城域100G OTN網絡系統規劃

王莉霞

摘 要

大數據時代，網絡帶寬即將迎來前所未有的嚴峻挑戰，無論是傳統的有線寬帶還是移動互聯網，對傳輸網絡資源需求增長迅猛。文章介紹了城域100G OTN網絡建設策略。

【關鍵詞】OTN 100G 城域

1 背景

移動寬帶在全球不斷加速發展，在近兩年進入爆發期。這一趨勢在2014年更加明顯，LTE的規模商用又帶動LTE產業鏈加速成熟，為移動寬帶的發展注入了新的活力。近5年來，移動數據總流量繼續保持了每年翻番的趨勢。思科最新的對2013-2018年全球預測和互聯網服務采用情況報告顯示，隨著互聯網用戶和設備數量持續增長、寬帶速度不斷提高以及視頻瀏覽量的快速攀升，全球互聯網協議流量將在未來五年增長至目前流量規模的近3倍。固定和移動連接的全球IP流量預計2018年將達到1.6ZB，這一數字將超過1984-2013年全球生成的所有IP流量總和。

2012年，100G網絡在歐美部分地區得到了較為廣泛的部署，迎來了100G的商用元年；而國內市場上，隨著“寬帶中國戰略”進入“推廣普及階段（2014-2015年）”，城域骨干100G承載網建設漸入高潮。

2 城域100G OTN需求分析

2.1 業務需求分析

隨著寬帶業務的發展，終端用戶對業務質量的要求不斷提升，IPTV、OTT視頻業務需要更大的帶寬來保證用戶體驗；另一方面，云計算的大規模應用使得更多的業務集中到云內處理，大量存儲與交換處理需求使得互聯網數據中心IDC核心路由器100G端口普及。高速端口的互聯需要超大寬帶管道來保障；

此外，作為城域骨干層兼具業務調度功能，將低速客戶業務STM-64/STM-256/10GE/40GE 等匯聚在100G 波長通道內傳輸，可提高光纖帶寬利用率。在滿足自身業務需求的基礎上，政企租用帶寬需求也日益增大，對運營商也提出了超大帶寬管道的要求。

2.2 成本需求分析

以華為OSN8800設備為例，40G OTN系統配置40G線路側OTU+4*10G支路側OTU，電交叉子架采用2.56T電交叉容量；

100G OTN系統配置100G線路側OTU+10*10G支路側OTU，電交叉子架采用6.4T電交叉容量；100G支路板價格與10*10G支路板相當。

配置單板及電交叉子架價格依據集團2013年華為設備集采價估算，設備占用槽位成本按配置板卡所占槽位/總槽位數比例折算。

由圖1可得，某節點在業務需求大于12個10G需求時，100G系統成本低于40G系統。并隨著業務的增長100G建設成本優勢顯著。 而后期100G產業鏈的不斷壯大，設備集采價格的下降會使100G成本優勢更加明顯。

3 OTN 技術發展現狀

3.1 現網系統部署

城域OTN技術2011年開始在全國大規模推廣。

以某運營商為例，在2011年開始建設80x40G系統城域骨干層，骨干節點與數據網核心出口及傳輸網出口同址，為大部分業務的終結點，同時兼具區域內匯聚層上聯電路提供向核心出口或者跨區域的轉接功能。40/80x10G匯聚系統主要覆蓋各區縣匯聚節點，用于傳輸本區域數據交換機、OLT、IPRAN B設備等與骨干節點互聯鏈路。

近幾年來，數據通信流量出現了爆炸式增長，同時政企專線大顆粒帶寬租用電路有較大的增長，開始出現100G電路需求。對業務安全性要求更高的同時，注重對傳輸系統感知和實時監控。全網多個40*10G匯聚系統10G波道占用率為50%，部分系統10G波道即將用完，骨干層預測使用如圖2所示。

