光網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展與應用

張 賓，郗豪輝

（烽火通信科技股份有限公司 武漢 430073）

伴隨全業(yè)務運營的不斷深入，國內(nèi)3大運營商業(yè)務的競爭更加全面和空前激烈。同時，全網(wǎng)IP化也成為了一個不爭的事實，這一切將帶來業(yè)務量的急劇增長和業(yè)務運營的新變化，運營商該如何應對全網(wǎng)IP化的增長趨勢和高帶寬需求成為一個十分重要的問題。正是在這種需求的驅(qū)動下，40 Gbit/s（下文簡稱 40G）、100 Gbit/s（下文簡稱100G）、OTN、PTN技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。

1 業(yè)務驅(qū)動100G大跨步走向未來

當業(yè)界的焦點還停留在40G技術(shù)的商用時，2010年6月100GE標準的通過給了100G光網(wǎng)絡技術(shù)一個華麗的出場。在業(yè)務的驅(qū)動下，100G正在大跨步地發(fā)展和完善，走向未來光網(wǎng)絡的建設(shè)。

不可否認，100G在標準化方面做得比較完善。IEEE、ITU-T和OIF 3家分別對100G相關(guān)的技術(shù)進行了定義。IEEE主要集中對100G的客戶以太網(wǎng)信號方向進行定義，以103.125 Gbit/s為100GE標準的信號速率；ITU-T則定義了OTU4、ODU4的信號速率分別為111809973.568 kbit/s、104794445.815 kbit/s，保證了100GE作為客戶信息映射到OTU信號時的兼容性問題；OIF主要定義了相關(guān)的電接口，同時也展開了對DP-QPSK碼型的100G長距傳輸研究。

與40G相比，100G在OSNR容限降低了4 dB，色度色散容限降低了6倍，PMD容限降低了2.5倍，非線性效應增強。目前業(yè)界基本一致認為，100G光網(wǎng)絡的傳輸需要解決4大關(guān)鍵技術(shù)，即100G線路傳輸技術(shù)、100GE接口技術(shù)、100GE封裝映射技術(shù)和100G關(guān)鍵器件技術(shù)，其中包括G.709封裝和超強FEC技術(shù)、調(diào)制格式、ODUk交叉技術(shù)、系統(tǒng)傳輸監(jiān)控與調(diào)整技術(shù)、色散管理技術(shù)、低噪聲指數(shù)放大技術(shù)，如圖1所示，所以100G傳輸技術(shù)已然成為一項系統(tǒng)工程。

圖1 100G傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)

100G調(diào)制格式目前主要有QPSK和OFDM兩種，但需要對性能、復雜度、可實現(xiàn)性上取得平衡。但無論是哪種方案，業(yè)界已認識到100G碼型必須歸一到QPSK碼型上，其中PM-QPSK成為了主流方案，其優(yōu)點在于傳輸線路端采用了25 Gbit/s波特率、傳輸距離大于1000 km、兼容50 GHz信道間隔、電域偏振解復用，成本低于光域接收機，光學結(jié)構(gòu)簡單，無需延時線干涉儀或平衡檢測色度色散，PMD電域處理容限大，無需光域處理，光級聯(lián)濾波效應低，而缺點在于發(fā)射機光學結(jié)構(gòu)復雜、交叉相位調(diào)制效應容限低、高速DAC和ASIC芯片復雜。100G與客戶端設(shè)備的接口為100GBASE-LR4和100GBASE-ER4，采用CFP模塊，主流采用10×10GE短距離互聯(lián)的LAN接口技術(shù)，通常是并行的10根光纖或者10個C/DWDM傳輸100GE業(yè)務，傳輸距離為10 km和40 km，此方案可以重用現(xiàn)有的10GE器件，比較成熟。目前100G客戶端已經(jīng)有商用經(jīng)驗的CFP模塊，隨著技術(shù)的發(fā)展，器件商工藝越來越成熟，CFP成品率也將不斷提高。100GE適配到OTN時，可映射到OTU4中，也可反向復用到OTU2/3之中。根據(jù)100GE接口的具體實現(xiàn)形式，存在多條封裝映射路徑，最主要是100GE串行信號映射到ODU4。100G關(guān)鍵器件中光模塊和高速DSP影響最大。只有高速光模塊才能實現(xiàn)100G速率的調(diào)制。DSP則對于相干電接收至關(guān)重要，需要在100G高速率數(shù)字處理技術(shù)取得突破時，才能實現(xiàn)軟判決、相干電接收的復雜電處理，從而提高接收靈敏度，加大100G的傳輸距離。

