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光网络技术的发展与展望

作者:张宾 郗豪辉  来源:烽火通信  时间:2011-02-16

    伴随全业务运营的不断深入,国内三大运营商业务的竞争更加全面和空前的激烈。同时,全网IP化也正为了一个不争的事实,这一切将带来业务量的急剧增长和业务运营的新的变化,运营商该如何应对全网IP化的增长趋势,如何承载高带宽需求成为一直是一个摆在当前重要的问题。40G、100G、OTN、PTN技术也正是在这种需求的驱动下,越来越受到人们的关注。

业务驱动100G大跨步走向未来

    当大家的焦点还在40G的商用时,2010年6月100GE标准的通过给了100G华丽的出场,在业务的驱动下,100G正在大跨步的发展和完善,走向未来光网路的建设。

    不可否认,100G在标准化做得比较完善。IEEE、ITU-T和OIF三家分别对100G相关的技术进行了定义。IEEE主要集中对100G的客户以太网信号定义,103.125G为100GE的信号速率;ITU-T则定义了OTU4,ODU4的信号速率,分别为111809 973.568 kbit/s、104 794 445.815 kbit/s,保证了100GE作为客户信息映射到OTU信号是的兼容性问题;OIF主要定义了相关的电接口,同时也展开了对DP-QPSK码型的100G长距传输研究。

    与40G相比,100G在OSNR容限降低4dB、色度色散容限降低6倍、PMD容限降低2.5倍,非线性效应增强,目前业界基本一致认为,100G传输的需要解决四大关键技术,即100G线路传输技术、100GE接口技术、100GE封装映射技术和100G关键器件技术,其中包括G.709封装和超强FEC技术、调制格式、ODUk交叉技术、系统传输监控与调整技术、色散管理技术、低噪声指数放大技术,所以100G传输技术一项系统工程。

图1:100G传输关键技术

    100G调制格式目前主要有QPSK和OFDM两种,但需要对性能、复杂度、可实现性上取得平衡。但无论是哪种方案,业界已认识到100G码型必须归一到QPSK码型上,其中PM-QPSK成为为主流方案,优点在于传输线路侧采用25G波特率、传输距离大于1000km、兼容50GHz信道间隔、电域偏振解复用,成本低于光域接收机光学结构简单,无需延时线干涉仪或平衡检测色度色散,PMD电域处理容限大,无需光域处理光级联滤波效应低,缺点在于发射机光学结构复杂、交叉相位调制效应容限低、高速DAC和ASIC芯片复杂。100G与客户侧设备的接口为100GBASE-LR4和100GBASE-ER4,采用CFP模块,主流采用10x10GE短距离互联的LAN接口技术,通常是并行的10根光纤或者10个C/DWDM传输100GE业务,传输距离为10km和40km,此方案可以重用现有的10GE器件,比较成熟。目前100G客户侧已经有商用经的CFP模块,随着技术的发展,器件商工艺越来越成熟,CFP成品率不断提高。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,最主要是100GE串行信号映射到ODU4。100G关键器件中光模块和高速DSP影响****。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,需要在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。

    目前100G技术已并非商用瓶颈,而产品性价比则成为商用的主要抑制因素。虽然目前100G产品性价比并不高,但其最终会达到商用需求,而且我们相信,随着市场整体需求的提高,产品价格会很快下降。

    烽火通信作为国内主流的光传输设备供应商,一直坚持自主创新、自主研发的道路,早在2006年就已经对100G进行战略布局。烽火公司窥先机力挑重担,并先后承担国家973项目“超高速超大容量超长距离光传输基础研究”和国家863项目“100GE光以太网关键技术研究与系统传输试验平台研制”项目,开展了对160×100Gb/s 2000公里的3U光传输系统开展研究,将采用业界最为先进的编码,有更良好的OSNR及DGD容限,更适合长距离传输。目前,烽火公司100G已经取得里程碑进展,解决了诸多100G的关键技术难题,为后续的产品应用打下了良好的基础。

OTN应用不断深入 助力光网络建设

    随着通信业务容量迅速扩大,特别是数据业务对核心网带宽的拉动,密集波分复用技术已经在国内各运营商省干、本地、城域范围内得到了广泛的应用。纵观国内建设规模来看,80×10G在干线上已经成为主流,40×10G的DWDM系统在城域和本地网中发展迅速。然而,传统的DWDM系统通常被认为只是点到点“线路技术”,在业务的调度与组网技术方面存在着不足。随着上层IP业务的迅速发展,要求底层的传输平台层面具有更多的灵活性和智能性,因此,OTN技术逐渐浮出水面。

    OTN和传统的波分技术相比,有非常的多的技术优势。首先,OTN是支持多种客户信息的透明传送,包括SDH、GE和10GE等。并且OPUk在传送信息时不对信号做任何处理,异步映射模式也保证了客户信号的定时信息传送。另一方面路由器使用10GE接口可以大大降低网络建设成本,所以WDM系统引入OTN接口是路由器采用10GE接口的前提条件。其次,OTN提供了光电两种交叉模式,根据网络的特点和技术的需要可以灵活的选择,并且对于电交叉支持ODU1(2.5G)、ODU2(10G)、ODU3(40G)多种颗粒的交叉。再次,OTN引入了非常丰富的开销,包括SM、PM、TCM(1-6)等,相对比基于SDH的WDM只能依赖SDH的B1和J0字节来说,性能和故障的监测能力更强大。