根據業務部門提供的需求預測，預計2015年底40G波道占用率將達81%，2016年底40G波道占用率將達到100%。100G系統使用年限將延長至2019年。由此可見，迅速增長的業務需求將很快在規劃期內提前耗盡系統波道資源。

因此在出現100G業務需求后，現網波道利用率不高的情況下應該盡早將骨干層40G系統升級至100G，增加網絡容量，有效保護投資。若現網利用率已經超過70%，建議考慮新建100G系統。

3.2 10G/40G/100G技術對比

如表1所示，100G系統與10G系統和40G系統相比，同等條件下100G系統面臨著以下一些問題需要對其解決：

針對挑戰，100G引入PDM-QPSK調制+相干接收+DSP電處理+超強FEC四大新技術提高了傳輸性能。采用PDM-QPSK技術增加了每符號攜帶的比特數量. 該解決方案是在每一波長采用兩個QPSK信號來傳遞100Gbit/s業務，這兩個QPSK信號分別調制光載波兩個正交極化（偏振）中的一個。由于QPSK和正交極化復用分別將頻譜利用率提高一倍，與DPSK等調制方式相比，PM-QPSK只需1/4頻譜帶寬，每個正交偏振光載波上的信號實際為25G baud QPSK信號，采用相干接收和后繼的DSP處理，可以自動補償色散和PMD。100G解決方案不但有效解決了色散容限、光信噪比（OSNR）及非線性損傷等限制，并結合軟判決FEC保證了長距傳輸性能，常規跨段下100G無電中繼傳輸距離可達1500 km以上，具備應用于城域核心網及長途骨干網的傳輸能力，如圖3所示。

4 城域100G OTN網絡部署策略

4.1 新建100G OTN網絡

對于新建的100G 網絡，由于100G OTN 對色散、PMD的無限制，使它的系統設計比10G、40G更簡單，重點需要關注衰耗和非線性指標，可根據仿真計算的OSNR和Q值來估算是否滿足系統傳輸要求，如表2所示。

傳輸距離較長時，為避免入纖功率過高帶來的非線性影響，建議適當控制入纖功率。endprint

4.2 基于原有系統升級解決方案

鑒于國內目前實際已部署的網絡主要考慮相干100G（PDM-QPSK）和非相干10G/40G既有系統混傳方案。具備相干接收端的100G解決方案可以給網絡帶來諸多好處。

具備相干接收端的100G和原有的系統，特別是10G非相干混傳時，原系統的DCM模塊對相干系統會帶來多少影響一直是一個顧慮。實驗室測試表明，非相干系統對相干系統額外的OSNR上的代價不高于0.5dB，影響較小，相干100G的入纖光功率可達到1～2dBm，和現有的10G系統接近，只需OSNR參數能同時滿足100G和10G的設計要求，即可實現兼容混傳。但由于10G系統采用OOK調制，與100G系統混傳代價相對較大，混傳時建議設置一定數量的隔離波道。

基于相位調制編碼40G波道與100G波道混合傳輸時，無論傳輸距離如何，都不存在任何OSNR傳輸代價，可以任意進行混合傳輸；但100G與40G混合傳輸時，光層的傳輸距離主要受限于40G系統，40G的編碼方式對光纖的色散、DGD要求較高，但在站點部署時，由于100G的OSNR容限要比40G系統高，OTM到OTN站之間的距離要充分考慮到100G的傳輸能力；因此在系統設計時，DCM按照40G要求部署，OSNR按照100G要求部署，同時提前做好波道規劃。

同時還需注意的是，在確定此方案之前需考慮100G系統設備版本是否與現網設備統一，否則需要將現網設備及網管進行升級。

4.3 100G網絡保護方式

4.3.1 OLP保護方式

出于成本考慮，OLP線路保護是比較經濟有效的的解決手段。100G系統采用電域DSP處理，色散容限高達30000ps，可輕松滿足50ms倒換要求，對線路色散補償精度要求也非常寬松。

