最新のファイバーネットワークにおける光スイッチのアプリケーショントップ10

 

 

以下の内容は網羅的なものではありません。一部のアプリケーションにはページが必要です。率直に言って、必要なのはそれだけなので、段落を取得できる人もいます。

 

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1. ハイパースケール データセンターの相互接続

ここにお金があります。真剣に。

毎日ペタバイトの東西トラフィックを生成する 50,000 台のサーバーを備えた施設を運用している場合、1 ミリ秒の遅延は実質的な損失に相当します。従来のパケット スイッチは、バースト的なトラフィックに対して適切に機能します。-短いリクエストと素早い応答。では、大規模な VM の移行についてはどうでしょうか?午前 3 時に複数テラバイトのデータベース レプリケーションがアベイラビリティ ゾーン間で実行されていますか?

ここですべての光回線スイッチングが始まります。- Google や Microsoft などの企業は、従来の ToR スイッチと並行して光回線スイッチを何年も前から密かに導入してきました。考えてみれば、このアーキテクチャは洗練されています。パケット スイッチにマウス フロー（小規模で頻繁なトランザクション）を処理させ、エレファント フロー（持続的で帯域幅を大量に消費する転送）を、混雑した電気スイッチング層を完全にバイパスする専用の光パスを通じてルーティングします。

数字には説得力があります。 384×384 光マトリックス スイッチは、おそらく 50 ワットを消費します。ポートあたり 400G の電気パケット スイッチを使用してこれを試してみてください。{6}}小規模な発電所が必要になります。

十分に議論されていない点の 1 つは、ダーク ファイバー スイッチング機能です。一部のプラットフォームでは、ファイバー上に光が存在しなくても光接続を確立および保持できます。まだリンクの半分が点灯していないキャンパス全体に災害復旧パスを事前にプロビジョニングしようとするまでは、些細な機能のように思えます。{2}

 

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2. ROADM- ベースの波長ルーティング

ROADM は、地下鉄と長距離ネットワークのすべてを変えました。{0}}新しい波長サービスをプロビジョニングするには、ファイバー パッチ コードを持った技術者を派遣する必要があったことを覚えています。今？

波長選択スイッチは、これらのシステムの中心に位置します。各 WSS は、96 個の DWDM チャネル（フレックス- グリッド実装を使用する場合はそれ以上）のいずれかを任意の出力方向に個別にルーティングできます。無色、方向性、争いのない-業界はその頭字語を愛しています。 CDC-ROADM は、固定フィルタ アーキテクチャで波長計画を悪夢のようなものにしていた制約からついに解放されたことを意味します。-

しかし、ベンダーが派手なパンフレットで強調していないのは、カスケードされた OSNR ペナルティです。 8 つの ROADM ノードをつなぎ合わせると、リンク バジェットが突然大きく変わってきます。増幅された自然放出は蓄積します。フィルタの絞り込み効果はさらに複雑になります。実際のネットワーク設計には、目が潤むようなスプレッドシートが必要です。

それでも、大陸のバックボーン全体で何千もの波長サービスを管理している通信事業者にとって、代替手段はまったくありません。その規模で手動の光学パッチを適用するには軍隊が必要になります。

 

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3. 保護スイッチングとネットワーク復元力

ファイバーの切断が発生します。バックホーは、通信エンジニアに冗長性について思い出させる自然の手段です。

光回線保護スイッチ (OLP) は受信電力を継続的に監視します。現用パスに障害が発生すると、-実際に障害が発生し、最終的には 50 ミリ秒以内に保護ファイバーへの切り替えが行われます。-一部の実装では 10 ミリ秒未満を達成していますが、これは長時間の中断を許容できない同期トラフィックにとって非常に重要です。

1+1 構成は、トラフィックを両方のパスに同時に送信します。受信機は、より健全に見える信号を選択するだけです。帯域幅の無駄遣い?もちろん。しかし、金融取引データを伝送する回線では、100 ミリ秒の停止で数百万ドルの損害が発生する可能性があるため、その非効率性について誰も文句を言いません。

