Telekommunikation: 100-GBit/s-Netz in der Praxis:
Anwendung: Börsenspezialist NYSE Euronext setzt auf 100 Gigabit

von Daniel Prokop, bre

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21.12.2009

Zeit ist Geld. Dieses geflügelte Wort gilt in speziellem Maße für den weltweit größten Börsenbetreibers NYSE Euronext. Um für die Petabyte an Daten gerüstet zu sein, die über das Corporate Network wandern, baut die Firma derzeit ein 100-Gigabit-Netz auf.

(Fortsetzung des Artikels von Seite 2)

In sechs Ländern unterhält NYSE Euronext Börsenplätze. Das Unternehmen entstand 2007 durch den Zusammenschluss der europäischen Mehrländerbörse Euronext mit der New York Stock Exchange. Um vor allem gegenüber alternative Handelsplattformen wettbewerbsfähig zu bleiben, setzt der Börsenbetreiber auf IT-Technologien, welche die Abwicklung von Transaktionen beschleunigen.

Ethernet und die klassischen Übertragungsverfahren in Telekommunikationsnetzen wachsen zusammen. Der

So nutzen beispielsweise sogenannte Arbitrage-Händler kleinste Preisunterschiede von Wertpapieren an unterschiedlichen Handelsplätzen aus. Die Suche nach diesen Preisdifferenzen läuft dabei über Rechner, die dann auch selbstständig Wertpapiere handeln. Da bereits geringe Verzögerungen große Preisunterschiede zur Folge haben können, kommt es auf die schnelle Abwicklung einer Order an.

Um die Transaktionen zu beschleunigen, setzt NYSE Euronext nun auf ein 100-Gigabit-Netzwerk. Es ist in der Lage, mehr als eine Milliarde Transaktionen täglich zu verarbeiten. Das entspricht mehreren Petabyte an Daten. Das 100G-Netzwerk soll 2010 in Betrieb gehen

100G als Standard der Zukunft

Der Grundstein für Netzwerke mit einer Übertragungsrate von 100 GBit/s wurde bereits Ende der 90er Jahre gelegt. Ausschlaggebend war der steigende Bedarf an Bandbreite im Kommunikationsmarkt. Dabei wurde die Evolution von 10G zu 40G und schließlich zu 100-Gigabit-Netzwerken in erster Linie von der Industrie und der Study Group 15 (SG 15) der International Telecommunications Union (ITU) vorangetrieben. Sie definierte auch die Voraussetzungen für Transportraten der nächsten Generation.

Bei der 100G-Übertragungstechnik sind vier Elemente von zentraler Bedeutung:

• 100G-Modulationsschemata,

• das Payload-Mapping,

• PMD-Mitigation-Technologien sowie

• Multiplexing/Processing

Dabei ist es beim Ausbau der Kapazitäten zu 100G besonders wichtig, die Betriebskosten zu senken und gleichzeitig bereits getätigte Investitionen in vorhandene Netze zu schützen. Um dem geringen Gewinn-pro-Bit-Verhältnis von IP-Netzwerken Rechnung zu tragen, müssen Netzwerke eine günstige und schnelle Verbindung zu 100-Gigabit-Ethernet-Netzen bereitstellen. Ohne das vorhandene Netzwerk umzubauen, müssen Netzbetreiber in der Lage sein, nahtlos 100-GBit/s-Kapazitäten entlang der 10-GBit/s- und 40-GBit/s-Wellenlängen hinzuzufügen.

Nahtloser Übergang: Netzbetreiber müssen aus Kostengründen100 GBit/s zusammen mit 10 oder 40 GBit/s bereitstellen können.

Um im vorhandenen Netzwerk mehr Kapazität zu schaffen, ist es notwendig, die spektrale Effizienz zu erhöhen, also das Verhältnis zwischen der Übertragungsrate und der Bandbreite des Signals. Dazu müssen 100 GBit/s als einzelne Wellenlänge statt über invertierte parallele Multiplex-Leitungen mit 10 oder 25 GBit/s übertragen werden. Dabei steigt die spektrale Effizienz mit der Bit-Rate.

Die Spektraleffizienz im Netz muss erhöht werden, damit Raum für 100-GBit/s-Signale ist.

Die Weiterentwicklung von Next-Generation-Netzwerktechnologien senkt signifikant die Netzwerkkosten pro Bit bei gleichzeitiger Zunahme der Bandbreite, was somit die Übertragungsrate verbessert.

