Пришло время 100G!

Автор статьи: Насиев Аскар Кайратович, президент Alcatel-Lucent в Казахстане и Центральной Азии

Рост популярности видео-услуг, перевод телевизионного вещание на "цифру" и переход к формату высокой четкости (HD), а также консолидация ИТ-ресурсов в дата-центрах - все это ведет к быстрому увеличению объема трафика данных. Эксперты Telegeography полагают, что в ближайшем будущем потребности в полосе пропускания будут удваиваться каждые три года. Рост этих потребностей сопровождается развитием сетевых технологий. Так, в 2010 году институт IEEE стандартизовал технологии 40-Gigabit Ethernet и100-Gigabit Ethernet, тогда же появились коммерческие решения с такими интерфейсами.

Скоростной транспорт

Существующие решения 100-Gigabit Ethernet "в чистом виде" имеют "дальнобойность" только до 10 км. Для передачи высокоскоростных потоков на большие расстояния требуются магистральные транспортные сети. Физический уровень современных транспортных сетей базируется на оптических кабелях и технологии спектрального уплотнения DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Она предусматривает передачу по одному волокну большого числа оптических каналов на разных длинах волнах, или, как говорят, "разного цвета".

Компания Alcatel-Lucent - один из пионеров создания системы спектрального уплотнения. Первые такие системы, вводимые в коммерческую эксплуатацию с середины 90-х годов, предусматривали мультиплексирование от четырех до восьми спектральных каналов 2,5 Гбит/с, т.е. обеспечивали скорость 10-20 Гбит/с на одно волокно. За прошедшее время технология оптической связи шагнула далеко вперед, и к 2010 году пропускная способность систем DWDM уже достигла терабитного уровня, который реализуется, например, мультиплексированием 100 каналов по 10 Гбит/с.

На основании последних исследований следует ожидать, что в ближайшие годы во всем мире, а также в Казахстане и СНГ, будут востребованы системы с общей пропускной способностью до 8-10 Тбит/с. Компания Alcatel-Lucent уже готова обеспечить эти требования. Так, серийно выпускаемая компанией DWDM-система 1830 PSS поддерживает все существующие в настоящее время скоростные каналы (10, 40 и 100 Гбит/с) и имеет максимальную пропускную способность 8,8 Тбит/с (88 x 100 Гбит/с).

Следует заметить, что разработчики транспортных систем столкнулись с серьезными сложностями при реализации каналов 100 Гбит/с. Еще при создании систем на 40 Гбит/с стала понятна необходимость отказа от традиционных способов повышения скорости передачи, которые заключаются в сокращения ширины оптических импульсов. Связано это с рядом экономических и технических причин, в частности, с жесткими требованиями по компенсации дисперсии. Для решения поставленных задач были предложены различные методы, но важнейшим направлением исследований стал выбор нового формата модуляции. Разработчики оптического транспорта взяли на вооружение опыт своих коллег из радиосвязи, решив использовать методы фазовой манипуляции. Наиболее перспективным для 100-гигабитных систем сегодня считается квадратичная фазовая манипуляция (QPSK), дополненная методом двойной поляризации (Dual Polarization - DP).

В предлагаемых сегодня коммерческих продуктах, поддерживающих каналы 100 Гбит/с, помимо новой модуляции, используются и когерентные приемники. Они способны компенсировать возникающие в ходе передачи искажения путем цифровой обработки сигнала в микросхемах ASIC. Благодаря этому, не требуются дополнительные компенсаторы дисперсии в линии и для передачи потоков 100 Гбит/с можно применять практически любое из уже проложенных волокон. Это упрощает планирование и реализацию сети, а также позволяет операторам сохранить инвестиции, вложенные в построение кабельной инфраструктуры.

Операторы транспортных сетей стран СНГ проявляют все больший интерес к решениям 100G. Так, в декабре 2010 года компания Alcatel-Lucent продемонстрировала возможность модернизации существующих сетей DWDM в Казахстане с существенным увеличением их пропускной способности. Канал 100 Гбит/с был успешно включен на действующем участке сети "Казахтелеком" (между городами Алматы и Талдыкурган), на котором уже функционировало множество каналов 10 Гбит/с. Летом 2011 года Alcatel-Lucent и Ростелеком объявили о том, что когерентная технология 100G и 40G будет использована при создании новой транзитной высокоскоростной сети общей протяженностью 3500 км на магистральном направлении "Север-Юг" в Европейской части Российской Федерации. Запуск этой сети в коммерческую эксплуатацию намечен на первый квартал 2012 года.

Высокопроизводительное сетевое оборудование

Производительность микросхем и процессоров сетевого оборудования - маршрутизаторов и коммутаторов - должна быть существенно выше пропускной способности отдельных интерфейсов. Объясняется это хотя бы тем, что процессорам приходится обрабатывать трафик сразу с нескольких интерфейсов. Поэтому сегодня, когда в проектах уже применяются интерфейсы 100 Гбит/с, со всей актуальностью встал вопрос создания систем с производительность 400 Гбит/с. И Alcatel-Lucent решила эту задачу, представив летом 2011 года первый в мире сетевой процессор (FP3), способный работать с такой производительностью.

История развития процессоров FP такова. Выпустив в 2003 году сетевой процессор FP1 с производительностью 10 Гбит/с, Alcatel-Lucent создала основу для систем с высокой плотностью гигабитных портов, а также для решений с интерфейсами 10-Gigabit Ethernet. Появление в 2008 году сетевого процессора второго поколения (FP2), обрабатывающего 100 Гбит/с, открыло дорогу высокоплотным решениям с портами 10-Gigabit Ethernet, а также сетевым устройствам с интерфейсами 40/100-Gigabit Ethernet. Новый процессор FP3 способен обеспечить предоставление сетевых сервисов 10-, 40- и 100-Gigabit Ethernet с большой плотностью портов.

Микросхема FP3, производимая по 40-нм технологии, состоит из 288 внутренних процессоров, обрабатывающих более 300 млрд инструкций в секунду (BIPS). В ней реализован весь комплекс функций IP/MPLS. Наряду с поддержкой сотен тысяч сервисных интерфейсов, FP3 также позволяет реализовать гибкую иерархическую модель гарантированного качества обслуживания (QoS), что очень важно для предоставления современных услуг связи.

Еще быстрее

Сейчас активно обсуждается разработка стандартов на 400-Гбит/с и более скоростные интерфейсы. Такие интерфейсы будут стандартизованы и реализованы, предположительно, не ранее 2015 - 2016 гг. Однако использование процессоров FP3 в сетевых устройствах гарантирует, что в будущем они без проблем обеспечат переход на интерфейсы 400 Гбит/с.

Одно из впечатляющих достижений в области высокоскоростной передачи было показано в ходе демонстраций на европейской выставке и конференции по оптическим коммуникациям ECOC 2010 (Берлин, сентябрь 2010). В представленной Bell Labs экспериментальной системе была достигнута линейная скорость 606 Гбит/с при дальности передачи до 1600 км.

Исследователи прогнозируют, что главной целью в развитии систем спектрального уплотнения в следующем десятилетии станет достижение пропускной способности до 100 Tбит/с. Пока нет средств для достижения таких высоких целей. Но не вызывает сомнения, что мы имеем все шансы увидеть в ближайшем будущем новые впечатляющие результаты в развитии оптической магистральной связи.