400G ZR & ZR+: Die Perspektive eines Systemtechnikunternehmens

„400G-steckbare kohärente Optiken wie die ZR- und ZR+-Varianten weisen aufgrund ihrer immensen Funktionalität eine hohe Komplexität auf.”

Einführung in die steckbare kohärente 400G-Optik

Die kohärente Technologie ist seit mehr als 10 Jahren der Standard für Glasfasernetze für Übertragungen von 100 Gbit/s und höher bei Entfernungen >= 40 km. Datenverbindungen vom Rand zurück zum Kern hängen stark von kohärenter Optik ab. Im Aufstieg kohärenter steckbarer 400G-Optiken, wir sprachen über die Gabelung der kohärenter optischer Markt in zwei unterschiedliche Segmente mit Schwerpunkt auf: 

1. Höchste Leistungskapazität und Reichweite (typischerweise eingebettet) 
2. Steckbarkeit mit geringem Platzbedarf, geringem Stromverbrauch und niedrigen Kosten 

Um 2017 herum hat die OIF (Optical Internetworking Forum) begann mit der Ausarbeitung einer Implementierungsvereinbarung (400ZR) mit dem Ziel, die Kosten für Rechenzentrumsverbindungen zu senken. Es wurde beschlossen, dies durch die Verlagerung der kohärenten Transponderfunktionen in den Router zu erreichen. Während bereits zuvor kohärente Optiken in den Router eingesteckt wurden, wurde erkannt, dass die Client-Optik und die kohärente Optik den gleichen Formfaktor aufweisen müssen, um die Kosten wirklich zu senken und die Effizienz zu steigern. Die OIF 400ZR-Implementierungsvereinbarung standardisierte das weitere Vorgehen mithilfe von fFormfaktoren wie QSFP-DD und OSFP, die direkt in einen Router oder Switch in einem Rechenzentrum installiert werden können. Neben anderen Vorteilen revolutioniert dieser steckbare Typ IP über DWDM (IPoDWDM), indem er den bisherigen Platzbedarfsnachteil von DWDM-Optiken eliminiert, die in der Vergangenheit etwa doppelt so groß waren wie Client-Optiken. 

Das OIF 400ZR definiert die steckbare kohärente 400G-Schnittstelle für den Einsatz auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bis zu 120 km weiter. Zu den 400ZR-Zielanwendungen gehören die Verbindung lokaler Rechenzentrums-Caching-Standorte mit Metro-Point-of-Presence-Büros (POP oder Backhaul) und die Verbindung mehrerer Rechenzentren über Metropolregionen hinweg.  Zu den Vorteilen steckbarer kohärenter Optiken gehören: 

1. Niedrigere Kosten 
2. Reduzierte Netzwerkkomplexität 
3. Interoperabilität mit mehreren Anbietern 
4. Größere Reichweite 

Dabei standen diese von Hyperscalern gesteuerten DCI-Anwendungen unter 120 km im Mittelpunkt 400ZRDie Nachfrage treibt die Technologie weiterhin voran und weitet sie auf andere Marktsegmente und Anwendungen wie die Bereitstellung aus 400G-Verbindung zu großen Unternehmensnetzwerken und in Metro-Ringen, wodurch teure Transport-/Leitungssysteme überflüssig werden. Sowohl Unternehmensrechenzentren als auch Stadtnetze sind mit einem zunehmenden Datenverkehr konfrontiert, der die Netzwerkleistung unter Druck setzt. DCI- und Metro-Netzwerklösungen der nächsten Generation konzentrieren sich auf DWDM-Verbindungen mittlerer Reichweite und hoher Kapazität mit Unterstützung für 400G. Allerdings haben Kabel- und Telekommunikationsbetreiber sowie Anbieter von Transportnetzdiensten unterschiedliche Anforderungen, was zu mehreren Standards im Zusammenhang mit dem ursprünglichen 400ZR geführt hat einschließlich OpenZR+, OpenROADM, Und CableLabs P2P.  Einige davon besprechen wir in unserem Whitepaper „Der Leitfaden für Netzwerkbetreiber zu den neuesten Fortschritten bei 400G und 800G“. 

