Объединенная команда инженеров Nokia Bell Labs, Deutsche Telekom T-Labs и Мюнхенского технического университета провели тестирование технологии PCS (Probabilistic Constellation Shaping). Она позволила передать данные по оптоволокну с рекордной скоростью в 1 терабит в секунду. Это в 1000 раз быстрее, чем передача данных в сети Google Fiber.
По мнению разработчиков, новая технология позволит операторам связи уже в скором будущем значительно увеличить объемы передаваемых данных. Текущий предел скорости для магистральной сети составляет 40-100 Гбит/с. По словам участников испытаний, тестирование проводилось в полевых условиях.
Nokia Bell Labs — подразделение финской компании Nokia. Это, фактически, компания Bell Labs, которая была основана Александром Грейамом Беллом в 1925 году. До слияния компаний Nokia и Alcatel Lucent Bell Labs входила в структуру последней в качестве научно-исследовательского отдела. В 2016 году, в результате упразднения Alcatel-Lucent компания Bell Labs перешла под контроль финской компании Nokia.
Исследования, проведенные партнерами, являются частью проекта SASER (Safe and Secure European Routing).
Передача данных со скоростью в 1 Тбит/с была осуществлена в оптоволоконной сети Deutsche Telekom. Специалисты утверждают, что при тестировании системы они почти достигли «границы Шеннона», установленной в 1945 году. Под границей Шеннона (англ. Shannon limit) понимается максимальная скорость передачи, для которой имеется возможность (выбрать сигнально-кодовую конструкцию) исправить ошибки в канале с заданным отношением сигнал/шум.
«Испытание технологии Probabilistic Constellation Shaping (PCS) с применением квадратурной амплитудной модуляции показало возможность максимально эффективного использования спектра оптических каналов связи», — заявили ученые. «PCS изменяет частот использования сигнальных точек, алфавита передачи данных. В общем случае все сигнальные точки используют одинаковую частоту. В случае PSC сигнальные точки с высокой амплитудой задействуются реже, чем с точки с меньшей амплитудой. В результате передаваемый сигнал становится более устойчивым к шуму и другим помехам. Все это открывает возможность адаптации скорости передачи данных к каналу. А это повышает скорость примерно на 30%».
Передать данные с указанной выше скоростью ученым удалось из Штутгарта в Дармштадт и обратно.
Разработчики утверждают, что должно пройти какое-то время до того момента, пока обычные оптоволоконные сети смогут передавать данные со скоростью в 1 Тбит/с. Авторы проекта отмечают, что прошло уже более 50 лет со времени изобретения оптоволоконных каналов связи. В 1966 году Као и Хокам из STC Laboratory (STL) представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км (в то время как затухание в коаксиальном кабеле составляло всего 5—10 дБ/км) из-за примесей, которые в них содержались и которые, в принципе, можно было удалить.
После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год была проложена первая коммерческая волоконно-оптическая система, оперировавшая светом с длиной волны 0,8 мкм и использовавшая полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (GaAs). Битрейт систем первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями — 10 км. Прокладка первой в мире трансокеанской волоконно-оптической линии связи между Японией и США была завершена в 1988 году, её длина составила около 10 тысяч километров. Первый трансатлантический телефонный оптический кабель (TAT-8) был введён в эксплуатацию также в 1988 году.
Сейчас пользователи сети генерируют все больше данных, и требуется все более высокая пропускная способность каналов и технологии, позволяющие передавать данные с более высокой скоростью. Каждый год генерируется на 100% больше данных. На горизонте — повсеместное разворачивание 5G сетей, так что оптическим каналам связи необходимо развиваться, чтобы соответствовать требованиям времени.
По словам президента Nokia Bell Labs Маркуса Велдона [Marcus Weldon]: «оптоволоконные сети будущего должны не только обеспечивать быструю передачу крупных массивов данных, но и динамически адаптироваться под любой из используемых каналов, а также под текущие потребности в трафике».