目前100G技術(shù)已并非實現(xiàn)商用的瓶頸，而產(chǎn)品性價比則成為商用的主要抑制因素。雖然目前100G產(chǎn)品性價比并不高，但其最終會達到商用需求，而且隨著市場整體需求的提高，產(chǎn)品價格會很快下降。

烽火通信作為國內(nèi)主流的光傳輸設(shè)備供應商，一直堅持自主創(chuàng)新、自主研發(fā)的道路，早在2006年就已經(jīng)對100G進行戰(zhàn)略布局。烽火公司窺先機力挑重擔，并先后承擔國家“973”項目“超高速超大容量超長距離光傳輸基礎(chǔ)研究”和國家“863”項目“100GE光以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)傳輸試驗平臺研制”項目，開展了對160×100 Gbit/s 2000 km的3U光傳輸系統(tǒng)的研究，將采用業(yè)界最為先進的編碼技術(shù)，具有更良好的OSNR及DGD容限，更適合長距傳輸。目前，烽火公司100G已經(jīng)取得里程碑進展，解決了諸多100G的關(guān)鍵技術(shù)難題，為后續(xù)的產(chǎn)品應用打下了良好的基礎(chǔ)。

2 OTN應用不斷深入 助力光網(wǎng)絡建設(shè)

隨著通信業(yè)務容量迅速擴大，特別是數(shù)據(jù)業(yè)務對核心網(wǎng)帶寬的拉動，密集波分復用技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)各運營商省干、本地、城域范圍內(nèi)得到了廣泛的應用?？v觀國內(nèi)建設(shè)規(guī)模來看，80×10G在干線上已經(jīng)成為主流，40×10G的DWDM系統(tǒng)在城域和本地網(wǎng)中發(fā)展迅速。然而，傳統(tǒng)的DWDM系統(tǒng)通常被認為只是點到點“線路技術(shù)”，在業(yè)務的調(diào)度與組網(wǎng)技術(shù)方面存在著不足。隨著上層IP業(yè)務的迅速發(fā)展，要求底層的傳輸平臺層面具有更多的靈活性和智能性，因此，OTN技術(shù)逐漸浮出水面。

OTN和傳統(tǒng)的波分技術(shù)相比，有非常多的技術(shù)優(yōu)勢。首先，OTN是支持多種客戶信息的透明傳送，包括SDH、GE和10GE等。并且OPUk在傳送信息時不對信號做任何處理，異步映射模式也保證了客戶信號的定時信息傳送。此外，路由器使用10GE接口可以大大降低網(wǎng)絡建設(shè)成本，而其前提條件是WDM系統(tǒng)引入OTN接口。其次，OTN提供了光電兩種交叉模式，根據(jù)網(wǎng)絡的特點和技術(shù)的需要可以靈活地選擇，并且對于電交叉支持ODU1（2.5 Gbit.s）、ODU2（10 Gbit/s）、ODU3（40 Gbit/s）多種顆粒的交叉。再次，OTN引入了非常豐富的開銷，包括 SM、PM、TCM（1～6）等，相對比基于SDH的WDM只能依賴SDH的B1和J0字節(jié)來說，性能和故障的監(jiān)測能力更強大。

