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传送网技术发展现状和趋势
张海懿 赵文玉 赖俊森
2015-05-20  来源:泰尔网

 

  近年来,云计算、物联网、移动互联网等网络和业务应用方兴未艾,对底层的传送网提出了很高的带宽和承载需求,今年以来,工业互联网等新的理念和应用也不断涌现,对网络的带宽、业务快速提供、网络灵活性等方面都提出了更高的需求。从CNNIC的资料显示,我国的国际出口带宽截止2014年12月已经达到4.118Tbit/s,年均的复合增长率为20.9%,这样的增长趋势是非常可观的。传送网在过去的十余年中在容量增长方面已经取得非常大的进步,从单通路10Gbit/s到40Gbit/s到现在的100Gbit/s,通路数也从8路,16路,32路增加到目前现网使用的80路,同时具有160路的能力,持续强劲的业务需求将进一步推动和促进光通信的方面,为了满足业务网络的大带宽需求,光通信在高速和全光灵活演进方面近年也都取得了较大进展,我们将从100G和超100G发展,ROADM应用等方面进行探讨。

  干线100G技术和设备成熟,城域100G前景可期

  基于100G的WDM和OTN技术在过去几年中已经逐步走向成熟,从应用和产业发展来看,从2010年左右开始各运营商都非常重视100G技术的发展,在2012年三大运营商均开展了100G技术的实验室测试和评估,大大地促进了100G技术的发展,同年,中国教育和科研网在干线上率先采用了100G设备。经过多年努力,2013年成为100G技术在运营商市场上的商用元年,中国电信采购了约2500个OTU,中国移动采购了约2000个OTU,中国联通也在两条线路上开展了时延,随着100G技术的应用和在现网中表现良好,2014年运营商加大了在100G领域的投入,特别是中国移动采购的OTU已经接近10000个,2015年各家运营商都普遍开展相关系统建设,经过这几年的系统建设,中国市场已经成为全球100G WDM/OTN的最大的市场,但是在实际应用中也发现产业链顶端的高速器件和芯片仍受制于人,随着多次招标的开展,也看出存在同质化竞争加剧的问题,恶性价格战也将损害产业链整体利益

  从技术角度来看,通过多轮的测试完善和实际现网应用的考验,100G设备在业务、组网、时钟、网管、保护、性能指标等方面表现稳定,实验室测试模型传输距离超3000km。集成度也不断提高,随着光器件和模块技术的成熟,以及设备交叉容量的增长,100G设备客户侧和线路侧端口集成度提升明显,单槽位400G集成度逐步成为主流。在100G的相干CFP方面进一步提升集成度和功耗性能,线路侧相干CFP实验室测试传输距离超1000km,功耗降低30%,光模块集成度提升明显。但是,在实际工程部署中面临功耗散热等问题,目前80波满配系统功耗超20000W,在实际应用中对机房供电、散热和运维等带来诸多问题,亟待改进;而干线应用中也面临着OTN电交叉容量进一步提升的需求,受到槽位数、背板容量、散热等技术瓶颈的限制,30T以上交叉容量有可能采用类似集群路由器的实现方案,但是同样也面临着散热等各方面的问题,为此,不同的设备制造商也针对此提出不同的解决方案。

  100G技术已经在干线网规模商用了,在城域范围内,LTE回传和数据中心互联等业务逐步加大了带宽方面的需求,预计城域核心层在未来2~3年将逐步引入100G技术,目前规模商用存在的主要障碍仍是价格、集成度和功耗。长期而言相干100G是主流方案,不排除短期成本优势使得直接检测100G技术获得一定商用部署。在业务热点地区甚至可能率先引入200G/400G技术。100G进城为新一代F-CDC-ROADM打开市场,2015年3月,Verizon宣布采用Ciena(6500)和Cisco (NCS4000)分组光学平台进行城域100G部署,F-CDC-ROADM技术首次规模商用,同月,阿尔卡特朗讯公开宣布Verizon将采用其最新的F-CDC-ROADM技术来升级其超长距光传送网。

  超100G标准稳步推进,测试评估逐步展开

  超100G的技术标准在IEEE、ITU-T和OIF都在进行,IEEE主要开展客户侧接口400GE的标准化工作,根据2014年5月中间会议的结论,计划标准草案D1.0在2015年1、2月份推出,根据今年的实际标准起草进度来看,D1.0没有按期推出,标准制定的实际进展比计划推迟,具体推迟的时间段目前尚无明确结论。在草案中关于SMF的具体光接口技术方案目前争议较大,同时影响其他参数选择,存在NRZ、PAM4、DMT(仅限定在10km)等多种制式。

  ITU-T主要制定超100G OTN有关的标准,其中OTUCn结构特性和使用方法初步确定,OTUCn采用类似SDH的复用结构:OTUCn(RS段层)、ODUCn(MS段层)、ODUk(LO/HO ODU),其中OTUCn和ODUCn仅点到点连接,不支持基于ODUCn的交叉。同时OTUCn速率/开销/映射复用进一步明确,主要体现在ODUCn增5G时隙;低于5G信号直接映射到5G时隙,不经过低阶ODUk复用;超100G CBR信号(如400GE)通过BMP映射到ODUflex;在OTN的IaDI和IrDI之间传输。OIF(光互联论坛)的物理和链路层工作组负责高速物理接口协议研究和制定工作,OIF PLL工作组在完成第1代DWDM长距离传输的发送模块和相干接收机规范后,对于100G光模块应用起到非常重要的推动作用。

