400G ZR e ZR+: a perspectiva de uma empresa de engenharia de sistemas 

Introdução 

A tecnologia coerente tem sido o padrão para redes de fibra óptica em transmissões de 100 Gbps e superiores, em distâncias >= 40 km, há mais de 10 anos. As conexões de dados da borda ao núcleo dependem fortemente da óptica coerente.

Por volta de 2017, o OIF (Optical Internetworking Forum) começou a formar um acordo de implementação (400ZR) com o objetivo de reduzir o custo das interconexões de data centers. Foi determinado que a maneira de fazer isso seria mover as funções coerentes do transponder para o roteador. Embora já houvesse óptica coerente conectada ao roteador antes, reconheceu-se que, para realmente reduzir custos e aumentar a eficiência, a óptica do cliente e a óptica coerente devem ter o mesmo formato. O Acordo de Implementação OIF 400ZR padronizou o caminho a seguir usando form factors como QSFP-DD e OSFP, que podem ser instalados diretamente em um roteador ou switch em um data center. Entre outras vantagens, esse tipo de plugável revoluciona o IP sobre DWDM (IPoDWDM), eliminando a penalidade de espaço anterior da óptica DWDM, historicamente cerca de 2x maior em tamanho do que a óptica do cliente. 

O OIF 400ZR define ainda a interface coerente conectável 400G para uso em links ponto a ponto de até 120 km. As aplicações de destino 400ZR incluem a interconexão de locais de cache de data centers locais a escritórios de pontos de presença metropolitanos (POP ou backhaul) e a interconexão de vários data centers em áreas metropolitanas. As vantagens da óptica coerente conectável incluem: 

• Custo mais baixo. 
• Complexidade de rede reduzida. 
• Interoperabilidade multifornecedor. 
• Maior alcance. 

Embora essas aplicações DCI abaixo de 120 km impulsionadas por hiperscaladores tenham sido o foco principal do 400ZR, a demanda continua a impulsionar e expandir a tecnologia para outros segmentos de mercado e aplicações, como o fornecimento de interconexão 400G para grandes redes empresariais e anéis inmetro, eliminando a necessidade de transporte caro/sistemas de linha. Tanto os data centers corporativos quanto as redes metropolitanas enfrentam um tráfego de dados crescente, o que pressiona o desempenho da rede. As soluções de rede DCI e metropolitana de próxima geração estão centradas em links DWDM de médio alcance e alta capacidade com suporte para 400G. No entanto, as operadoras de cabo e de telecomunicações e os provedores de serviços de rede de transporte têm necessidades diferentes, o que levou a vários padrões relacionados ao 400ZR original, incluindo OpenZR+, OpenROADM e CableLabs P2P.

Padrões, Form Factors e Poderes de Transmissão 

Na indústria, você verá 400ZR/400G ZR e OpenZR+/400G ZR+ usados de forma intercambiável. Estes são o nome padrão/nome conectável, respectivamente. A nível organizacional, a diferença entre os padrões 400ZR e OpenZR+ é que o 400ZR é gerido pela OIF e o OpenZR+ é organizado como um grupo MSA, ambos com todos os principais intervenientes da indústria a trabalhar em conjunto. O 400ZR é classificado apenas para distâncias de 120 km e não possui múltiplas opções de modulação ou taxa, enquanto o OpenZR+ (400ZR+) está aberto à configuração para diferentes modulações e taxas de dados, o que apresenta muito mais opções, bem como algumas complexidades adicionais. 

Semelhante ao que tem acontecido no resto do mercado 400G nos últimos 2-3 anos, o formato QSFP-DD está se tornando líder de mercado para óptica coerente deste tipo. As principais características de 2 formas básicas de produto para 400G ZR e 400G ZR+ são mostradas abaixo: 

400G ZR QSFP-DD 

• Acordo de Implementação OIF. 
• Banda C DWDM ajustável (espaçamento de 100 e 75 GHz). 
• 400 GbE. 
• DP-16QAM. 

• C-FEC (correção de erro de encaminhamento concatenado). 
• Potência de transmissão > -10 dBm. 
• Alcance de até 120 km (com amplificação). 

Nota: a especificação OIF TX define –10 dBm como o valor mínimo, no entanto, a potência TX normalmente será maior do que –8/–9 dBm. Além disso, uma versão 400G ZRHT QSFP-DD também está sendo disponibilizada, que será uma variante de “alta transmissão” em torno de 0 dBm. 

