面向未来的光传送网络演进

周成柱

(中国联通有限公司江苏分公司,江苏南京 210006)

面向未来的光传送网络演进

周成柱

(中国联通有限公司江苏分公司,江苏南京 210006)

当前传送网的技术演进已到了一个全新的高度。未来基于100G和超100G技术,以及对应配套的灵活光网络平台的进步必将推动光传送网的持续发展。本文在对传统光传送网总结分析的基础上,阐释了100G传送网构建的关键技术,并进一步对未来超100G传送网的演进和关键技术进行了探讨,包括灵活的接收机、ROADM、OTN和基于SDN的控制面。

100G OTN 灵活光网络

技术的发展和业务的发展共同驱动光网络高速向前发展。业务的发展引领了需求,牵引光网路发展,是光网络发展的方向;技术的进步是坚实的推动力,每一次技术的突破对光网络的发展都是一次巨大的推动。随着互联网与物联网应用的高速发展,通信网络业务容量爆炸性增长,业务种类层出不穷,数据业务比重不断攀升,这都对光传送网提出了新的挑战。传送网的容量和距离到达一个新的高度,实现了T级别,跨大洋的大容量,超长距传送。当前100G光传送网络正在如火如荼的铺设,对于400G及1T等超大容量的商用光传送网络构建的研究也取得了长足的进步。

图1 光网络的演进方向

图2 未来光传送网架构

1 近期传送网的发展

目前,电信网络中以GE/10GE/40GE、2.5G/10G/40G POS接口为代表的大颗粒宽带业务大量涌现,飞速增长的数据流量需求直观地引导着光传送网的发展,推动光传输技术不断向前推进。从单信道速率来看,100Gbps的系统已经开始商用,400Gbps的系统在实验室已经成熟,单信道为11.2Tbps的系统在实验室已经实现;从单纤信道数来看,C波段80波系统、C+L波段160波系统已经成熟商用,单纤432波、波长间距25GHz的试验系统已经实现;从整个传输系统的总容量来看,单纤10Tbps已经完全突破,正在逼近100Tbps。这些都表明下一代光传送网有能力为未来业务提供大容量传输平台。

超长距离传输能有效降低系统成本并提高系统的可靠性,因此也备受产业界青睐。随着分布式喇曼放大器、超强前向纠错技术、信号调制与接收处理技术、色散管理、PMD补偿技术和严格的光均衡技术的使用,全光传输距离也在大幅度增加,可达到4000公里以上(如图1)。

2 100G高速传送网关键技术

目前PDH、IP、Ethernet、SDH、ATM和SAN等多种接入的需求决定了目前的光传送网必须具备多业务的特性;同时,下一代网络具有基于分组技术特征,能够提供包括电信业务在内的多种业务、支持用户层次与业务需求的多样性,作为下一代网络的承载层,光传送网必须在分组化的基础上支持多种业务。随着光传送网从传统的点到点、环形组网向复杂的网状网方向演进,使网络具有更智能和动态的建、拆路功能,同时提供更高效的保护和恢复机制、灵活的可扩展性和交互的流量工程能力。

总而言之,伴随着大带宽传送的100G时代不仅仅是光层技术,还需要考虑电层技术。从业界达成的共识来看,100G技术需要配合多种技术共同使用,才能将其优势发挥到最大,创造更大的价值。

2.1 第二代软判技术

FEC,QPSK码型,偏振复用,相干接收等是100G的核心技术,目前大部分技术都已经趋于稳定,没有太大的变化。而作为核心技术之一的FEC却在悄然发生着很大的变化,从早期的HFEC,SDFEC,迅速演进到现在的第二代SD-FEC,性能有了很大的提升。随着算法的改进,对于背靠背OSNR容限的需求显著降低,提供更高的NCG,有效地增加传输距离。与此同时,支持第二代软判的100G除了软判算法的改进,在芯片工艺方面也有了很大的进步,大幅度降低了核心芯片的功耗,从而使得高集成度产品商用化,成为一个可能,进而为运营商带来TCO的降低。

2.2 OTN组网

OTN系列标准在2001年初步完成,在2003～2004年基本完善。OTN技术吸收了SDH技术和WDM技术的优点,摈弃了其中的不足,并且兼容SDH和WDM网络,这使得OTN技术必然成为光网络发展的主流趋势。

