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超高速光传送网技术发展及演进
李晖 中国信息通信研究院
2015-04-22  来源:T-泰尔网

 

  近年来随着移动宽带、OTT视频、云业务的迅猛发展,全球带宽需求爆炸式地增加,给传输网络带来巨大的带宽压力,运营商迫切需要建设灵活、高速的光传送网,超100G、智能、SDN化成为光传送网升级和演进的方向。

  1、全球网络流量增长及新业务不断涌现,推动光传送网升级

  (1)   全球网络流量迅猛增长,光传送网需要更高的容量

  近年来,全球网络流量迅猛增长,根据2014年6月思科VNI报告,2016年全球IP流量将突破1ZB(Zettabytes)大关,预计2018年全球IP流量将达到1.6 ZB,2018年全球IP流量将超过1984年到2013年全球所产生的所有IP流量总和(1.3 ZB)。超高清/4K视频、平板电脑/智能手机的采用和M2M技术等将是推动全球IP流量增长的主要因素。

  在我国,骨干网络流量需求也迅速增长,预计到2017年中国电信骨干网最大截面传输带宽将达到约38Tb/s,将成为全球运营商流量带宽最大值。

  (2)新兴业务不断涌现,光传送网需要实现灵活、智能的配置

  云计算、数据中心和大数据等新兴业务的迅速普及,对光传送网提出了新的要求,需要网络能实现灵活、智能的配置,目前只是完成传输任务的“静态”光传送网面临挑战,传统的WDM和OTN组网技术已经越来越力不从心。

  为了适应云时代更大带宽、更高灵活性和更强智能的需求,基于光电混合组网和智能控制平面统一调度方式的新型光传送网组网技术正在逐渐兴起。

  2、超高速、可扩展、智能、SDN化是光传送网的发展方向

  大容量、高扩展性、灵活、引入SDN技术是光传送网未来发展的趋势,光传送网将实现更低成本的透明传输、灵活调度、汇聚处理以及对业务管理监控。

  (1)向超100G高速传送网演进

  业务流量的迅猛增长,推动着传送网向更高速率演进,加快了100G高速传输技术的商用,全球2013年开始规模建设100G网络,目前100G系统已广泛商用。

  为满足未来5-10年的业务发展,运营商及设备商在加紧部署100G网络步伐的同时,也在积极研发超100G网络技术。超100G在网络中引入主要有两种方式:一种是采用灵活、易于升级扩容的100G系统,另一种是采用400G/1T高速系统。为了满足运营商100G网络可灵活升级的需求,目前设备厂商积极开发100G可扩展升级设备,采用可编程调制等技术来快速进行网络扩容,实现从100G网络向400G等更高速网络的平滑演进,以最大程度的保护运营商网络投资。在400G/1T设备研发方面,现阶段400G系统双载波DP-16QAM传输距离为500~600公里,有望成为长途中距离传输的主流400G技术;四载波DP-QPSK的传输距离为1200~1500公里,将适用于长途长距离场景。目前,1Tb技术路线目前还没有确定。

  (2)实现ROADM光层调度

  全光网是光传送网的发展方向。在光层进行业务传输成本更低,并能保证大颗粒业务调度的灵活性。目前很多光传送网采用OTN电层矩阵来进行组网,中小颗粒业务的汇聚提高了100G管道的利用率,电层调度也提升了业务调度的灵活性和业务保护能力。但目前高端路由器已经开始越来越多地部署了100GE端口,400GE的端口也已经出现,随着业务颗粒越来越大,功耗、散热以及调度效率等原因使得光层组网越来越迫切,采用ROADM光层组网将是未来发展的趋势。光传送网中引入ROADM节点,可以优化光层组网,实现光波长级交叉和调度,光层的保护和恢复等,实现智能化的光传送网。ROADM的核心是WSS(波长选择开关),主要功能是将端口输入的不同波长光信号,灵活交叉到任意一个线路端口输出,从而实现可重构功能。ROADM节点还应保证在光层进行业务调度时与波长无关、与方向无关、无冲突以及支持不同频谱宽度的业务颗粒。

  (3)逐步走向SDN集中控制

  与此同时,软件定义光传输网技术也受到瞩目。SDN是从交换机和路由器开始的,而传送网也要最终走向SDN。云时代对于运营商网络的需求是能够实现真实流量分析模型、自动的网络调整、分钟级的响应时间和灵活的带宽颗粒。从SDN 角度来看,初期IP层和光层各自的SDN控制器通过标准的接口互相协同,起到流量工程和多层优化的作用,后期IP层和光层将通过统一的控制器,统一控制IP层和光层不同的设备,完成所有的流量和策略任务。