4.3.2 電層ASON保護技術

在CDC ROADM技術未成熟之前，電層ASON技術已經成熟商用。傳統波分網絡一般采用簡單的點到點組網方式，網絡結構過于單一帶來的劣勢就是組網能力和保護能力受限，網絡可擴展性差。WDM/OTN設備加載GMPLS/ASON控制平面之后，Mesh組網將成為其主要組網方式之一. 在Mesh組網中，為使中斷業務得以重新接通，除延用傳統的專用保護（如1+1路徑保護）和共享保護（如環保護）外，還能夠借助于重路由機制實現業務的即時恢復，也就是說，通過MESH組網，不僅可以提供傳統的保護方式，還能夠提供動態恢復的業務形態，甚至在保護失效的情況下還能提供業務恢復機制，使其只要有資源就不會中斷業務。

城域核心100G波分海量帶寬池可給整個城域OTN系統（包括匯聚層）提供靈活的保護資源（100G波道未使用完時可給其他業務提供保護），增加了網絡利用率，提高網絡安全性能。

5 展望

100G吸取了40G發展經驗，美國電氣和電子工程師協會（IEEE）、國際電信聯盟通信標準化組織（ITU-T） 和光互聯論壇（OIF）等三大標準組織聯手完成了100G端到端標準化工作，對規范設備接口、光系統及組件開發、推動產業鏈成熟起到了至關重要的作用。在“2013移動互聯網國際研討會”上，韋樂平預計未來5年將以100G為主導。目前400G技術的商用也已經開始，隨著技術標準的統一，400G將在未來5-10成為主導。

一般而言，未來的網絡需要具備如下的三個特點：未來設備硬件歸一、功能軟件可配，接口開放，資源云化，網絡智能，即時帶寬。同比以前的傳輸技術，未來超100G時代采用Super- Nyquist shaping壓縮算法使傳輸距離和傳輸帶寬可以根據實際的場景進行調整。

從2.5G， 10G， 40G， 一直到現在的100G，均為單波長帶寬直接增加。但是對于超100G情況，整個帶寬會以100G或200G為顆粒進行可調。從而保證400G/1T/2T等超100G信號的封裝/交叉效率最高，自由適配未來的業務發展和建網需求。

SDN技術將成為傳送網絡管理的核心，統一協調整個網絡上的所有器件，根據業務的距離、速率、時延、帶寬等需求選取最優路徑，提供高效、靈活、開放的帶寬管理能力。

無論什么技術都有其自己發展演進的軌跡，作為網絡技術的OTN也一樣。從它發展演進的軌跡和自身具有的優勢來看，OTN技術未來一定未有更好的發展，在電信網絡中發揮著重要的作用。

作者單位

華信咨詢設計研究院有限公司 浙江省杭州市 310014endprint

4.2 基于原有系統升級解決方案

鑒于國內目前實際已部署的網絡主要考慮相干100G（PDM-QPSK）和非相干10G/40G既有系統混傳方案。具備相干接收端的100G解決方案可以給網絡帶來諸多好處。

具備相干接收端的100G和原有的系統，特別是10G非相干混傳時，原系統的DCM模塊對相干系統會帶來多少影響一直是一個顧慮。實驗室測試表明，非相干系統對相干系統額外的OSNR上的代價不高于0.5dB，影響較小，相干100G的入纖光功率可達到1～2dBm，和現有的10G系統接近，只需OSNR參數能同時滿足100G和10G的設計要求，即可實現兼容混傳。但由于10G系統采用OOK調制，與100G系統混傳代價相對較大，混傳時建議設置一定數量的隔離波道。

基于相位調制編碼40G波道與100G波道混合傳輸時，無論傳輸距離如何，都不存在任何OSNR傳輸代價，可以任意進行混合傳輸；但100G與40G混合傳輸時，光層的傳輸距離主要受限于40G系統，40G的編碼方式對光纖的色散、DGD要求較高，但在站點部署時，由于100G的OSNR容限要比40G系統高，OTM到OTN站之間的距離要充分考慮到100G的傳輸能力；因此在系統設計時，DCM按照40G要求部署，OSNR按照100G要求部署，同時提前做好波道規劃。