Standards, Formfaktoren und Übertragungsleistungen – Oh mein Gott! 

Innerhalb der Branche werden Sie sehen 400ZR/400G ZR und OpenZR+/400G ZR+ werden austauschbar verwendet. Dies sind jeweils der Standardname bzw. der steckbare Name. Auf Organisationsebene ist der Unterschied zwischen 400ZR und das OpenZR+ Standards bestehen darin, dass die 400ZR von der OIF verwaltet wird und die OpenZR+ als MSA-Gruppe organisiert ist, in der beide Hauptakteure der Branche zusammenarbeiten. Der 400ZR ist nur für Entfernungen von 120 km ausgelegt und verfügt nicht über mehrere Modulations- oder Ratenoptionen, während der OpenZR+ (400ZR+) für die Konfiguration verschiedener Modulations- und Datenraten offen ist, was viel mehr Optionen sowie einige zusätzliche Komplexitäten bietet. 

Ähnlich wie es im Rest des 400G-Marktes in den letzten zwei bis drei Jahren passiert ist, Der QSFP-DD-Formfaktor entwickelt sich zum Marktführer für kohärente Optiken dieser Art. Die Hauptmerkmale von zwei grundlegenden Produktformen für 400G ZR und 400G ZR+ sind unten aufgeführt: 

400G ZR QSFP-DD  

• OIF-Implementierungsvereinbarung
• Abstimmbares DWDM-C-Band (100- und 75-GHz-Abstand)
• 400 GbE
• DP-16QAM 
• C-FEC (Concatenated Forward Error Correction)
• Sendeleistung > -10 dBm 
• bis zu 120 km Reichweite (mit Verstärkung) 

Notiz: Die OIF-TX-Spezifikation definiert –10 dBm als Mindestwert, die TX-Leistung liegt jedoch normalerweise bei –8/–9 dBm. Darüber hinaus wird auch eine 400G ZRHT QSFP-DD-Version verfügbar sein, bei der es sich um eine „High Transmit“-Variante um 0 dBm handelt. 

400G ZR+ QSFP-DD  

• OpenZR+ MSA
• Abstimmbares DWDM-C-Band (100- und 75-GHz-Abstand)
• 400G-100G Multirate
• DP-16QAM (400G) / DP-8QAM (300G / DP-QPSK (200G/100G) 
• O-FEC (Open Forward Error Correction) und C-FEC
• Sendeleistung: 
  • -10 dBm => Mindestwert aus der OpenZR+ 400G-Spezifikation 
  • ~0 dBm => erwarteter Wert für viele Betreiber 
  • >0 dBm => ständige Weiterentwicklung 
• Über 500 km Reichweite (mit Verstärkung) – Die tatsächliche Reichweite variiert je nach Netzwerkdesign

Während eine TX-Ausgangsleistung von -10 dBm die Mindestspezifikation für beide Industriestandards ist, stellt dies Einschränkungen hinsichtlich der Entfernung dar, wie wir bei frühen Einsätzen von 400G ZR und auch bei Brownfield-Einsätzen mit bestehendem Transportnetzwerkdesign gesehen haben. Die meisten OLSs (optische Leitungssysteme) oder ROADMs (rekonfigurierbar). Typischerweise handelt es sich dabei um optische Add-Drop-Multiplexer haben einen Eingangsbedarf von 0 dBm. Wenn also eine Verbindung zu anderen Transportgeräten wie einem OLS oder ROADMs entlang des Netzwerks erforderlich ist – sei es, weil dort eine Route vorhanden ist oder Sie extreme Langstrecken zurücklegen müssen –, ist hierfür ein Eingang von mindestens 0 dBm erforderlich Systeme gegenüber a – 10 dBm. Eine TX-Ausgangsleistung von -10 dBm ist für ein optisches Signal zu niedrig und kann aufgrund dieser Leistungseingangsanforderung nicht an ein OLS oder ROADM angeschlossen werden. Die Produkte mit höherer Sendeleistung (0 dBm) bieten ein höheres Verbindungsbudget und verringern die Abhängigkeit von der Verstärkung. Je mehr Sie die Abhängigkeit von der Verstärkung verringern, desto besser ist das OSNR (optisches Signal-Rausch-Verhältnis) in einer Verbindung und desto weiter können Sie gehen.   

