100G QSFP ZR4 S光模塊的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

  擴(kuò)展你的100G傳輸?shù)?0公里

  隨著全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)入高速檔，服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要轉(zhuǎn)變他們的產(chǎn)品以跟上市場(chǎng)步伐。企業(yè)、消費(fèi)者和政府現(xiàn)在期望將高速連接覆蓋到任何區(qū)域，包括農(nóng)村地區(qū)。隨著數(shù)據(jù)密集應(yīng)用的持續(xù)增長(zhǎng)，帶寬需求成倍增加，是時(shí)候?qū)F(xiàn)有的10G擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為100G網(wǎng)絡(luò)了。

  再實(shí)際行動(dòng)上，許多運(yùn)營(yíng)商依賴(lài)于成熟的100G技術(shù)，然而光信號(hào)的損耗將覆蓋范圍限制在最大40公里左右。現(xiàn)在，新型QSFP-100G-ZR4-S可以在最遠(yuǎn)80公里*范圍內(nèi)提供經(jīng)濟(jì)高效的100G連接，為更遙遠(yuǎn)地區(qū)提供連接服務(wù)。（見(jiàn)圖1）

圖1 思科QSFP-100G-ZR4-S可插拔光模塊（實(shí)際傳輸距離依賴(lài)于運(yùn)行的光纖和連接器插損）

  將QSFP 100G擴(kuò)大到80公里

  市場(chǎng)上已經(jīng)有多種100G QSFP28光模塊支持從100m到40 km不同距離的傳輸。在大于40km的距離上，色散和光信號(hào)衰減將會(huì)增加，這回降低光信噪比 (SNR) 并增加誤碼率。

  因此，在大于40km的距離上使用QSFP28實(shí)現(xiàn)100G傳輸在傳統(tǒng)上表示著要增加色散補(bǔ)償/光放，使用基于相干光學(xué)的光傳輸系統(tǒng)，或者在中繼器位置之間部署更多40km QSFP 100G模塊和設(shè)備。這些方法都會(huì)增加成本、復(fù)雜性和功耗。

  希望將80km 10G鏈路升級(jí)到100G的客戶(hù)可采取的替代方案包括使用基于400G 相干技術(shù)的CFP2-DCO模塊或QSFP-DD ZR。兩個(gè)模塊均專(zhuān)為傳輸應(yīng)用而設(shè)計(jì)，這些應(yīng)用支持更長(zhǎng)的距離并提供比80km 100G應(yīng)用所需速度更高的速度，當(dāng)然功耗也會(huì)更高。它們還需要CFP2或QSFP-DD端口，這些端口在現(xiàn)有設(shè)備上或不可使用。

  鑒于這類(lèi)問(wèn)題，對(duì)于擁有擴(kuò)展傳輸范圍應(yīng)用的服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，企業(yè)連接到區(qū)域數(shù)據(jù)中心、服務(wù)提供商連接到區(qū)域外設(shè)施，或者電信公司/MSO將寬帶部署到農(nóng)村區(qū)域，例如大于40km的100G傳輸在傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益上是無(wú)法行通的。因此，這些公司通常會(huì)繼續(xù)投資10G網(wǎng)絡(luò)。

  盡管10G鏈路沒(méi)有100G鏈路那般的限制，但它們也只能提供十分之一的傳送容量。與此同時(shí)，每年都有更多互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)使用更多聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行更多數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用。增加更多10G波長(zhǎng)或投資更多光纖會(huì)導(dǎo)致成本高昂且不易擴(kuò)展。這些組織需要實(shí)用的100G解決方案，讓他們的傳輸距離超過(guò)40 km?，F(xiàn)在，隨著QSFP-100G-ZR4-S模塊的發(fā)布，它們可以簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效地部署長(zhǎng)達(dá)80km距離的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

  QSFP-100G-ZR4-S光模塊提供無(wú)需中繼器的80km 100G連接，這得益于集成了半導(dǎo)體光放大器(SOA)。該技術(shù)使運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)提供商能夠改造他們的網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖 2）。 與現(xiàn)有的單個(gè)或多個(gè)10G鏈路相比，它們將帶寬提升至10倍。他們可以釋放光纖用于其他應(yīng)用或完全釋放而不是運(yùn)行或租賃新光纖來(lái)滿(mǎn)足增長(zhǎng)的需求。升級(jí)使他們能夠?yàn)楦h(yuǎn)距離提供100G容量，同時(shí)降低每比特成本。

圖2 QSFP-100G-ZR4-S將幫助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)變他們?yōu)榭蛻?hù)提供的服務(wù)

  QSFP-100G-ZR4-S光模塊內(nèi)部

  QSFP-100G-ZR4-S響應(yīng)客戶(hù)對(duì)80km傳輸距離的實(shí)用100G模塊的需求而開(kāi)發(fā)的。其各項(xiàng)技術(shù)均已成熟；而面臨的挑戰(zhàn)是需要找到一種方法將它們組合成一個(gè)能夠在QSFP28 功率范圍內(nèi)工作的小型器件。這需要結(jié)合多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  · 4個(gè)25G光電通道（QSFP28標(biāo)配，全球百萬(wàn)端口部署的成熟技術(shù)）

  · O波段工作（1295/1300/1304 /1309 nm）以最大限度地減少色散

  · 用于補(bǔ)償衰減的集成SOA（見(jiàn)圖 3）

  · 大功率發(fā)射器可最大限度地提高信噪比(SNR)

