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100ギガ/400ギガビットイーサネットへの光アンプの利用例

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■ 100ギガビットイーサネット環境で大きな役割、リンクバジェットを拡大する Oバンド 光アンプ

100ギガビットイーサネット(100GbE)は米国IEEEによって策定された高速ネットワーク通信用の規格の一つで、次世代の光通信を支える技術として適用が進められています。100ギガビットイーサネット(100GbE)の通信方式の一つである100GBASE-LR4は、LAN-WDMと呼ばれるOバンド(1260~1360nm)の4波長の波長分割多重(WDM)技術を用いた、各レーン当たり25 Gbit/sで合計100Gbit/sの信号を10kmのSMFを使用して伝送させることを目的とした規格です。

ファイバーラボは、自社で製造している特殊な光ファイバ : フッ化物光ファイバにPrを添加した光ファイバを組み込んだ、Oバンド光ファイバアンプ-PDFA(Praseodymium Doped Fiber Amplifier)の唯一のメーカーです。この光ファイバアンプ(増幅器)は100GBASE-LR4に使用されているOバンドの4波長を一括して増幅することが可能で、100GBASE-LR4のリンクバジェットを容易に増加させることができます。100ギガビットイーサネットの次の規格として徐々に実用化されてきている200ギガ、400ギガビットイーサネットにおいてもLAN-WDM方式が採用されているので、Oバンド光アンプ(PDFA)を使用することによって高速ネットワーク通信はより発展することができます。図1にPDFA:AMP-FL56xx-OB-16を使用した増幅特性を示します。この特性を利用することでPDFAは100ギガビットイーサネット以外にもさまざまな用途への応用が可能です。

 

100GbE-AMP

図1.100GbE-LR4の4波長とOバンド 光アンプAMP-FL5600-OB-16の増幅特性

 

PDFAの仕様 1UタイプPDFA仕様
ゲインブロックタイプPDFA仕様
ベンチトップタイプPDFA仕様
高速ネットワーク通信を支える伝送機器 光トランシーバ
アクティブ光ケーブル
光トランスミッタ
光レシーバ
RoF光リンク
光ミニノード
分散補償器
光プロテクトスイッチ

 

 

 

Oバンドアンプ(PDFA)の利用例

 

1. 100ギガビットイーサネット伝送距離の延長(リンクバジェット増幅)

 

・ ブースターアンプで 20dB のリンクバジェット

AMP-FL5600-OB-16をブースタアンプとして用いた例です。100ギガビットイーサネット(100GBASE-LR4 CFP)からの4波長の信号を直接AMP-FL5600-OB-16に入力しますと各レーン当たり10dB以上の利得を得ることができます。波長ごとの利得のバラツキは1dB以下でした。SMF55kmと光アッテネータを組み合わせて約20dBのリンクバジェットを確保できることを確認しました。

100GbE-Booster
・ プリアンプで 20dB のリンクバジェット

AMP-FL5600-OBの光増幅器をプリアンプとして用いた例です。SMF55kmと光アッテネータを組み合わせて信号を約-23dBm/レーンまで減衰させた後、AMP-FL5600-OB-13により、受信基準値内のパワーレベルまで信号を増幅した後CFPのRxに入力しました。10-12以下の符号誤り率(BER)を確認し、この構成によって20dB以上のリンクバジェットを確保できることを確認しました。

100GbE-Pre
・ ブースター&プリアンプで 30dB のリンクバジェット

AMP-FL5600-OBの光増幅器2台をブースタアンプとプリアンプとして用いた場合に、SMF60kmと光アッテネータを組み合わせて30dBのリンクバジェットを確保できることを確認しました。

100GbE-B+P
・ 多段増幅でより長距離を

SMFの伝送距離は特に60kmに制限されるわけではありません。中継増幅器を用いた多段増幅構成とすることによって、より長距離の伝送も可能と考えられます。

 

