光以太網(wǎng)業(yè)務(wù)：千兆以太網(wǎng)有效傳輸方式

　 

    光以太網(wǎng)業(yè)務(wù)：千兆以太網(wǎng)和萬(wàn)兆以太網(wǎng)MAN/WAN業(yè)務(wù)的有效傳輸方式

　　1. 引言

　　以太網(wǎng)（Ethernet）如今已經(jīng)廣泛應用到企業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )中，目前在企業(yè)內部網(wǎng)中接近80%的流量通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。 另外，隨著(zhù)1 Gbps (GbE)和10 Gbps (10GbE)光接口的大量面世和商用，以太網(wǎng)逐漸成為人們尋求高速和經(jīng)濟傳輸網(wǎng)絡(luò )時(shí)的不二選擇，目前已廣泛應用在LAN、MAN和WAN網(wǎng)絡(luò )中。這種改變得益于大量標準Ethernet LAN器件的問(wèn)世，然而傳統的傳輸應用需要比標準LAN應用更為苛刻的條件，尤其是在距離、性能監測和保護需求方面。在接下來(lái)的數年內，以太網(wǎng)有望得到極大地拓展以支持三重播放（triple play）業(yè)務(wù)的快速普及，這種業(yè)務(wù)應用在任何一個(gè)北美大都市中所爆發(fā)的潛在需求帶寬都將在太比特級（Tb/s）。

　　2.網(wǎng)絡(luò )需求

　　這種市場(chǎng)機遇為當前的傳輸網(wǎng)絡(luò )的演化提出了一個(gè)獨特的挑戰，即如何在繼續支持傳統業(yè)務(wù)的同時(shí)，可以升級到非常高的帶寬，并且又能維持一個(gè)具有很高性?xún)r(jià)比的光以太傳輸網(wǎng)絡(luò )。類(lèi)似這樣的網(wǎng)絡(luò )在演變過(guò)程中應以最小的中斷代價(jià)從現有SONET網(wǎng)絡(luò )升級而來(lái)，同時(shí)可以采用DWDM器件和光放大器來(lái)獲得很高、可升級的網(wǎng)絡(luò )帶寬和傳輸距離。這種升級方法具有很高的彈性，可以利用獨立波長(cháng)來(lái)支持不同流量，或者使用通用成幀規程（GFP）來(lái)將不同的低比特速率的業(yè)務(wù)整合進(jìn)一個(gè)數字包封內（digital wrapper），因而有可能將SONET、光以太網(wǎng)、ATM和其他傳輸模式整合到同一系統中。圖1描繪了WDM和傳統的單波長(cháng)時(shí)分復用（TDM）技術(shù)在傳輸距離和容量改變時(shí)的對應關(guān)系。圖中清楚地顯示了當在更高比特速度和適當傳輸距離下，不管所傳輸信息的類(lèi)型是那一種，WDM都將成為更有效率的光傳輸媒介。


圖1 表示了以傳輸距離和傳輸帶寬為函數的最有效光傳輸方式


　　3.技術(shù)

　　大量新興技術(shù)的面世使研制一種能夠滿(mǎn)足上述需求的網(wǎng)絡(luò )成為可能，當然這種新網(wǎng)絡(luò )必須具有很高的性?xún)r(jià)比。這些技術(shù)的匯合將造就一種有能力升級到高帶寬和長(cháng)距離的系統，同時(shí)該平臺還為現有傳輸架構之間的互連提供一個(gè)解決方案。所需的關(guān)鍵技術(shù)如下：

　　單芯片SONET/SDH技術(shù)：SONET和SDH網(wǎng)絡(luò )在傳輸網(wǎng)絡(luò )中處于絕對統治地位，到目前為止全球共鋪設了超過(guò)35萬(wàn)個(gè)這種網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。因此對這些網(wǎng)絡(luò )的支持是必須的，也是非常關(guān)鍵的，包括它們所提供的高收入、高可靠性服務(wù)。但是，盡管這些網(wǎng)絡(luò )在可靠性、傳輸和監測方面擁有很高的性能，不過(guò)在價(jià)格成本方面也比性能稍微遜色的以太網(wǎng)絡(luò )高出不少。這高出的額外成本可通過(guò)下列方式獲得大幅度的減少：將SONET系統中的綜合開(kāi)銷(xiāo)和有效載荷映射功能通過(guò)硅芯片供應商集成到單一芯片中。這些芯片可極大地減少SONET ADM的成本和尺寸，并且可有選擇地安裝到光傳輸接口卡上。由于運營(yíng)商傾向于消除SONET設備，因此關(guān)于上面所描述的基于一個(gè)transponder 波長(cháng)的SONET ADM在RPR中也能找到類(lèi)似或對等的功能或模塊的現象就值得注意了，顯然這兩種技術(shù)都會(huì )從這種技術(shù)中受益。