  · NRZ調(diào)制可簡(jiǎn)化傳輸和接收并確保與現(xiàn)有硬件的兼容性

圖3  QSFP-100G-ZR4-S示意圖

  由于模塊集成了SOA，QSFP-100G-ZR4-S體積比光模塊加放大器模塊的組合更小，成本更低，功耗更低，同時(shí)無(wú)需安裝、調(diào)整和管理外部設(shè)備。更少的組件意味著更快、更容易的部署和維護(hù)。

表1 QSFP-100G-ZR4-S模塊規(guī)格

  QSFP-100G-ZR4-S模塊擴(kuò)展了思科QSFP-100G產(chǎn)品組合，現(xiàn)在包含80km的鏈路。該產(chǎn)品系列包括QSFP28模塊，傳輸距離覆蓋100 m、500 m、2 km、10 km、25 km 和 40 km。 現(xiàn)在，借助QSFP-100G-ZR4-S，客戶(hù)可以在標(biāo)準(zhǔn)QSFP28模塊規(guī)格中獲得從100米到80 公里的全面覆蓋（見(jiàn)圖 3）。

圖4 隨著QSFP-100G-ZR4-S的加入，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和集成商現(xiàn)在擁有一完整的0-80km的 100G模塊

  QSFP-100G-ZR4-S 的實(shí)際應(yīng)用

  QSFP-100G-ZR4-S在擴(kuò)展范圍應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)明顯，例如跨城地區(qū)或農(nóng)村。特別是對(duì)于功率、空間或成本受限的網(wǎng)絡(luò)，它可以真正改變行業(yè)規(guī)則。

  · 企業(yè)：QSFP-100G-ZR4-S 是一種有效的解決方案，可將企業(yè)連接到其他城域或遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，例如辦公室到零售店、工廠、倉(cāng)庫(kù)或醫(yī)療設(shè)施（見(jiàn)圖 5）。 它還支持私有云和私人管理的故障轉(zhuǎn)移/災(zāi)難恢復(fù)操作。在每種情況下，需求都是相同的，即在最遠(yuǎn)80km的范圍內(nèi)提供從一個(gè)邊緣路由器到另一個(gè)邊緣路由器的高速、可靠的連接。

圖5 QSFP-100G-ZR4-S企業(yè)應(yīng)用

  ·· 連接到區(qū)域數(shù)據(jù)中心：隨著企業(yè)將應(yīng)用卸載到區(qū)域數(shù)據(jù)中心，高帶寬連接變得非常重要。 QSFP-100G-ZR4-S可以為數(shù)據(jù)中心鏈接設(shè)施提供80km內(nèi)所需的速度、可靠性和易用性（見(jiàn)圖6）

  · 服務(wù)提供商：電信公司、有線電視公司和公用事業(yè)公司等服務(wù)提供商可以使用QSFP-100G-ZR4-S模塊擴(kuò)展距離連接中心機(jī)房或?yàn)榭蛻?hù)提供 100G 服務(wù)（見(jiàn)圖 7）。該解決方案提供高帶寬，并避免為長(zhǎng)達(dá) 80km的鏈路添置昂貴的中繼器。

圖7 QSFP-100G-ZR4-S服務(wù)提供商應(yīng)用

  · 鄉(xiāng)村寬帶：全球多國(guó)發(fā)起支持高速農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。憑借80km的覆蓋范圍，QSFP-100G-ZR4-S模塊可幫助電信公司在彌合數(shù)字鴻溝，將農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到 100G（見(jiàn)圖 8）。

圖8  QSFP-100G-ZR4-S農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)寬帶應(yīng)用

  · 無(wú)限移動(dòng)：特別是隨著5G的發(fā)展，無(wú)線提供商需要100G鏈路來(lái)匯聚4G和5G流量。 QSFP-100G-ZR4-S模塊可用于連接匯聚路由器和核心路由器，其充足的傳輸距離可以服務(wù)于最遠(yuǎn)80km的遠(yuǎn)程分布式站點(diǎn)（見(jiàn)圖 9）

圖9  QSFP-100G-ZR4-S的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

  打破80km帶寬瓶頸

  QSFP-100G-ZR4-S可插拔模塊不僅是容量的升級(jí)。它將成熟的100G QSFP28傳輸距離擴(kuò)展至長(zhǎng)達(dá)80km。使用QSFP-100G-ZR4-S，廣大的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以轉(zhuǎn)變他們的容量和客戶(hù)服務(wù)。企業(yè)、服務(wù)提供商和無(wú)線運(yùn)營(yíng)商，以及為農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的電信公司，可以使用這些模塊在更遠(yuǎn)的距離上提供100G傳輸速度。它們可以最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)效率，為其他應(yīng)用騰出光纖資源或完全釋放它們。

  QSFP-100G-ZR4-S模塊具有集成的SOA，比標(biāo)準(zhǔn)模塊和外部放大器的組合更小、更簡(jiǎn)單、更便宜且功耗更低。除此之外，還增強(qiáng)了易用性并提升了安裝維護(hù)速度。這些模塊完善了Cisco 100G QSFP28產(chǎn)品組合，包括100米、500米、2公里、10公里、25公里、40公里和現(xiàn)在的80公里，讓網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商能夠依據(jù)客戶(hù)需求靈活地在提供不同傳輸距離的連接服務(wù)。

  Benefits and Use Cases of QSFP-100G-ZR4-S White Paper

  https://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/interfaces-modules/transceiver-modules/use-cases-qsfp-100g-zr4-wp.html