传统网络都采用IP+WDM的建网模式,路由器与WDM设备背靠背联接,端口冗余,缺乏互动。如果采用OTN平台建设WDM网络,路由器+OTN协同建网能有效减少昂贵的路由器端口、总体功耗, CAPEX降低30%。

2.3 ASON控制平面

稳定而可靠的网络,一直是各个运营商追求的目标,尤其是在100G时代,单链路容量高达8T,一旦出现问题,损失巨大。基于此种情况,能够有效提高网络可靠性,解决光纤多次中断问题的ASON网络成为多个运营商追逐的目标。ASON方案直接在光纤网络上引入以IP为核心的智能控制技术,可以有效地支持连接的动态建立和拆除,可给予流量工程按需合理分配网络资源,并提供良好的网络保护/恢复性能。通过在光域增加自动控制协议的方法赋予光网络以智能,使光网络获得前所未有的灵活性与可升级性。

3 超100G时代的发展

对于未来超100G时代,如果只是传输速率的提升、距离的增加和网络调度的智能化是远远不够的。随着去电信化成为业界的共识,云计算、数据中心和大数据等新兴业务的迅速普及,以及软件定义网络等新的网络架构的出现,只是完成传输任务的“静态”光传送网需要向更加开放、智慧的方向发展。

未来的超100G传送网络架构的演进具有如下的特点:

(1)未来设备硬件归一、功能软件可配:通过软件设置完成多种多样的传输功能。

(2)接口开放,资源云化:第三方通过开放接口对传输资源进行编程使用。

(3)网络智能,即时带宽:网络智能化,可以根据客户业务需求快速提供业务。

但是,原有的基于WDM传输技术的光网络在带宽分配与性能管理上采用“一刀切” 的固定模式,对于不同大小的带宽需求都分配相同的频谱资源,并且载波间的频谱间隔是固定的。通信技术的迅猛发展使得WDM传输技术中的缺陷成为制约光网络进一步发展的瓶颈。近年来,众多创新性的技术为解决上述问题提供了解决方案,新型的交换器件、信号调制格式与资源利用方式被陆续提出,在提高光网络传输能力的同时,赋予光网络更好的灵活性与智能性。其中关键的技术主要包括:

(1)灵活的接收机(Flex TRX):在超100G时代,在设备的发端一般采用的多载波光源,收端能够实现波长自动适配,支持子波长任意组合,同时配合Super-Nyquist shaping压缩算法,使得频谱利用率更高。同比以前的传输技术,未来超100G的一个很大变化就是传输距离和传输带宽可以根据实际的场景进行调整。

(2)灵活的ROADM(Flex ROADM):新型的ROADM应具有无色性、无向性、无阻性和灵活频谱粒度的交换功能。无色性是指节点中任意方向的端口都可以在本地上传或下载任意频率的波长,取消了只能对于固定频率上下路的限制,是节点扩大交换容量的基础。无向性是指对于节点各个端口间,允许任意波长配置到任意端口,提高了交换的灵活性便于节点进一步扩展。对于端口间可能出现因波长频带间重叠而导致的冲突,节点还应该具有无阻性,允许处于同一频率的多个波长在同一节点进行上下路的操作。

(3)灵活的OTN(Flex OTN):对于超100G情况,当前OTN的最大负载容量是100G显然需要进一步扩展,整个带宽会以100G或200G为颗粒进行可调,以保证400G/1T/2T等超100G信号的封装/交叉效率最高,自由适配未来的业务发展和建网需求。除了业务粒度的调整,更加灵活的信息承载方式是OTN演进的方向。ITU-U提出的灵活传送容器ODU flex可以用来解决对CPRI、GPON等多种数据业务有效映射的问题,将多种业务通过数据时钟分离和多字节映射的全新的GMP技术映射到ODU flex内进行传送和交叉,提高了对于突发信息适配的灵活性和资源使用效率。但是OTN输出的粒度依然只是固定的10G、40G等大小,未来随着网络颗粒度会灵活变化,OTN flex会是OTN的演进方向。

(4)灵活的控制面(Flex Controller):将控制功能从数据层面中搬离,是众多SDN研究中共同的特征。这种解耦和使得两个平面可以独立的演进,同时带来许多优势,例如:高灵活性,厂商无关性,可编程性和使得集中式的网络视图成为可能。在超100G时代,SDN技术将成为传送网络管理的核心,统一协调整个网络上的所有器件,根据业务的距离、速率、时延、带宽等需求选取最优路径,提供高效、灵活、开放的带宽管理能力(如图2)。

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