面向未來的光傳送網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

周成柱

【摘 要】 當(dāng)前傳送網(wǎng)的技術(shù)演進(jìn)已到了一個全新的高度。未來基于100G和超100G技術(shù)，以及對應(yīng)配套的靈活光網(wǎng)絡(luò)平臺的進(jìn)步必將推動光傳送網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展。本文在對傳統(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)一步對未來超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。

【關(guān)鍵詞】 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)的推動力，每一次技術(shù)的突破對光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展都是一次巨大的推動。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，業(yè)務(wù)種類層出不窮，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重不斷攀升，這都對光傳送網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。傳送網(wǎng)的容量和距離到達(dá)一個新的高度，實(shí)現(xiàn)了T級別，跨大洋的大容量，超長距傳送。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足的進(jìn)步。

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，推動光傳輸技術(shù)不斷向前推進(jìn)。從單信道速率來看，100Gbps的系統(tǒng)已經(jīng)開始商用，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、波長間距25GHz的試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)；從整個傳輸系統(tǒng)的總?cè)萘縼砜矗瑔卫w10Tbps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)有能力為未來業(yè)務(wù)提供大容量傳輸平臺。

超長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)前向糾錯技術(shù)、信號調(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，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)具有更智能和動態(tài)的建、拆路功能，同時提供更高效的保護(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)成的共識來看，100G技術(shù)需要配合多種技術(shù)共同使用，才能將其優(yōu)勢發(fā)揮到最大，創(chuàng)造更大的價值。

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，SD-FEC，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，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，成為一個可能，進(jìn)而為運(yùn)營商帶來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。

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。如果采用OTN平臺建設(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)，一直是各個運(yùn)營商追求的目標(biāo)，尤其是在100G時代，單鏈路容量高達(dá)8T，一旦出現(xiàn)問題，損失巨大。基于此種情況，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，解決光纖多次中斷問題的ASON網(wǎng)絡(luò)成為多個運(yùn)營商追逐的目標(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。通過在光域增加自動控制協(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性。

3 超100G時代的發(fā)展

對于未來超100G時代，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，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)需要向更加開放、智慧的方向發(fā)展。

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

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

（2）接口開放，資源云化：第三方通過開放接口對傳輸資源進(jìn)行編程使用。

（3）網(wǎng)絡(luò)智能，即時帶寬：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，眾多創(chuàng)新性的技術(shù)為解決上述問題提供了解決方案，新型的交換器件、信號調(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，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：endprint