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光网络技术的发展与展望

朋来 张宾
【摘 要】本文主要介绍当前光网络技术的现状,并结合当前业务的发展,对光网络的热点技术进行分析,包括40G WDM、OTN、PTN等技术网络技术的应用,最后对下一步光网络技术的发展进行了展望。

【关键词】 40G、DWDM、OTN、PTN
伴随着国内运营商的重组,各个运营商全业务的开展,各种业务需求的变化,对光传送网提出了新的要求。特别是近两年,光通信再次站在了技术革新的路口,以40G、OTN、PTN为代表的新技术,正在将光网络向智能化、分组化和大宽带容量方向发展,一场光通信的技术革新的大幕即将拉开。
不论新技术的出现还是技术的应用,都是为了更好的满足网络演进和发展,其中涉及到光网络的各个层面,既有干线骨干传送网,又涉及到城域网和接入网,光网络技术的发展无疑将迎来新的机遇。

40G 厚积薄发
2008年注定成为40G 的破冰之旅。伴随宽带业务的迅猛发展,特别是IP化浪潮的驱动,以及运营商对干线网的持续投入,40G 终于从幕后走到了台前。可以预见,新一轮高速系统的建设即将展开,在未来一到两年内40G将会获得爆发式增长。当然,任何新技术的前进之路总是曲折的,在高速40G WDM的发展过程中,也同样提出了很多新的问题。那些在低速短距离传输可以忽略的因素又开始显现,例如编码与调制、 PMD 、OSNR 容限、CD 色散等都成为40G发展的非常重要的技术问题。可喜的是,技术的发展没有停止脚步,一批批技术不断涌现,来解决传送过程中遇到的问题,包括新的编码技术ODB 、CS-RZ 、DPSK 、RZ-DPSK、DQPSK 技术,自动的色散补偿技术、PMD补偿技术等都用于解决40G 传输中的难题。
目前40G WDM的需求集中在40G 宽带路由器的互联,需求已经很明确,技术上已经基本走向成熟,制约40G WDM的发展最主要还是价格。目前来看,40G WDM的成本还是比较高的,加之整个产业链的不成熟,可以说40G光传输产品成本与运营商大规模应用的期望值还有一定的差距。在40G WDM系统中,主要成本在单波OTU(光转化单元)上,因此在保证系统性能的基础上,如何有效地降低OTU的成本就成为系统整体建设成本下降的关键因素。

作为国内主流的40G解决方案提供商,朋来充分利用朋来科技这个国内最全面的光通信产业集团,通过加强内部资源整合,尽量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,加强内部的流程管理,以降低生产成本。

朋来近些年一直致力于40G波分系统的研究,早在2005年就成功开通了国内第一条80×40G的商用工程,实现了40G和10G业务的混传。而后朋来经过不断创新,目前已经推出了基于NRZ、ODB、sDPSK 等多种40G编码技术的40G解决方案,并掌握了功率均衡、增益锁定、单通道精确色散补偿技术等核心技术,在40G\10G混传方面有一定的工程经验。针对不同的应用网络,推出了完美的40G解决方案,解决运营商的网络容量难题。

目前,朋来主要对40G WDM高速平台系统进行完善,包括更先进的编码、自动色散补偿的实现,随着国内需求的进一步启动,基于40Gb/s系统的超高速超大容量光传输技术,将大大改善通信网的结构,将使传输系统带宽快速扩展,满足社会信息传输需求,并将产生巨大的社会效益和经济效益。
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OTN 初放异彩
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。

光传送网(OTN)是光通信网络中最具竞争力的技术新一代传送技术。OTN系统以DWDM为基础平台,引入了OCH层,其核心技术则包括OTN交换技术和G.709的接口技术。标准定义的OTN体系结构包括光交叉、电交叉、G.709接口和控制平面等核心技术。

OTN很好的结合了传统SDH/SONET和WDM的优势,对于各层网络都有相应的管理监控机制和网络生存性机制。在光域,OTN可以实现大颗粒的处理,提供对更大颗粒的2.5G、10G、40G业务的透明传送能力,具有WDM系统高速大容量传输的优势;在电层,OTN使用异步的映射和复用,把SDH/SONET的可运营可管理能力应用到WDM系统中,形成了一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量调度的网络。 OTN技术的关键优势之一是,将SONET/SDH等多种网络和服务可以无缝集成到一个共同的基础设施中,并且可以提供全新的以太网、存储和视频应用。 OTN支持很好的结合了光域和电域的处理技术,相对于传统的DWDM和SDH网络来说,有诸多技术优势。

朋来从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。OTN应用的初期,运营商和设备制造商更多地关注OTN作为“传送”的功能;目前,接口OTN化的WDM设备也已取得大量应用,并且可配置的光交叉设备(ROADM)也在发展中慢慢成熟,包括基于WB、PLC、WSS技术的ROADM设备逐步商用化。朋来基于ROADM设备,实现光域内的波分交叉,实现波长级的大颗粒业务的任意“调度”,不过在电域受限于芯片技术和工艺的发展,在一定程度上影响了OTN技术的发展步伐。

PTN 大势所趋
当前业务网正处在发展转型时期,在电信业务IP化趋势推动下,传送网承载的业务从以TDM为主向以IP为主转变。未来的市场需要一种能够有效传递分组业务,并提供电信级OAM和保护的分组传送技术。在这样的需求驱动下,业界开始提出分组传送网(PTN)的概念,打造一个适合分组业务为主的传送网。就实现方案而言,在目前的网络和技术条件下,总体来看可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类,前者以PBB-TE为代表,后者以T-MPLS为代表。

