400G及以上速率光傳送標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

  伴隨數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的廣泛建設(shè)和“東數(shù)西算”戰(zhàn)略的推進(jìn)，光網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求以20%以上的高速率增長，驅(qū)動(dòng)光傳送網(wǎng)持續(xù)向更高速更大容量演進(jìn)。目前，單波100G/200G的波分系統(tǒng)已經(jīng)在運(yùn)營商骨干網(wǎng)絡(luò)中規(guī)模商用，單波400G系統(tǒng)從城域網(wǎng)走向骨干網(wǎng)，成為業(yè)界關(guān)注和應(yīng)用的重點(diǎn)。伴隨400G光傳送標(biāo)準(zhǔn)在各標(biāo)準(zhǔn)組織基本成熟，B400G成為各標(biāo)準(zhǔn)組織新的熱點(diǎn)課題。

  光傳送標(biāo)準(zhǔn)組織總覽

  光傳送技術(shù)涉及的國際標(biāo)準(zhǔn)組織主要包括ITU-T SG15、OIF、IEEE802.3以及各類MSA(multi source agreement)，各國際標(biāo)準(zhǔn)組織的分工及與光傳送設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

  光傳送的客戶設(shè)備輸出的100/200/400/ 800GE以太網(wǎng)接口規(guī)范由IEEE802.3制定;波分設(shè)備與客戶設(shè)備連接的客戶側(cè)光模塊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由OIF/MSA制定;波分設(shè)備涉及的業(yè)務(wù)信號(hào)封裝和光傳送系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)范由ITU-T SG15制定，其中ITU-T SG15 Q5涉及光纖，Q6涉及波分系統(tǒng)和光器件，而Q11規(guī)范OTN的幀結(jié)構(gòu)、映射等技術(shù);線路側(cè)光模塊的實(shí)現(xiàn)由OIF/MSA制定。

  光傳送的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)組織主要為CCSA TC6 WG1和WG4工作組。WG1規(guī)范的波分設(shè)備具有很高的權(quán)威性，基本反映了國內(nèi)三大運(yùn)營商的需求和設(shè)備商的能力，而WG4主要規(guī)范不同速率不同應(yīng)用的光模塊標(biāo)準(zhǔn)。

  400G及以上速率光系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

  OIF近年來在400G和800G相干光系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化方面走在了各標(biāo)準(zhǔn)組織的前列。2022年，OIF完成了400ZR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前正在進(jìn)行800G LR和ZR的規(guī)范，包含光系統(tǒng)參數(shù)、FEC、DSP和OTN映射等技術(shù)，預(yù)計(jì)2024年底完成。OIF的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展對(duì)ITU-T和IEEE802.3的800G標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)動(dòng)向有著重要影響。

  IEEE802.3在以太網(wǎng)接口的規(guī)范方面有著絕對(duì)的權(quán)威性。IEEE802.3正在規(guī)范800G/1.6T以太網(wǎng)接口，包括單通道100G和200G兩種路線的不同傳輸距離接口。值得一提的是，2023年針對(duì)800G的10km應(yīng)用是采用基于IMDD(intensity modulation and direct detection)還是相干技術(shù)方案，在IEEE802.3dj項(xiàng)目進(jìn)行了多次激烈的討論，最終802.3dj決定針對(duì)800G 10km設(shè)置兩個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)，分別采用不同的技術(shù)方案?？梢钥吹剑S著單通道速率的提升，相干技術(shù)正在不斷下沉和擴(kuò)大其應(yīng)用場景。

  ITU-T SG15 Q6工作組自2018年發(fā)布100G DWDM規(guī)范后，在400G/800G的標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)展緩慢。其根源是ITU-T致力于規(guī)范多廠家兼容的DWDM系統(tǒng)，并試圖尋找一種判定發(fā)射機(jī)質(zhì)量的參數(shù)，而對(duì)于相干調(diào)制的DWDM系統(tǒng)，很難有滿意的效果。2023年2月，在Q6的會(huì)議上決定重新啟動(dòng)400G的標(biāo)準(zhǔn)化，并對(duì)800G的標(biāo)準(zhǔn)持開放態(tài)度。同時(shí)Q6未來C+L擴(kuò)展波段的需求在800G DWDM的應(yīng)用得到認(rèn)可，Q6在400G和800G標(biāo)準(zhǔn)化中的作為值得期待。

  CCSA TC6 WG1在400G光系統(tǒng)方面先后完成了《N×400G光波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)技術(shù)要求》《城域N×400G光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)要求》《C波段擴(kuò)展的光波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)技術(shù)要求》系列行標(biāo)，涵蓋400G骨干、城域以及擴(kuò)展C波段的應(yīng)用，調(diào)制格式主要規(guī)范了2×200Gbit/s PM-16QAM/PM-QPSK、400Gbit/s PM-16QAM。

  同時(shí)隨著DSP(digital signal processing)和高性能FEC(forward error correction)技術(shù)的發(fā)展以及運(yùn)營商的建網(wǎng)需求，這兩年立項(xiàng)了《N×400Gbit/s超長距離光波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)技術(shù)要求》和《城域N×800Gbit/s光波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)技術(shù)要求》兩項(xiàng)行標(biāo)，將規(guī)范基于120Gbd以上的QPSK調(diào)制格式的WDM光系統(tǒng)，并啟動(dòng)了800G城域網(wǎng)的研究，使得國內(nèi)在長距離和高速DWDM標(biāo)準(zhǔn)化方面走在了前列。

