周成柱

(中國聯(lián)通有限公司江蘇分公司,江蘇南京 210006)

面向未來的光傳送網(wǎng)絡演進

周成柱

(中國聯(lián)通有限公司江蘇分公司,江蘇南京 210006)

當前傳送網(wǎng)的技術演進已到了一個全新的高度。未來基于100G和超100G技術,以及對應配套的靈活光網(wǎng)絡平臺的進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)分析的基礎上,闡釋了100G傳送網(wǎng)構(gòu)建的關鍵技術,并進一步對未來超100G傳送網(wǎng)的演進和關鍵技術進行了探討,包括靈活的接收機、ROADM、OTN和基于SDN的控制面。

100G OTN 靈活光網(wǎng)絡

技術的發(fā)展和業(yè)務的發(fā)展共同驅(qū)動光網(wǎng)絡高速向前發(fā)展。業(yè)務的發(fā)展引領了需求,牽引光網(wǎng)路發(fā)展,是光網(wǎng)絡發(fā)展的方向;技術的進步是堅實的推動力,每一次技術的突破對光網(wǎng)絡的發(fā)展都是一次巨大的推動。隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應用的高速發(fā)展,通信網(wǎng)絡業(yè)務容量爆炸性增長,業(yè)務種類層出不窮,數(shù)據(jù)業(yè)務比重不斷攀升,這都對光傳送網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。傳送網(wǎng)的容量和距離到達一個新的高度,實現(xiàn)了T級別,跨大洋的大容量,超長距傳送。當前100G光傳送網(wǎng)絡正在如火如荼的鋪設,對于400G及1T等超大容量的商用光傳送網(wǎng)絡構(gòu)建的研究也取得了長足的進步。

圖1 光網(wǎng)絡的演進方向

圖2 未來光傳送網(wǎng)架構(gòu)

1 近期傳送網(wǎng)的發(fā)展

目前,電信網(wǎng)絡中以GE/10GE/40GE、2.5G/10G/40G POS接口為代表的大顆粒寬帶業(yè)務大量涌現(xiàn),飛速增長的數(shù)據(jù)流量需求直觀地引導著光傳送網(wǎng)的發(fā)展,推動光傳輸技術不斷向前推進。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)在實驗室已經(jīng)成熟,單信道為11.2Tbps的系統(tǒng)在實驗室已經(jīng)實現(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的試驗系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn);從整個傳輸系統(tǒng)的總?cè)萘縼砜?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)有能力為未來業(yè)務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、超強前向糾錯技術、信號調(diào)制與接收處理技術、色散管理、PMD補償技術和嚴格的光均衡技術的使用,全光傳輸距離也在大幅度增加,可達到4000公里以上(如圖1)。

2 100G高速傳送網(wǎng)關鍵技術

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)務的特性;同時,下一代網(wǎng)絡具有基于分組技術特征,能夠提供包括電信業(yè)務在內(nèi)的多種業(yè)務、支持用戶層次與業(yè)務需求的多樣性,作為下一代網(wǎng)絡的承載層,光傳送網(wǎng)必須在分組化的基礎上支持多種業(yè)務。隨著光傳送網(wǎng)從傳統(tǒng)的點到點、環(huán)形組網(wǎng)向復雜的網(wǎng)狀網(wǎng)方向演進,使網(wǎng)絡具有更智能和動態(tài)的建、拆路功能,同時提供更高效的保護和恢復機制、靈活的可擴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,還需要考慮電層技術。從業(yè)界達成的共識來看,100G技術需要配合多種技術共同使用,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

FEC,QPSK碼型,偏振復用,相干接收等是100G的核心技術,目前大部分技術都已經(jīng)趨于穩(wěn)定,沒有太大的變化。而作為核心技術之一的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,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,在芯片工藝方面也有了很大的進步,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,進而為運營商帶來TCO的降低。

