100G和OTN成为亮点

 

　　随着宽带网络建设不断推进，移动互联网、云计算/数据中心、视频等多种应用蓬勃发展，网络带宽和流量需求不断增长。中国电信科技委主任韦乐平先生估算，按照目前的流量发展趋势，2017年中国电信骨干网最大截面传输带宽约38Tb/s，最大节点容量将达到170Tb/s。带宽的持续倍增对骨干传输网提出了更高的要求，同时100Gb/s路由器平台的规模部署也对骨干网传输的带宽颗粒提出了新的需求。带宽容量需求的剧增势必影响骨干网整体的建设，对于现有网络的持续扩容并不能完全满足网络需求，向更高100Gb/s速率跨越成为业界的共识。同时，对网络容量多粒度调度和疏导的需求也为光传送网（OTN）技术在干线网应用奠定了基础。

 

　　运营商速率和交叉能力选择并重

 

　　结合运营商的网络需求，在100Gb/s 设备选型和应用的过程中，基于对需求深入的分析、对技术审慎的评估基础上，不同运营商采取了不同的策略，传输速率则成为首要考虑因素。中国电信和中国联通在省际、省内干线网和部分城域网规模部署了40Gb/s WDM系统，并已稳定运行多年，40Gb/s在成本、稳定性和系统扩容方面有一定优势，这决定了中国电信和中国联通需要兼顾现有40Gb/s网络，以逐步平滑过渡到100Gb/s系统。考虑到40Gb/s和100Gb/s混传会影响系统性能，同时管理维护相对复杂，综合来看应采用两个层面的平台分别独立建设或者扩容的部署策略更为合理，以实现100Gb/s和40Gb/s按需部署、协同发展。中国移动根据40Gb/s阶段综合业务量需求、高速传输技术发展趋势等多方面的情况，并没有在现网规模应用40Gb/s WDM系统（仅建设了上海-杭州-南京试验网络）。经过去年的100Gb/s测试验证和试点，中国移动选择跨越40Gb/s直接部署100Gb/s的策略。

 

　　除了关注传输速率之外，100Gb/s设备选择传统WDM形态（或OTN终端复用形态）还是结合OTN交叉调度设备形态，不同运营商侧重也有所不同。考虑到目前及未来传输需求、成本及集成度、未来可扩展性等差异，中国电信近期选择100Gb/s设备形态时可能优先考虑WDM形态，同时注重OTN支持和扩展能力；中国联通在选择构建试验网时，WDM和OTN形态并重，优先使用传统WDM的传输功能，但同时配置了OTN交叉功能以备后续扩展；中国移动则根据自身网络发展规划，在招标时明确选择了100Gb/s OTN设备形态。

 

　　100G和OTN标准基本成熟

 

　　100Gb/s和OTN技术的国内标准化工作主要在中国通信标准化协会（CCSA）的传送网与接入网工作委员会（TC6）开展。截至目前已经完成了《N×100Gb/s光波分复用（WDM）系统技术要求》和《N×100Gb/s光波分复用（WDM）系统测试方法》报批稿，主要规范了N×22dB传输模型在G.655和G.652光纤上的关键传输参数，同时考虑了系统技术实现的差异性，采用背靠背OSNR容限、系统传输距离、FEC纠错前误码率等多种参数量化。目前规范的最远传输能力达到18×22dB（18×80km，适用G.652光纤）和16×22dB（16×80km，适用G.655光纤），同时也开始开展100Gb/s光模块及组件的标准参数研究。OTN技术经过十余年的标准化，已经形成了包括总体技术要求、接口、管理、设备和测试方法等在内的一系列标准以指导网络的建设和运行，后续拟开展《超长距N×100Gb/s WDM系统技术要求》等相关标准制定，以指导超长距等场景下的后续应用。

 

　　100Gb/s国际标准主要由ITU-T、IEEE和OIF等标准组织制定。其中ITU-T SG15主要负责光传送网及接入网的标准化工作，其Q6主要负责物理层传输标准的规范工作，Q11主要负责逻辑层传送标准的规范工作，包括OTN等。目前针对100Gb/s的标准化工作主要在G.698.2、G.sup39、G.709等标准中规范，其中G.698.2今年已经正式讨论100Gb/s相关参数的规范，而G.sup39逐步引入100Gb/s技术涉及的一些工程参数考虑，同时G.709的ODUk容器已经支持基于100Gb/s速率的ODU4。IEEE的802.3主要负责以太网物理层规范的制定，目前已经完成了基于40GE和100GE的物理层规范802.3ba，目前正在开展背板互联（802.3bj）以及新一代低功耗、低成本和高集成度的40Gb/s和100Gb/s物理接口的规范（802.3bm），其中802.3bm是2012年3月IEEE 802全会上通过的新标准项目立项，其主要目标是完成多模光纤20/100m以上以及单模光纤500m以上的传输距离，预计2014年3月802.3bj标准化完成，2015年3月802.3bm标准化完成。OIF的PLL主要负责高速模块及器件的规范制定工作，目前已经完成了100Gb/s 长距传输模块、相干接收机等实现协议（IA），正在进行第二代100Gb/s长距传输模块和相干接收机的IA、基于城域应用（中距离）的100Gb/s DWDM传输框架以及基于28G的甚短距离传输的通用电接口（CEI-VSR）等IA的制定工作。

 

