光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展與展望
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1、40 Gbit/s系統的發(fā)展和應用
40 Gbit/s系統主要具有如下優(yōu)勢：可以更有效地使用傳輸頻帶，頻譜效率較高；當40 Gbit/s系統的成本降到10 Gbit/s系統成本的2.5倍以下時(shí)，便可以實(shí)現大規模商用，從而降低傳輸成本；1個(gè)網(wǎng)元代替4個(gè)網(wǎng)元，可以減少OAM成本、復雜性以及備件數量；可以有效減少I(mǎi)P鏈路數量，提高節點(diǎn)的擴展性，改進(jìn)核心網(wǎng)的效率和功能。
近年來(lái)，以P2P為代表新的互聯(lián)網(wǎng)應用的普及導致IP流量持續快速增加，以10 Gbit/s為基礎的現有長(cháng)途W(wǎng)DM網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)呈現出“力不從心”的狀態(tài)，部分段落80×10 Gbit/s容量已經(jīng)用完，對40 Gbit/s WDM系統的需求與日俱增，其應用已經(jīng)被提到日程上來(lái)。
除市場(chǎng)需求因素外，影響40 Gbit/s系統應用的主要因素是技術(shù)、價(jià)格和光纜線(xiàn)路的PMD（極化模色散）性能。首先，從技術(shù)方面來(lái)看，40 Gbit/s系統經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在技術(shù)上有了長(cháng)足的進(jìn)步?？梢詰糜诓煌瑘?chǎng)景的多種調制技術(shù)（如DQPSK、DP-QPSK、DRZ、DPSK、ODB等）已經(jīng)商用或接近商用，各種適用于40 Gbit/s的有源和無(wú)源器件大量問(wèn)世使成本快速下降，并且各種器件的功率平坦度、非線(xiàn)性、色度色散、極化模色散性能明顯改進(jìn)，從而使系統設計的功率余度要求可以適度放寬。特別是DQPSK、DP-QPSK調制技術(shù)、電子色散補償和超級帶外FEC編碼等一系列新技術(shù)的突破和成熟為長(cháng)途應用的性?xún)r(jià)比改進(jìn)提供了堅實(shí)的基礎。DP-QPSK的色度色散容限已經(jīng)達到50000 ps/nm，PMD容限已經(jīng)達到25 ps，具備了十分良好和寬松的實(shí)際網(wǎng)絡(luò )應用基礎。各種超級帶外FEC編碼的凈增益已經(jīng)達到10 dB左右，為實(shí)際系統的設計提供了足夠的功率預算。其次，從成本方面來(lái)看，各種器件技術(shù)的性能改進(jìn)和量產(chǎn)的加大，整個(gè)系統的成本已經(jīng)降到10 Gbit/s系統的3.5～4.5倍，盡管離規模應用的2.5倍門(mén)限值還有差距，但是已經(jīng)處于可以啟動(dòng)階段。最后，從光纜的PMD特性來(lái)看，當速率提高到40 Gbit/s后，PMD受限將導致傳輸距離隨傳輸速率的平方關(guān)系成反比例減少，傳輸距離將減少到1/16，且二階PMD的影響變大。我國光纜網(wǎng)的PMD特性究竟能否有效支持40 Gbit/s的長(cháng)距離傳輸，需要進(jìn)行大規模的實(shí)地測試后才知道。近來(lái)在中國電信進(jìn)行的實(shí)際研究結果表明，我國京廣線(xiàn)以東地區敷設的多數光纜的PMD性能基本能夠滿(mǎn)足40 Gbit/s的傳輸要求，即便少數光纜性能不好，也可以通過(guò)跳纖的方式來(lái)滿(mǎn)足40 Gbit/s的傳輸要求，因此光纜的PMD特性也不再是主要的應用障礙。
