超100G標(biāo)準(zhǔn)先行，應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)

中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所│ 賴俊森

超100G標(biāo)準(zhǔn)先行，應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)

中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所│ 賴俊森

目前超100G標(biāo)準(zhǔn)化研究工作已經(jīng)取得階段性成果，同時(shí)相應(yīng)技術(shù)方案驗(yàn)證與選擇有序穩(wěn)步推進(jìn)。預(yù)計(jì)未來2～3年內(nèi)，以400G為代表的超100G技術(shù)有望在數(shù)據(jù)中心、城域/干線等高容量地區(qū)率先商用。

云計(jì)算、高清視頻、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用推動(dòng)著網(wǎng)絡(luò)帶寬需求高速增長(zhǎng)。思科公司研究數(shù)據(jù)顯示，互聯(lián)網(wǎng)IP數(shù)據(jù)流量在過去5年間增長(zhǎng)了5倍，并且在未來5年內(nèi)將再翻3倍；而移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)流量在2015年增長(zhǎng)74%，未來5年流量增長(zhǎng)高達(dá)8倍。急劇增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量對(duì)光傳送網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量提出了越來越高的要求。

從2013年開始，基于雙偏振態(tài)復(fù)用正交相位調(diào)制（DP-QPSK）、相干檢測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的100G光傳輸設(shè)備就已在國(guó)內(nèi)啟動(dòng)商用化部署，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的增長(zhǎng)，以400G為代表的超100G傳輸技術(shù)逐步成為業(yè)界研究和關(guān)注的焦點(diǎn)，近期在標(biāo)準(zhǔn)化研究和測(cè)試驗(yàn)證等方面取得了明顯進(jìn)展。

超100G標(biāo)準(zhǔn)制定，階段性成果顯現(xiàn)

超100G是目前光纖通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點(diǎn)之一，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）、國(guó)際電信聯(lián)盟通信標(biāo)準(zhǔn)組（ITU-T）和光互連論壇（OIF）三大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織均從不同角度開展超100G標(biāo)準(zhǔn)研究和制定工作，國(guó)內(nèi)的中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）亦同步在400G傳輸系統(tǒng)性能、測(cè)試方法以及相關(guān)光器件模塊等領(lǐng)域開展標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。

IEEE的802.3工作組研究進(jìn)展

IEEE的802.3工作組主要負(fù)責(zé)400G接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)于2014年3月研究立項(xiàng)（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為802.3bs），至2016年3月已經(jīng)完成了1.2版本草案的編制和討論，在接口結(jié)構(gòu)類型、子層劃分、功能配置、數(shù)據(jù)格式開銷以及不同類型光纖傳輸方案等多個(gè)方面達(dá)成一致，已經(jīng)確定采用基于26G波特率非歸零碼（NRZ）的16芯100m多模光纖應(yīng)用（400GBASESR16）、基于53G波特率四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM4）編碼的4芯500m單模光纖應(yīng)用（400GBASE-DR4）、基于26G波特率四電平脈沖幅度（PAM4）編碼的8通路波分復(fù)用2km/10km單模光纖應(yīng)用（400GBASEFR8/LR8）等，但在應(yīng)用代碼的性能參數(shù)定義與規(guī)范，以及各通道FEC編碼和實(shí)現(xiàn)方式等一些關(guān)鍵問題上還需要進(jìn)一步研究和討論，同時(shí)也正在探討納入200G速率接口。該標(biāo)準(zhǔn)的制定相對(duì)于原立項(xiàng)計(jì)劃有所滯后，目前最新計(jì)劃預(yù)計(jì)在2016年內(nèi)完成技術(shù)內(nèi)容變更和標(biāo)準(zhǔn)草案審議，在2017年底前完成投票表決并在2018年初正式發(fā)布。

