NETES MÜHENDİSLİK
Profesyonel Üye
Veri merkezi ağları 800 Gig ve üzeri iletim hızlarına ulaştıkça, NRZ (Non-Return-to-Zero / Sıfıra Dönüşsüz) sinyalleşmesinden PAM4'e (4 Seviyeli Darbe Genlik Modülasyonu) geçiş, fiber altyapı gereksinimlerini yeniden şekillendiriyor. Bu gelişmiş sinyalleşme teknolojilerinin günümüzdeki uygulamalarda hat ve fiber sayılarını nasıl etkilediğine ve bunun inceleme ve test süreçlerine yansımalarına bakalım.
NRZ Nedir?
Her Ethernet bağlantısının her iki ucunda sinyal gönderen ve alan ağ alıcı-vericileri bulunur. Bu alıcı-vericiler, ağ kablolaması üzerinden iletişim için gereken elektriksel veya optik sinyallere dönüştürmek amacıyla sinyalleşme yöntemlerini kullanır. Fiber optik kablo çok fazla değişmemiş olsa da — OS2 tek modlu fiber 2000 yılında, OM4 çok modlu fiber ise 2009 yılında kullanılmaya başlanmıştır — sinyalleşme yöntemleri önemli ölçüde gelişmiştir.
Dijital iletişimin ilk dönemlerinden beri kullanılan Non-return-to-zero (NRZ) sinyalleşmesi, 1980'lerde Ethernet için standart sinyalleşme yöntemi haline geldi. NRZ, her biri tek bir biti temsil eden iki sinyal seviyesi (1 ve 0) kullanan bir kodlama şemasıdır. Ardışık bitlerin değeri aynı olduğunda sinyal sabit kalır; nötr veya sıfır durumuna geri dönmez.
NRZ, daha az sinyal geçişi nedeniyle daha düşük güç tüketen, basit ve uygun maliyetli bir kodlama yöntemidir. Zaman içinde baud hızı (saniyedeki sinyal geçişi sayısı) artırılmış ve böylece Ethernet hat hızları NRZ ile 1 Gbps'den 10 Gbps'ye ve günümüzde 25 Gbps'ye ulaşmıştır.
Ancak NRZ, hat başına 25 Gbps seviyesinde pratik bir sınıra ulaşır. Daha yüksek hat hızlarına ulaşmak için gereken yüksek baud hızı, sinyali gürültüye ve üst üste binen darbelere karşı daha hassas hale getirir. NRZ, 100 Gig altındaki uygulamalarda hâlâ yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak artan bant genişliği ihtiyacı, daha yüksek hat hızları sağlayabilecek yeni bir kodlama yöntemini gerekli kılmıştır.
PAM4 Nedir?
Yaklaşık 2015 yılında tanıtılan dört seviyeli darbe genlik modülasyonu (PAM4) teknolojisi, NRZ'nin veri hızını iki katına çıkardı. PAM4, her biri iki biti temsil eden dört sinyal seviyesi kullanır: 00, 01, 11 ve 10. Böylece aynı baud hızında PAM4, NRZ'nin 25 Gbps'lik hızına karşılık 50 Gbps Ethernet hat hızını destekleyebilir.
Ancak sinyal seviyelerinin birbirine daha yakın olması nedeniyle PAM4, yansımaların neden olduğu gürültü de dahil olmak üzere gürültüye daha duyarlıdır. Bu durum, veriyi algılamak ve iletim sırasında oluşan hataları düzeltmek için ileri hata düzeltme (FEC) kullanan daha karmaşık ve daha fazla güç tüketen alıcı-vericileri gerektirir.
NRZ kodlaması iki sinyal seviyesi kullanır ve 1 ile 0'ı temsil eder. PAM4 ise dört sinyal seviyesi kullanarak 00, 01, 11 ve 10'u temsil eder; bu da veri hızını temelde iki katına çıkarır.
PAM4 Neden NRZ'nin Yerini Alıyor: Hat Hızlarının İki Katına Çıkması
PAM4'ün sağladığı 50 Gbps hat hızı, sektör için önemli bir dönüm noktasıydı. Bu gelişme, 2018'de IEEE 802.3cd ve 2020'de IEEE 802.3cm standartlarının onaylanmasına katkı sağladı. Bu standartlar şu yapılandırmaları tanımladı:
- 50 Gig Ethernet, 1 hat üzerinden
- 100 Gig Ethernet, 2 hat üzerinden
- 200 Gig Ethernet, 4 hat üzerinden
- 400 Gig Ethernet, 8 hat üzerinden
PAM4'ün baud hızındaki ilerlemeler daha sonra bir kez daha iki katına çıkarak 200 Gbps hat hızına ulaştı. 2026 ortalarında yayımlanması beklenen IEEE 802.3dj, bu teknolojiden yararlanarak yalnızca 4 hat üzerinden 800 Gig ve 8 hat üzerinden 1,6 Terabit desteği sağlamayı hedefliyor. Bu, 10 Gbps NRZ tabanlı bir hat hızının 100 Gig'i desteklemek için 10 hat gerektirdiği ilk dönemlere kıyasla önemli bir gelişmedir. PAM4 baud hızını bir kez daha iki katına çıkararak 400 Gbps hat hızına ulaşma çalışmaları da sürmektedir. Sinyalleşme hat hızındaki her artış, daha az hat kullanarak daha yüksek uygulama hızlarının desteklenmesini mümkün kılar.
Sinyalleşme hat hızının artırılması, daha az hat üzerinden daha yüksek uygulama hızlarının desteklenmesini sağlar.
Sinyalleşme Hatlarının Fiber Bağlantısını Nasıl Etkilediği
Sinyalleşme hatları, dalga boylarını kullanarak verileri optik fiber üzerinden iletir. Paralel optik teknolojisi, genellikle her fiberde tek bir dalga boyu kullanarak verileri birden fazla fiber üzerinden eş zamanlı olarak aktarır. Dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) teknolojisi ise tek bir fiber üzerinde birden fazla dalga boyunu aynı anda kullanarak daha yüksek hızlar sağlar. Bu nedenle 4 hatlı bir 400 Gig uygulaması, paralel optik ile 8 çok modlu fiber veya WDM ile 2 tek modlu fiber üzerinden gerçekleştirilebilir.
- A· 4 hatlı 400GBASE-SR4 çok modlu paralel optik uygulaması, 100 Gbps hızında veri gönderen 4 fiber ve veri alan 4 fiber kullanır; tümü 850 nm dalga boyundadır.
- A· 4 hatlı 400GBASE-LF4 WDM tek modlu uygulaması, 1 fiber gönderim ve 1 fiber alım için kullanır; her fiber 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm ve 1331 nm dalga boylarında dört adet 100 Gbps sinyal taşır.
Buna karşılık WDM uygulamaları, bir fiber çifti üzerinde birden fazla dalga boyu kullandıkları için genellikle dupleks konnektörler kullanır.
Paralel optik ve WDM teknolojilerini birleştirerek fiber sayısını azaltmak da mümkündür. Örneğin 2020'de onaylanan 8 hatlı 400GBASE-SR4.2 çok modlu uygulaması, her fiber üzerinde iki WDM dalga boyuyla (850 nm ve 910 nm) 50 Gbps hat hızı kullanır. Bu yaklaşım, veri merkezlerinin 16 fiberli bağlantıya geçmek yerine mevcut 8 fiberli bağlantılarını kullanarak 100 Gig'den 400 Gig'e yükseltme yapmasını sağlar.
Blog Yazısının Tamamı İçin Tıklayınız