可見(jiàn)，無(wú)論是市場(chǎng)需求，還是技術(shù)、成本、光纜PMD都證明，以40 Gbit/s為基礎的WDM系統的應用已經(jīng)迫在眉睫。然而，在具體應用上還存在彩光口和白光口之爭，雖然目前沒(méi)有定論，但從國內外主導運營(yíng)商的實(shí)踐和觀(guān)點(diǎn)看，認為40 Gbit/s彩光口主要適用于城域網(wǎng)領(lǐng)域且已經(jīng)成熟可用，而40 Gbit/s白光口主要適用于長(cháng)途網(wǎng)領(lǐng)域，目前已經(jīng)趨近成熟。
此外，關(guān)于100 Gbit/s以太網(wǎng)近期報導非常多。美國貝爾實(shí)驗室創(chuàng )造了100 Gbit/s以太網(wǎng)傳輸2000 km的實(shí)驗室世界記錄，其采用50 GHz間隔、DQPSK調制格式，主要用于數據中心間的通信連接。然而，100 Gbit/s以太網(wǎng)真正進(jìn)入規?；逃眠€需要解決很多技術(shù)問(wèn)題，需要走很長(cháng)一段路程。
2、從點(diǎn)到點(diǎn)傳輸走向動(dòng)態(tài)傳送聯(lián)網(wǎng)
普通的點(diǎn)到點(diǎn)波分復用通信系統盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬，需要有靈活的節點(diǎn)才能實(shí)現高效的靈活組網(wǎng)能力。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)向動(dòng)態(tài)的IP業(yè)務(wù)的繼續匯聚，一個(gè)靈活、動(dòng)態(tài)的光網(wǎng)絡(luò )是不可或缺的，最新發(fā)展趨勢是引入自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )（ASON），使光聯(lián)網(wǎng)從靜態(tài)光聯(lián)網(wǎng)走向動(dòng)態(tài)交換光網(wǎng)絡(luò )。這樣帶來(lái)的主要好處有：簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )和節點(diǎn)結構，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源配置，提高帶寬利用率，降低建網(wǎng)初始成本；實(shí)現規劃、業(yè)務(wù)指配和維護的自動(dòng)化，從而降低運維成本，并且可以解決實(shí)時(shí)、準確維護傳輸網(wǎng)資源難題，避免資源擱淺；具備網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)的快速保護恢復能力，使網(wǎng)絡(luò )在出問(wèn)題時(shí)仍能維持一定水準的業(yè)務(wù)；具有快速業(yè)務(wù)提供和拓展能力，便于引入新的業(yè)務(wù)類(lèi)型，諸如按需帶寬業(yè)務(wù)（BoD）、分級的差異化帶寬業(yè)務(wù)、波長(cháng)出租、光虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（OVPN）等，使傳統的傳送網(wǎng)向業(yè)務(wù)網(wǎng)方向演進(jìn)。
受上述優(yōu)點(diǎn)的吸引，AT&T、BT、NTT、Vodafone和Verizon等電信運營(yíng)商已經(jīng)成功地在網(wǎng)絡(luò )中引入ASON。其中AT&T已經(jīng)在全網(wǎng)部署了200多個(gè)節點(diǎn)，計劃擴展到300個(gè)節點(diǎn)。ASON的一個(gè)重要發(fā)展和應用趨勢是引入多種數據業(yè)務(wù)接口（VoIP、VoD、互聯(lián)網(wǎng)等），提供以太網(wǎng)功能，演變成為所謂的多業(yè)務(wù)匯聚節點(diǎn)。英國電信的ASON定位就是這樣的。
