网络　“光”速前进

[导读]最近一两年国内电信业可谓进入了发展的活跃期: 3G上马，运营商开始全业务竞争，FTTH(光纤到户)大行其道，三网融合时间表已经推出......所有这些新动向都推动着光网络的迅速发展——这是一个“业务为王”的时代，然而一切业务都离不开传输网络的有力支撑: 无论移动宽带、固定宽带，还是电视、视频，所有流量的增长都需要光网络来承载。

最近一两年国内电信业可谓进入了发展的活跃期: 3G上马，运营商开始全业务竞争，FTTH(光纤到户)大行其道，三网融合时间表已经推出......所有这些新动向都推动着光网络的迅速发展——这是一个“业务为王”的时代，然而一切业务都离不开传输网络的有力支撑: 无论移动宽带、固定宽带，还是电视、视频，所有流量的增长都需要光网络来承载。

　　面对突飞猛进的业务需求，光通信呈现出日新月异的发展趋势，纷至沓来的新技术令即便通信业内人士都感到目眩神迷。2010年，你必须刷新自己的知识体系，知道以下四大最重要的光通信关键词:

　　40G:迎接大规模商用

　　当年40G的概念刚刚被提出、包括本世纪初的时候，人们还对其高速感到惊异——保守派认为，人类也许并不需要这么快的传输速度。不过，经过了长达10年的研究和测试，40G如今在中国已经正式登上了商用的舞台。

　　2008年，中国电信上海到江苏无锡段40G传送网项目公开招标，本土厂商华为中标，这是我国的首个40G波分商用网络。2009年，中国电信进一步扩大40G商用网络部署范围，在长三角其他主要区域、珠三角开展招标。而在中国北方，中国联通建设的以北京为中心，贯穿天津、河南、山东等华北主要地区的40G线路也已投入运行。2010年，预计运营商们将有更多的40G网络开始实际部署。

　　尽管目前国内运营商的传输网络仍以单波10G为主，只在流量压力大的地区率先部署了40G;但是随着运营商宽带业务、移动数据业务的发展，通信容量需求的不断提升，传输网络向单波40G乃至更大容量发展已是必然趋势。当年10G问世的时候，最快的交换机或路由器的接口速度只有2.5G;如今数据网络设备的接口速度已经达到10G，核心网络的扩展也势在必行。

　　关于40G究竟要部署在网络的哪一部分，一度是业界广为关注的问题。由于网络越来注重城域地区，因此有些城域网络的带宽需求将很有可能与核心网络的带宽需求相当，甚至有所超越。这将促使40G系统首先在城域网中采用。但是，从历史上看，无论网络业务如何发展，对带宽的需求有多大，核心网络总是领导带宽需求的。

　　40G传输主要采用了以下几种关键技术:

　　第一、色度色散补偿和极化模PMD补偿技术。从理论上看，色度色散代价和极化模色散代价都随比特率的平方关系增长，因此40G的色散和PMD容限比10G降低了16倍;

　　第二、光信噪比的要求比10G提高了6dB，差不多要求32dB的光信噪比，这么高的光信噪比如果没有拉曼放大器，是很难做到的;

　　第三、调制格式的选择。40G调制格式有很多选择，目前业界普遍认可DPSK。DPSK调制方式的频谱宽度介于NRZ和RZ之间，比普通RZ码的频谱效率高，可以改进色散容限、非线性容限和PMD容限，传输距离比普通RZ码长，光信噪比可以比NRZ改进约3dB，有些情况下可能高达6dB，是一种能有效扩展传输距离和适合40Gb/s速率的调制新技术。

　　第四、超级FEC。随着光速率达到40G，提高光信噪比的难度越来越大，成本和代价也越来越高，FEC成为一项非常关键的实用技术，不仅可以使传输距离达到实用化要求，而且在一些短距离传输系统上，可以避免实施昂贵复杂的有源PMD补偿。

　　第五、封装技术。在40G速率下封装技术也成为一个难点，光纤耦合容差仅0.2mm ，所以在范围很宽的温度下能够继续维持稳定工作并不是一件简单的事。

　　第六、交换机和路由器的接口难度更大，需要非常复杂的处理能力。包括在40Gb/s速率下实现包基础的业务量整形、过滤和优先。它涉及很多元件，包括成帧器、网络处理器、流量工程实现芯片和高速I/O芯片等。

　　采用40G将为运营商带来的优势主要有以下几方面:

　　第一，可以比较有效地使用传输频带，频谱效率比较高;

　　第二，降低了设备的成本，如果40G的成本能降到10G实际成本的3倍以下，就达到了合理应用的程度，进而能够实现大规模的应用;

　　第三，降低了OAM的成本、复杂性以及备件数量;

　　第四，每比特的成本比其他城域网方案更经济;