ITU-T研究進(jìn)展

ITU-T的第十五研究組（SG15）中的Q6和Q11兩個(gè)小組分別負(fù)責(zé)超100G物理層和光傳送網(wǎng)（OTN）邏輯層的標(biāo)準(zhǔn)化工作。Q6目前主要是逐步將超100G傳輸可能涉及的新型物理層技術(shù)方案，如Nyquist-WDM頻譜濾波和多維調(diào)制格式信號(hào)等，納入G.sup39文件。由于目前超100G物理層在業(yè)務(wù)特征、技術(shù)路線和方案性能等方面的選擇收斂程度不夠，可能出現(xiàn)多個(gè)技術(shù)方案并存的狀況，所以Q6對(duì)于超100G物理接口參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未展開，但Q11在超100G OTN邏輯層標(biāo)準(zhǔn)化方面取得了明顯進(jìn)展。在2016年最新修訂并正式發(fā)布的G.709《OTN接口標(biāo)準(zhǔn)（5.0版）》中，定義了以5G時(shí)隙為最小粒度并且加入復(fù)用段映射結(jié)構(gòu)的OTUCn幀格式，為超100G的大帶寬業(yè)務(wù)確定了承載方式，并且為靈活以太網(wǎng)（FlexE）業(yè)務(wù)的透?jìng)骱徒K結(jié)處理定義了基于Idle幀填充的IMP映射方式和部分速率ODUflex映射方式，實(shí)現(xiàn)可變帶寬業(yè)務(wù)的靈活適配。

OIF研究進(jìn)展

OIF的物理鏈路層（PLL）工作組和運(yùn)營(yíng)商（Carrier）工作組在2015年7月聯(lián)合發(fā)布了《400G技術(shù)選擇白皮書》，其中包含了對(duì)于多個(gè)400G線路側(cè)可選技術(shù)方案的對(duì)比和分析，并從應(yīng)用場(chǎng)景、組網(wǎng)需求和關(guān)鍵使能技術(shù)等不同角度，對(duì)400G面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論與分析，意在分析梳理和對(duì)比收斂400G發(fā)展過程中出現(xiàn)的多種調(diào)制格式和技術(shù)方案，避免同一應(yīng)用場(chǎng)景下出現(xiàn)多種碼型、速率和調(diào)制格式并存而影響產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展的局面。此外，OIF的PLL工作組在2016年3月還發(fā)布了《靈活以太網(wǎng)（FlexE）配置協(xié)議》，基于以太網(wǎng)MAC層和PHY層解耦的基本設(shè)想，通過增加FlexE墊片（shim）子層進(jìn)行時(shí)分復(fù)用和解復(fù)用處理（以5G時(shí)隙為最小粒度），完成多個(gè)100G物理通道的綁定組合和拆分，實(shí)現(xiàn)靈活帶寬的物理通道，為未來的多種超100G以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的PCS/PMA/PMD子層規(guī)范，并且可以實(shí)現(xiàn)基于FlexE的業(yè)務(wù)帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整。

CCSA研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)CCSA的傳送網(wǎng)與接入網(wǎng)技術(shù)工作委員會(huì)（TC6）中的傳送網(wǎng)工作組（WG1）和光器件工作組（WG4），分別負(fù)責(zé)超100G光傳輸系統(tǒng)和光器件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。目前整體標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)度與國(guó)際保持基本同步，其中2016年已啟動(dòng)了N×400G波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求和相應(yīng)測(cè)試方法、超100G光傳送網(wǎng)技術(shù)要求、400G多類型光模塊等超100G相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和制定。

超100G技術(shù)選擇：400G或成為主流

超100G是多種可能傳輸速率的統(tǒng)稱，例如400G、1T或n×100G等，其中的1T技術(shù)在調(diào)制格式、系統(tǒng)參數(shù)、器件性能和集成度等方面的選擇與平衡更為復(fù)雜和困難，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，其技術(shù)演進(jìn)路線和推廣應(yīng)用前景尚不明朗。從現(xiàn)階段的業(yè)務(wù)需求、技術(shù)成熟度、商用化產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)試驗(yàn)證進(jìn)展分析，400G將成為未來2～3年內(nèi)超100G應(yīng)用推廣關(guān)注的主流目標(biāo)速率。

