周成柱

(中國(guó)聯(lián)通有限公司江蘇分公司,江蘇南京 210006)

面向未來(lái)的光傳送網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

周成柱

(中國(guó)聯(lián)通有限公司江蘇分公司,江蘇南京 210006)

當(dāng)前傳送網(wǎng)的技術(shù)演進(jìn)已到了一個(gè)全新的高度。未來(lái)基于100G和超100G技術(shù),以及對(duì)應(yīng)配套的靈活光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的進(jìn)步必將推動(dòng)光傳送網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展。本文在對(duì)傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)總結(jié)分析的基礎(chǔ)上,闡釋了100G傳送網(wǎng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù),并進(jìn)一步對(duì)未來(lái)超100G傳送網(wǎng)的演進(jìn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討,包括靈活的接收機(jī)、ROADM、OTN和基于SDN的控制面。

100G OTN 靈活光網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)的發(fā)展共同驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)高速向前發(fā)展。業(yè)務(wù)的發(fā)展引領(lǐng)了需求,牽引光網(wǎng)路發(fā)展,是光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向;技術(shù)的進(jìn)步是堅(jiān)實(shí)的推動(dòng)力,每一次技術(shù)的突破對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展都是一次巨大的推動(dòng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高速發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)容量爆炸性增長(zhǎng),業(yè)務(wù)種類(lèi)層出不窮,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重不斷攀升,這都對(duì)光傳送網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。傳送網(wǎng)的容量和距離到達(dá)一個(gè)新的高度,實(shí)現(xiàn)了T級(jí)別,跨大洋的大容量,超長(zhǎng)距傳送。當(dāng)前100G光傳送網(wǎng)絡(luò)正在如火如荼的鋪設(shè),對(duì)于400G及1T等超大容量的商用光傳送網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

圖1 光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)方向

圖2 未來(lái)光傳送網(wǎng)架構(gòu)

1 近期傳送網(wǎng)的發(fā)展

目前,電信網(wǎng)絡(luò)中以GE/10GE/40GE、2.5G/10G/40G POS接口為代表的大顆粒寬帶業(yè)務(wù)大量涌現(xiàn),飛速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量需求直觀地引導(dǎo)著光傳送網(wǎng)的發(fā)展,推動(dòng)光傳輸技術(shù)不斷向前推進(jìn)。從單信道速率來(lái)看,100Gbps的系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始商用,400Gbps的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成熟,單信道為11.2Tbps的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn);從單纖信道數(shù)來(lái)看,C波段80波系統(tǒng)、C+L波段160波系統(tǒng)已經(jīng)成熟商用,單纖432波、波長(zhǎng)間距25GHz的試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn);從整個(gè)傳輸系統(tǒng)的總?cè)萘縼?lái)看,單纖10Tbps已經(jīng)完全突破,正在逼近100Tbps。這些都表明下一代光傳送網(wǎng)有能力為未來(lái)業(yè)務(wù)提供大容量傳輸平臺(tái)。

超長(zhǎng)距離傳輸能有效降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)的可靠性,因此也備受產(chǎn)業(yè)界青睞。隨著分布式喇曼放大器、超強(qiáng)前向糾錯(cuò)技術(shù)、信號(hào)調(diào)制與接收處理技術(shù)、色散管理、PMD補(bǔ)償技術(shù)和嚴(yán)格的光均衡技術(shù)的使用,全光傳輸距離也在大幅度增加,可達(dá)到4000公里以上(如圖1)。

2 100G高速傳送網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

目前PDH、IP、Ethernet、SDH、ATM和SAN等多種接入的需求決定了目前的光傳送網(wǎng)必須具備多業(yè)務(wù)的特性;同時(shí),下一代網(wǎng)絡(luò)具有基于分組技術(shù)特征,能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)、支持用戶層次與業(yè)務(wù)需求的多樣性,作為下一代網(wǎng)絡(luò)的承載層,光傳送網(wǎng)必須在分組化的基礎(chǔ)上支持多種業(yè)務(wù)。隨著光傳送網(wǎng)從傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)、環(huán)形組網(wǎng)向復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)方向演進(jìn),使網(wǎng)絡(luò)具有更智能和動(dòng)態(tài)的建、拆路功能,同時(shí)提供更高效的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制、靈活的可擴(kuò)展性和交互的流量工程能力。