從國內(nèi)建網(wǎng)趨勢來看，OTN已經(jīng)成為事實的標準，特別是在各個運營商的本地城域網(wǎng)當中，基本都采用了基于電層交叉的OTN技術(shù)，利用支線路分離的架構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡端和線路端的解耦合，大大提升了組網(wǎng)的靈活性和業(yè)務的快速開通和部署能力。目前OTN技術(shù)發(fā)展很快，國內(nèi)主流廠家都推出了相應的OTN設(shè)備，運營商也非常關(guān)注OTN的應用價值，也為OTN的快速應用增添了動力。烽火通信從2002年開始對OTN技術(shù)的跟蹤和研發(fā)，經(jīng)過幾年的努力，逐步在國內(nèi)引領(lǐng)OTN技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)推出全系列的OTN產(chǎn)品，形成了端到端的解決方案，產(chǎn)品覆蓋核心層、骨干層、匯聚層、接入層，其產(chǎn)品系列包括FONST 5000、FONST 4000、FONST 3000、FOSNT 2000、FONST 1000 等新一代OTN傳送平臺。OTN產(chǎn)品一經(jīng)推出，獲得了客戶的大量認可，目前已經(jīng)在全國各個運營商市場獲得了大量的商用，在一干、二干、本地城域網(wǎng)中都獲得了成熟穩(wěn)定的應用。

3 40G技術(shù)成熟，成就主流波分技術(shù)

在經(jīng)過接近兩年的預熱，40G已經(jīng)正式走上了光網(wǎng)絡傳輸舞臺的核心。在2010年，40G已經(jīng)成為了網(wǎng)絡建設(shè)的主旋律，特別是在一級干線的建設(shè)上面，40G DWDM成為解決帶寬需求、拓展傳輸容量的主要技術(shù)手段。

從技術(shù)的發(fā)展來看，40G本身已經(jīng)比較成熟，而且伴隨著40G應用的不斷深入，40G編碼逐漸地歸一化和集中化，其中PDPSK和RZ-DQPSK成為了設(shè)備商和運營商最主要的選擇對象。PDPSK在OSNR容限、非線性容限等性能方面非常具有優(yōu)勢，惟一的不足在其DGD容限較小，因此其主要應用于光纜PMD指標較好的應用場景，定位于12×22 dB跨段以下，而且成本具有明顯優(yōu)勢。RZ-DQPSK在OSNR容限、非線性容限等方面性能比較均衡，相對于PDPSK而言，其DGD容限較大，可以在PMD值更差的光纖上進行40G的網(wǎng)絡建設(shè)，主要定位于16×22 dB以下的應用場景。

目前來看，40G光網(wǎng)絡技術(shù)最大的問題在于上游產(chǎn)業(yè)鏈的力量比較分散，在供貨的速度以及價格上還需進一步發(fā)展。特別是100G的出現(xiàn)對于40G的沖擊還是比較明顯的，上游的器件、芯片廠家把精力更多地放在100G上面，造成40G產(chǎn)業(yè)鏈整體比較薄弱，特別對于40G的客戶端白光口模塊來講，雖然已經(jīng)具有了相當?shù)墓┴浤芰?，但其?shù)量以及價格離業(yè)界的期望還相差甚遠。

作為國內(nèi)主流的40G解決方案提供商，烽火通信充分利用烽火科技這個國內(nèi)最全面的光通信產(chǎn)業(yè)集團，實現(xiàn)器件和芯片的自主化生產(chǎn)，加強自主創(chuàng)新能力，掌握相關(guān)的核心技術(shù)和專利，40G WDM相繼在中國電信、中國聯(lián)通等運營商取得應用。2010年更是先后承建了中國電信南京—合肥—武漢的80×40G傳輸工程，中國電信北京—天津80×40G工程。面對工程線路距離長，技術(shù)難度大，業(yè)務量多的難題，烽火通信采用了一系列的關(guān)鍵技術(shù)，包括獨有的sDPSK和sRZ-DQPK編碼調(diào)制技術(shù)，結(jié)合功率均衡、增益鎖定、單通道精確色散補償?shù)群诵募夹g(shù)，很好地解決了工程OSNR受限、PMD受限等技術(shù)難題，為工程的穩(wěn)定運行保駕護航。