PBT技术最初在2005年10月提出,它的技术特点是基于MAC-in-MAC,但并不等同于MAC-in-MAC、使用运营商MAC 加上VLAN ID进行业务的转发、基于VLAN关掉MAC自学习功能,避免广播包的泛滥,重用转发表而丢弃一切在PBT转发表中查不到的数据包。PBT希望基于现有城域以太网体系构架达到电信级运营要求,在电信级保护、可管理性、扩展性方面均有发展,也能提供低于50ms的恢复时间、以太网连接由网管系统进行配置等功能,同时运营商MAC对用户不可见,骨干网不需处理用户MAC,业务更安全;此外I-SID(I-TAG)突破VLAN ID的限制,可支持16M(24-bit)的业务实例。但由于多了一层MAC封装的硬件代价必然升高,且对POS支持的效率低在初期会是一个值得考虑的问题。在标准方面不成熟,产业支持少也是一个影响其应用的关键因素。从行业情况来看,个别厂家的路由器/交换机已支持PBT,在国外网络中已有应用。这种技术适合于已有大规模城域以太网,以以太网为业务主体的运营环境。

T-MPLS 是一种面向连接的分组传送技术,在传送网络中,将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制(例如标签交换、标签堆栈)进行转发,同时它增加传送层的基本功能,例如连接和性能监测、生存性(保护恢复)、管理和控制面(ASON/GMPLS)。总体上说,T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征,抛弃了IETF 为MPLS定义的繁复的控制协议族,简化了数据平面,去掉了不必要的转发处理。T-MPLS从面向连接的分组传送角度扩展出发,通过上述一些机制使其达到电信级运营要求,包括在电信级保护、可管理性、扩展性方面考虑完善,如提供低于50ms的恢复时间;分级、分段的电路级管理,类似SDH的OAM;基于MPLS的帧及转发机制,对包括POS等接口的支持较好。但总体看来此技术的相应产业支持还不够成熟,预计2009年左右芯片才能完善。在应用场景上适合基于TDM业务为主向IP化演进的运营环境。

PTN可以看作二层数据技术的机制简化版与OAM增强版的结合体。总体来看,T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性,在电信级承载方面具备较大的优势;PBT着眼于解决以太网的缺点,在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面,T-MPLS走在前列;PBT即将开展标准化工作。芯片支持程度上,目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用来支持T-MPLS,成熟度和可商用度更高。在现实中的应用以及其对成本和收入的影响将会是判断它们是否成功的最终条件,现在判断谁会胜出还为时尚早。

朋来PTN解决方案包含全系列的PTN产品,专为分组传送而设计,其主要特征体现为灵活的组网调度能力、多业务传送能力、全面的电信级安全性、电信级的OAM能力、具备业务感知和端到端业务开通管理能力、传送单位比特成本低。

40G、OTN、PTN应用及引入策略
分组化是光传送网发展的必然趋势,未来光网络依然在相当长的时间内面临多种业务共存、承载的业务颗粒多样化、骨干层光纤资源相对丰富等问题,在考虑新产品网络引入的过程中,需要注意引入策略和网络承接性的问题,在现有的网络中引入分组传送技术和设备还是应该非常慎重,逐步分步实施:

* 首先40G WDM技术始终在发展,特别是新的编码与调制技术方兴未艾。随着40G WDM 产业链的成熟,2009年应该会有一个比较大的发展。如果要真正的取代10G 系统,乐观估计在2010年左右。40G WDM的应用将首先在干线层面得到应用,慢慢的延伸到省干中。
* OTN/WDM技术虽说目前正在逐步成熟,但是该技术不同模块的发展极不平衡,所以对于商用的步骤应有所考虑。建议现阶段可以考虑引入G.709接口,2008年后再考虑引入目前基本成熟的ROADM设备,2009年后引入OTN的电交叉设备。
* PTN的切入应该是在FE成为主流的业务接口后再逐步实施。由于分组传送设备产业链的成熟将稳步推进,在2010年后才会相对成熟,同时技术标准的选择和芯片厂家、设备商的支持度等因素均会影响到演进的节奏。在Packet Timing标准和产业链成熟后,可以正式切入全业务运营的分组传送网。

总结
任何一项技术的发展,都有其固有的规律,光网络技术也不例外。本文中所提到技术有着很好的技术优势,笔者也相信,在不久的将来,这些技术一定会有比较大的发展。但在考虑新技术新产品网络引入的过程中,需要注意引入策略和网络承接性的问题。先进和成熟是一个既对立又统一的概念,在保证技术先进性的基础上,更应看到技术的相对成熟在减少投资风险、控制建设成本力面的重要作用。

参考文献
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2. YD/T 1274-2003《光波分复用系统(WDM)技术要求-160×10Gbit/s,80×10Gbir/s部分》
3黄章勇. 光电子器件和组件. 北京: 北京邮电大学出版社
4胡先志, 张世海, 陆玉喜. 光纤通信系统工程. 第一版. 武汉: 武汉理工大学出版社,
5 Michael bass. 光纤通信-通信用光纤、器件和系统. 第一版. 北京: 人民邮电出版社,

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