100G和OTN成為亮點

 

　　隨著寬帶網絡建設不斷推進，移動互聯網、云計算/數據中心、視頻等多種應用蓬勃發展，網絡帶寬和流量需求不斷增長。中國電信科技委主任韋樂平先生估算，按照目前的流量發展趨勢，2017年中國電信骨干網最大截面傳輸帶寬約38Tb/s，最大節點容量將達到170Tb/s。帶寬的持續倍增對骨干傳輸網提出了更高的要求，同時100Gb/s路由器平臺的規模部署也對骨干網傳輸的帶寬顆粒提出了新的需求。帶寬容量需求的劇增勢必影響骨干網整體的建設，對于現有網絡的持續擴容并不能完全滿足網絡需求，向更高100Gb/s速率跨越成為業界的共識。同時，對網絡容量多粒度調度和疏導的需求也為光傳送網（OTN）技術在干線網應用奠定了基礎。

 

　　運營商速率和交叉能力選擇并重

 

　　結合運營商的網絡需求，在100Gb/s 設備選型和應用的過程中，基于對需求深入的分析、對技術審慎的評估基礎上，不同運營商采取了不同的策略，傳輸速率則成為首要考慮因素。中國電信和中國聯通在省際、省內干線網和部分城域網規模部署了40Gb/s WDM系統，并已穩定運行多年，40Gb/s在成本、穩定性和系統擴容方面有一定優勢，這決定了中國電信和中國聯通需要兼顧現有40Gb/s網絡，以逐步平滑過渡到100Gb/s系統。考慮到40Gb/s和100Gb/s混傳會影響系統性能，同時管理維護相對復雜，綜合來看應采用兩個層面的平臺分別獨立建設或者擴容的部署策略更為合理，以實現100Gb/s和40Gb/s按需部署、協同發展。中國移動根據40Gb/s階段綜合業務量需求、高速傳輸技術發展趨勢等多方面的情況，并沒有在現網規模應用40Gb/s WDM系統（僅建設了上海-杭州-南京試驗網絡）。經過去年的100Gb/s測試驗證和試點，中國移動選擇跨越40Gb/s直接部署100Gb/s的策略。

 

　　除了關注傳輸速率之外，100Gb/s設備選擇傳統WDM形態（或OTN終端復用形態）還是結合OTN交叉調度設備形態，不同運營商側重也有所不同。考慮到目前及未來傳輸需求、成本及集成度、未來可擴展性等差異，中國電信近期選擇100Gb/s設備形態時可能優先考慮WDM形態，同時注重OTN支持和擴展能力；中國聯通在選擇構建試驗網時，WDM和OTN形態并重，優先使用傳統WDM的傳輸功能，但同時配置了OTN交叉功能以備后續擴展；中國移動則根據自身網絡發展規劃，在招標時明確選擇了100Gb/s OTN設備形態。

 

　　100G和OTN標準基本成熟

 

　　100Gb/s和OTN技術的國內標準化工作主要在中國通信標準化協會（CCSA）的傳送網與接入網工作委員會（TC6）開展。截至目前已經完成了《N×100Gb/s光波分復用（WDM）系統技術要求》和《N×100Gb/s光波分復用（WDM）系統測試方法》報批稿，主要規范了N×22dB傳輸模型在G.655和G.652光纖上的關鍵傳輸參數，同時考慮了系統技術實現的差異性，采用背靠背OSNR容限、系統傳輸距離、FEC糾錯前誤碼率等多種參數量化。目前規范的最遠傳輸能力達到18×22dB（18×80km，適用G.652光纖）和16×22dB（16×80km，適用G.655光纖），同時也開始開展100Gb/s光模塊及組件的標準參數研究。OTN技術經過十余年的標準化，已經形成了包括總體技術要求、接口、管理、設備和測試方法等在內的一系列標準以指導網絡的建設和運行，后續擬開展《超長距N×100Gb/s WDM系統技術要求》等相關標準制定，以指導超長距等場景下的后續應用。

 

　　100Gb/s國際標準主要由ITU-T、IEEE和OIF等標準組織制定。其中ITU-T SG15主要負責光傳送網及接入網的標準化工作，其Q6主要負責物理層傳輸標準的規范工作，Q11主要負責邏輯層傳送標準的規范工作，包括OTN等。目前針對100Gb/s的標準化工作主要在G.698.2、G.sup39、G.709等標準中規范，其中G.698.2今年已經正式討論100Gb/s相關參數的規范，而G.sup39逐步引入100Gb/s技術涉及的一些工程參數考慮，同時G.709的ODUk容器已經支持基于100Gb/s速率的ODU4。IEEE的802.3主要負責以太網物理層規范的制定，目前已經完成了基于40GE和100GE的物理層規范802.3ba，目前正在開展背板互聯（802.3bj）以及新一代低功耗、低成本和高集成度的40Gb/s和100Gb/s物理接口的規范（802.3bm），其中802.3bm是2012年3月IEEE 802全會上通過的新標準項目立項，其主要目標是完成多模光纖20/100m以上以及單模光纖500m以上的傳輸距離，預計2014年3月802.3bj標準化完成，2015年3月802.3bm標準化完成。OIF的PLL主要負責高速模塊及器件的規范制定工作，目前已經完成了100Gb/s 長距傳輸模塊、相干接收機等實現協議（IA），正在進行第二代100Gb/s長距傳輸模塊和相干接收機的IA、基于城域應用（中距離）的100Gb/s DWDM傳輸框架以及基于28G的甚短距離傳輸的通用電接口（CEI-VSR）等IA的制定工作。

 