然而，從更長(cháng)遠的視角看，隨著(zhù)IP業(yè)務(wù)量的持續大幅度攀升，目前基于光/電/光變換的光交叉設備將不能滿(mǎn)足發(fā)展的需要，全光交叉設備將可能在未來(lái)5～15年逐漸成為干線(xiàn)網(wǎng)上的核心節點(diǎn)設備。全光節點(diǎn)可以徹底消除光/電/光設備產(chǎn)生的帶寬瓶頸，保證網(wǎng)絡(luò )容量的持續擴展性；省去昂貴的光電轉換設備，大幅度降低建網(wǎng)和運營(yíng)維護成本；可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )對客戶(hù)層信號的透明性，支持不同格式或協(xié)議的信號；可以避免光電轉換環(huán)節及復雜的時(shí)隙指配過(guò)程，加快高速電路的指配和業(yè)務(wù)供給速度；以實(shí)現在波長(cháng)級靈活組網(wǎng)的目的；可以實(shí)現快速網(wǎng)絡(luò )恢復，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò )的生存性和質(zhì)量；可以避免單純IP層聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的低效率，提高網(wǎng)絡(luò )資源的利用率，提供靈活、高效的組網(wǎng)能力和對物理層大故障的快速恢復能力。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)量的迅速增長(cháng)和網(wǎng)絡(luò )規模的持續擴展，從電聯(lián)網(wǎng)逐漸走向光聯(lián)網(wǎng)將是歷史的必然，電聯(lián)網(wǎng)將逐步撤退到網(wǎng)絡(luò )的邊緣和接入部分。
總體上看，首先看傳送面，光/電/光硬件交換平臺已經(jīng)完全成熟商用，大規模全光交換平臺的可靠性還有待實(shí)踐考驗，帶寬顆粒大，容量需求還不足。其次看控制面，標準已經(jīng)基本成熟。實(shí)際測試表明，E-NNI已經(jīng)可以實(shí)現跨廠(chǎng)商設備的傳送面電路配置，但是還無(wú)法實(shí)現跨廠(chǎng)商設備的控制面保護恢復。簡(jiǎn)言之，單域控制面已經(jīng)比較成熟，各廠(chǎng)商設備基本具備鄰居自動(dòng)發(fā)現、網(wǎng)絡(luò )拓撲自動(dòng)發(fā)現和動(dòng)態(tài)更新等主要功能。最后看管理面，控制面的引入使ASON的網(wǎng)管功能弱化，部分功能移交給控制面完成，有利于多廠(chǎng)商網(wǎng)管互通，估計不會(huì )成為制約ASON應用的主要因素。目前，管理面主要是SC的管理功能不完善，多數廠(chǎng)商設備尚不能提供SC業(yè)務(wù)的計費信息。另外，跨域的管理功能還比較弱。
3、下一代ROADM的發(fā)展和應用
可重構光分插復用器（ROADM）并不是一個(gè)新概念，最簡(jiǎn)單的形式就是在WDM環(huán)結構上能夠遠程控制分插所需上下路波長(cháng)的二維ROADM。近來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)流量的持續高速增長(cháng)，特別是P2P和視頻流量的快速增長(cháng)，對網(wǎng)絡(luò )的容量和組網(wǎng)靈活性提出了很高的要求，再加上技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的不斷下降，這種可以動(dòng)態(tài)實(shí)現任意波長(cháng)上下路的靈活組網(wǎng)設備ROADM開(kāi)始受到業(yè)界的關(guān)注，并在北美地區率先得到應用。
ROADM的主要優(yōu)點(diǎn)如下。
●消除電設備產(chǎn)生的帶寬瓶頸。從目前的傳送網(wǎng)來(lái)看，無(wú)論節點(diǎn)還是鏈路的容量增長(cháng)速度均無(wú)法趕上IP業(yè)務(wù)量的增長(cháng)速度，而純光的ROADM可以保證網(wǎng)絡(luò )容量的持續擴展性。
●實(shí)現對客戶(hù)層信號的透明性。取消網(wǎng)絡(luò )中的光電轉換設備后，可以透明地支持任意速率、格式或協(xié)議的客戶(hù)層信號，包括基于以太網(wǎng)、SDH和OTN的40 Gbit/s以信號和未來(lái)的100 Gbit/s信號。對于當前面臨的未來(lái)發(fā)展不確定的復雜形勢，這種透明性有利于維持基礎設施的長(cháng)期穩定性。
