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(yīng)用到企業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)中，目前在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)中接近80%的流量通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。 另外，隨著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(jì)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)的不二選擇，目前已廣泛應(yīng)用在LAN、MAN和WAN網(wǎng)絡(luò)中。這種改變得益于大量標(biāo)準(zhǔn)Ethernet LAN器件的問(wèn)世，然而傳統(tǒng)的傳輸應(yīng)用需要比標(biāo)準(zhǔn)LAN應(yīng)用更為苛刻的條件，尤其是在距離、性能監(jiān)測(cè)和保護(hù)需求方面。在接下來(lái)的數(shù)年內(nèi)，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(yīng)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(jí)（Tb/s）。

　　2.網(wǎng)絡(luò)需求

　　這種市場(chǎng)機(jī)遇為當(dāng)前的傳輸網(wǎng)絡(luò)的演化提出了一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)，即如何在繼續(xù)支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時(shí)，可以升級(jí)到非常高的帶寬，并且又能維持一個(gè)具有很高性價(jià)比的光以太傳輸網(wǎng)絡(luò)。類似這樣的網(wǎng)絡(luò)在演變過(guò)程中應(yīng)以最小的中斷代價(jià)從現(xiàn)有SONET網(wǎng)絡(luò)升級(jí)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(jí)的網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸距離。這種升級(jí)方法具有很高的彈性，可以利用獨(dú)立波長(zhǎng)來(lái)支持不同流量，或者使用通用成幀規(guī)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(shù)字包封內(nèi)（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(tǒng)中。圖1描繪了WDM和傳統(tǒng)的單波長(zhǎng)時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)在傳輸距離和容量改變時(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中清楚地顯示了當(dāng)在更高比特速度和適當(dāng)傳輸距離下，不管所傳輸信息的類型是那一種，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(shù)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足上述需求的網(wǎng)絡(luò)成為可能，當(dāng)然這種新網(wǎng)絡(luò)必須具有很高的性價(jià)比。這些技術(shù)的匯合將造就一種有能力升級(jí)到高帶寬和長(zhǎng)距離的系統(tǒng)，同時(shí)該平臺(tái)還為現(xiàn)有傳輸架構(gòu)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(duì)統(tǒng)治地位，到目前為止全球共鋪設(shè)了超過(guò)35萬(wàn)個(gè)這種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。因此對(duì)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(jiān)測(cè)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(tǒng)中的綜合開銷和有效載荷映射功能通過(guò)硅芯片供應(yīng)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(yùn)營(yíng)商傾向于消除SONET設(shè)備，因此關(guān)于上面所描述的基于一個(gè)transponder 波長(zhǎng)的SONET ADM在RPR中也能找到類似或?qū)Φ鹊墓δ芑蚰K的現(xiàn)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的同類產(chǎn)品，SONET傳輸網(wǎng)絡(luò)中的某一器件能大大增加系統(tǒng)成本開銷，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(yán)格一些。然而，在過(guò)去數(shù)年里，采用相同標(biāo)準(zhǔn)的2.5Gbps(SFP)和10Gbps(XFP)模塊已經(jīng)應(yīng)用到下一代的SONET和數(shù)據(jù)設(shè)備中，標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施以及產(chǎn)量的增加使制造出低成本的SONET設(shè)備和數(shù)據(jù)箱成為可能，不過(guò)SONET設(shè)備看起來(lái)在成本節(jié)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(zhuǎn)發(fā)器。