　　從100Gb/s和OTN標準化整體進展來看，目前用于指導現網建設和應用的各項標準基本完善，同時新的應用需求也已出現，典型如超長100Gb/s傳輸、雙低一高（低成本、低功耗和高集成度）100Gb/s光模塊及設備應用、支持分組功能的OTN應用需求等，這些應用需求將進一步推動100Gb/s和OTN標準演進，相關標準規范正在討論和制定過程之中。

 

　　100G迎來規模商用元年

 

　　一直以來，國內三大運營商對于骨干網的新技術應用都非常關注，從實驗室測試研究，到現網試點直至規模商用，抱著嚴謹審慎的態度，同時也大力推動新技術的研發和產業化。2010年，以中國電信為代表的運營商就開始了100Gb/s實驗室評估性研究，從2011年年底開始，中國電信、中國移動、中國聯通三大運營商依次開展并整體上完成了100Gb/s技術實驗室規模測試驗證。中國電信組織了國內首次大規模、多廠商100Gb/s WDM傳輸設備及系統測試；中國移動隨后開展的實驗室測試對100Gb/s設備從單機到系統性能進行了全面的評估，特別注重對于OTN等功能支持情況的考察，同時也測試驗證了100Gb/s路由器以及路由器和WDM的互通等功能；中國聯通也在實驗室對于多家廠商的設備進行了測試評估。

 

　　實驗室測試結束之后，現網試點的工作也有序地開展起來。中國移動選取了杭州與福州之間的省際干線作為試驗段，全長無電中繼1014km，這是國內公網第一個省際干線100Gb/s試驗網，同時第一次在現網實現100Gb/s傳輸+路由器聯合承載現網互聯網業務及保護協調。中國電信目前剛完成100Gb/s現網試驗驗證（上海-無錫-南京-杭州-上海），中國聯通已完成天津-濟南-青島和天津-濟南-鄭州段試驗網招標。從綜合實驗室和現網測試結果來看，100Gb/s WDM傳輸技術和設備已基本成熟，軟判FEC 100Gb/s和硬判FEC 100Gb/s各有應用場景，光纖類型對100G WDM系統性能的影響更大，G.652光纖的性能優勢更為突出，同時在功耗和設備集成度方面，100 Gb/s設備相對低速設備而言顯現優勢。

 

　　從2012年年初到2012年10月，中國教育和科研計算機網（CERNET）、廣電網等專網干線逐步啟動100Gb/s商用，后續中國移動先啟動了省際干線網應用100Gb/s OTN的招標工作，并于2012年10月12日發布招標公告。最終在2013年4月11日正式發布了“2013年OTN設備集中采購中標結果”，預計這次采購的100Gb/s單板數量將超過1500塊，采購數量超過2011年全球建設總量，標志著100Gb/s OTN系統國內規模商用2013年正式啟動。

 

　　需求和成本促進技術革新

　　目前100Gb/s OTN系統雖然已進入了規模商用階段，但100b/s和OTN技術并沒有停止發展，新型應用需求和成本競爭等強力推動技術革新，主要體現在100b/s性能監測、OTN交叉容量、兩低一高（低成本、低功耗和高集成度）等多個方面。

　　對于100Gb/s系統的性能監測和評估，目前業界提出的性能監測評估方法有Q值（糾錯前誤碼率通過誤差函數與Q值相對應）、光信噪比（OSNR）、光功率以及誤差矢量幅度（EVM： Error Vector Magnitude）等，我國行業標準規范目前采用了Q值（糾錯前誤碼率）、OSNR和光功率。由于100Gb/s采用偏振復用技術，目前沒有商用的光譜儀無法支持在線OSNR測試，而且現階段也沒有可用的測試技術出現，雖然部分廠商支持內置的OSNR監視功能，但監測誤差與網絡運行環境相關，這就極大增加了100Gb/s現網運維難度。因此，對于100Gb/s系統的性能監測和評估后續需要進一步深入研究。

 

　　100Gb/s與OTN結合已成業界共識，但目前推出設備交叉容量有待進一步提升。受限于目前技術實現水平，實驗室驗證的最大交叉能力為12.8Tb/s，相對于100Gb/s WDM系統單維度8T/s的傳輸容量而言，OTN調度和交叉容量明顯不足，這樣在實際應用時存在諸多限制，典型如無法實現任意端口容量的交叉調度等。另外，從傳送網節點容量發展趨勢來看，按照中國電信科技委主任韋樂平的估算，中國電信預測5年后的最大節點容量將達到150 Tb/s左右，這種應用需求將更進一步推動100Gb/s更大交叉技術的研究及設備研制。

 

　　基于投資回報、機房面積、綠色節能等具體要求，以及市場及技術競爭等多種壓力，兩低一高（低成本、低功耗和高集成度）是新型網絡技術及設備發展和革新的共性趨勢。100Gb/s OTN設備無論是從器件、模塊，還是設備層面，都面臨著兩低一高（低成本、低功耗和高集成度）的發展需求。目前基本的發展思路是，采用新型的技術方案、新型的材料、新型的工藝以及新型的光電集成技術等實現特定階段的兩低一高（低成本、低功耗和高集成度）目標，典型如采用非制冷激光器的100GE客戶側光模塊、線路側采用更高效的DSP處理算法、采用28nm或更低的CMOS芯片工藝、采用基于InP等材料的光子集成等。

 

　　總體而言，100Gb/s OTN技術開啟規模商用元年，標志著骨干傳輸網進入嶄新的發展階段，后續新型應用需求和成本競爭等將強力推動100Gb/s OTN技術革新。從未來發展趨勢看，在物聯網、云計算等巨量寬帶應用需求的大力推動下，基于靈活柵格、支持軟件控制的超100Gb/s OTN預計將是骨干傳輸網未來的主要技術發展方向。