總而言之,伴隨著大帶寬傳送的100G時(shí)代不僅僅是光層技術(shù),還需要考慮電層技術(shù)。從業(yè)界達(dá)成的共識(shí)來(lái)看,100G技術(shù)需要配合多種技術(shù)共同使用,才能將其優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大,創(chuàng)造更大的價(jià)值。

2.1 第二代軟判技術(shù)

FEC,QPSK碼型,偏振復(fù)用,相干接收等是100G的核心技術(shù),目前大部分技術(shù)都已經(jīng)趨于穩(wěn)定,沒(méi)有太大的變化。而作為核心技術(shù)之一的FEC卻在悄然發(fā)生著很大的變化,從早期的HFEC,SDFEC,迅速演進(jìn)到現(xiàn)在的第二代SD-FEC,性能有了很大的提升。隨著算法的改進(jìn),對(duì)于背靠背OSNR容限的需求顯著降低,提供更高的NCG,有效地增加傳輸距離。與此同時(shí),支持第二代軟判的100G除了軟判算法的改進(jìn),在芯片工藝方面也有了很大的進(jìn)步,大幅度降低了核心芯片的功耗,從而使得高集成度產(chǎn)品商用化,成為一個(gè)可能,進(jìn)而為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)TCO的降低。

2.2 OTN組網(wǎng)

OTN系列標(biāo)準(zhǔn)在2001年初步完成,在2003～2004年基本完善。OTN技術(shù)吸收了SDH技術(shù)和WDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),擯棄了其中的不足,并且兼容SDH和WDM網(wǎng)絡(luò),這使得OTN技術(shù)必然成為光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流趨勢(shì)。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都采用IP+WDM的建網(wǎng)模式,路由器與WDM設(shè)備背靠背聯(lián)接,端口冗余,缺乏互動(dòng)。如果采用OTN平臺(tái)建設(shè)WDM網(wǎng)絡(luò),路由器+OTN協(xié)同建網(wǎng)能有效減少昂貴的路由器端口、總體功耗, CAPEX降低30%。

2.3 ASON控制平面

穩(wěn)定而可靠的網(wǎng)絡(luò),一直是各個(gè)運(yùn)營(yíng)商追求的目標(biāo),尤其是在100G時(shí)代,單鏈路容量高達(dá)8T,一旦出現(xiàn)問(wèn)題,損失巨大?；诖朔N情況,能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)可靠性,解決光纖多次中斷問(wèn)題的ASON網(wǎng)絡(luò)成為多個(gè)運(yùn)營(yíng)商追逐的目標(biāo)。ASON方案直接在光纖網(wǎng)絡(luò)上引入以IP為核心的智能控制技術(shù),可以有效地支持連接的動(dòng)態(tài)建立和拆除,可給予流量工程按需合理分配網(wǎng)絡(luò)資源,并提供良好的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)性能。通過(guò)在光域增加自動(dòng)控制協(xié)議的方法賦予光網(wǎng)絡(luò)以智能,使光網(wǎng)絡(luò)獲得前所未有的靈活性與可升級(jí)性。

3 超100G時(shí)代的發(fā)展

對(duì)于未來(lái)超100G時(shí)代,如果只是傳輸速率的提升、距離的增加和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的智能化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。隨著去電信化成為業(yè)界的共識(shí),云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心和大數(shù)據(jù)等新興業(yè)務(wù)的迅速普及,以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)等新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的出現(xiàn),只是完成傳輸任務(wù)的“靜態(tài)”光傳送網(wǎng)需要向更加開(kāi)放、智慧的方向發(fā)展。

未來(lái)的超100G傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)具有如下的特點(diǎn):

(1)未來(lái)設(shè)備硬件歸一、功能軟件可配:通過(guò)軟件設(shè)置完成多種多樣的傳輸功能。

(2)接口開(kāi)放,資源云化:第三方通過(guò)開(kāi)放接口對(duì)傳輸資源進(jìn)行編程使用。

(3)網(wǎng)絡(luò)智能,即時(shí)帶寬:網(wǎng)絡(luò)智能化,可以根據(jù)客戶業(yè)務(wù)需求快速提供業(yè)務(wù)。

