Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Алгоритмы работы когерентных транспондеров транспортных систем связи. Монография
.pdf
21
Еще один из методов оценки качества приема оптического сигнала
является глаз-диаграмма. Она представляет собой результат многократного
наложения битовых последовательностей с генератора псевдослучайной
последовательности. Все вариации отображаются на одном экране, развертка
которого синхронизирована с частотой следования импульсов сигнала. Глаздиаграмма позволяет приближенно оценить значения Q-фактора.
В DWDM-системах с канальной скоростью более 100 Гбит/с в качестве
основного критерия, характеризующего работоспособность канала, является
отношение сигнал-помеха в оптическом диапазоне [26, 27]:
in
ASE NL
p
p
osnrp=
+
(1.5)
где – средняя мощность в канале, Вт;
– мощность шумов, вызванных спонтанной эмиссией фотонов, Вт;
– мощность шумов, обусловленная нелинейными процессами в
оптических волокнах, Вт.
Мощность шума нелинейности является величиной, которая
характеризует конкретную линию передачи и зависит от многих параметров.
В случае увеличения входной мощности сигнала влияние нелинейных
продуктов будет увеличиваться. Это говорит о том, что система связи со
скоростью более 100 Гбит/с обладает двумя режимами – линейными и
нелинейным (рисунок 1.8).
Рисунок 1.8 – Представление режимов работы каналов связи со
скоростью 100 Гбит/с [27]
22
Рассмотрение работоспособности современных систем связи не может
пройти без такого важного параметра, как OSNRT (в иностранных
источниках упоминается как OSNRR, OSNR
Req
). Это критически возможная
величина OSNR, при которой достигается пороговая чувствительность
фотоприемного устройства в транспондере, то есть значение OSNRT является
минимально возможным для детектирования оптического сигнала с
некоторым коэффициентом ошибок, не превышающим фиксированный
уровень. Точное значение OSNRT является индивидуальным для каждого
конкретного транспондера у производителя DWDM-оборудования.
1.3 Центры обработки данных
1.3.1 Основные определения
Наращивание производительности для магистральных и подводных
систем связи оказало также влияние на развитие metro-сетей и активное
появление ЦОДов и необходимости организации коротких безусилительных
участков с помощью высокоскоростных оптических подключений (рисунок
1.9) [28].
Рисунок 1.9 – Связь между ЦОДами
Переход на технологию когерентной передачи со скоростью в канале
более 100 Гбит/с может косвенно говорить о взаимосвязи ЦОДов с
наращиванием скоростей в системах связи операторов на всех уровнях. Так,
аналитики предполагают, что ежегодные среднегодовые темпы роста
составляют от 25 до 50% с некоторым разбросом по годам и регионам
(рисунок 1.10). Данная статистика коррелирует с данными Минкомсвязи
России, которое заявляет о ежегодном увеличении интернет-трафика в стране
на 30-40%.
23
Рисунок 1.10 – Мировой тренд прироста скоростных когерентных
каналов [29]
Прогноз показывает постепенное появление высокоскоростных каналов
со скоростью 800 Гбит/с и более, а также одновременное увеличение доли
когерентных систем передачи со скоростью 400 и 600 Гбит/с.
Условно рынок ЦОДов можно разделить на две части: ЦОД-операторы
(colocation) и собственные ЦОД (enterprise). ЦОД-операторы создают
инфраструктуру объекта «под ключ», предоставляя услуги по размещению
клиентского серверного оборудования на площадях автозала ЦОДа, либо
предлагают аренду серверного оборудования для развертывания
виртуальных сред под нужды клиента. Собственные ЦОД обычно строят
операторы связи для реализации корпоративных IT-задач, хотя последнее
время видна тенденция развертывания ЦОДов финансовыми структурами и
продуктовыми ритейлерами.