В Nokia также считают, что необходимо как можно быстрее разворачивать сети стандарта 5G. Это позволит быстрее развивать инфраструктуру для умных автомобилей, которые смогут передавать крупные массивы данных в режиме реального времени. Врачам высокая скорость передачи данных позволит выполнять операции удаленно, используя управляемых роботов. Пользователи смогут работать с новыми форматами медиаданных и получать контент быстрее, чем раньше. Одной из первых стран, где планируется «включить 5G», является Австралия. Здесь за развитие новой сетевой инфраструктуры в этой стране отвечает Vodafone.
Успех Nokia последовал за успехом специалистов Университетского колледжа Лондона. Команде ученых из этого университета удалось достичь рекордной скорости передачи данных в 1,125 Тбит/с раньше, чем финской компании — еще в начале года. Англичане добились рекорда, используя усовершенствованную DSP-технологию (digital signal processing). Это обеспечило возможность оптимизировать соотношение сигнал/шум и увеличить скорость передачи данных.
Над оптимизацией пропускной способности каналов связи и увеличением скорости передачи данных работают и другие специалисты из научных и коммерческих организаций ряда стран. Так что можно не сомневаться — терабитные каналы вскоре будут введены в строй.
Комментарии (24)
hazan
19.09.2016 22:27+3Успешно работающие магистральные сети на сегодняшний день имеют ёмкость десятки гигабит:
Мультиплексирование по длинам волн до 96-128 каналов в одном волокне, ёмкость каждого канала — 100 Гбит.
В сетях, которые строятся сейчас, ёмкость несущей уже 200-250 Гбит: несколько каналов мультиплексируются по OTN иерархии в OTU4 несущие, которые уже по проприетарным протоколам формируют суперканалы ёмкостью 300-400-500 Гбит из нескольких несущих. Модуляция для каналов 200 Гбит — 8 или 16 QAM (квадратично-амплитудная) против DP-QPSK.
На сегодняшний день использование 96 каналов с шагом 37,5 ГГц и полосой пропускания 200 Гбит каждый даёт пропускную способность одного кабеля в 19,2 Гбит в секунду. Это те сети, которые уже работают на сегодняшний день.
Так что простой перевод пресс-релиза совершенно не раскрывает того, что на самом деле достигли в тестах.
Хотите, расскажу что там на самом деле тестировали?
miha2
20.09.2016 02:49-1По всей видимости сумели объединить несколько каналов в один физический интерфейс.
hazan
20.09.2016 09:42Объединение нескольких каналов в один физический интерфейс в случае с оптоволокном называется WDM — wavelength division multiplexing. лет 30 назад начиналось с двух длин волн, а сейчас обычно в магистрали работают до 96-128 каналов в одном волокне.
miha2
20.09.2016 15:11Я про ethernet интерфейс.
cwdm dwdm это итак понятно.
Фишка в том, чтобы получить на выходе несущие на разных частотах в одном ФИЗИЧЕСКОМ интерфейсе роутера.hazan
20.09.2016 15:16Может. конечно, это и есть прообраз 1T Ethernet интерфейса — не знаю. На сколько я знаю, сейчас 400GE еще не стал стандартом.
Но в целом движение будет идти скорее всего в этом направлении, аналогично 100GE SR, LR4 и SR10.
a5b
20.09.2016 05:35В пресс-релизе ссылаются на "Probabilistic Constellation Shaping (PCS), uses quadrature amplitude modulation (QAM) formats… Nokia Bell Labs will present the results of this joint experiment at the European Conference on Optical Communication (ECOC) 2016 in Dusseldorf, Germany on September 19."