　　熱插拔光接口：歷史已經(jīng)證明，相比數據網(wǎng)絡(luò )中的同類(lèi)產(chǎn)品，SONET傳輸網(wǎng)絡(luò )中的某一器件能大大增加系統成本開(kāi)銷(xiāo)，這種器件就是光接口/光模塊，部分原因是SONET器件在可靠性和傳輸距離方面比用在其他領(lǐng)域的器件要求更為嚴格一些。然而，在過(guò)去數年里，采用相同標準的2.5Gbps(SFP)和10Gbps(XFP)模塊已經(jīng)應用到下一代的SONET和數據設備中，標準的實(shí)施以及產(chǎn)量的增加使制造出低成本的SONET設備和數據箱成為可能，不過(guò)SONET設備看起來(lái)在成本節約方面成效更大，主要原因是熱插拔光學(xué)器件正在大量取代高成本的轉發(fā)器。

　　可重構光分插復用器（ROADM）：現在一個(gè)站不住腳的問(wèn)題是第一代和第二代DWDM傳輸系統是一種很難管理的鋪設和維護技術(shù)，需要大量的跳接線(xiàn)和熟練工人來(lái)供應新的節點(diǎn)和增加新業(yè)務(wù)。之所以出現這種現象其中一個(gè)主要原因是在長(cháng)途網(wǎng)絡(luò )的外部，WDM作為主要的技術(shù)被用在小生境和光纖耗盡的環(huán)境中。而ROADM的問(wèn)世則解決這些難題，原因是集成了光背板和一個(gè)標準的GMPLS控制面，可以自動(dòng)進(jìn)行通路路由，進(jìn)行單波長(cháng)顆粒度的設定。因此消除了所有的線(xiàn)路端定制布線(xiàn)，實(shí)現了一個(gè)自動(dòng)供應體系，實(shí)質(zhì)上與現有的SONET系統一樣。另外，ROADM還是一個(gè)實(shí)現對光層自動(dòng)控制的關(guān)鍵設備，因為ROADM不僅可以進(jìn)行交換，還可以對單個(gè)波長(cháng)的功率進(jìn)行控制，因此消除了每一個(gè)ROADM的功率級別（power-level）不完整性的現象。最終結果是產(chǎn)生了一個(gè)高可升級系統，擺脫了現有DWDM系統所帶來(lái)的種種勞力密集性工作。

　　可以這樣說(shuō)，ROADM技術(shù)是激動(dòng)人心的新發(fā)展，為DWDM提供了類(lèi)似SONET的可管理性。ROADM的力量在于它使電信運營(yíng)商能夠遠程添加、取出或透過(guò)任何可用波長(cháng)的組合傳輸，無(wú)需安排DWDM專(zhuān)家到現場(chǎng)人工配置或調節節點(diǎn)配置。這種遠程功能的一個(gè)主要優(yōu)勢在于：它無(wú)需技術(shù)人員接觸或更改網(wǎng)絡(luò )配置，從而降低了人為錯誤的幾率。它的另一個(gè)優(yōu)勢在于：ROADM可處理透過(guò)、取出和添加的任意組合，因此，系統只需一個(gè)ROADM設備配置便可滿(mǎn)足任何流量需求。這是針對瞬息萬(wàn)變的預測模式的全新網(wǎng)絡(luò )設計和管理方法，它以適度的帶寬要求起步，并可在未來(lái)滿(mǎn)足需求增長(cháng)，把握新收入。