Dabei sind folgende Technologien entscheidend:

• Erbium-dotierte Faser-Verstärker (EDFA), die das Signal breitbandig verstärken und lange Übertragungsstrecken mit hoher Bandbreite möglich machen;

• Forward Error Correction (FEC), die DWDM-Verbindungen mit 2,5 GBit/s ermöglicht, was die Netzwerkkosten reduziert;

• der Einsatz von dispersionskompensierender Glasfaser, Gain Equalization, verbesserter FEC und Raman-Verstärkung mit 10 GBit/s für eine Performance entsprechend 2,5-Gb/a-DWDM-Systemen;

• der Einsatz abstimmbarer Dispersions-Kompensation, Kompensation von Polarization Mode Dispersion (PMD) sowie neuer Modulationsverfahren, mit denen 40-GBit/s-DWDM-Netze dieselbe Leistung wie 10-GBit/s-Systeme erzielen können.

Im 100G-Netzwerk von NYSE Euronext werden Polarization-Multiplexing und weiterentwickelte Modulations-Formate eingesetzt, die vom Design her 10-Gigabit-Systemen ähneln und entsprechend stabil sind.

Im Netz von NYSE werden unterschiedliche Modulationsverfahren zum Einsatz. Das Ziel: hohe Übertragungskapazität bei maximaler Stabilität.

Moderne Modulations-Formate als Voraussetzung für 100G

Neuartige Modulationstechniken spielen in 40- und 100 Gigabit-Netzwerken eine Schlüsselrolle. Bei 40-Gigabit-Lösungen der ersten Generation wurden bereits die Modulations-Formate Phase-Shaped-Binary-Transmission sowie Differential-Phase-Shift-Keying (DPSK) zur Leistungssteigerung eingesetzt. Diese bilden auch die Basis bei 100G-Installationen.

DPSK nutzt die sogenannte Phasenumtastung, welche die Reichweite etwa verdoppelt. Die Daten werden auf eine Carrier-Welle gelegt und phasenverschoben, was in DPSK-Output resultiert. DPSK ist die Basis für Differential-Quadrature-Phase-Shift-Keying (DQPSK).

Für 100-GBit/s-Signale splittet DQPSK den Stream nun in zwei Datenkanäle, die beide 50 GBit/s entsprechen. Diese Rate ist 25 Prozent höher als bei 40 Gigabit. Die Leistung dieser Modulation erlaubt Übertragungen auf Glasfaser mit 100 GBit/s.

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Infrastruktur unterstützt 40 oder 100 GBit/s

Durch Polarization-Multiplexing für DQPSK (PM-RQPSK) kann die Leistung eines 40-GBit/s- oder 100-GBit/s-Signals für Glasfaser-Verbindungen gesteigert werden. Die DQPSK-modulierte Welle wird in die entsprechenden Polarisationen aufgeteilt, wodurch eine effektive Symbolrate von 25 GBit/s bei 100-GBit/s Signalen erzielt wird.

Die meisten Glasfasern, die seit Mitte der Neunziger auf Langstrecken verlegt wurden, können diese Symbolrate für 40G tragen, bei geringerer Reichweite sogar auch für 100G.

Im 100G-Netzk von NYSE Euronext werden Polarization-Multiplexing und weiterentwickelte Modulations-Formate eingesetzt.

Die Leistung bei 100 GBit/s kann durch den Einsatz eines Coherent-Receivers zum PM-DQPSK weiter verbessert werden (PM-QPSK mit Coherent Receiver). Das PM-QPSK-Modulations-Format entspricht dem PM-DQPSK auf Seiten des Transmitters.

Der Hauptunterschied bei PM-QPSK liegt im Receiver. Statt eines »Differential Detection Circuit« wird dort ein Coherent-Receiver eingesetzt, wo das eintreffende Signal mit einem lokalen Oszillator verbunden ist und erkannt wird.

Applikationsspezifische Bausteine erforderlich

Coherent-Receiver haben eine höhere Empfindlichkeit und machen bestimmte Kompensationen überflüssig, benötigen jedoch die Entwicklung von ASICs, um das digitale Signal zu verarbeiten. PM-QPSK mit Coherent-Receiver wird zurzeit als bestes Modulations-Format für 100-GBit/s-Signale gesehen.

Der Netzwerkspezialist Ciena [1] ist führend in der Entwicklung von 100-GBit/s-Lösungen. Als Gründungsmitglied des Implementation-Agreement-Projekts des Optical-Internetworking-Forums arbeitet Ciena an Transport-Lösungen für 100-GBit/s-Netzwerke und ist im IEEE-802.3-Komitee für 100GbE sowie dem ITU-SH-15 für 100-GBit/s-Transportstandards aktiv.

Der Autor: Daniel Prokop ist Account-Manager bei Ciena EMEA [1].

[1] http://www.ciena.com/
[2] http://www.ciena.com/

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