Новый рекорд по скорости потока информации, передаваемого через оптоволокно

Темпы развития современных информационных технологий обуславливают необходимость постоянного увеличения пропускной способности коммуникационных сетей. Технологии, в которых используется стандартное одномодовое оптическое волокно (single mode fiber, SMF), уже приблизились вплотную к своим физическим пределам. И на смену им постепенно приходят коммуникационные технологии, в которых используется многомодовое оптическое волокно (multi-core optical fibers, MCF), волокно, в «теле» которого искусственно создано несколько независимых «ядер», через каждое из которых передается отдельный поток информации. Кроме этого, информация в сетях передается в пакетном режиме, помимо самой информации, каждый пакет заключает в себе метку пункта назначения и массу другой служебной информации. И эффективность работы системы, обеспечивающей направление пакетов по правильному пути, маршрутизации, так же оказывает огромное влияние на эффективность работы сетей в целом, а проблема обеспечения высокоскоростной маршрутизации стоит особо остро в «коротких» сетях с огромным количеством конечных абонентов, к примеру, во внутренних сетях больших информационных центров.

На 43-й европейской Конференции по оптическим коммуникациям (43rd European Conference on Optical Communications, ECOC), проходившей 21 сентября 2017 года в Гетеборге, Швеция, представители японского Национального института информационно-коммуникационных технологий (National Institute of Information and Communications Technology, NICT) продемонстрировали новую технологию оптической маршрутизации, которая обеспечивает обработку потока данных с рекордной на сегодняшний день скоростью в 53.3 терабита в секунду. Эта технология предназначена для управления работой «коротких» коммуникационных сетей, которые, к примеру, связывают воедино все серверы информационных центров или отдельные компоненты суперкомпьютеров. Кроме этого, новый метод оптической маршрутизации намного более эффективен с энергетической точки зрения, чем используемые сегодня методы электронной маршрутизации, требующие многократного преобразования оптических сигналов в электронные и наоборот.

Быстродействующая система оптической маршрутизации, разработанная в NICT, сейчас обеспечивает обработку потока данных, передаваемых одновременно по 7-модовому оптическому волокну, а скорость переключения направления маршрутизации составляет 80 наносекунд. В состав этой системы входит специализированный контроллер, способный «выдернуть» из каждого пакета адрес получателя и переключить оптический коммутатор с задержкой всего в несколько наносекунд.

Созданная система маршрутизации в настоящее время существует в виде испытательного стенда. В этом стенде используются три оптоволоконных сегмента, 28-, 10-килрметровый сегменты 19-ядерного оптоволокна и 2-километровый сегмент 7-ядерного оптоволокна. Во всей этой массе оптоволокна было организовано 64 32-гигабитных канала, созданных на основе технологий поляризационного мультиплексирования PDM (polarization division multiplexing) и QPSK (quadrature phase shift keying). И на этом стенде была получена рекордная на сегодняшний день скорость маршрутизируемого потока данных, равная 53.3 терабита в секунду.

В ближайшем будущем исследователи из NICT будут пытаться еще больше увеличить пропускную способность оптических сетей, разработав новый тип оптических коммутаторов, обеспечивающих меньшее время реакции, имеющие более низкий уровень энергетических потерь, и более широкие частотные характеристики. Помимо этого, ученые разработают новые виды оптической модуляции, которые позволят с большей эффективностью использовать весь рабочий спектр многомодового оптического волокна.