1:N 保護スキームはさらに興味深いものになります。 1 つのスタンバイ パスが複数の現用チャネルを保護します。光スイッチは、どのチャネルに障害が発生したかを特定し、その特定の波長のみをバックアップ ルートにリダイレクトする必要があります。これには、スイッチング ファブリックと光パワー監視サブシステム間の緊密な統合が必要です。

 

 

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4. 自動化されたテストと測定

これは、目立たないように機能しながら、業界全体の稼働を維持するアプリケーションです。

毎月 10,000 ユニットを生産するトランシーバーの製造ラインを考えてみましょう。各デバイスには、挿入損失、反射損失、消光比、アイ ダイアグラムの品質などの光学性能検証が必要です。テストサイクルごとにファイバーパッチを手動で接続および切断しますか?規模的には不可能。

光スイッチ マトリクス-多くの場合、1×N または小規模な M×N 構成-により、テスト対象のデバイスと測定機器間の接続が自動化されます。 1×48 スイッチを使用すると、単一の光スペクトラム アナライザで 48 個の異なるテスト ポートの特性を人間の介入なしで順番に評価できます。

ここで使用されるスイッチには、優れた再現性が要求されます。挿入損失を 0.01 dB の精度で測定する場合、スイッチは接続サイクル間に変動を生じさせない方がよいでしょう。 MEMS- ベースのプラットフォームは、まさにその機械的再現性が熱光学または電気光学-の代替品が提供できるものを超えているため、この分野で優位に立っています。

 

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5. 量子通信ネットワーク

正直に言うと、私は最初これについて懐疑的でした。量子鍵の配布は、実用的な工学を装った物理学部門の資金提供提案のように聞こえました。

しかし、テクノロジーは予想よりも早く成熟しました。そして、光スイッチは重要なインフラストラクチャであることが判明しました。

QKD システムは、理論的に解読不可能な暗号化を可能にする量子状態でエンコードされた個々の光子{0}またはもつれた光子のペア-を送信します。問題点: これらの単一光子信号は非常に壊れやすいです。-過剰な損失をもたらしたり、偏波状態を乱したりするコンポーネントがあると、量子ビット誤り率が使用不可能なレベルまで低下します。

偏波維持光スイッチはここでニッチな分野を見つけました。{0}}これらの特殊なデバイスは、透過光の偏光状態を 20 dB の消光比以上に維持します。標準的なスイッチは分極をスクランブルし、量子情報を完全に破壊します。

最近のデモンストレーションでは、量子テレポーテーションが共有ファイバーインフラストラクチャ上で従来のインターネットトラフィックと共存することさえ示されました。これらのハイブリッド ネットワークのチャネル選択とルーティングを可能にする光スイッチは、真に斬新なエンジニアリングを表しています。

 

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6. 光ファイバーセンシングシステム

これは初めて出会った時は驚きました。

分散型音響センシング (DAS) システムは、通常の通信ファイバーを振動センサーの連続アレイとして使用します。これらのシステムは、レーザー パルスからの後方散乱光を分析することにより、数十キロメートルにわたるケーブルに沿った障害を検出します。パイプラインの漏れ検出。境界セキュリティ。地震監視も。

光スイッチはどこに適合しますか?多重化。

単一の (高価な) インタロゲータ ユニットは、複数のファイバ ルートを順次切り替えることで複数のファイバ ルートを監視できます。スイッチはインテロゲータをファイバー A に接続し、30 秒間データを取得し、ファイバー B に切り替えて繰り返します。個々のファイバーではリアルタイムではありませんが、個別のインテロゲータをあらゆる場所に導入するよりもはるかにコスト効率が高くなります。{{4}

ここでの切り替え速度要件は緩和されており、移行間の秒数は完全に許容可能です。{0}重要なのは、超低挿入損失と優れた長期安定性です。-これらのセンシング設備は何年も無人で稼働します。

 

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7. 軍事および安全な政府ネットワーク

具体的な展開についてはあまり言えません。明らかに機密扱いだ。

しかし、一般原則は公知です。フォトニック領域の光スイッチングにより、電子処理に固有の電磁放射が回避されます。信号は光のままです-RF 漏洩がなく、EMP の影響を受けにくく、処理装置で電子的に盗聴される機会もありません。