4 PTN商用提速 應用空間不斷拓展

業(yè)務的需求是推動PTN技術(shù)發(fā)展的主要動力。移動業(yè)務從2G向 3G、HSPA+及 LTE（4G）的演進，除了傳統(tǒng)業(yè)務IP化的需求，還對同步、網(wǎng)絡延時、可靠性及安全性提出了較高的要求。PTN正是在這一背景下應運而生的。它是以太網(wǎng)承載技術(shù)和傳送網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，不但擁有天生的以太網(wǎng)特性，并且擁有較好電信級業(yè)務所需的5個基本屬性，分別為標準化的業(yè)務、可擴展性、可靠性、嚴格的QoS和運營級別的OAM。

PTN分組內(nèi)核提供了強大統(tǒng)計復用能力的彈性管道，帶寬利用率高，更適應較強的分組業(yè)務突發(fā)性。PTN同時繼承了類似SDH的傳輸網(wǎng)絡特性、具有強大的OAM及電信級保護能力、圖形化界面網(wǎng)管能力等優(yōu)勢。PTN技術(shù)與其他技術(shù)相比，更加簡單，實用，并且融合了多種技術(shù)優(yōu)勢，也因此備受業(yè)界的關(guān)注。從目前的業(yè)務需求和成熟度來說，PTN的規(guī)模商用還需1-2年時間。預計未來5年內(nèi)，PTN的市場將超過基于傳統(tǒng)的SDH設(shè)備。

當然PTN技術(shù)與成本優(yōu)勢也將隨著產(chǎn)業(yè)鏈的進一步發(fā)展而更加明顯，必將成為移動回傳等高價值業(yè)務的主流平臺。同時，PTN的引入及發(fā)展壯大也必將反作用于業(yè)務網(wǎng)絡，將進一步促進IP化業(yè)務的高速增長

烽火從2004年參與制定PTN標準以來，積極研發(fā)探索，目前CiTRANS600系列在國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)了國內(nèi)運營商的大規(guī)模應用，并且在中國移動、中國電信、中國聯(lián)通PTN測試中，依靠完善的技術(shù)和功能以及設(shè)備的穩(wěn)定表現(xiàn)，烽火PTN排名一直穩(wěn)居前兩名。實現(xiàn)了多個惟一，即惟一可以實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)保護且同時支持Wrapping和Steering，惟一可以實現(xiàn)與MSTP設(shè)備2.5 Gbit/s接口互通，惟一可以同時實現(xiàn)E1和FE的TPS保護，惟一可以實現(xiàn)PTN、OTN、PON技術(shù)的兼容。烽火通信CiTRANS 600系列智能化PTN產(chǎn)品采用業(yè)界最先進的硬件技術(shù)和電信級的軟件智能實現(xiàn)PTN技術(shù)與ASON技術(shù)的完美融合，有效提升網(wǎng)絡智能化特性、可靠性和管理維護特性，已在國內(nèi)的3大運營商的本地網(wǎng)都實現(xiàn)了規(guī)模部署，滿足不同運營商的個性化需求。

5 結(jié)束語

技術(shù)的成熟度和先進性是相互對立的，對于技術(shù)的選擇又要考慮到網(wǎng)絡未來發(fā)展的規(guī)劃和網(wǎng)絡的安全性。40G是我們走向100G的必經(jīng)之路，100G商用的步伐正在加快，OTN、PTN等新技術(shù)已經(jīng)在網(wǎng)上規(guī)模應用。筆者相信隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和應用的不斷深入，40G、100G、PTN、OTN將迎來更廣闊的發(fā)展空間。