  目前OIF正在开展第2代DWDM长距离传输的相干接收机规范(oif2013.054.01)、CFP2 ACO相干接收光模块规范(oif2014.006.10,straw ballot)以及相关的ICR(oif2014.186.07,straw ballot)、城域100G发射机(oif2014.100.05,拟straw ballot )400G白皮书( oif2015.100.00 )等项目。同时它会继续开展超短距、短距应用的56G高速电接口标准制定(传输距离从几cm到1m)。

  国内三大运营商也非常关注超100G技术的发展和测试评估,目前相关的测试评估工作主要集中在400G速率。中国移动在2014年率先启动400G多设备厂家和多光纤类型实验室测试,验证了4x100G-QPSK (@125/150GHz)和2x200G-16QAM (@75/100GHz)两种技术方案,在现网完成了西安-郑州-信阳两种光纤的现网测试,结果表明目前16QAM技术难以满足省际干线传输需要。中国电信2014年下半年完成400G技术实验室测试,对传输能力、系统余量、传输代价等指标进行验证。中国联通对400G技术仍处于跟踪调研阶段,2015年有望开展400G测试,直接在现网验证实际传输能力。从目前的技术与发展和商用产品验证来看,400G将成为高速传输领域新热点,原型设备形式多样,测试和试点应用广泛开展,标准化工作稳步推进。对于400G的调制格式,从技术的演进和网络的需求来看,今后应重点关注16QAM和8QAM,可以在线路容量和传输距离之间取得均衡。

  400Gb/s技术的商用化前景受带宽需求、100G部署及技术标准等多种因素影响,2016年市场定位将趋于清晰。而比400G速率更高的1Tb/s技术在波特率、子载波数、调制格式、FEC算法等方面选择与折中复杂,仍处研究阶段,技术路线选择尚不明朗。

  ROADM技术逐步发展成熟,未来应用可期

  ROADM技术出现已经多年,在十余年前已经有相关的产品面世,业界对于波长阻断 (WB) 型、平面波导(PLC)型波长选择开关(WSS)型等不同的ROADM技术做了比较和选择,目前认为WSS型的ROADM是主流选择,经过多年的发展完善,ROADM技术可支持多种按需灵活配置新型功能,模块维度最高已达20,40维的模块也已经开始预研,同时在无色、无方向、无冲突、灵活栅格等功能特性方面的支持程度越来越好,为了保证全光系统的可控可管性,主流模块厂家逐渐推出了性能监控模块,随着100G等新型调制码型和FEC等技术的出现,基于相干的100G和高增益FEC等显著延伸了ROADM光层组网距离,为了实现大容量传输,传输带宽持续增长也使得ROADM基于光层穿通的中继成本优势更加凸显。

  ROADM技术在国外已经得到广泛应用,在北美、欧洲的干线网和城域网中都有非常多的应用场景,但是ROADM技术本身在我国的应用部署还是比较缓慢,三大运营商除在干线局部节点采用ROADM上下波长外,公开报道采用ROADM组网的案例很少,典型如几年前陕西移动的ROADM省干组网。最近也有专家提到在上海电信和江苏电信也建设了类似的网络,但总体来说占比较小,从集团层面来看运营商目前尚未就ROADM技术引入和规模建设公开做出规划部署。但从ROADM多年来在技术、功能和性能方面的逐步改进,为ROADM技术应用奠定了基础,结合网络的实际需求,预计2-3年内省际干线传送网主要以部分穿通节点上下路波道为主,延续现有的应用格局。省内干线除了跟省际干线类似的组网方式之外,也将采用ROADM和电交叉结合的多样化的节点方式。随着业务需求的逐步加大,城域100G的应用也会逐步增多,ROADM在城域传送网核心层的应用竞争力将逐渐凸显。ROADM逐渐引入需要一个过程,ROADM在网络中可采取逐步引入的策略,2-3年以后有望大规模部署,频率利用方面预计50GHz间隔或灵活栅格将占据主导。同时,SDN技术的持续发展也将从应用角度推动ROADM部署。

  综上,从高速传送网技术的发展来看,100G技术已经在干线规模应用,城域应用前景可期,还需在低成本、灵活性方面进一步加强;超100G标准处于稳步推进的过程中,400G测试评估已经展开;ROADM技术和应用进一步发展,在低功耗、成本和灵活性方面有优势,国内的应用需进一步推动。

 

作者简介:

张海懿,现任中国信息通信研究院(原工业和信息化部电信研究院)通信标准研究所传送与接入研究部主任。1996年毕业于北京邮电大学,获硕士学位。长期从事光传输系统以及电信传送网络体制标准、运营商的技术咨询等研究工作,具有丰富的主持大型网络设备技术评估和现网验收经验。已发表技术文章数十篇,曾获国家科技进步二等奖三次,中国通信标准化协会科学技术一等奖两次。目前主要从事高速光通信、OTN和PTN等光传送网技术和标准研究。

赵文玉,现在中国信息通信研究院(原工业和信息化部电信研究院)通信标准研究所传送与接入研究部工作,高工,主要从事40G/100G WDM、OTN等高速光传送网技术研究、标准制定以及系统测试评估等工作。

赖俊森,现在中国信息通信研究院(原工业和信息化部电信研究院)通信标准研究所传送与接入研究部工作,工程师,主要从事40G/100G WDM、OTN等高速光传送网技术研究、标准制定以及系统测试评估等工作。

 




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