　　第五，通常单波长可以处理多个数据连接，核心网的功能会大大地增强。

　　在产业链发展和产品成熟度方面，当前华为、上海贝尔、中兴通讯、烽火、爱立信、诺基亚西门子等主流厂商都已经推出了40G商用产品。不过，相比10G系统，40G系统对电子学和光学领域技术的要求都接近极限，复杂调制技术和色散补偿的应用导致40G的成本一直以来居高不下，要实现大规模商用，40G设备还需要进一步降低价格门槛。

　　鉴于运营商的网络升级不可能一步到位全部升级至40G，同时原有的10G网络资源尚未充分发挥价值，因此支持10G和40G混传，以及充分利用10G资源，也成为运营商进行40G部署时必须考虑的问题。

　　100G: 接踵而至

　　正当国内运营商开始陆续启动40G网络建设的时候，100G也正式闯入了人们的视野。2010年4月，阿尔卡特朗讯宣布，将在年内推出100G商用产品，100G的传输时代已经来临。

　　尽管从目前看来，40G网络尚能够满足运营商的业务需求，但是LTE、光纤到户、IPTV等新业务层出不穷，对传送网不断提出更高的要求。中国电信科技委主任韦乐平曾提醒业界: 40G的市场窗口有限，人们在做好40G应用的同时，还应密切关注和推进100G系统的开发和成熟。

　　100G传输将是下一代高速传送领域的核心技术，可实现单信道每秒112G比特的传输，从而将目前的主流传输速率(10G)提高10倍。它不是一个单项技术，而是一系列技术的综合，包括相关的技术标准、以太网技术、DWDM传输技术等多个方面。

　　IEEE、ITU-T和OIF等标准组织目前正在进行100G传输的相关标准制定，不过三个组织的侧重点有所不同:

　　IEEE主要制定客户侧的网络接口和以太网相关映射标准，包括10×10G和4×25G两种100GE光接口标准(将来也有可能定义100GE串行接口);

　　ITU-T主要制定运营商网络相关标准，如ODU4/OTU4的定义、40GE/100GE如何映射到OTN以及DWDM帧结构之中等;

　　OIF主要定义电接口标准。

　　预计2010年中，IEEE高速Ethernet的相关规范和ITU-TOTN的相关规范将制定完成。

　　100G传输的商用化需要解决四大关键技术问题:

　　[FS:Page]一、100G线路传输技术。

　　40G速率提高到100G,光信噪比OSNR需要增加4dB左右，为了降低光信噪比OSNR的要求，在现有的光网络上传输单波100G信号，需要采用特殊的调制技术来降低波特率，例如 PDM-DQPSK。由于采用了偏振态、相位的双重调制，可以把100Gbps的信号速率降低到25G波特率，从而保证在50GHz间隔的波长区传输。为了更好地提高接收灵敏度，有时需要采用相干电处理的技术，也就是采用电处理来解决光波长的相干接收。目前，主流厂商普遍倾向于PDM-(D)QPSK。

　　二、100GE接口技术。

　　100GE接口技术要保证100GE物理端口的高可靠性，并支持完善的监控和保护功能。100GE物理接口主要有三种: 10×10G短距离(100m)互联的MMFLAN接 口;4×25G中短距离(3km、10km、40km)互联的SMFLAN接口;10G铜线铜缆接口。在接口架构方案上，100GE接口架构目前有MLD&CAUI、APL和PBL三种方案。VL&CTBI、APL、PBL方案分别根据不同的应用需求而提出。这些方案将会于近年内在IEEE进行广泛讨论，并最终给出最佳方案。

　　三、100GE封装映射技术。

　　100GE适配到OTN时，可映射到OTU4中，也可反向复用到OTU2/3之中。根据100GE接口的具体实现形式，存在多条封装映射路径。目前，ITU正在讨论承载Multi-lane100GE的问题，主要有Multi-lanePCS层汇聚再映射到OTN,以及比特透明独立映射两种解决方案。

　　四、100G关键器件技术。

　　业界初步估计，100G关键器件将于2010年左右开始生产，于2011年～2012年开始规模商用。其中光模块和高速DSP影响最大: 只有高速光模块才能实现100Gbps速率的调制;DSP则对于相干电接收至关重要，只有在100G高速率数字处理技术取得突破时，才能实现软判决、相干电接收的复杂电处理，从而提高接收灵敏度，加大100G的传输距离。

　　PTN: 应用爆发

　　随着光网络的发展，支撑光网络的技术也在不断演进，基于SDH/MSTP的网络正在向PTN(分组传送网，Package Transport Network )迈进。3G牌照发放后，在大量3G回传业务和网络IP化需求的推动下，国内各大运营商对PTN技术和应用的需求日益明显。

