baixo custo é uma das principais demandas da indústria por módulos ópticos. O backhaul 5G abrange a camada de acesso metro, a camada de convergência e a camada principal.Os módulos ópticos necessários não são muito diferentes daqueles usados nas redes de transmissão e nos datacenters existentes.A camada de acesso utilizará principalmente 25Gb / s, 50Gb / Para módulos de luz cinza ou colorido com s, 100 Gb / s, etc., os módulos de luz colorido DWDM com taxas de 100 Gb / s, 200 Gb / s, 400 Gb / s e outras taxas serão usados na camada de convergência e acima.
Status de desenvolvimento do módulo óptico do portador 5G
Atualmente, organizações de padronização nacionais e internacionais ITU (ITU-T), Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), Fórum de Interconexão Óptica (OIF), 4WDM e outros acordos de várias fontes (MSA), China Communications Standards Association (CCSA), etc. estão realizando A especificação dos módulos ópticos relacionados ao portador 5G é formulada, e os tipos e características de interface dos módulos envolvidos são diferentes e variados. O módulo óptico de fronthaul inclui principalmente dois tipos principais de velocidade de 25Gb / se 100Gb / se suporta uma distância de transmissão típica de centenas de metros a 20km.O status técnico específico é mostrado na Tabela 2.
O módulo óptico de backhaul 5G inclui principalmente taxas de 25Gb / s, 50Gb / s, 100Gb / s, 200Gb / s, 400Gb / s e outras taxas.A distância de transmissão típica é de vários quilômetros a centenas de quilômetros.Ele suporta CPRI, eCPRI, Ethernet , OTN e outros protocolos de interface, bem como NRZ, PAM4, DMT e outros formatos de modulação, o status técnico específico é mostrado na Tabela 3.
Com o desenvolvimento da tecnologia de chips para dispositivos ópticos, padrões e requisitos de aplicação, os tipos de módulos ópticos podem aumentar no futuro. Muitos tipos e especificações de produtos levarão à fragmentação do mercado geral da indústria de módulos ópticos e ao desperdício de recursos em muitos elos, como P&D, fabricação, operação e manutenção na cadeia a montante e a jusante da cadeia industrial.
