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Immer mehr Dienste mit hoher Bandbreite wie hochauflösende Videos (HD), Online-Spiele und Videokonferenzen stellen eine Herausforderung für das traditionelle Netzwerk dar. 100G als Technologie für eine einfachere Netzwerkbandbreite wird zur neuen Hoffnung der Betreiber.
Die 100G-Industriekette ist ausgereift. Alle Komponenten und Subsysteme verfügen über kommerzielle Kapazitäten mehrerer Hersteller. Der Markt benötigt auch die Unterstützung von 100G-Systemen. Das Backbone-Netzwerk wird vollständig in die 100G-Führungsära überführt. Seit Anfang 2013 konzentriert sich 100G auf die Entwicklung vom Labor zum 100G-Netzwerkeinsatz, und die kommerzielle 100G-Nutzung hat begonnen.
Vier technische Herausforderungen von 100G
Obwohl 100G bereits umgesetzt wurde, muss die 100G-Übertragungstechnologie vier technische Herausforderungen meistern.
Erstens: Hoher Stromverbrauch. Der Leistungsmechanismus der 100G-Technologie ist komplex. Der optische Empfänger erfordert kohärenten Empfang und Verarbeitung per DSP. Der Hauptchip verfügt über keinen ASIC, was zu einem hohen Stromverbrauch des gesamten 100G-Systems führt. Bei der großflächigen kommerziellen Nutzung der 100G-Technologie ist der durchschnittliche Stromverbrauch pro Wellenlänge noch ein ungelöstes Problem. Derzeit liegt der Stromverbrauch pro Wellenlänge bei über 200 W, der durchschnittliche Stromverbrauch pro Frame bei 7000 W, sodass drei Frames benötigt werden. Natürlich kann der 28-nm-Prozess den Energieverbrauch senken, aber es gibt keine 100G-Lösung mit 28 Nanometern. Darüber hinaus ist der Lichtenergieverbrauch zwar nicht hoch, wird aber durch den Einsatz optischer Transceiver der nächsten Generation stark ansteigen, sodass eine Reduzierung des Stromverbrauchs dringend erforderlich ist.
Der zweite Aspekt ist die Integration, insbesondere im Bereich der optischen Schaltungs- und photoelektrischen Integration. Wie können aktive und passive optische Geräte wie Laser, optische Verstärker, Wellenlängenmultiplexer (WDM) und Sender/Empfänger massenhaft in das Netzwerk integriert werden, um eine hohe Integration zu erreichen? Wie lässt sich die Integration von CWDM und Laser mithilfe der Halbleitertechnologie erreichen?
Der dritte Punkt ist der Test. Zu den Herausforderungen beim 100G-Testen gehören die Qualitätsbewertung des eingesetzten 100G-Systemsignals und die Systemwartung nach der Inbetriebnahme. 100G nutzt Polarisationsmultiplex und das Signalspektrum ist breit. Gängige OSDR- und Testgeräte können keine Echtzeittests durchführen, sondern nur durch Abschalten der Lasermethode. Wie Echtzeittests erreicht werden können, ist ein zukünftiges Forschungsthema der Branche. Viele der heutigen Online-Testsysteme sind eine eingehende Untersuchung wert.
Viertens gibt es einige prospektive Studien. Wie kann das aktuelle Übertragungssystem schrittweise vom traditionellen Netzwerkmanagement auf ein benutzerorientiertes Management umgestellt werden? Wie können die physischen Ressourcen schnell und effizient zugewiesen werden?
Der Schlüssel liegt im Kostenproblem
Der Hauptgrund für die derzeitige mangelnde Verbreitung von 100G in großem Maßstab sind die vergleichsweise hohen Opportunitätskosten. Im 100G-Zeitalter sind die Kosten für optische Module sehr hoch. Der tatsächliche Verkaufspreis gängiger CFP-Module liegt bei über 10.000 US-Dollar. 100G-Module sind um ein Vielfaches teurer als 10G-Module. Hersteller müssen sich zudem weiterhin um die Chipintegration, die Miniaturisierung integrierter optischer Module und das Systemdesign bemühen, um die Gesamtkosten der Produkte zu senken.
Insbesondere im Hinblick auf die Technologie optischer Module sind die Kosten dieses Teils der Schlüssel zu den gesamten Kosten des 100G-Systems. Das optische Modul selbst muss sich den Herausforderungen der Kontrolle des Stromverbrauchs und der Verbesserung der Platinenintegration stellen.
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