In diesem Sinne scheint es, dass 0 dBm zur inoffiziellen neuen Mindestanforderung wird, da der Markt zu 400G ZR+ und all der Flexibilität und Leistungsfähigkeit tendiert, die Open ZR+ mit sich bringt – einschließlich Anfragen nach +3 dBm, +5 dBm usw. Wie wird diese höhere Sendeleistung erreicht? Im Wesentlichen mit einem Mini-EDFA (Erbium-dotierter Faserverstärker), der direkt in den Transceiver integriert ist und die Sendepegel von -10 auf 0,+3 oder mehr steigern kann. Der Nachteil besteht natürlich darin, dass eine höhere Sendeleistung mit einem höheren Stromverbrauch und einem sehr komplexen Design einhergeht, um die Verstärkungskomponente auf ohnehin schon engem Raum mit dem aktuellen QSFP-DD-Formfaktor unterzubringen. Daher sind -10-dBm-Optiken bei Anwendungen über 120 km oder kürzere Entfernungen immer noch ideal, was bei einem geringeren Leistungsbudget in Ordnung ist. 

Sie sind steckbar: kein Plug-n-Play 

Bei all der Spannung und dem Versprechen, das diese neue kohärente Technologie bietet, darf man nicht vergessen, dass es sich hierbei nicht nur um einen Transceiver handelt, den man von der Stange kauft, einsteckt und von dem man erwartet, dass er funktioniert. Im Gegensatz zu beispielsweise 10G LR und 100G LR4, die in Bezug auf die Bereitstellung recht unkompliziert sind, weisen die Varianten 400G ZR und ZR+ aufgrund ihrer immensen Funktionalität eine hohe Komplexität auf. Diese Optik muss im Kontext eines gesamten Netzwerkdesigns berücksichtigt werden: die TX-Leistung, die Verstärkung, die Art von Mux/Demux, Glasfaserspannweite, OSNR, ROADMs usw. – alle diese Faktoren sind für eine erfolgreiche Netzwerkimplementierung von Bedeutung 400G ZR/ZR+-Technologie. Aus diesem Grund hat Precision OT dies geschrieben weißes Papier, und was Sie dort nicht finden können, können Sie sicherlich herausfinden, indem Sie unseren Netzwerkexperten eine geben Forderung. Wir haben Erfahrung mit IP-Netzwerken und Transportnetzwerken sowie allem dazwischen und entlang der Peripherie. Unsere Systemtechnik-, Entwicklungs- und Integrationsteams arbeiten intensiv an externen Lösungen, um alle 400G ZR/ZR+-Optionen für alle Ebenen von Netzwerkanbietern besser einsetzbar und benutzerfreundlicher zu machen. 

Ein Systemtechnik- und Integrationsansatz 

Wenn es um die Bereitstellung von 400ZR in Ihrem Netzwerk geht, gibt es keinen einheitlichen Verwaltungsansatz. Je nachdem, wie viel Integration Sie in die bestehende Netzwerkinfrastruktur im Vergleich zu einer Neubereitstellung auf der grünen Wiese benötigen, muss Ihr Netzwerk flexibel genug sein, um jede einzelne Situation zu bewältigen. Ganz gleich, ob Ihre Welt IP oder Transport ist oder irgendwo dazwischen liegt, Precision Optical Technologies deckt Sie mit einem umfassenden und tiefen Verständnis aller Aspekte von Glasfasernetzen ab.