Помимо внутренних соединений высокой емкости внутри ЦОДа между
коммутаторами, маршрутизаторами и любым другим сетевым
оборудованием, расположенным в соседней стойке, автозале или на другом
этаже, существуют соединения между ЦОДами. Первый вид соединения
принято называть intra-DCI (от нескольких метров до десятков километров),
второй вид соединения – inter-DCI (от 80 до 120 километров) [30]. В
российском телекоммуникационного сегменте обычно используется более
широкий термин – межсоединение ЦОДов [31].
Главным мотивом активного развития этого направления являлся
положительный опыт использования CFP/CFP2 модулей, но с поправкой на
24
возможность использования менее мощных алгоритмов FEC и миниатюрного
форм-фактора (QSFP или OSFP), который позволил бы уменьшить
количество выделяемого тепла. Для примера стоит отметить, что OSFPмодуль выделяет порядка 15 Вт тепла, в то время как модули CFP/CFP2
выделяют тепла в диапазоне 25 – 35 Вт в зависимости от вендора. В случае
одного модуля данные тепловые выделения незначительны, но в рамках
одного ЦОДа, где на площади тысяч квадратных метров находится большое
количество активного телекоммуникационного оборудования, суммарные
затраты на кондиционирование автозалов будут значительны. Кроме этого,
одной из проблем является отведение выделяемого тепла в случае
высокоплотного размещения приемо-передающих модулей в крейте, корзине
или шасси.
До недавнего времени проектировщики оптических систем при
проектировании таких межсоединений использовали типовые решения в
виде когерентных транспондеров с канальной скоростью от 100 Гбит/с и
выше, но очевидно, что реализация такого решения имела очень высокие
капитальные затраты, что, в свою очередь, могло отражаться на стоимости
услуг для конечных пользователей [32].
1.3.2 Интерфейсы для ЦОД
Существенная часть затрат приходилась как раз на приемо-передающие
модули с высокопроизводительными алгоритмами помехоустойчивого
кодирования, что являлось избыточным для межсоеднинений ЦОДов.
Решение данной проблемы появилось в виде разработанных сравнительно
недавно интерфейсах:
− 400ZR/ZR+;
− OpenROADM (не путать с компонентом ROADM в DWDM);
− OpenZR+.
Данные интерфейсы решают проблему создания совместимого
когерентного интерфейса на скорости 400 Гбит/с, позволяя организовывать
короткие топологии типа «точка – точка» на расстоянии до 120 км, а
интерфейс OpenZR+ – до 480 км. Такое решение позволяет избежать
избыточного давления на оптическую сеть за счет постоянных включений
новых пар оптических волокон.
При более внимательном рассмотрении данных интерфейсов становится
понятным, что интерфейс 400ZR нацелен на удовлетворение растущих
потребностей ЦОДов и облачных операторов связи, где обычно
25
используются клиентские интерфейсы Ethernet со скорость 100, 400 Гбит/с. В
то время как интерфейс OpenZR+ предназначен не только для создания
коротких межсоединений для DCI, но и для передачи трафика в рамках
одного региона или области.
В случае с OpenROADM основной фокус направлен на традиционных
операторов связи, где передача клиентского трафика может осуществляться в
OTN-кадре. За счет использования нового oFEC и более крупного формфактора в виде CFP2-DCO данный интерфейс позволяет охватывать сети
регионального значения (рисунок 1.11). Хотя формально 400ZR/ZR+ и
OpenZR+ также могут использовать форм-факторы, отличные от QSFP/OSFP.
Мак симальная
производительность
Минимальная цена
DCI Городск ие сети Областны е сети Магистральные сети
400ZR
ZR+
OpenZR+
Транспондеры с интегрированной оптикой
OpenZR+
ZR+
Open ROADM
Проприетарный интерфейс
Совместимы й интерфейс
Совместимость с
транспондером
Совместимость с
маршрутизатором
Рисунок 1.11 – Схема применения 400ZR
Сводная таблица с отличиями данных интерфейсов приведена в таблице
1.1. Как было сказано выше, интерфейсы имеют утилитарную область
применения.
