El rápido desarrollo del tráfico DCI genera requisitos para la aceleración del DCI
Con el rápido desarrollo de los macrodatos, la computación en la nube y la Internet móvil, cada vez más empresas optan por construir múltiples centros de datos, y el tráfico entre ellos aumenta de forma constante. Los informes indican que la tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del tráfico de DCI ha alcanzado el 31,9 %. Como resultado, el ancho de banda de interconexión actual entre centros de datos es insuficiente, lo que plantea desafíos para el desarrollo de servicios. Aumentar eficazmente el ancho de banda de DCI para satisfacer los requisitos del rápido desarrollo de servicios y reducir los costos por bit se han convertido en los principales problemas que debe resolver la solución DCI.
En los últimos años, los servicios de los centros de datos se están desarrollando hacia el almacenamiento en la nube, la realidad virtual, la informática de borde, el aprendizaje automático, el aprendizaje profundo y la inteligencia artificial. Las aplicaciones de capa superior exigen requisitos cada vez más altos de confiabilidad de la red y ancho de banda. Para abordar estos desafíos, las redes de centros de datos (DCN) ahora pueden proporcionar una capacidad de 400G de un solo puerto, los conmutadores centrales pueden brindar servicios con un rendimiento de 400GE, baja latencia y pérdida de paquetes cero para aplicaciones de capa superior, y los enrutadores de salida de DC de 400G se están poniendo gradualmente en uso comercial. La red DCI que conecta los centros de datos también debe adaptarse a la tendencia de desarrollo de las interfaces de enrutador y DCN, y proporcionar soluciones de banda ultra ancha y alta velocidad para la interconexión entre nubes para acelerar la DCI.
Tecnología WDM: la solución preferida para la era del gran ancho de banda de DCI
Las redes DCI han evolucionado desde la interconexión de Internet y la interconexión de líneas privadas de Mbit/s a la interconexión WDM de nivel 10T, y desde la conexión directa de fibra óptica de un solo puerto a la era WDM 1 que tiene como objetivo conservar los recursos de fibra óptica, mejorar la utilización de la fibra, simplificar la gestión de recursos y lograr una rápida expansión de la capacidad.
La tecnología WDM presenta inherentemente las características de alto ancho de banda y baja latencia. Las conexiones rígidas que proporciona WDM garantizan la calidad de la transmisión de datos, lo que la convierte en la solución preferida en la era de alto ancho de banda de DCI. Las redes DCI de centros de datos ultragrandes se diseñaron originalmente para un uso de 8 a 10 años, sin embargo, ahora necesitan ser ampliadas después de menos de 3 años de servicio. Frente a esta situación, se requiere que la tecnología WDM explote continuamente las capacidades de transmisión de fibra desde los aspectos de velocidad de longitud de onda única y cantidad de longitud de onda, y que supere los cuellos de botella de la capacidad de transmisión y la distancia. Además, es necesario innovar en las actualizaciones de ancho de banda utilizando esta tecnología para reducir el costo por bit y cumplir con los requisitos de aceleración efectiva del centro de datos.
Aumento de la capacidad de transmisión DCI WDM
La capacidad total de transmisión de un sistema WDM se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
En la fórmula, C representa la capacidad total de transmisión (Tbit/s), R representa la velocidad de línea (Gbit/s) de cada canal, W representa el ancho espectral (GHz) ocupado por cada canal y B representa el ancho espectral efectivo (THz) del sistema. Existen dos métodos para aumentar la capacidad total de un sistema WDM:
1. Mejorar la eficiencia espectral R/W de longitud de onda única. En concreto, aumentar la tasa R de longitud de onda única y reducir el ancho de banda del canal W.
2.Amplíe el ancho espectral efectivo B.
Lograr una mayor capacidad de banda ultra ancha
En términos de velocidad de longitud de onda única, las redes DCI deben proporcionar capacidades de transmisión de interfaz de 400 GE y capacidades de transmisión agregada de múltiples puertos de acceso. Esto significa que la capacidad de longitud de onda única debe desarrollarse hacia una velocidad superior a 400 G. Como se muestra en la siguiente figura, la multiportadora no aumenta la velocidad de longitud de onda única. Cuando la velocidad en baudios permanece sin cambios, el uso de multiplexación por división de polarización (PDM) 2 y formatos de modulación de orden superior no aumentará el ancho de banda del canal W. En las comunicaciones ópticas, la luz generalmente se divide en señales ópticas en dos direcciones de polarización vertical, x e y, para transportar más información y mejorar la capacidad de transmisión. (Teóricamente, la luz se puede dividir en múltiples direcciones de polarización para transportar más información, pero la modulación y la demodulación son difíciles. Por lo tanto, este modo no se pondrá en uso comercial en el futuro cercano). Cuando el formato de modulación permanece sin cambios, el uso de una mayor velocidad en baudios aumentará el ancho de banda del canal W, lo que puede no contribuir a mejorar la capacidad total de los sistemas WDM. En resumen, la clave para mejorar la velocidad de una sola longitud de onda es mejorar tanto el formato de modulación como la velocidad en baudios. Además, debido al límite de Shannon, cuando la velocidad de una sola longitud de onda aumenta continuamente, la distancia de transmisión a velocidad ultraalta de una sola longitud de onda está limitada por la relación señal/ruido (SNR) disponible. Acercarse al límite de Shannon y mejorar la disponibilidad de la distancia de transmisión del sistema mediante el uso de tecnología de codificación/decodificación y algoritmo de compensación de modelado, al mismo tiempo que se aumenta la capacidad de transmisión de una sola longitud de onda, es un problema que necesita ser resuelto de inmediato.
En términos de longitudes de onda, los sistemas de banda C de 80 canales/96 canales que se utilizan habitualmente no pueden satisfacer los requisitos de los centros de datos de gran tamaño. De manera similar a las tecnologías inalámbricas, el ancho espectral debe ampliarse y las longitudes de onda deben expandirse a nuevas bandas (como la banda C ultra ancha y la banda L). Esta es la dirección que están tomando actualmente la investigación y el desarrollo de productos de la industria. Además, una vez que se implementan las plataformas de capa óptica, el número máximo de longitudes de onda es fijo y no pueden soportar interrupciones frecuentes del servicio causadas por la reconstrucción de la capa óptica en el futuro. Como resultado, la capacidad de expansión suave de la capa óptica debe reservarse en la implementación inicial. Para admitir bandas más amplias, las placas multiplexoras/demultiplexoras, las placas OTU de capa eléctrica y otras placas de capa óptica, incluidos láseres, amplificadores y receptores, requieren innovación tecnológica.
En conclusión, la clave para una aceleración DCI eficaz radica en si la tecnología DCI basada en WDM puede mejorar eficazmente la tasa de longitud de onda única y aumentar el número de longitudes de onda, impulsando avances técnicos en el diseño de hardware, algoritmos y componentes del sistema como chips, láseres, receptores y amplificadores para acercarse continuamente al límite de Shannon. Actualmente, la longitud de onda única de 100G/200G es la tecnología DCI comercial principal, la longitud de onda única de 400G/600G se ha puesto en uso comercial con éxito y se espera que la longitud de onda única de 800G se ponga en uso comercial en algún momento de 2020. Mantengámonos atentos para conocer su capacidad de fibra única, el rendimiento de transmisión y las tecnologías clave involucradas.