2.2 OTN組網(wǎng)

OTN系列標準在2001年初步完成,在2003～2004年基本完善。OTN技術吸收了SDH技術和WDM技術的優(yōu)點,擯棄了其中的不足,并且兼容SDH和WDM網(wǎng)絡,這使得OTN技術必然成為光網(wǎng)絡發(fā)展的主流趨勢。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡都采用IP+WDM的建網(wǎng)模式,路由器與WDM設備背靠背聯(lián)接,端口冗余,缺乏互動。如果采用OTN平臺建設WDM網(wǎng)絡,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,一直是各個運營商追求的目標,尤其是在100G時代,單鏈路容量高達8T,一旦出現(xiàn)問題,損失巨大?；诖朔N情況,能夠有效提高網(wǎng)絡可靠性,解決光纖多次中斷問題的ASON網(wǎng)絡成為多個運營商追逐的目標。ASON方案直接在光纖網(wǎng)絡上引入以IP為核心的智能控制技術,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)絡資源,并提供良好的網(wǎng)絡保護/恢復性能。通過在光域增加自動控制協(xié)議的方法賦予光網(wǎng)絡以智能,使光網(wǎng)絡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)絡調(diào)度的智能化是遠遠不夠的。隨著去電信化成為業(yè)界的共識,云計算、數(shù)據(jù)中心和大數(shù)據(jù)等新興業(yè)務的迅速普及,以及軟件定義網(wǎng)絡等新的網(wǎng)絡架構(gòu)的出現(xiàn),只是完成傳輸任務的“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)絡架構(gòu)的演進具有如下的特點:

(1)未來設備硬件歸一、功能軟件可配:通過軟件設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行編程使用。

(3)網(wǎng)絡智能,即時帶寬:網(wǎng)絡智能化,可以根據(jù)客戶業(yè)務需求快速提供業(yè)務。

但是,原有的基于WDM傳輸技術的光網(wǎng)絡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。通信技術的迅猛發(fā)展使得WDM傳輸技術中的缺陷成為制約光網(wǎng)絡進一步發(fā)展的瓶頸。近年來,眾多創(chuàng)新性的技術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)絡傳輸能力的同時,賦予光網(wǎng)絡更好的靈活性與智能性。其中關鍵的技術主要包括:

(1)靈活的接收機(Flex TRX):在超100G時代,在設備的發(fā)端一般采用的多載波光源,收端能夠?qū)崿F(xiàn)波長自動適配,支持子波長任意組合,同時配合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,未來超100G的一個很大變化就是傳輸距離和傳輸帶寬可以根據(jù)實際的場景進行調(diào)整。

(2)靈活的ROADM(Flex ROADM):新型的ROADM應具有無色性、無向性、無阻性和靈活頻譜粒度的交換功能。無色性是指節(jié)點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,取消了只能對于固定頻率上下路的限制,是節(jié)點擴大交換容量的基礎。無向性是指對于節(jié)點各個端口間,允許任意波長配置到任意端口,提高了交換的靈活性便于節(jié)點進一步擴展。對于端口間可能出現(xiàn)因波長頻帶間重疊而導致的沖突,節(jié)點還應該具有無阻性,允許處于同一頻率的多個波長在同一節(jié)點進行上下路的操作。

(3)靈活的OTN(Flex OTN):對于超100G情況,當前OTN的最大負載容量是100G顯然需要進一步擴展,整個帶寬會以100G或200G為顆粒進行可調(diào),以保證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(yè)務發(fā)展和建網(wǎng)需求。除了業(yè)務粒度的調(diào)整,更加靈活的信息承載方式是OTN演進的方向。ITU-U提出的靈活傳送容器ODU flex可以用來解決對CPRI、GPON等多種數(shù)據(jù)業(yè)務有效映射的問題,將多種業(yè)務通過數(shù)據(jù)時鐘分離和多字節(jié)映射的全新的GMP技術映射到ODU flex內(nèi)進行傳送和交叉,提高了對于突發(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,未來隨著網(wǎng)絡顆粒度會靈活變化,OTN flex會是OTN的演進方向。

(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平面可以獨立的演進,同時帶來許多優(yōu)勢,例如:高靈活性,廠商無關性,可編程性和使得集中式的網(wǎng)絡視圖成為可能。在超100G時代,SDN技術將成為傳送網(wǎng)絡管理的核心,統(tǒng)一協(xié)調(diào)整個網(wǎng)絡上的所有器件,根據(jù)業(yè)務的距離、速率、時延、帶寬等需求選取最優(yōu)路徑,提供高效、靈活、開放的帶寬管理能力(如圖2)。

[1]湯瑞,李允博,趙文玉等.100G傳輸技術及應用探討[J].郵電設計技術,2013,5:008.

[2]van den Borne D,Sleiffer V,Alfiad M S, et al.Towards 400G and beyond:How to design the next generation of ultra-high capacity transmission systems[C]//OECC,2011 16th. IEEE,2011:429-432.

[3]李鷹,陳巖.高速光傳送網(wǎng)的發(fā)展及應用研究[J].通信技術,2013, 63(06):38-40.

[4]李允博,李晗,柳晟.軟件定義網(wǎng)絡在光傳送網(wǎng)領域的應用探討[J].電信科學,2013,29(9):187-190.