但是,原有的基于WDM傳輸技術(shù)的光網(wǎng)絡(luò)在帶寬分配與性能管理上采用“一刀切” 的固定模式,對(duì)于不同大小的帶寬需求都分配相同的頻譜資源,并且載波間的頻譜間隔是固定的。通信技術(shù)的迅猛發(fā)展使得WDM傳輸技術(shù)中的缺陷成為制約光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。近年來(lái),眾多創(chuàng)新性的技術(shù)為解決上述問(wèn)題提供了解決方案,新型的交換器件、信號(hào)調(diào)制格式與資源利用方式被陸續(xù)提出,在提高光網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的同時(shí),賦予光網(wǎng)絡(luò)更好的靈活性與智能性。其中關(guān)鍵的技術(shù)主要包括:

(1)靈活的接收機(jī)(Flex TRX):在超100G時(shí)代,在設(shè)備的發(fā)端一般采用的多載波光源,收端能夠?qū)崿F(xiàn)波長(zhǎng)自動(dòng)適配,支持子波長(zhǎng)任意組合,同時(shí)配合Super-Nyquist shaping壓縮算法,使得頻譜利用率更高。同比以前的傳輸技術(shù),未來(lái)超100G的一個(gè)很大變化就是傳輸距離和傳輸帶寬可以根據(jù)實(shí)際的場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整。

(2)靈活的ROADM(Flex ROADM):新型的ROADM應(yīng)具有無(wú)色性、無(wú)向性、無(wú)阻性和靈活頻譜粒度的交換功能。無(wú)色性是指節(jié)點(diǎn)中任意方向的端口都可以在本地上傳或下載任意頻率的波長(zhǎng),取消了只能對(duì)于固定頻率上下路的限制,是節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大交換容量的基礎(chǔ)。無(wú)向性是指對(duì)于節(jié)點(diǎn)各個(gè)端口間,允許任意波長(zhǎng)配置到任意端口,提高了交換的靈活性便于節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)展。對(duì)于端口間可能出現(xiàn)因波長(zhǎng)頻帶間重疊而導(dǎo)致的沖突,節(jié)點(diǎn)還應(yīng)該具有無(wú)阻性,允許處于同一頻率的多個(gè)波長(zhǎng)在同一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上下路的操作。

(3)靈活的OTN(Flex OTN):對(duì)于超100G情況,當(dāng)前OTN的最大負(fù)載容量是100G顯然需要進(jìn)一步擴(kuò)展,整個(gè)帶寬會(huì)以100G或200G為顆粒進(jìn)行可調(diào),以保證400G/1T/2T等超100G信號(hào)的封裝/交叉效率最高,自由適配未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展和建網(wǎng)需求。除了業(yè)務(wù)粒度的調(diào)整,更加靈活的信息承載方式是OTN演進(jìn)的方向。ITU-U提出的靈活傳送容器ODU flex可以用來(lái)解決對(duì)CPRI、GPON等多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有效映射的問(wèn)題,將多種業(yè)務(wù)通過(guò)數(shù)據(jù)時(shí)鐘分離和多字節(jié)映射的全新的GMP技術(shù)映射到ODU flex內(nèi)進(jìn)行傳送和交叉,提高了對(duì)于突發(fā)信息適配的靈活性和資源使用效率。但是OTN輸出的粒度依然只是固定的10G、40G等大小,未來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)顆粒度會(huì)靈活變化,OTN flex會(huì)是OTN的演進(jìn)方向。

(4)靈活的控制面(Flex Controller):將控制功能從數(shù)據(jù)層面中搬離,是眾多SDN研究中共同的特征。這種解耦和使得兩個(gè)平面可以獨(dú)立的演進(jìn),同時(shí)帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì),例如:高靈活性,廠商無(wú)關(guān)性,可編程性和使得集中式的網(wǎng)絡(luò)視圖成為可能。在超100G時(shí)代,SDN技術(shù)將成為傳送網(wǎng)絡(luò)管理的核心,統(tǒng)一協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有器件,根據(jù)業(yè)務(wù)的距離、速率、時(shí)延、帶寬等需求選取最優(yōu)路徑,提供高效、靈活、開(kāi)放的帶寬管理能力(如圖2)。

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