  而CCSA TC6 WG4近三年來先后完成了400G強(qiáng)度調(diào)制和相位調(diào)制兩種技術(shù)的7項(xiàng)系列標(biāo)準(zhǔn)，并啟動(dòng)了800G光模塊的標(biāo)準(zhǔn)化，來支撐光系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用需求。

  400G及B400G OTN標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

  ITU-T SG15 Q11工作組作為OTN技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)制定者，在B400G OTN標(biāo)準(zhǔn)上達(dá)成了分階段討論的共識(shí)，第一階段主要聚焦于800G OTN標(biāo)準(zhǔn)的制定，主要聚焦在如何承載800GE以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和800G FlexO接口技術(shù)等方面，預(yù)計(jì)在2023年年底完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定;第二階段則聚焦在800G以上的OTN接口技術(shù)，這將會(huì)作為2023年后標(biāo)準(zhǔn)討論的一個(gè)重點(diǎn)。

  在第一階段的工作，ITU-T SG15 Q11已經(jīng)達(dá)成了諸多共識(shí)。在承載IEEE802.3規(guī)范的800GE客戶業(yè)務(wù)方面，確定了ODUflex(800G)速率以及800GE到OTN映射的參考點(diǎn)，從800GE以太網(wǎng)接口恢復(fù)的2條257B格式的數(shù)據(jù)流，按照257B的粒度進(jìn)行交織形成一條數(shù)據(jù)流。同時(shí)為了解決257B帶來的對(duì)齊和MTTFPA(mean time to false packet acceptance)問題，將ODUflex 4×3808行凈荷劃分為整數(shù)倍的257B塊和38bit的填充，其中32bit用于承載CRC32完成相關(guān)錯(cuò)誤標(biāo)記功能。為了簡化ODUflex和以太接口時(shí)鐘的倍頻關(guān)系，還需要對(duì)該條257B數(shù)據(jù)流進(jìn)行速率補(bǔ)償，以彌補(bǔ)在800GE以太網(wǎng)處理中刪除的AM速率。對(duì)比400GE而言，為了節(jié)省傳輸帶寬，并拉近以太業(yè)務(wù)速率和OTN速率之間的差距，加大以太業(yè)務(wù)和OTN速率使用相同模塊的可能，800GE到OTN映射參考點(diǎn)由66B碼流變更為257B碼流。從800GE PMA接口到OTN傳輸網(wǎng)的處理功能如圖2所示。

  在FlexO接口技術(shù)方面，根據(jù)傳輸距離不同，區(qū)分為FlexO-x-RS短距接口和FlexO-x-D長距接口。其中FlexO-x-RS短距接口在G.709.1規(guī)范，主要用于域內(nèi)和域間互聯(lián)，傳輸距離通常在40km以下。FlexO-x-D接口在G.709.3規(guī)范，主要用于相干接口長距互聯(lián)，傳輸距離通常為100~450km。

  在短距接口標(biāo)準(zhǔn)方面，確定先修訂G.709.1，定義通用FlexO-8幀結(jié)構(gòu)、速率、開銷和映射技術(shù)，同時(shí)也為了其他標(biāo)準(zhǔn)組織如OIF或OpenRoadm更方便地進(jìn)行相關(guān)幀結(jié)構(gòu)的引用。由于B100G FlexO能夠很好地支持到800G速率，確定800G FlexO接口繼續(xù)重用基于1280×5140的FlexO幀結(jié)構(gòu)。其中新增的相關(guān)映射技術(shù)包括以太業(yè)務(wù)直接映射復(fù)用到FlexO-xe的路徑。該業(yè)務(wù)路徑相較于傳統(tǒng)B100G的映射復(fù)用路徑減少ODUflex通道層和OTUCn復(fù)用段，允許復(fù)用多路100GE/200GE/400GE或者1路800GE映射直接到FlexO-xe。

  在長距接口標(biāo)準(zhǔn)方面，相較于400G FlexO接口而言，隨著單端口800G的傳輸帶寬增加，在傳輸相同的距離的前提下，對(duì)光器件和模塊的要求更嚴(yán)苛，所以在原來FlexO-x-DO全速率接口上增加降速接口FlexO-xe-DO接口，除了減少OTN復(fù)用層次外同時(shí)還降低了FlexO-x-DO接口DSP幀導(dǎo)頻信號(hào)插入頻率。這種接口主要適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的以太業(yè)務(wù)復(fù)用傳輸，而不支持OTUCn或ODUflex傳輸，對(duì)比于OIF 800ZR接口，可通過FlexO 3R再生功能擴(kuò)展傳輸距離。

  總體而言，400G速率的光傳送標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織基本完成，基于128GBd以上的QPSK調(diào)制的DWDM長距應(yīng)用是標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn);而B400G以上速率包括800G乃至1.6T成為ITU-T、OIF、IEEE802.3和CCSA等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織的研究熱點(diǎn)，調(diào)制格式、映射技術(shù)、擴(kuò)展C+L光系統(tǒng)、高性能FEC等將成為標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵技術(shù)。

  作者：中興通訊 武成賓、童玲玲