●簡(jiǎn)化和加快高速電路的指配和業(yè)務(wù)提供速度。減少了光電轉換環(huán)節，可以遠程實(shí)現任意波長(cháng)的靈活、動(dòng)態(tài)上下路，從而減少電路配置時(shí)間，加快業(yè)務(wù)提供速度，降低人工操作的失誤概率，有效地改進(jìn)業(yè)務(wù)量疏導。
●降低建網(wǎng)和運營(yíng)維護成本。通過(guò)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )的層次和結構，減少網(wǎng)元數和昂貴且耗電的光電轉換設備數，從而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )的管理和規劃，這樣既可以降低建網(wǎng)費用，又能夠大幅度減少網(wǎng)絡(luò )維護運行、擴容升級、地產(chǎn)和電源成本。
●便于向網(wǎng)狀網(wǎng)演進(jìn)。從點(diǎn)到點(diǎn)WDM系統向網(wǎng)狀網(wǎng)演進(jìn)是光網(wǎng)絡(luò )拓撲變化的必然趨勢。然而，這一演進(jìn)不是一蹴而就的，需要具備包括物理基礎設施在內多方面的條件。初期，可以利用ROADM實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)WDM系統向環(huán)型網(wǎng)的演進(jìn)。這是相對簡(jiǎn)單的一步，卻能提供包括光層保護能力在內的一系列好處，同時(shí)為下一步向網(wǎng)狀網(wǎng)的平滑演進(jìn)奠定較好的基礎。
ROADM的實(shí)現技術(shù)很多，大致可以分為3代。第一代采用波長(cháng)阻塞（WB）技術(shù)，具有較寬的通帶，可以支持較高的通路數和較窄的通路間隔，但是元件數多、成本較高，應用日漸減少。第二代采用平面光波導電路（PLC）技術(shù)，是全集成解決方案，具有損耗低、成本低、密度高、適合大規模生產(chǎn)的特點(diǎn)，適用于二維ROADM，可以升級到網(wǎng)狀。第三代基于多端口波長(cháng)選擇開(kāi)關(guān)（WSS）技術(shù)，具有插入損耗低、體積小、成本低的特點(diǎn)，真正實(shí)現了波長(cháng)可重構，具有較高的組網(wǎng)靈活性和經(jīng)濟性，其應用日益廣泛，市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)一半。
ROADM通常應用在長(cháng)途網(wǎng)領(lǐng)域，特別是存在大量需要上下路一定波長(cháng)的節點(diǎn)場(chǎng)合，目前正向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴展。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )流量的不斷攀升和日益動(dòng)態(tài)化，具有靈活、動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)功能的ROADM的應用前景將變得更加明朗。但是任何一種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用都需要仔細考慮現有網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)、對維護管理體制的適應性以及其他競爭性新技術(shù)的比較，才有可能獲得最有效、合理的應用，這方面還需要有橫向和縱向層面的深入分析。
4、城域電信級以太網(wǎng)成為匯聚和接入層的重要發(fā)展方向。