同時還需注意的是，在確定此方案之前需考慮100G系統設備版本是否與現網設備統一，否則需要將現網設備及網管進行升級。

4.3 100G網絡保護方式

4.3.1 OLP保護方式

出于成本考慮，OLP線路保護是比較經濟有效的的解決手段。100G系統采用電域DSP處理，色散容限高達30000ps，可輕松滿足50ms倒換要求，對線路色散補償精度要求也非常寬松。

4.3.2 電層ASON保護技術

在CDC ROADM技術未成熟之前，電層ASON技術已經成熟商用。傳統波分網絡一般采用簡單的點到點組網方式，網絡結構過于單一帶來的劣勢就是組網能力和保護能力受限，網絡可擴展性差。WDM/OTN設備加載GMPLS/ASON控制平面之后，Mesh組網將成為其主要組網方式之一. 在Mesh組網中，為使中斷業務得以重新接通，除延用傳統的專用保護（如1+1路徑保護）和共享保護（如環保護）外，還能夠借助于重路由機制實現業務的即時恢復，也就是說，通過MESH組網，不僅可以提供傳統的保護方式，還能夠提供動態恢復的業務形態，甚至在保護失效的情況下還能提供業務恢復機制，使其只要有資源就不會中斷業務。

城域核心100G波分海量帶寬池可給整個城域OTN系統（包括匯聚層）提供靈活的保護資源（100G波道未使用完時可給其他業務提供保護），增加了網絡利用率，提高網絡安全性能。

5 展望

100G吸取了40G發展經驗，美國電氣和電子工程師協會（IEEE）、國際電信聯盟通信標準化組織（ITU-T） 和光互聯論壇（OIF）等三大標準組織聯手完成了100G端到端標準化工作，對規范設備接口、光系統及組件開發、推動產業鏈成熟起到了至關重要的作用。在“2013移動互聯網國際研討會”上，韋樂平預計未來5年將以100G為主導。目前400G技術的商用也已經開始，隨著技術標準的統一，400G將在未來5-10成為主導。

一般而言，未來的網絡需要具備如下的三個特點：未來設備硬件歸一、功能軟件可配，接口開放，資源云化，網絡智能，即時帶寬。同比以前的傳輸技術，未來超100G時代采用Super- Nyquist shaping壓縮算法使傳輸距離和傳輸帶寬可以根據實際的場景進行調整。

從2.5G， 10G， 40G， 一直到現在的100G，均為單波長帶寬直接增加。但是對于超100G情況，整個帶寬會以100G或200G為顆粒進行可調。從而保證400G/1T/2T等超100G信號的封裝/交叉效率最高，自由適配未來的業務發展和建網需求。

SDN技術將成為傳送網絡管理的核心，統一協調整個網絡上的所有器件，根據業務的距離、速率、時延、帶寬等需求選取最優路徑，提供高效、靈活、開放的帶寬管理能力。

無論什么技術都有其自己發展演進的軌跡，作為網絡技術的OTN也一樣。從它發展演進的軌跡和自身具有的優勢來看，OTN技術未來一定未有更好的發展，在電信網絡中發揮著重要的作用。

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4.2 基于原有系統升級解決方案

鑒于國內目前實際已部署的網絡主要考慮相干100G（PDM-QPSK）和非相干10G/40G既有系統混傳方案。具備相干接收端的100G解決方案可以給網絡帶來諸多好處。

具備相干接收端的100G和原有的系統，特別是10G非相干混傳時，原系統的DCM模塊對相干系統會帶來多少影響一直是一個顧慮。實驗室測試表明，非相干系統對相干系統額外的OSNR上的代價不高于0.5dB，影響較小，相干100G的入纖光功率可達到1～2dBm，和現有的10G系統接近，只需OSNR參數能同時滿足100G和10G的設計要求，即可實現兼容混傳。但由于10G系統采用OOK調制，與100G系統混傳代價相對較大，混傳時建議設置一定數量的隔離波道。