  传送网引入SDN可以带来的好处颇多,SDN技术可以最大限度地利用全网的带宽资源、缩短网络收敛速度、降低时延的同时确保路由和性能的可预测,而且有利于突破多层网、多技术、多厂家壁垒造成的信息割裂。SDN的引入将大大降低网络的建设和运营成本,简化和灵活的硬件可以降低CAPEX,实现业务快速部署,以及带宽的自动分配与实时调整。

  不过,目前SDN引入传送网还存在一些问题有待解决,如全网集中管控导致网络生存性、安全性、可扩展性较差,管理成本较高,需要维护一个庞大的中央数据库,等等。

  3、全球100G光传送网设备广泛商用,400G和ROADM正在起步

  目前主流光网络设备商的100G光传送设备已经成熟,用于超级干线、骨干、城域等各网络层次,可为运营商构建大管道、灵活、弹性、智能的OTN/WDM传送系统,并基于传送SDN的开放网络架构,可支持100G/100G+到400G/1T/2T平滑演进,这种可持续性演进不但能够帮助运营商降低总成本(TCO),同时也能长期保持承载网络的稳定性和灵活性。

  从目前厂商100G设备商用情况来看,华为、阿尔卡特朗讯等厂商在全球商用最广,100G设备具有易升级、采用电交叉和ROADM光交叉、T-SDN技术等特点,可实现IP和光传送网的融合,为分组网络及云业务的创新提供良好的传送平台。华为、阿尔卡特朗讯的100G光传送设备在亚太市场应用较多,而美国Infinera公司则利用本土优势,在北美占有较高市场份额。目前华为已经在全球建设了多个100G商用网络,在中国移动、中国电信、中国联通获得较多份额,在海外赢得了意大利TI Sparkle、阿联酋电信、新加坡电信、巴西Vivo、印度Tata、波兰Polkomtel等诸多100G合作建设项目。阿尔卡特朗讯也在全球不断扩大100G市场,到2014年底全球已有超过200多张网络部署了阿尔卡特朗讯的100G系统。与此同时,中兴、烽火等厂商也在快速推进其100G系统设备的商用,并且在国内及海外市场也已经有颇多斩获。

  面向未来,全球越来越多的设备商及运营商开始开展400Gb/s、1Tb/s的研究以及部署。阿尔卡特朗讯、华为、中兴等诸多设备厂商在近两年竞相推出400Gb/s原型样机及商用设备。2013年初阿尔卡特朗讯在法国为Orange部署了全球第一条400G商用光纤链路。2013年底阿尔卡特为西班牙电信建设超高速传送网,首次在网状网中同时部署100G/200G/400G速率。2014年阿尔卡特朗讯基于软件配置的100G/200G可编程波分板卡推出商用。2014年初华为发布了超长距400G波分样机,样机采用FTN (Faster Than Nyquist) 技术,将400G的传输距离提升到3000公里以上。运营商也积极开始在实验室或现网展开400Gb/s和1Tb/s的试验。我国三大运营商正在开展400Gb/s和1Tb/s的研究和试验,2014年中国移动在河南省开启了400G实验网的试点工作,中国电信也于同年开展了200G单载波长距离传输测试。

  除了400G超大容量传输技术逐步开始商用,ROADM组网技术也在快速发展之中。2015年4月,阿尔卡特朗讯推出了基于CDC-F ROADM的波长路由引擎(WRE),美国Verizon已经开始在网络中采用该系统对其传送网进行优化和演进。Cisco和Ciena等光传输厂商也已开始跟进,随着产业链的快速成熟,相信采用ROADM技术进行光层组网将会在不远的将来大规模展开。

  从前面可以看到,目前400G传输及ROADM技术取得了技术上的突破,并开始进入商用,但是还需要在标准规范、集成度、成本和功耗等方面有大量的技术积累和工艺创新,使得整个产业链走向成熟,才能达到规模商用的水平。

 

  作者简介:

  李晖,高级工程师,就职于中国信息通信研究院通信信息研究院,毕业于北京邮电大学。从事电信软科学研究多年,对通信市场、电信新技术新业务有较深的理解,现主要研究领域为光通信、移动通信等。




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