核心網(wǎng)問(wèn)題解決后，城域網(wǎng)正成為全網(wǎng)的帶寬和業(yè)務(wù)提供瓶頸。解決此問(wèn)題有多種技術(shù)手段，但從技術(shù)焦點(diǎn)看，多種技術(shù)解決方案爭論的實(shí)質(zhì)是核心網(wǎng)技術(shù)與用戶(hù)駐地網(wǎng)技術(shù)陣營(yíng)在城域網(wǎng)領(lǐng)域的競爭。一方面，代表核心網(wǎng)技術(shù)的SDH和路由器，或者說(shuō)代表面向連接的TDM和路由MPLS技術(shù)在不斷改進(jìn)，增強數據支持能力，向網(wǎng)絡(luò )邊緣拓展，爭奪二層交換機市場(chǎng)；另一方面，代表用戶(hù)駐地網(wǎng)技術(shù)的以太網(wǎng)，或者說(shuō)代表無(wú)連接技術(shù)的以太網(wǎng)也在不斷改進(jìn)和創(chuàng )新，增強電信級的性能和功能，向城域網(wǎng)擴展，壓縮SDH和路由器的市場(chǎng)?，F有解決方案沒(méi)有一個(gè)可以滿(mǎn)足目前所有的要求。但是可以預料到基本的趨勢是：電信級以太網(wǎng)技術(shù)將大量侵蝕傳統SDH和路由器在城域網(wǎng)接入匯聚層的市場(chǎng)，而MPLS技術(shù)將隨著(zhù)VPN和IPTV等新業(yè)務(wù)的開(kāi)展向城域網(wǎng)邊緣拓展，同時(shí)兩者結合的解決方案將不斷涌現，典型代表有虛擬專(zhuān)用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（VPLS）和傳送MPLS（T-MPLS）。
下面簡(jiǎn)要介紹PBB（網(wǎng)絡(luò )提供商骨干橋）/PBT、VPLS和T-MPLS 3種主流的城域聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)。
4.1 PBB/PBT技術(shù)
PBB技術(shù)的基本思路是將用戶(hù)的以太網(wǎng)數據幀再封裝一個(gè)運營(yíng)商的以太網(wǎng)幀頭，形成兩個(gè)MAC地址。PBB的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有清晰的運營(yíng)網(wǎng)和用戶(hù)間的界限，可以屏蔽用戶(hù)側信息，實(shí)現二層信息的完全隔離，解決網(wǎng)絡(luò )安全性問(wèn)題；在體系架構上具有清晰的層次化結構，理論上可以支持1600萬(wàn)用戶(hù)，從根本上解決網(wǎng)絡(luò )擴展性和業(yè)務(wù)擴展性問(wèn)題；規避了廣播風(fēng)暴和潛在的轉發(fā)環(huán)路問(wèn)題：無(wú)需擔心VLAN和MAC地址與用戶(hù)網(wǎng)沖突，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )的規劃與運營(yíng)；采用二層封裝技術(shù)，無(wú)需復雜的三層信令機制，設備功耗和成本較低；對下可以接入VLAN或SVLAN，對上可以與VPLS或其他VPN業(yè)務(wù)互通，具有很強的靈活性，非常適合接入匯聚層應用；無(wú)連接特性特別適合經(jīng)濟地支持無(wú)連接業(yè)務(wù)或功能，如多點(diǎn)對多點(diǎn)VPN（E-LAN）業(yè)務(wù)、IPTV的組播功能等。PBB的主要缺點(diǎn)是：依靠生成樹(shù)協(xié)議進(jìn)行保護，保護時(shí)間和性能都不符合電信級要求，不適用于大型網(wǎng)絡(luò )；依然是無(wú)連接技術(shù)，OAM能力很弱；內部不支持流量工程。
在PBB的基礎上，關(guān)掉復雜的泛洪廣播、生成樹(shù)協(xié)議以及MAC地址學(xué)習功能，增強一些電信級OAM功能，即可將無(wú)連接的以太網(wǎng)改造為面向連接的隧道技術(shù)，提供具有類(lèi)似SDH可靠性和管理能力的硬QoS和電信級性能的專(zhuān)用以太網(wǎng)鏈路，這就是所謂的PBT（網(wǎng)絡(luò )提供商骨干傳送）技術(shù)，又稱(chēng)PBB-TE。
