400G ZR y ZR+: la perspectiva de una empresa de ingeniería de sistemas

“Las ópticas coherentes enchufables de 400G, como las variantes ZR y ZR+, tienen mucha complejidad incorporada con su inmensa funcionalidad..”

Introducción a la óptica coherente enchufable 400G

La tecnología coherente ha sido el estándar para las redes de fibra óptica para transmisiones de 100 Gbps y superiores a distancias >= 40 km durante más de 10 años. Las conexiones de datos desde el borde hasta el núcleo dependen en gran medida de una óptica coherente. En el Aumento de la óptica conectable coherente de 400G, hablamos de la bifurcación de la mercado óptico coherente en dos segmentos distintos centrados en: 

1. Máxima capacidad de rendimiento y alcance (normalmente integrado) 
2. Capacidad de conexión con una huella pequeña, baja potencia y bajo costo 

Alrededor de 2017, la OIF (Foro de interconexión de redes ópticas) comenzó a formar un acuerdo de implementación (400ZR) con el objetivo de reducir el costo de las interconexiones del centro de datos. Se determinó que la forma de hacerlo sería trasladar las funciones coherentes del transpondedor al enrutador. Si bien anteriormente se habían conectado ópticas coherentes al enrutador, se reconoció que para reducir realmente los costos y aumentar la eficiencia, la óptica del cliente y la óptica coherente deben tener el mismo factor de forma. El Acuerdo de Implementación OIF 400ZR estandarizó el camino a seguir usando fFactores de forma como QSFP-DD y OSFP que se pueden instalar directamente en un enrutador o conmutador en un centro de datos. Entre otras ventajas, este tipo de conectable revoluciona IP sobre DWDM (IPoDWDM) al eliminar la penalización de huella anterior de las ópticas DWDM que históricamente han sido ~2 veces más grandes que las ópticas del cliente. 

El OIF 400ZR define aún más la interfaz coherente conectable 400G para uso en enlaces punto a punto de hasta 120 km. Las aplicaciones objetivo de 400ZR incluyen la interconexión de sitios de almacenamiento en caché de centros de datos locales con oficinas de punto de presencia (POP o backhaul) metropolitanas y la interconexión de múltiples centros de datos en áreas metropolitanas.  Las ventajas de la óptica coherente enchufable incluyen: 

1. Costo más bajo 
2. Complejidad de red reducida 
3. Interoperabilidad de múltiples proveedores 
4. Mayor alcance 

Si bien estas aplicaciones DCI de menos de 120 km impulsadas por hiperescaladores fueron el foco principal de 400ZR, la demanda continúa impulsando y expandiendo la tecnología a otros segmentos del mercado y aplicaciones, como proporcionar Interconexión 400G a redes de grandes empresas y en anillos de metro, eliminando la necesidad de costosos sistemas de transporte/línea. Tanto los centros de datos empresariales como las redes metropolitanas se enfrentan a un tráfico de datos cada vez mayor que ejerce presión sobre el rendimiento de la red. Las soluciones de red metropolitana y DCI de próxima generación se centran en enlaces DWDM de alta capacidad y rango medio con soporte para 400G. Sin embargo, los operadores de cable y telecomunicaciones y los proveedores de servicios de redes de transporte tienen diferentes necesidades, lo que ha llevado a múltiples estándares relacionados con el 400ZR original. incluido AbrirZR+, OpenROADM, y CableLabs P2P.  Discutimos algunos de estos en nuestro libro blanco “La guía del operador de red sobre los últimos avances en 400G y 800G”. 

Estándares, factores de forma y potencias de transmisión: ¡vaya! 

Dentro de la industria, verá 400ZR/400G ZR y OpenZR+/400G ZR+ usados indistintamente. Estos son el nombre estándar/nombre conectable, respectivamente. A nivel de organización, la diferencia entre el 400ZR y el AbrirZR+ estándares es que el 400ZR es administrado por la OIF y el OpenZR+ está organizado como un grupo MSA, ambos con los principales actores de la industria trabajando juntos. El 400ZR solo está clasificado para distancias de 120 km y no tiene múltiples opciones de modulación o velocidad, mientras que OpenZR+(400ZR+) está abierto a la configuración para diferentes velocidades de modulación y datos, lo que presenta muchas más opciones, así como algunas complejidades adicionales. 

Similar a lo que ha estado sucediendo en el resto del mercado de 400G en los últimos 2-3 años, el factor de forma QSFP-DD se está convirtiendo en el líder del mercado de óptica coherente de este tipo. A continuación se muestran las características principales de 2 formas de productos básicos para 400G ZR y 400G ZR+: 

400G ZR QSFP-DD  

• Acuerdo de Implementación de la OIF
• Banda C DWDM sintonizable (espaciado de 100 y 75 GHz)
• 400GbE
• DP-16QAM 
• C-FEC (Corrección de errores de reenvío concatenada)
• Potencia de transmisión > -10 dBm 
• hasta 120 km de alcance (con amplificación) 

Nota: la especificación OIF TX define –10 dBm como el valor mínimo, sin embargo, la potencia de TX normalmente será mayor que la de –8/–9 dBm. Además, también está disponible una versión 400G ZRHT QSFP-DD que será una variante de "alta transmisión" alrededor de 0 dBm. 