基于相位調制編碼40G波道與100G波道混合傳輸時，無論傳輸距離如何，都不存在任何OSNR傳輸代價，可以任意進行混合傳輸；但100G與40G混合傳輸時，光層的傳輸距離主要受限于40G系統，40G的編碼方式對光纖的色散、DGD要求較高，但在站點部署時，由于100G的OSNR容限要比40G系統高，OTM到OTN站之間的距離要充分考慮到100G的傳輸能力；因此在系統設計時，DCM按照40G要求部署，OSNR按照100G要求部署，同時提前做好波道規劃。

同時還需注意的是，在確定此方案之前需考慮100G系統設備版本是否與現網設備統一，否則需要將現網設備及網管進行升級。

4.3 100G網絡保護方式

4.3.1 OLP保護方式

出于成本考慮，OLP線路保護是比較經濟有效的的解決手段。100G系統采用電域DSP處理，色散容限高達30000ps，可輕松滿足50ms倒換要求，對線路色散補償精度要求也非常寬松。

4.3.2 電層ASON保護技術

在CDC ROADM技術未成熟之前，電層ASON技術已經成熟商用。傳統波分網絡一般采用簡單的點到點組網方式，網絡結構過于單一帶來的劣勢就是組網能力和保護能力受限，網絡可擴展性差。WDM/OTN設備加載GMPLS/ASON控制平面之后，Mesh組網將成為其主要組網方式之一. 在Mesh組網中，為使中斷業務得以重新接通，除延用傳統的專用保護（如1+1路徑保護）和共享保護（如環保護）外，還能夠借助于重路由機制實現業務的即時恢復，也就是說，通過MESH組網，不僅可以提供傳統的保護方式，還能夠提供動態恢復的業務形態，甚至在保護失效的情況下還能提供業務恢復機制，使其只要有資源就不會中斷業務。

城域核心100G波分海量帶寬池可給整個城域OTN系統（包括匯聚層）提供靈活的保護資源（100G波道未使用完時可給其他業務提供保護），增加了網絡利用率，提高網絡安全性能。

5 展望

100G吸取了40G發展經驗，美國電氣和電子工程師協會（IEEE）、國際電信聯盟通信標準化組織（ITU-T） 和光互聯論壇（OIF）等三大標準組織聯手完成了100G端到端標準化工作，對規范設備接口、光系統及組件開發、推動產業鏈成熟起到了至關重要的作用。在“2013移動互聯網國際研討會”上，韋樂平預計未來5年將以100G為主導。目前400G技術的商用也已經開始，隨著技術標準的統一，400G將在未來5-10成為主導。

一般而言，未來的網絡需要具備如下的三個特點：未來設備硬件歸一、功能軟件可配，接口開放，資源云化，網絡智能，即時帶寬。同比以前的傳輸技術，未來超100G時代采用Super- Nyquist shaping壓縮算法使傳輸距離和傳輸帶寬可以根據實際的場景進行調整。

從2.5G， 10G， 40G， 一直到現在的100G，均為單波長帶寬直接增加。但是對于超100G情況，整個帶寬會以100G或200G為顆粒進行可調。從而保證400G/1T/2T等超100G信號的封裝/交叉效率最高，自由適配未來的業務發展和建網需求。

SDN技術將成為傳送網絡管理的核心，統一協調整個網絡上的所有器件，根據業務的距離、速率、時延、帶寬等需求選取最優路徑，提供高效、靈活、開放的帶寬管理能力。

無論什么技術都有其自己發展演進的軌跡，作為網絡技術的OTN也一樣。從它發展演進的軌跡和自身具有的優勢來看，OTN技術未來一定未有更好的發展，在電信網絡中發揮著重要的作用。

作者單位

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