PBT技術(shù)的顯著(zhù)特點(diǎn)是擴展性好。關(guān)掉MAC地址學(xué)習功能后，轉發(fā)表通過(guò)管理或者控制平面產(chǎn)生，從而消除了導致MAC地址泛洪和限制網(wǎng)絡(luò )規模的廣播功能；同時(shí)，PBT技術(shù)采用網(wǎng)管/控制平面替代傳統以太網(wǎng)的“泛洪和學(xué)習”方式來(lái)配置無(wú)環(huán)路MAC地址，提供轉發(fā)表，這樣每個(gè)VID僅具有本地意義，不再具有全局惟一性，從而消除了12 bit（4 096）的VID數限制引起的全局業(yè)務(wù)擴展性限制，使網(wǎng)絡(luò )具有幾乎無(wú)限的隧道數目（260）。此外，PBT技術(shù)還具有如下特點(diǎn)：轉發(fā)信息由網(wǎng)管/控制平面直接提供，可以為網(wǎng)絡(luò )提供預先確知的通道，容易實(shí)現帶寬預留和50 ms的保護倒換時(shí)間；作為二層隧道技術(shù)，PBT具備多業(yè)務(wù)支持能力；屏蔽了用戶(hù)的真實(shí)MAC，去掉了泛洪功能，安全性較好；用大量交換機替代路由器，消除了復雜的IGP和信令協(xié)議，城域組網(wǎng)和運營(yíng)成本都大幅度下降；將大量IEEE和ITU定義的電信級網(wǎng)管功能從物理層或重疊的網(wǎng)絡(luò )層移植到數據鏈路層，使其能基本達到類(lèi)似SDH的電信級網(wǎng)管功能。
然而，PBT存在N²問(wèn)題，需要大量連接，管理難度加大；其次，PBT只能環(huán)型組網(wǎng)，靈活性受限；再次，PBT不具備公平性算法，不太適合寬帶上網(wǎng)等流量大、突發(fā)較強的業(yè)務(wù)，容易存在設備間帶寬不公平占用問(wèn)題；最后，PBT和PBB多了一層封裝，在硬件成本上必然要付出相應的代價(jià)。
鑒于PBB和PBT可以共存于同樣的端口和網(wǎng)絡(luò )，如果將PBB和PBT結合應用，實(shí)現兩者的優(yōu)勢互補或許是一種萬(wàn)全的解決方案。此時(shí)可以利用PBB的無(wú)連接特性支持無(wú)連接業(yè)務(wù)（如IPTV的組播功能和E-LAN業(yè)務(wù)等），再利用PBT面向連接的特性支持點(diǎn)到點(diǎn)連接性業(yè)務(wù)，例如高速互聯(lián)網(wǎng)接入（如點(diǎn)到點(diǎn)VPN（E-Line）、語(yǔ)音、VoD、帶寬批發(fā)等業(yè)務(wù)）。
4.2 VPLS技術(shù)
VPLS是在點(diǎn)到點(diǎn)MPLS基礎上進(jìn)一步發(fā)展而成的多點(diǎn)互聯(lián)的二層VPN技術(shù)，將廣域網(wǎng)的MPLS擴展到以太網(wǎng)的接入層。從用戶(hù)角度看，仿佛所有站點(diǎn)都連至一個(gè)專(zhuān)有LAN；從業(yè)務(wù)提供者角度看，可以重新利用IP/MPLS基礎設施來(lái)提供多種業(yè)務(wù)。VPLS基于MPLS，采用兩層MPLS標簽封裝，獨立于具體物理拓撲，且能支持任意的邏輯拓撲，具有較高的組網(wǎng)靈活性，還可以利用MPLS的流量工程實(shí)現資源配置的最佳化；VPLS利用快速重選路由（FRR）技術(shù)，可以實(shí)現50 ms的保護倒換時(shí)間；VPLS不僅屏蔽了用戶(hù)的真實(shí)MAC，還支持2/3/4層可擴展的ACL（訪(fǎng)問(wèn)控制列表）能力和每用戶(hù)的ACL控制，提供了較安全的控制和策略機制；VPLS提供分層的VPLS（HVPLS），進(jìn)一步改進(jìn)了擴展性，使用戶(hù)數可擴展到百萬(wàn)級；VPLS能夠區分并保證每用戶(hù)中的不同業(yè)務(wù)流量，網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)配置簡(jiǎn)單，業(yè)務(wù)提供快。簡(jiǎn)言之，VPLS在服務(wù)質(zhì)量和流量工程方面比MAC in MAC更好，很適合網(wǎng)絡(luò )邊緣層的應用。
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