400G ZR+ QSFP-DD  

• OpenZR+MSA
• Banda C DWDM sintonizable (espaciado de 100 y 75 GHz)
• 400G-100G Multitarifa
• DP-16QAM (400G) / DP-8QAM (300G / DP-QPSK (200G/100G) 
• O-FEC (Corrección de errores de reenvío abierto) y C-FEC
• Poder TX: 
  • -10 dBm => valor mínimo de la especificación OpenZR+ 400G 
  • ~0 dBm => valor esperado para muchos operadores 
  • >0 dBm => desarrollo continuo 
• Alcance de más de 500 km (con amplificación): el alcance real variará según el diseño de la red

Si bien una potencia de salida de TX de -10 dBm es la especificación mínima para cualquiera de los estándares de la industria, esto presenta limitaciones en términos de distancia, como hemos visto en las primeras implementaciones de 400G ZR y también en las implementaciones brownfield con el diseño de red de transporte existente. La mayoría de los OLS (sistemas de línea óptica) o ROADM (reconfigurables multiplexores ópticos add-drop) típicamente tienen un requisito de entrada de 0 dBm. Por lo tanto, si es necesario conectarse a otro tipo de equipo de transporte, como un OLS o ROADM a lo largo de la red, ya sea porque hay una ruta existente allí o porque necesita recorrer distancias ultralargas, se requiere una entrada mínima de 0 dBm para esos sistemas frente a – 10 dBm. Una potencia de salida de TX de -10 dBm es una señal óptica demasiado baja y no podrá interactuar con un OLS o un ROADM debido a este requisito de entrada de potencia. Los productos de mayor potencia de transmisión (0 dBm) proporcionan un mayor presupuesto de enlace y reducen la dependencia de la amplificación. Cuanto más reduzca la dependencia de la amplificación, mejor será la OSNR (relación señal óptica a ruido) que logrará en un enlace y más lejos podrá llegar.   

En ese sentido, parece que 0 dBm se está convirtiendo en el nuevo requisito mínimo no oficial a medida que el mercado tiende hacia 400G ZR+ y toda la flexibilidad y capacidad que brinda Open ZR+, incluidas las solicitudes de +3 dBm, +5 dBm, etc. ¿Cómo se logra esa mayor potencia de transmisión? Esencialmente con un mini EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio) integrado directamente en el transceptor que es capaz de aumentar los niveles de transmisión de -10 a 0, +3 o más. Por supuesto, la contrapartida es que una mayor potencia de transmisión proviene de un mayor consumo de energía y un diseño muy complejo para adaptar el componente de amplificación en un espacio ya reducido con el factor de forma QSFP-DD actual. Por lo tanto, la óptica de -10 dBm seguirá teniendo un punto óptimo con aplicaciones de distancia de 120 km o más cortas que están bien con un presupuesto de energía más bajo. 

Son enchufables: no Plug-n-Play 

Con toda la emoción y la promesa que ofrece esta nueva tecnología coherente, vale la pena tener en cuenta que estos no son solo un transceptor que uno puede comprar, enchufar y esperar que funcione. A diferencia de 10G LR y 100G LR4, por ejemplo, que son bastante sencillos en términos de implementación, las variantes 400G ZR y ZR+ tienen mucha complejidad incorporada con su inmensa funcionalidad. Estas ópticas deben considerarse dentro del contexto de un diseño de red completo: la potencia de TX, la amplificación, el tipo de Mux/Demux, tramo de fibra, OSNR, ROADM, etc., todos estos factores son importantes en términos de implementación exitosa de red de Tecnología 400G ZR/ZR+. Es por eso que Precision OT escribió este papel blanco, y lo que no puede encontrar allí, sin duda puede averiguarlo dando a nuestros expertos en redes una llamar. Tenemos experiencia con redes IP y redes de transporte y todo lo que se encuentra en el medio ya lo largo de la periferia. Nuestros equipos de integración, desarrollo e ingeniería de sistemas están trabajando arduamente en soluciones externas para hacer que todas las opciones de 400G ZR / ZR+ sean más implementables y fáciles de usar para todos los niveles de proveedores de red. 

Un enfoque de integración e ingeniería de sistemas 

Cuando se trata de implementar 400ZR en su red, no existe un enfoque de administración único para todos. Dependiendo de cuánta integración necesite hacer con la infraestructura de red existente versus una nueva implementación totalmente nueva, su red debe ser lo suficientemente flexible para manejar cada situación única. Ya sea que su mundo sea IP o Transporte o algún punto intermedio, Precision Optical Technologies lo cubre con un conocimiento amplio y profundo de todo lo relacionado con las redes de fibra óptica.