    从国内建网趋势来看,OTN已经成为事实的标准,特别是在各个运营商的本地城域网当中,基本都采用了基于电层交叉的OTN技术,利用支线路分离的架构,实现网络侧和线路侧的解耦合,大大提升了组网的灵活性和业务的快速开通和布署能力。目前OTN技术发展很快,国内主流厂家都推出了相应的OTN设备,运营商也非常关注OTN的应用价值,也为OTN的快速应用增添了动力。烽火通信从2002年开始对OTN技术的跟踪和研发,经过几年的努力,逐步在国内引领OTN技术的发展,目前已经推出全系列的OTN产品,形成了端到端的解决方案,产品覆盖核心层、骨干层、汇聚层、接入层,其产品系列包括FONST 5000、FONST 4000、FONST 3000、FOSNT 2000、FONST 1000等新一代OTN传送平台。OTN产品一经推出,获得了客户的大量认可,目前已经在全国各个运营商市场获得了大量的商用,包括一干、二干、本地城域网获得了成熟稳定的应用。

40G技术成熟 成就主流波分技术

    在经过接近两年的预热,40G已经正式走上了舞台的核心。在2010年,40G已经成为了网络建设的主旋律,特别是在一级干线的建设上面,40G DWDM成为解决带宽需求、拓展传输容量的主要技术手段。

    从技术的发展来看,40G本身技术已经比较成熟,而且伴随着40G应用的不断深入,40G编码逐渐的归一化和集中化,其中PDPSK和RZ-DQPSK成为了设备商和运营商最主要的选择对象。PDPSK在OSNR容限、非线性容限等具有非常优势的特性,唯的不足在其DGD容限较小,因此其主要应用于光缆PMD指标较好的应用场景,定位于12*22dB跨段以下,而且成本具有明显优势。RZ-DQPSK在OSNR容限、非线性容限等方面性能比较均衡,相对于PDPSK而言,其DGD容限较大,可以在PMD值更差的光纤上进行40G的网络建设,主要定位于16*22dB以下的应用场景。

    目前来看,40G****的问题在于上游产业链的力量比较分散,在供货的速度以及价格上还需近一步的发展。特别是100G的出现对于40G的冲击还是比较明显,上游的器件、芯片厂家把精力更多的放在100G上面,造成40G产业链整体比较薄弱,特别对于40G的客户侧白光口模块来讲,虽然已经相当的供货能力,但其数量以及价格离业界的期望还远远不够。期望还远远不够。

    作为国内主流的40G解决方案提供商,烽火通信充分利用烽火科技这个国内最全面的光通信产业集团,实现器件和芯片的自主化生产,加强自主创新能力,掌握相关的核心技术和专利,40G WDM相继在中国电信、中国联通等运营商取得应用。2010年更是窥先机力担重担,先后承建了中国电信南京-合肥-武汉的80*40G传输工程,中国电信北京-天津80*40G工程。面对工程线路距离长,技术难度大,业务量多的难题,烽火通信采用了一系列的关键技术,包括独有的sDPSK和sRZ-DQPK编码调制技术,结合功率均衡、增益锁定、单通道精确色散补偿技术等核心技术,很好的解决了工程OSNR受限、PMD受限等技术难题,为工程的稳定运行保驾护航。

PTN商用提速 应用空间不断拓展

    业务的需求是推动PTN技术发展的主要动力。移动业务从2G向3G、HSPA+及LTE(4G)的演进,除了传统业务IP化的需求,还对同步、网络延时、可靠性及安全性提出了较高的要求。PTN正是在这一背景下应运而生。它是以太网承载技术和传送网技术相结合的产物,不但拥有天生的以太网的特性,并且拥有较好的电信级业务所需的五个基本属性,分别为标准化的业务、可扩展性、可靠性、严格的QoS和运营级别的OAM。

    PTN分组内核提供了统计复用能力强大的弹性管道,带宽利用率高,更适应分组业务突发性强的特点。PTN同时继承了类似SDH的传输网络特性、强大的OAM及电信级保护能力、图形化界面网管能力等。PTN技术与其他技术相比,更加简单,实用,并且融合了多种技术优势,也因此备受业界的关注。从目前的业务需求和成熟度来说,PTN的规模商用还需1-2年时间。预计未来5年内,PTN的市场将超过基于传统的SDH设备。

    当然PTN技术与成本优势也将随着产业链的进一步发展而更加明显,必将成为移动回传等高价值业务的主流平台。同时,PTN的引入及发展壮大也必将反作用于业务网络,将进一步促进IP化业务的高速增长化业务的高速增长化业务的高速增长

    烽火从2004年参与制定PTN标准以来,积极研发探索,目前CiTRANS600系列在国内已经实现的国内运营商的大规模应用,并且在移动、电信、联通PTN测试中,依靠完善的技术、功能、设备的稳定表现,烽火PTN设备技术排名一直稳居前两名。实现了多个唯一,唯一可以实现环网保护且同时支持Wrapping和Steering,唯一可以实现与MSTP设备2.5G接口互通,唯一可以同时实现E1和FE的TPS保护,唯一可以实现PTN、OTN、PON技术兼容的的PTN厂家。烽火通信CiTRANS 600系列智能化PTN产品采用业界******的硬件技术和电信级的软件智能实现PTN技术与ASON技术的完美融合,有效提升网络智能化特性、高可靠性和易管理维护特性,已在国内的三大运营商本地网都有规模部署,满足不同运营商的个性化需求。

总结

    技术的成熟和先进一直是对立体,而对于技术的选择又要考虑到网络的未来发展规划和网络的安全性。40G是我们走向100G的必经之路,100G的商用步伐正在加快,OTN、PTN等新技术已经在网上规模应用。笔者相信,随着技术的进一步发展,应用不断深入,40G、100G、OTN、PTN将迎来更广阔的发展空间。

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