特定の光スイッチ アーキテクチャは、防衛調達用語で「放射セキュリティ」と呼ばれるものをサポートしています。スイッチング ファブリック自体は、攻撃者にトラフィック パターンを明らかにする可能性のある検出可能な電子署名を生成しません。

ここでは商用アプリケーションよりも低クロストーク仕様が重要です。 -60 dB のアイソレーションが優れたパフォーマンス指標ではなくベースライン要件である場合、ベンダー リストは非常に短くなります。

 

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8. 放送およびメディア制作

テレビ制作施設は、皆さんが予想している以上に光スイッチングを積極的に採用しています。

最新の放送センターは、スタジオ、コントロール ルーム、送信機器間で数十{0}}場合によっては数百-のビデオ フィードをルーティングします。非圧縮 4K ビデオはストリームあたり約 12 Gbps を必要とします。そのうち 50 個を施設内にルーティングすると、突然 600 Gbps で連続的に通信するようになります。

光マトリックス スイッチは、すべての送信元と送信先の間でブロックのない接続を提供します。{0}カメラ 17 から制御室 B へ?終わり。再生サーバーをマスター コントロールにアーカイブしますか?瞬時に切り替わりました。

光スイッチングの透明性はここでも価値があることがわかります。これらの施設では、同じインフラストラクチャ上で混合フォーマット-1080p、4K、8K の実験用フィードを実行することがよくあります。スイッチは関係ないよ。フォトンは光子です。

 

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9. 研究所のインフラストラクチャー

大学や国立研究所には、商用ネットワーク機器ではめったに対応できない珍しい要件があります。

フォトニクス研究施設では、実験セットアップを毎日複数回再構成する必要がある場合があります。今日の構成は、新しいアンプ設計をテストします。明日は、同じファイバー インフラストラクチャがコヒーレント伝送実験をサポートします。来週、誰かが繊維サンプルのバッチの特性を評価する必要があります。

 

 

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10. ソフトウェア定義ネットワーキングの統合-

SDN はすべてに革命を起こすはずでした。現実はさらに増加し​​ていますが、光スイッチはこのトレンドから真の恩恵を受けています。

従来の光学機器には、独自の管理システムとベンダー固有の制御インターフェースが必要でした。{0}異なるメーカーの機器を統合するには、骨の折れるプロトコルの変換と終わりのない相互運用性テストが必要でした。

OpenROADM マルチソース契約により、ROADM 機器に関してこれが変更されました。{0}標準化された YANG モデルと NETCONF/RESTCONF インターフェイスにより、通信事業者の SDN コントローラは、統合プラットフォームからマルチベンダー光ネットワーク全体に波長サービスをプロビジョニングできます。-

小型の光スイッチでは、-テスト システムやエッジ アプリケーションで使用される 1×N およびマトリックス構成-の同様の標準化の取り組みが遅れています。しかし、方向性は明確です。通信事業者は、光インフラストラクチャの抽象化されたプログラム可能な制御を望んでいます。 RS-232 シリアル ポートと独自のコマンド セットのみを公開するスイッチは、調達候補リストから除外されることが増えています。

 

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物事はどこに向かっているのか

シリコンフォトニクスの統合により、これらのデバイスはさらに小型化されるでしょう。単一チップ上の 64×64 スイッチ マトリックスは-研究機関ですでに実証されています-。コンパクトなネットワーク機器で可能なことを変革する可能性があります。

消費電力は下がり続けています。 MEMS デバイスの静電駆動には、定常状態においてスイッチング素子ごとにナノワットが必要です。これを熱光学移相器によって消費されるミリワットと比較すると、その利点は大規模に明らかになります。{2}}

スイッチング速度は、工学ではなく物理学によって設定された限界に近づいています。 -ナノ秒未満の光スイッチングは実証されていますが、商用製品はまだ実験室の結果に追いついていません。

アプリケーションも進化します。光コンピューティング相互接続。ニューロモーフィックフォトニックプロセッサ。量子情報処理の次に何が起こるか。 -光の行き先を迅速かつ最小限の損失で制御する基本的な機能-は、光が何を運ぶかに関係なく、依然として価値があります。