　　在動(dòng)態(tài)的DWDM傳輸系統中，通過(guò)設置或恢復活動(dòng)來(lái)更改多波長(cháng)光信號將影響其他光通道的完整性。ROADM包括自適應補償功能，允許系統補償添加或取出波長(cháng)引起的功率變化。在靜態(tài)的OADM中，補償通常發(fā)生在SPAN的所有波長(cháng)的頻帶中，以便最大限度地降低成本。但靜態(tài)DWDM系統卻無(wú)需面對因為適應變幻的路由長(cháng)度及其對光傳輸參數（包括光衰減和光色散）和系統總成本的影響而增加的復雜性。通過(guò)ROADM及其幫助創(chuàng )建的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )，供應商正在使用每通道的可變光衰減器（VOA）或動(dòng)態(tài)增益均衡器（DGE）來(lái)管理功率級別和信號衰減，并為色散控制創(chuàng )建任意到任意的色散圖。

　　盡管上面提到的技術(shù)都是即將或已經(jīng)使用的關(guān)鍵性新技術(shù)，但仍有大量的相關(guān)新技術(shù)處于技術(shù)研發(fā)階段，面臨著(zhù)許多技術(shù)上的挑戰。包括光通道監測、寬可調激光器，具有自動(dòng)增益和快速瞬時(shí)控制功能的寬帶光放大器等技術(shù)。這些技術(shù)所扮演的角色是簡(jiǎn)化性能監測、波長(cháng)供應以及備份工作，拓展DWDM光網(wǎng)絡(luò )的傳輸距離，這些技術(shù)對于人們推薦的傳輸方案而言都是非常重要的。


圖2 一個(gè)集成ROADM和以太網(wǎng)傳輸的匯聚系統，在延長(cháng)匯聚平臺的業(yè)務(wù)傳輸距離的基礎上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)


　　4.以太網(wǎng)絡(luò )的匯聚和集中

　　在傳統傳輸網(wǎng)絡(luò )上傳送具有成本效益的以太網(wǎng)絡(luò )所面臨的首要問(wèn)題是無(wú)法有效地傳送那些平均帶寬比傳輸線(xiàn)速低許多的分組流量。流量的匯聚是一個(gè)關(guān)鍵性的功能，這種功能必須具備——以利于將多個(gè)光源發(fā)出的流量集中在一起，組成一個(gè)統一的、平均帶寬很高的流量，從而大大提升線(xiàn)速利用率。這種功能盡管不是傳輸設備中的標準功能，但是它是一個(gè)非常強大的工具，可以與傳輸設備配合，使產(chǎn)生的總體解決方案更具成本效益。這種應用可參看圖2，圖中ROADM傳輸環(huán)路與以太網(wǎng)傳輸組合成匯聚系統，在延長(cháng)匯聚平臺的業(yè)務(wù)傳輸距離的基礎上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。這種光放大DWDM的應用可以使一個(gè)單一匯聚設備能夠為大型區域內的多個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)，同時(shí)也消除了對昂貴OEO再生設備的需求，最終為更多用戶(hù)節省了成本。另外，當更多流量被匯聚到一起，形成一個(gè)更加均衡的流量flow的話(huà)，那通過(guò)統計多路技術(shù)會(huì )產(chǎn)生相當的組合效益，最終改善流量集合的效率。除此之外，將匯聚和傳輸功能集成在一起還會(huì )潛在地減少inter-element OEO接口的數量，需要說(shuō)明的是，這種方法也可以通過(guò)下列途徑獲得的類(lèi)似效果，即通過(guò)在一個(gè)傳輸設備上加載一個(gè)第二層子集功能，結合GFP和VCAT技術(shù)來(lái)無(wú)縫升級以太網(wǎng)傳輸帶寬?？傊?，最終的結果都是將傳輸和匯聚功能整合在一起的強大設備，產(chǎn)生一個(gè)更富效率的以太網(wǎng)傳送平臺。

　　5.結論

　　本文描繪的光以太系統借助DWDM傳輸技術(shù)的優(yōu)勢演化為一個(gè)更富效率和成本效益的解決方案。這種方案相比傳統預期的那些系統，能實(shí)現更低成本的傳輸媒介，同時(shí)制造出在可靠性、距離以及性能監測方面都得改善的傳輸系統。這種解決方案也計劃將匯聚和傳輸技術(shù)融為一體，來(lái)產(chǎn)生一個(gè)更富效率的總體解決方案，大大減少總的OEO接口數量，延長(cháng)地理傳輸距離，改善成本、提供更多業(yè)務(wù)，改善統計多路復用性能。