В расписании на 19 сентября http://conference.vde.com/ecoc-2016/documents/ecoc_2016_final_programme.pdf Technical Programme Monday, September 19, 2016 • 14:00 — 15:30 "SC5 M.1.D: Room 15 Probabilistic Shaping Chair: Gabriel Charlet (Nokia Bell Labs, FR)"
M.1.D.2 • 14:15
Field Demonstration of 1 Tbit/s Super-Channel Network Using Probabilistically Shaped Constellations
Wilfried Idler, Fred Buchali, Laurent Schmalen and Eugen Lach (Nokia Bell Labs, DE);
Ralf-Peter Braun (Deutsche Telekom T-Labs, DE);
Georg Bocherer, Patrick Schulte and Fabian Steiner (Technische Universitat Munchen, DE)
We successfully tested the suitability of probabilistically shaped constellations in field environment. We performed 1 Tbit/s
4-carriers super-channel transmission in the German nationwide backbone network with an extended family of probabilistically
shaped constellations using 16QAM, 36QAM and 64QAM.Предыдущая публикация (ECOC 2015) этой группы по теме PCS QAM с подробностями и результатами: http://arxiv.org/pdf/1509.08836.pdf "Experimental Demonstration of Capacity Increase and Rate-Adaptation by Probabilistically Shaped 64-QAM" F. Buchali(1), G. Bocherer (2), W. Idler(1), L. Schmalen(1), P. Schulte(2), and F. Steiner(2)
@hazan, насколько широко сейчас применяются 16, 36, 64 QAM и сильно ли изменит мир улучшение дальности их работы на десятки процентов? Что понимают под "4-carriers super-channel transmission"? Как физически достигают высоких QAM манипуляций и как это отражается на стоимости оборудования под такие кодировки?
hazan
20.09.2016 09:37+3Магистральные сети, которые ставятся сейчас, пока что не используют QAM выше 16. QAM 64/128 — это скорее лабораторные тесты и пилотные зоны.
Использование высоких QAM даёт в первую очередь прирост скорости, а не расстояния. Вот пример:
http://www.coriant.com/company/press-releases/Coriant-Successfully-Demonstrates-200G-and-400G.asp
200G в одной несущей на 610 км при 16 QAM или 400G в одной несущей на 80 км при 128 QAM.
Обратная сторона высоких модуляций – падение качества передачи сигнала. Потому чем выше схема модуляции – тем больший уровень коррекции ошибок требуется. На сегодняшний день на высоких модуляциях данные FEC (Forward Error Correction) могут отнимать до 25% ёмкости канала (или требовать на 33% большую скорость в бодах – это как посмотреть).
«super-channel» — это комбинация нескольких несущих (длин волн), когда происходит сначала мультиплексирование трафика в один общий канал 1 Тбит (как в данном тесте), а потом разбивка этого потока данных на несколько несущих (250 Гбит на каждую длину волны, как у Нокии). Плюс, частоты несущих смещены относительно стандартной канальной сетки 50/100 ГГц, как по шагу (обычно с 50 до 37,5 ГГц, чтобы больше каналов впихнуть в диапазон работы эрбиевых и раман-усилителей), так и относительно центральных частот (так как из-за ширины диапазона у таких модуляций края могут быть обрезаны фильтрами или влиять на соседние несущие).
Сейчас этот термин стал практически стандартом среди всех поставщиков магистрального оборудования.
Итак, что на самом деле показала Нокиа: агрегированный поток данных в 1 Тбит разбили на 4 потока по 250 гбит и передали используя 4 соседние волны. Ни с точки зрения общей скорости передачи, ни с точки зрения ёмкости каждой несущей Нокиа не показала ничего нового. Новое в данном тесте – модуляция сигнала, которая и может дать в будущем выигрыш по расстоянию или по ёмкости за счет более качественной передачи и меньшего количества FEС-оверхеда.
nikolay_karelin
20.09.2016 12:46Они просто очень хотели что-то новое объявить перед ECOC. Насколько я понял, это было еще и испытание на реальной сети Deutsche Telekom. Ну а про все остальное — дальность, готовность технологии — предпочитают помалкивать.
yurnov
20.09.2016 09:29Новость за 2013 год:
Ericsson (NASDAQ:ERIC) announces the successful trial of its 1Tbps (terabit per second) optical transmission equipment over Telstra's fiber optic network. One terabit is equal to 1000 gigabits.