400G ZR+ QSFP-DD 

• OpenZR+MSA. 
• Banda C DWDM ajustável (espaçamento de 100 e 75 GHz). 
• Multitaxa 400G-100G. 
• DP-16QAM (400G) / DP-8QAM (300G) / DP-QPSK (200G/100G). 
• O-FEC (correção de erro de encaminhamento aberto) e C-FEC. 
• Potência TX: -10 dBm => valor mínimo da especificação OpenZR+ 400G. ~0 dBm => valor esperado para muitos operadores. 

0 dBm => desenvolvimento contínuo. 

• Alcance de 500 km+ (com amplificação) – O alcance real irá variar dependendo do design da rede. 

Embora uma potência de saída TX de -10 dBm seja a especificação mínima para qualquer padrão do setor, isso apresenta limitações em termos de distância, como vimos nas primeiras implantações de 400G ZR e também em implantações brownfield com o design de rede de transporte existente. A maioria dos OLSs (sistemas de linha óptica) ou ROADMs (multiplexadores add-drop ópticos reconfiguráveis) normalmente têm um requisito de entrada de 0 dBm. Portanto, se houver necessidade de conectar-se a outro tipo de equipamento de transporte, como um OLS ou ROADMs ao longo da rede – seja porque existe uma rota lá ou porque você precisa percorrer distâncias ultralongas – é necessária uma entrada mínima de 0 dBm para aqueles sistemas versus a – 10 dBm. Uma potência de saída TX de -10 dBm é um sinal óptico muito baixo e não será capaz de fazer interface com um OLS ou ROADM devido a este requisito de entrada de energia. Os produtos de maior potência de transmissão (0 dBm) proporcionam maior orçamento de link e reduzem a dependência da amplificação. Quanto mais você reduzir a dependência da amplificação, melhor será o OSNR (relação sinal-ruído óptico) que você alcançará em um link e mais longe você poderá ir. 

Nesse sentido, parece que 0 dBm está se tornando o novo requisito mínimo não oficial à medida que o mercado tende para 400G ZR+ e toda a flexibilidade e capacidade que o Open ZR+ traz – incluindo solicitações de +3 dBm, +5 dBm e assim por diante. Como essa maior potência de transmissão é alcançada? Essencialmente com um mini EDFA (amplificador de fibra dopada com érbio) embutido no transceptor que é capaz de aumentar os níveis de transmissão de -10 a 0, +3 ou superior. Obviamente, a desvantagem é que a maior potência de transmissão vem de um maior consumo de energia e de um design muito complexo para encaixar o componente de amplificação em um espaço já apertado com o atual formato QSFP-DD. Portanto, a óptica de -10 dBm ainda terá um ponto ideal com aplicações de distância de 120 km ou menos, o que é adequado para um orçamento de energia mais baixo. 

Eles são Conectáveis: Não Plug-n-Play 

Com todo o entusiasmo e promessa proporcionados por esta nova tecnologia coerente, é preciso ter em mente que estes não são apenas um transceptor que se pode comprar na prateleira, conectar e esperar que funcione. Ao contrário de 10G LR e 100G LR4, por exemplo, que são bastante simples em termos de implantação, as variantes 400G ZR e ZR+ têm muita complexidade incorporada com sua imensa funcionalidade. Essas ópticas devem ser consideradas dentro do contexto de todo o projeto de rede: a potência TX, a amplificação, o tipo de Mux/Demux, extensão de fibra, OSNR, ROADMs, etc., todos esses fatores são importantes em termos de implementação de rede bem-sucedida de Tecnologia 400G ZR/ZR+. É por esse motivo que a Precision OT escreveu este white paper, e o que você não encontrar nele, certamente poderá descobrir ligando para nossos especialistas em rede. Temos experiência com redes IP e redes de transporte e tudo o que está entre e ao longo da periferia. Nossas equipes de engenharia, desenvolvimento e integração de sistemas estão trabalhando arduamente em soluções externas para tornar todas as opções 400G ZR/ZR+ mais implantáveis e fáceis de usar para todos os níveis de provedores de rede. 

Uma Abordagem de Engenharia e Integração de Sistemas 

Quando se trata de implantar o 400ZR em sua rede, não existe uma abordagem de gerenciamento que sirva para todos. Dependendo de quanta integração você precisa fazer com a infraestrutura de rede existente versus a nova implantação nova, sua rede deve ser flexível o suficiente para lidar com cada situação única. Quer o seu mundo seja IP ou Transporte ou algo intermediário, a FonNet Networks / Precision Optical Technologies oferece uma compreensão ampla e profunda de todas as redes de fibra óptica.