Таблица 1.1 – Таблица различий интерфейсов
Интерфейс
Тип FEC
Модуляция
ZR
OIF 400ZR
ITU G.709
cFEC
IEEE 802.33ck
16QAM
ZR+
oFEC
QPSK
8QAM
16QAM
26
Очевидно, что использование современных интерфейсов для
межсоединений позволяет легко объединять ресурсы нескольких ЦОДов для
удовлетворения потребностей в масштабируемости, совместного
использования рабочей нагрузки и др.
1.2. Телекоммуникационные производители
1.2.1 Структура международного рынка
На международном уровне, по оценкам аналитиков, рынок
телекоммуникационного оборудования по состоянию на 2021-2022 гг.
преимущественно разделен между тремя крупнейшими игроками: Huawei,
Ericsson, Nokia, получающих более 60% прибыли в данном сегменте
(рисунок 1.12).
Доля рынка, %
Huawei
32%
2018 2019 2020 2021
32%
16%
8%
0%
Nokia
Ericsson
ZTE
Cisco
Samsung
Ciena
2017
Рисунок 1.12 – Динамика изменения рыночных долей крупнейших вендоров
Кроме них, определенная доля продаж соответствующего оборудования
приходится на ZTE, Cisco, Ciena и Samsung. Производители-гиганты
стремятся диверсифицировать свое производство, предлагая не только
27
оборудование для транспортных и городских сетей, но также базовые
станции для сотовых операторов и решения для ЦОДов.
1.2.2 Структура рынка отечественных производителей
Оценка аналитиков J’son & Partners Consulting указывает, что в период с
2017 по 2021 год на российском рынке увеличивался спрос на системы связи
(таблица 1.2).
Таблица 1.2 – Общий объем российского телеком оборудования
2017
2018
2019
2020
2021
CAGR
2017-2021
Производство
оборудования,
млрд руб.
58,9
66,1
76,7
99,1
132,0
22,4%
Импорт,
млрд руб.
348,5
373,3
582,4
676,0
843,4
24,7%
Экспорт,
млрд руб.
29,3
31,4
36,4
26,5
31,7
2,0%
Общий объем
рынка, млрд руб.
378,2
408,1
622,7
748,6
943,7
25,7%
В денежном выражении наиболее значительный рост наблюдался в
сегменте транспортного DWDM-оборудования – рост составил 400%.
Результаты исследования NeoAnalytics [33] указывают на то, что в 2020 году
рынок транспортного DWDM-оборудования увеличился на 10% по
сравнению с предыдущим и составляет 195 млн долларов. Темп
последующего роста данного рынка с 2021 по 2023 годы прогнозируются до
13% в год.
В структуре основных потребителей магистрального оборудования
основная доля находится у ПАО «Ростелеком» – на данного оператора связи
приходится 30% рынка. Следом за ним располагается большая четверка
операторов связи (МТС, Вымпелком, Мегафон, Теле2) закупившая 60%
оборудования. Оставшаяся доля порядка 10% приходится на корпоративный
сектор. Одними из крупных игроков данного сегмента являются банковские
структуры, нефтегазовый сектор, а также транспортный сектор. Свои
инфраструктурные проекты реализует энергетический сектор через
аффилированных операторов, внедряя DWDM-системы на технологические
сети связи.
28
На российском рынке ситуации с продажей DWDM-оборудования
выглядит следующим образом: лидером в сегменте транспортных сетей с
общей долей в 57% также является Huawei, еще 35% рынка делят между
собой ECI, Nokia и российская Т8 (рисунок 1.13). Среди иных
производителей, представленных в России, доля которых составляет около
8%, можно отметить PacketLight, Ciena, ADVA, Ekinops, Infinera, Cisco, а
также некоторые отечественные компании [34].
В частности, помимо Т8, наиболее известными российскими
производителями DWDM-оборудования, имеющими статус ТОРП, являются
Супертел и QTech; помимо них, определенную долю российского рынка
занимает IPG Photonics с ее дочерней компанией «ИРЭ-Полюс».