　　从100Gb/s和OTN标准化整体进展来看，目前用于指导现网建设和应用的各项标准基本完善，同时新的应用需求也已出现，典型如超长100Gb/s传输、双低一高（低成本、低功耗和高集成度）100Gb/s光模块及设备应用、支持分组功能的OTN应用需求等，这些应用需求将进一步推动100Gb/s和OTN标准演进，相关标准规范正在讨论和制定过程之中。

 

　　100G迎来规模商用元年

 

　　一直以来，国内三大运营商对于骨干网的新技术应用都非常关注，从实验室测试研究，到现网试点直至规模商用，抱着严谨审慎的态度，同时也大力推动新技术的研发和产业化。2010年，以中国电信为代表的运营商就开始了100Gb/s实验室评估性研究，从2011年年底开始，中国电信、中国移动、中国联通三大运营商依次开展并整体上完成了100Gb/s技术实验室规模测试验证。中国电信组织了国内首次大规模、多厂商100Gb/s WDM传输设备及系统测试；中国移动随后开展的实验室测试对100Gb/s设备从单机到系统性能进行了全面的评估，特别注重对于OTN等功能支持情况的考察，同时也测试验证了100Gb/s路由器以及路由器和WDM的互通等功能；中国联通也在实验室对于多家厂商的设备进行了测试评估。

 

　　实验室测试结束之后，现网试点的工作也有序地开展起来。中国移动选取了杭州与福州之间的省际干线作为试验段，全长无电中继1014km，这是国内公网第一个省际干线100Gb/s试验网，同时第一次在现网实现100Gb/s传输+路由器联合承载现网互联网业务及保护协调。中国电信目前刚完成100Gb/s现网试验验证（上海-无锡-南京-杭州-上海），中国联通已完成天津-济南-青岛和天津-济南-郑州段试验网招标。从综合实验室和现网测试结果来看，100Gb/s WDM传输技术和设备已基本成熟，软判FEC 100Gb/s和硬判FEC 100Gb/s各有应用场景，光纤类型对100G WDM系统性能的影响更大，G.652光纤的性能优势更为突出，同时在功耗和设备集成度方面，100 Gb/s设备相对低速设备而言显现优势。

 

　　从2012年年初到2012年10月，中国教育和科研计算机网（CERNET）、广电网等专网干线逐步启动100Gb/s商用，后续中国移动先启动了省际干线网应用100Gb/s OTN的招标工作，并于2012年10月12日发布招标公告。最终在2013年4月11日正式发布了“2013年OTN设备集中采购中标结果”，预计这次采购的100Gb/s单板数量将超过1500块，采购数量超过2011年全球建设总量，标志着100Gb/s OTN系统国内规模商用2013年正式启动。

 

　　需求和成本促进技术革新

　　目前100Gb/s OTN系统虽然已进入了规模商用阶段，但100b/s和OTN技术并没有停止发展，新型应用需求和成本竞争等强力推动技术革新，主要体现在100b/s性能监测、OTN交叉容量、两低一高（低成本、低功耗和高集成度）等多个方面。

　　对于100Gb/s系统的性能监测和评估，目前业界提出的性能监测评估方法有Q值（纠错前误码率通过误差函数与Q值相对应）、光信噪比（OSNR）、光功率以及误差矢量幅度（EVM： Error Vector Magnitude）等，我国行业标准规范目前采用了Q值（纠错前误码率）、OSNR和光功率。由于100Gb/s采用偏振复用技术，目前没有商用的光谱仪无法支持在线OSNR测试，而且现阶段也没有可用的测试技术出现，虽然部分厂商支持内置的OSNR监视功能，但监测误差与网络运行环境相关，这就极大增加了100Gb/s现网运维难度。因此，对于100Gb/s系统的性能监测和评估后续需要进一步深入研究。

 

　　100Gb/s与OTN结合已成业界共识，但目前推出设备交叉容量有待进一步提升。受限于目前技术实现水平，实验室验证的最大交叉能力为12.8Tb/s，相对于100Gb/s WDM系统单维度8T/s的传输容量而言，OTN调度和交叉容量明显不足，这样在实际应用时存在诸多限制，典型如无法实现任意端口容量的交叉调度等。另外，从传送网节点容量发展趋势来看，按照中国电信科技委主任韦乐平的估算，中国电信预测5年后的最大节点容量将达到150 Tb/s左右，这种应用需求将更进一步推动100Gb/s更大交叉技术的研究及设备研制。

 

　　基于投资回报、机房面积、绿色节能等具体要求，以及市场及技术竞争等多种压力，两低一高（低成本、低功耗和高集成度）是新型网络技术及设备发展和革新的共性趋势。100Gb/s OTN设备无论是从器件、模块，还是设备层面，都面临着两低一高（低成本、低功耗和高集成度）的发展需求。目前基本的发展思路是，采用新型的技术方案、新型的材料、新型的工艺以及新型的光电集成技术等实现特定阶段的两低一高（低成本、低功耗和高集成度）目标，典型如采用非制冷激光器的100GE客户侧光模块、线路侧采用更高效的DSP处理算法、采用28nm或更低的CMOS芯片工艺、采用基于InP等材料的光子集成等。

 

　　总体而言，100Gb/s OTN技术开启规模商用元年，标志着骨干传输网进入崭新的发展阶段，后续新型应用需求和成本竞争等将强力推动100Gb/s OTN技术革新。从未来发展趋势看，在物联网、云计算等巨量宽带应用需求的大力推动下，基于灵活栅格、支持软件控制的超100Gb/s OTN预计将是骨干传输网未来的主要技术发展方向。