　　可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）：現(xiàn)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(tǒng)是一種很難管理的鋪設(shè)和維護(hù)技術(shù)，需要大量的跳接線和熟練工人來(lái)供應(yīng)新的節(jié)點(diǎn)和增加新業(yè)務(wù)。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象其中一個(gè)主要原因是在長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)的GMPLS控制面，可以自動(dòng)進(jìn)行通路路由，進(jìn)行單波長(zhǎng)顆粒度的設(shè)定。因此消除了所有的線路端定制布線，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自動(dòng)供應(yīng)體系，實(shí)質(zhì)上與現(xiàn)有的SONET系統(tǒng)一樣。另外，ROADM還是一個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)光層自動(dòng)控制的關(guān)鍵設(shè)備，因?yàn)镽OADM不僅可以進(jìn)行交換，還可以對(duì)單個(gè)波長(zhǎng)的功率進(jìn)行控制，因此消除了每一個(gè)ROADM的功率級(jí)別（power-level）不完整性的現(xiàn)象。最終結(jié)果是產(chǎn)生了一個(gè)高可升級(jí)系統(tǒng)，擺脫了現(xiàn)有DWDM系統(tǒng)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提供了類似SONET的可管理性。ROADM的力量在于它使電信運(yùn)營(yíng)商能夠遠(yuǎn)程添加、取出或透過(guò)任何可用波長(zhǎng)的組合傳輸，無(wú)需安排DWDM專家到現(xiàn)場(chǎng)人工配置或調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)配置。這種遠(yuǎn)程功能的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)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(cuò)誤的幾率。它的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于：ROADM可處理透過(guò)、取出和添加的任意組合，因此，系統(tǒng)只需一個(gè)ROADM設(shè)備配置便可滿足任何流量需求。這是針對(duì)瞬息萬(wàn)變的預(yù)測(cè)模式的全新網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和管理方法，它以適度的帶寬要求起步，并可在未來(lái)滿足需求增長(zhǎng)，把握新收入。

　　在動(dòng)態(tài)的DWDM傳輸系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)置或恢復(fù)活動(dòng)來(lái)更改多波長(zhǎng)光信號(hào)將影響其他光通道的完整性。ROADM包括自適應(yīng)補(bǔ)償功能，允許系統(tǒng)補(bǔ)償添加或取出波長(zhǎng)引起的功率變化。在靜態(tài)的OADM中，補(bǔ)償通常發(fā)生在SPAN的所有波長(zhǎng)的頻帶中，以便最大限度地降低成本。但靜態(tài)DWDM系統(tǒng)卻無(wú)需面對(duì)因?yàn)檫m應(yīng)變幻的路由長(zhǎng)度及其對(duì)光傳輸參數(shù)（包括光衰減和光色散）和系統(tǒng)總成本的影響而增加的復(fù)雜性。通過(guò)ROADM及其幫助創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，供應(yīng)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(jí)別和信號(hào)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，面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。包括光通道監(jiān)測(cè)、寬可調(diào)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(jiān)測(cè)、波長(zhǎng)供應(yīng)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(duì)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?shù)膮R聚系統(tǒng)，在延長(zhǎng)匯聚平臺(tái)的業(yè)務(wù)傳輸距離的基礎(chǔ)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(tǒng)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(tǒng)一的、平均帶寬很高的流量，從而大大提升線速利用率。這種功能盡管不是傳輸設(shè)備中的標(biāo)準(zhǔn)功能，但是它是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，可以與傳輸設(shè)備配合，使產(chǎn)生的總體解決方案更具成本效益。這種應(yīng)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(tǒng)，在延長(zhǎng)匯聚平臺(tái)的業(yè)務(wù)傳輸距離的基礎(chǔ)上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。這種光放大DWDM的應(yīng)用可以使一個(gè)單一匯聚設(shè)備能夠?yàn)榇笮蛥^(qū)域內(nèi)的多個(gè)用戶提供服務(wù)，同時(shí)也消除了對(duì)昂貴OEO再生設(shè)備的需求，最終為更多用戶節(jié)省了成本。另外，當(dāng)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，那通過(guò)統(tǒng)計(jì)多路技術(shù)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)慕M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(shù)量，需要說(shuō)明的是，這種方法也可以通過(guò)下列途徑獲得的類似效果，即通過(guò)在一個(gè)傳輸設(shè)備上加載一個(gè)第二層子集功能，結(jié)合GFP和VCAT技術(shù)來(lái)無(wú)縫升級(jí)以太網(wǎng)傳輸帶寬。總之，最終的結(jié)果都是將傳輸和匯聚功能整合在一起的強(qiáng)大設(shè)備，產(chǎn)生一個(gè)更富效率的以太網(wǎng)傳送平臺(tái)。

　　5.結(jié)論

　　本文描繪的光以太系統(tǒng)借助DWDM傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(tǒng)預(yù)期的那些系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)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(jiān)測(cè)方面都得改善的傳輸系統(tǒng)。這種解決方案也計(jì)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(shù)量，延長(zhǎng)地理傳輸距離，改善成本、提供更多業(yè)務(wù)，改善統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用性能。