Рисунок 1.13 – Доли поставщиков DWDM-оборудования в России
При этом российские операторы связи предпочитают одновременно
использовать оборудование, поставляемое разными – преимущественно
зарубежными – производителями (таблица 1.3). За счет гибкой ценовой
политики, приемлемого уровня сервиса и поддержки ведущие вендоры
DWDM-оборудования обеспечивают занятие устойчивой позиции на рынке
телекоммуникаций
Для оператора такой подход позволяет диверсифицировать
существующие мощности оператора, обеспечивая постепенные
переключения оптических каналов, модернизацию или реконструкцию
сегментов сети.
29
Таблица 1.3 – Операторы связи России [35]
п/п
Оператор
Бренд
DWDM-вендоры
1.
ПАО Ростелеком
Infinera, ECI Telecom, Huawei,
Infinera, NEC,
Nokia Networks, Т8
2.
ПАО Мобильные
телесистемы
МТС
Nokia, Cisco, ECI Telecom,
Huawei, Juniper
3.
ПАО Вымпелком
Билайн
Nokia, Ciena, Cisco, ECI Telecom,
Huawei, Juniper
4.
ПАО Мегафон
Мегафон
Cisco, Huawei, Juniper
5.
АО Компания
Транстелеком
ТТК
Nokia, Ciena, Cisco, ECI Telecom,
Huawei, ZTE
6.
АО ЭР-Телеком
Холдинг
Дом.ru
Ciena, Ekinops, Huawei, Juniper,
Nokia, ZTE
7.
АО РетнНет
RETN
Infinera, Juniper, Ciena
8.
ООО Транснефть
Телеком
Ciena, Infinera, Huawei, Juniper
9.
ООО Зумер
Зуммер
Ciena, PacketLight Networks, IPG
Photonics
10.
АО Коммуникации
для инноваций
Inoventica
ADVA Networks, Nokia Networks,
T8
11.
ООО Оранж Бизнес
Сервисез
Orange
Business
Services
Cisco, ECI Telecom, Huawei,
Juniper
12.
ООО Мобифон2000
ТГ «Мотив»
Ciena, Cisco, Ekinops, Juniper,
PacketLight
13.
АО Квант-телеком
Квант-
Телеком
ADVA, BTI Systems, Ciena, Cisco,
Ekinops, Juniper,
Nokia Networks
14.
ООО Глобалнет
GlobalNet
Ciena
15.
ЗАО Раском
РАСКОМ
Ciena
Стремясь конкурировать с иностранными поставщиками, российские
производители постоянно дополняют свои линейки оборудования
востребованным на рынке функционалом, до определенной степени повышая
спрос на отечественное оборудование. Но публичные данные по
сравнительному анализу отечественного и заграничного DWDM-
30
оборудования отсутствуют в явном виде, поэтому неизвестно, насколько всетаки достигнут паритет в вопросах функциональных возможностей.
Одновременно увеличению продаж оборудования российского
производства для нужд государственных органов и организаций, включая
силовые структуры, способствует проводимая в последние годы политика
импортозамещения. Однако в связи с отсутствием собственной элементной
базы остается заметным технологическое отставание российских
производителей, так как многие ключевые комплектующие приобретаются за
рубежом. А усиливающееся санкционное давление на такой чувствительный
сектор экономики усложняет логистику поставок высокоточных
измерительных приборов и оптоэлектрических компонентов и тормозит
развитие телеком-отрасли в целом.
1.3. Рынок DSP-процессоров
1.3.1 Общие термины
Ключевым моментом цифровой обработки сигнала (ЦОС) в составе
транспондеров стало развитие высокоскоростных аналого-цифровых
конвертеров (ADC) с помощью CMOS-технологии (рисунок 1.14).
2015201020001995 2005
Скорость,
Гвыб/ с
100
1
0,01
Годы
Рисунок 1.14 – Тренд развития CMOS ADC
Изначально ЦОС планировалось применять для ВОСП с IM/DD, но
фокус разработчиков быстро переместился на системы связи с цифровым
когерентным приемо-передающим модулем [36].
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]