　　PTN是基于分组交换的、面向连接的多业务统一传送技术，是传送技术和数据技术结合的产物，不仅能较好承载电信级以太网业务，满足标准化业务、高可靠性、灵活扩展性、严格服务质量(QoS)和完善的运行管理维护(OAM)等五个基本属性，而且兼顾了支持传统的TDM和ATM业务，继承了SDH网管的图形化界面、端到端配置等管理功能。目前，PTN主要应用在城域网范围，主要承载移动回传、企事业专线/专网等QoS要求的业务，实现我国运营商城域传送网从TDM向分组化的逐步演进。

　　在国内运营商的城域网中，PTN技术主要定位于城域的汇聚接入层，解决以下需求:

　　1、多业务承载: 无线基站回传的TDM/ATM以及今后的以太网业务、企事业和家庭用户的以太网业务;

　　2、业务模型: 城域的业务流向大多是从业务接入节点到核心/汇聚层的业务控制和交换节点，为点到点(P2P)和点到多点(P2MP)汇聚模型，业务路由相对确定，因此中间节点不需要路由功能;

　　3、严格的QoS: TDM/ATM和高等级数据业务需要低时延、低抖动和带宽保证，而宽带数据业务峰值流量大且突发性强，要求具有流分类、带宽管理、优先级调度和拥塞控制等QoS能力;

　　4、电信级可靠性: 需要可靠的、面向连接的电信级承载，提供端到端的OAM能力和网络快速保护能力;

　　5、网络成本(TCO)控制和扩展性: 我国许多大中型城市都有几千个业务接入点和上百个业务汇聚节点，因此要求网络具有低成本、统一管理和可维护性，同时在城域范围内业务分布密集且广泛，要求具有较强的网络扩展性。

　　目前在国内市场上，推动PTN应用最有力的运营商是中国移动。中国移动自2008年开始对PTN进行实验室全面摸底测试，2009年上半年进行了八省市试点测试，2009年10月启动了大规模PTN集采，2010年初开始了PTN网络建设。据悉，2009年中国移动用于PTN建设的投资达30亿元人民币。2010年5月，中国移动还将进行第二次PTN大规模集中采购，PTN在国内市场的应用将迎来大规模爆发。

　　对其他两家电信运营商而言，目前对PTN技术主要还是积极跟踪和测试，做好试点工作为下一步应用打好基础。

　　OTN: 全业务明星

　　全业务时代，迫切需要能提供海量业务带宽的新型传输技术出现，可管理、易调度的OTN(光传送网，Optical Transport Network)代表了未来光网络的发展方向，被业界认为是下一代传送网技术的首选。

　　OTN技术定义了ODU1/ODU2/ODU3(从2.5G到40G)等多层级交叉方式，具有超大电交叉容量，可满足T比特时代的业务调度需求。它以波分复用技术为基础，是通过G.872、G.709、G.798等一系列ITU- T的建议规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”，将解决传统WDM网络无波长/子波长业务调度能力差、组网能力弱、保护能力弱等问题。

　　OTN处理的基本对象是波长级业务，它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。由于结合了光域和电域处理的优势，OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。

　　OTN的主要优点是完全向后兼容，它可以建立在现有的SONET/SDH管理功能基础上，不仅提供了存在的通信协议的完全透明，而且还为WDM提供端到端的连接和组网能力。它为ROADM提供光层互联的规范，并补充了子波长汇聚和疏导能力。

　　OTN的关键技术特征有以下四点:

　　一、多种客户信号封装和透明传输。

　　基于ITU-TG.709的OTN帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM、以太网等。目前对于SDH和ATM可实现标准封装和透明传送，但对于不同速率以太网的支持有所差异。ITU-TG.sup43为10GE业务实现不同程度的透明传输提供了补充建议，而对于GE、 40GE、100GE以太网、专网业务光纤通道(FC)和接入网业务吉比特无源光网络(GPON)等，其到OTN帧中标准化的映射方式目前正在讨论之中。

　　二、大颗粒的带宽复用、交叉和配置。

　　OTN 目前定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元(O-DUk，k=1,2,3)，即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和 ODU3(40Gb/s)，光层的带宽颗粒为波长，相对于SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多，对高带宽 数据客户业务的适配和传送效率显著提升。

　　三、强大的开销和维护管理能力。

　　OTN提供了和SDH类似的开销管理能力，OTN光通路(O[FS:Page]Ch)层的OTN帧结构大大增强了该层的数字监视能力。另外OTN还提供6层嵌套串联连接监视(TCM)功能，这样使得OTN组网时，采取端到端和多个分段同时进行性能监视的方式成为可能。

　　四、增强了组网和保护能力。

　　通过OTN帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器(ROADM)的引入，大大增强了光传送网的组网能力，改变了基于SDHVC- 12/VC-4调度带宽和WDM点到点提供大容量传送带宽的现状。前向纠错(FEC)技术的采用，显著增加了光层传输的距离。另外，OTN将提供更为灵活的基于电层和光层的业务保护功能，如基于ODUk层的光子网连接保护(SNCP)和共享环网保护、基于光层的光通道或复用段保护等，但目前共享环网技术尚未标准化。