2. 100ギガビットイーサネット監視用にOバンド 光アンプ(PDFA)を使用した例

 

PDFAは、光TAP(テストアクセスポイント)と1xNスプリッタの分岐損失を補償することにより、複数のネットワークモニタリングアプライアンスを接続するための100ギガビットイーサネット(100GBASE-LR4信号)の遅延なし多重複製を可能にすることが示されています。

ネットワークの監視は、ネットワークオペレータにとって不可欠な作業です。ネットワーク監視には多くのスキームがあり、サービス停止時間を最小限に抑え高い信頼性を確保するために、光TAP(図2.参照)の使用が推奨されます。光TAPは、非常に低い故障率を有するパッシブ光パワースプリッタなので故障のリスクは最小限に抑えられます。さらに、ミラーリングされたリンクのメンテナンスまたは障害は、メインリンクのサービスに影響を与えません。

光TAPを使用したネットワーク監視

図2.光TAPを使用したネットワーク監視

 

ネットワークサービスの多様化に伴い、詳細なネットワーク監視(トラフィック監視、障害検出、ディープパケット検査など)が必要となり、複数の監視機器を接続する必要があるケースが多くなっています。このような場合、図3に示すようにミラーリングされたリンクの信号を光アンプによって増幅し、スプリッタで分割することによって確保することができます。

光増幅器とスプリッタを使用して複数の監視機器を接続する

図3.光増幅器とスプリッタを使用して複数の監視機器を接続する

 

・ PDFAを使用しミラーリングされたリンクで少なくとも8つの監視機器に接続する実験

図4に実験セットアップを示します。セットアップは、(1)実際のデータ伝送のためのメインリンクと、(2)ネットワーク監視のためのミラーリングされたリンクで構成されます。

実験的なセットアップと測定されたBER

図4.実験的なセットアップと測定されたBER

 

メインリンクは、10km G.652.Dファイバ、3dBアッテネータ(減衰器)、70/30TAPの3つで構成されています。これら3つの成分の合計減衰量は1310nmで約9dBでした。

ミラーリングされたリンクは、70/30TAPによってメインリンクから分離され、その先でPDFA(AMP-FL5611-OP-15)と1×8光スプリッタが接続されています。これらの2つのコンポーネントは、8つの信号がそれぞれ標準の100GBASE-LR4レシーバによって読み取られるように、信号を増幅し、8つのモニタリングポートに十分な光パワーを供給することを可能にしています。

この構成の検証は、9つのレシーバポート(メイン1つ、ミラー8つ)すべてに対して一連のBER(符号誤り率)測定を実行することによって行われました。 BER測定は、100ギガビットイーサネット運用で用いられる製品、100GBASE-LR4トランシーバ(Gigalight 100G QSFP28 LR4 10km)およびQSFP光学式チェッカー(Gigalight 40G/100G QSFP AOC チェッカー)を使用して行い、測定されたBERは9つのポートすべてにおいて<10-12でした。また、システムがマージンを持って動作することを確認するため、メインリンク(TAPの前)とモニタリングポート(スプリッタの後)に1dBアッテネータを追加して測定したところ、9つのポートすべてでBERが<10-12であり、この構成で十分マージンが得られていることもわかりました。

このスキームの最も重要な特徴は、パケット複製が光ドメインで行われるため、O/EからE/Oへの変換が含まれていないことです。この特徴により、以下の2つの重要な利点が得られます。

・本質的に遅延なし(アンプでの光の移動には標準100~200ns)
・ビットレートに依存しない

1つ目の利点である遅延のない複製は、信号遅延を最小限に抑える必要がある用途(例えば、金融取引など)に非常に有益です。2つ目の利点であるビットレートに依存しないことについては、今後200ギガ/400ギガビットイーサネットの通信方式として200G/400G-LR4が市場に出現する際のアップグレードを保証することを示しています。

 

 

 

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