Page 30 - 网络电信2024年10月刊
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由于高波特率IMDD信号对色散的敏感性，所以数据中心O波段的                   转换为光信号的过程同时可以更加高效灵活低实现网络路由，
WDM传输方案占比较大。但在其他波段WDM的传输方案也取得了诸多成                      因此被认为是实现数据中心超低延迟光互联的有效方法[7]。表
果，特别是文献[20]利用中国信息通信技术集团(China Information              1和表2中分别展示了目前业界主要光交换技术各方面特性级成
and Communication Technology Group,CICT）生产的超高带宽强度      熟度比较[7]。
调制器进行优化设计，成功在C+L波段实现了基于IMDD单芯传输高达                       表1 不同光交换技术特性比较[7]
4Tbit/s的新传输容量记录。
                                                        表2 不同光交换技术成熟度比较[7]
      以上方案的成功实施证明了WDM技术的发展与应用有效地增
加了数据传输的容量，支持数据中心处理大规模的数据流。但
是上述方案中高性能光模块以及相关设备的引入成本是否已经
超过了WDM技术本身节约的成本仍然需要进一步的探讨。同时未
来WDM技术在数据中心的应用将会随着技术的逐步成熟而逐步增
加复用波长的数量，那么在高密度波分复用的情况下，信号间
的串扰则会成为一个不可忽视的问题。为避免信号间串扰导致
传输性能下降，未来可能仍需探索更先进的数字信号处理技术
以及更成熟的光滤波器设计。

     1.2 空分复用技术
      除了WDM技术，能够充分有效利用光纤空间维度的空分复用
(Space Division Multiplexing,SDM)技术也是数据中心超大容
量光互联的常用技术之一。图2是几种多芯光纤截面示意图。

 图2 不同多芯光纤截面示意图 (a)8芯光纤[21]；(b)19芯光纤[22]；(c)24芯光纤[23]

      目前已有多个基于IMDD利用SDM技术成功实现短距离大容                           通过对以上不同光交换技术现状的总结，可知目前不同光
量传输的案例[21-24]，这些方案的成功证明了SDM技术在数据中心                     交换技术的成熟度不同，固有特性不同导致其应用场景和前景
光互联中的适用性。但是不同纤芯之间的干扰必会限制SDM技术                          也有所不同。其中，OTDM系统在控制时效性等方面具有一定优
的性能，对此文献[23]采用双向传输保证相邻两芯的信号传出方                         势，混合WDM可以作为未来实现数据中心超低延迟光互联的一种
向相反，从而最大限度地减少芯间干扰。同时采用概率整形技                            可行方案。其中OCS作为全光交换核心技术被Google，NV等公
术，线性均衡技术和半导体光放大器技术提高了高阶调制系统                            司大范围应用，国内的光迅科技也在2024年推出了OCS全光交
的接收灵敏度。                                                换机，该产品可大幅降低数据传输时延，助力实现数据中心低
                                                       延迟光互联。但目前已有的方案大多采用架顶交换机，这并不
      在实际应用中，SDM经常与WDM技术相结合以实现更大容                      利于时延的降低，针对此问题文献[27]提出的了一种新的机架
量的数据传输。例如，利用高容量8芯光纤实现12.8Tbit/s                        内光互连方案，与传统的电交换相比，端到端延迟平均降低了
（8×8×200Gbit/s）的SDM-WDM传输实验[25]。该实验结果验证                90%。
了SDM技术与WDM技术结合的巨大优势，可以同时提升空间和频
谱两个维度的传输容量，实现对信道的高效利用。二者的结合                                  然而全光交换技术目前仍无法全面替代电交换技术细粒度
使光纤的可用资源利用率最大化，极大程度地满足了数据中心                            的业务调度能力，所以仍需设计符合数据中心要求的光电融合
对超大容量光互联的需求。SDM与WDM的技术结合使数据中心可                         方案。文献[28]中展示的基于阵列波导光栅路由器的25Gb/s数
以灵活地扩展容量，在不改变原有设施的前提下，可以通过增                            据中心网络光电交换系统为数据中心提供了具有一个时钟周期
加波长或通道来增大容量，这对于未来需要不断扩展的数据中                            精度的时间同步机制，防止分组拥塞的带宽调度方案。此外还
心尤为重要。此外现在也有利用其他复用方式扩展传输容量的                            有 Lotus,Sirius等方案的成功实施证明了光电融合交换更具灵
方案，例如模分复用技术[26]。所以未来数据中心超大容量光互                         活性和兼容性[29]。
联的实现应趋向于多种复用技术的结合，从多个维度同时扩展
容量，保证信道资源的充分利用同时最大程度地确保灵活性。                                  综上所述，结合全光交换与光电混合交换的优缺点，未来
                                                       更趋向于将二者融合在一个系统中以应对数据中心多样化的需
    2 数据中心超低延迟光互联技术                                    求，而这也会成为数据中心超低延迟光互联的主流。

     2.1 光交换技术                                              2.2 低复杂度的数字信号处理算法
      超低延迟是实现实时应用的关键，光交换技术免去电信号                              数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)算法在数
                                                       据中心光互联中应用广泛。然而由于大多数 DSP 算法复杂度较
                                                       高，在原有算法基础上降低DSP算法复杂度是实现数据中心低延
                                                       迟光互连的有效方法之一。通过引入正则化进行稀疏权值估计
                                                       来降低复杂度是一种比较成熟的优化方案，基于该方法已成功

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