從2014年起，國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商均開始關(guān)注以400G為代表的超100G技術(shù)發(fā)展并開展了一系列實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)驗(yàn)證，業(yè)界通過測(cè)試驗(yàn)證對(duì)400G技術(shù)方案選擇和適用場(chǎng)景等方面的問題進(jìn)行了總結(jié)分析并取得了一定共識(shí)。

首先，以4×100G DP-QPSK Nyquist-WDM為代表的四載波靈活柵格超級(jí)信道方案相對(duì)現(xiàn)有100G系統(tǒng)譜效提升有限，難以平衡引入靈活柵格的系統(tǒng)成本上升，將不是400G技術(shù)應(yīng)用的主要關(guān)注點(diǎn)。

其次，以高階調(diào)制格式（DP-16/32/64QAM）為代表的單載波方案能夠兼容現(xiàn)有波分系統(tǒng)，但對(duì)器件性能、系統(tǒng)功耗和OSNR等方面都提出嚴(yán)苛要求，目前來看僅適用于短距離單跨段城域應(yīng)用或數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光互連。此外，以2×200G DP-8/16QAM Nyquist-WDM為代表的雙載波超級(jí)信道方案在譜效提升、傳輸距離和技術(shù)成熟度等方面具有相對(duì)較好的平衡性，可能成為下一步400G應(yīng)用的主流方案。目前雙載波方案的傳輸性能能夠基本滿足城域應(yīng)用的要求，但在干線長(zhǎng)距應(yīng)用中則需要引入超低損耗、大有效面積光纖或Raman+EDFA的混合光放方案作為輔助以提升傳輸能力。

最后，400G傳輸設(shè)備應(yīng)支持頻譜效率和傳輸距離等關(guān)鍵參數(shù)靈活設(shè)置，基于軟件定義方式調(diào)整其調(diào)制格式、載波數(shù)量、器件參數(shù)和DSP算法，以達(dá)到頻譜效率和傳輸距離的優(yōu)化組合，增強(qiáng)400G技術(shù)適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景和差異化接口互連需求的能力。

大帶寬需求蓄勢(shì)待發(fā)

隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的持續(xù)高速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)2017～2018年左右在城域和干線網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)超100G應(yīng)用需求。另外，目前業(yè)界在400G應(yīng)用場(chǎng)景適配、技術(shù)方案選擇等方面達(dá)成了一定共識(shí)，相應(yīng)國(guó)際與國(guó)內(nèi)的超100G標(biāo)準(zhǔn)化制定也取得明顯的階段性成果，上述這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)均為超100G技術(shù)的后續(xù)應(yīng)用和推廣鋪平了道路，以400G速率為代表的超100G技術(shù)應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)。

同時(shí)需要明確指出的是，100G作為主流的高速傳輸技術(shù)，目前正處于大規(guī)模應(yīng)用的部署時(shí)期，業(yè)界和產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)其生命周期寄予厚望。在此背景下，超100G技術(shù)的推廣應(yīng)用在一定程度上將面臨著與100G技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。隨著未來帶寬流量加速增長(zhǎng)比率的進(jìn)一步明晰，以400G為代表的大帶寬業(yè)務(wù)傳輸需求將逐漸出現(xiàn)，同時(shí)超100G技術(shù)方案選擇將明確收斂并達(dá)成共識(shí)，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)亦更加完善。預(yù)計(jì)在未來2～3年，以400G為代表的超100G技術(shù)可能在數(shù)據(jù)中心光互連、干線/城域高容量區(qū)域等場(chǎng)景中率先應(yīng)用，從而啟動(dòng)新一代高速傳輸技術(shù)的商用歷程。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bjxintong.com.cn