The successful test over the 995 kilometer optical link between Sydney and Melbourne in Australia shows it is possible to deploy 1Tbps technology in a real network environment. Furthermore, when 1Tbps is commercialized, operators will be in a position to deploy it to meet their capacity requirements.
Новость за 2015 год:
Proximus and Huawei, have successfully completed a joint trial in the backbone of Proximus resulting in speeds over an optical signal, a so called super-channel, of up to one Terabits per second (Tbps). This speed corresponds with the transmission of 33 HD films in a single second.
…
The record transmission speed was conducted over a 1,040 kilometer fiber link using an advanced ‘Flexgrid’ infrastructure with Huawei’s ‘Optical Switch Node OSN 9800 platform. This approach increases the capacity on a fiber cable by compressing the gaps between transmission channels. The technique increases the density of the transmission channels on fiber, making it around 150% more efficient than today’s typical 100Gbps core network links.
Unique is that the test was done with the Huawei 1Tbps OTN line card. OTN stands for Optical Transport Network and provides the functionality for efficient, flexible and data agnostic filling of high speed signals.
Tachyon
20.09.2016 12:49Как то читал что одно из ограничений возможности телепортации это как раз невозможность мгновенно передавать коллосальные объёмы информации. Похоже медленно но верно приближаемся к телепорту.
https://www.youtube.com/watch?v=NaTEI_jWq1g
rrrrex
20.09.2016 16:17В чем рекорд? Это на одной волне передали? Так-то на DWDM можно и большей скорости достичь.
equand
«Это в 1000 раз быстрее, чем передача данных в сети Google Fiber.»
Статья для дедов и бабулек? Я думаю всем известно что 1 Tbps = 1000Gbps…
crackedmind
Ну так-то все верно, Google Fiber дает конечным потребителям 1Gbps :)
RedVelvet
Для обеспечения скорости Fiber как и нужна высокая магистральная скорость.
zoonman
Я думаю, что все к тому и идет, чтобы ускорить текущие линии связи без их полной замены.
stalinets
Небольшой частный пример. Где-то полгода назад у нас была такая проблема: один магистральный провайдер закупил и установил на старой линии (внутригородская оптическая сеть) какой-то новый крутой DWDM (не помню какой именно). Но линк не поднялся. Стали разбираться — оказалось, что для работы требуется, чтобы в линии было не больше 5 (вроде) механических соединений. А так как сеть внутригородская, ЭКУ (элементарные кабельные участки — т.е. волокно от кросса и до кросса) короткие, их (мех.соединений) было значительно больше. И нам пришлось заниматься неприятной работой, граничащей с вредительством. Распутывать на каждой БС многолетние клубки патч-кордов между двумя кроссами (приходящим и уходящим), доставать оба кросса, отключать соединяющие их 2 патч-корда на тех портах, по которым запустили эту DWDM, и вваривать из одного кросса в другой перемычку кусочком кабеля. Да, механические соединения так убрать можно. Только это по сути халтура и порнография, это как вместо сгоревших предохранителей ставить «жучки» из фольги, примерно того же плана… После такой операции обслуживаемость кроссов падает очень сильно. А что, если завтра ещё кто-то захочет запустить такой же DWDM уже по другой паре волокон и опять скажет «доставайте кроссы и варите перемычки»? Это будет адский ад.
Так что старые сети не всегда подходят для таких высоких скоростей.
nikolay_karelin
Магистральные сети перекладывать (особенно на суше) на диво дорого, поэтому так и стараются делать. Плюс к этому в Штатах и, отчасти, в Европе во время бума 90-х сетей положили с запасом.
dmitry_dvm
Кроме гуглофайбера никто не дает что ли? В ленобласти еще года 2 назад видел такие предложения. Думаю на техническом ресурсе все и так гдают что такое 1 Tbps без отсылок к модным названиям.