光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與展望
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1、40 Gbit/s系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用
40 Gbit/s系統(tǒng)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(dāng)40 Gbit/s系統(tǒng)的成本降到10 Gbit/s系統(tǒng)成本的2.5倍以下時，便可以實現(xiàn)大規(guī)模商用，從而降低傳輸成本；1個網(wǎng)元代替4個網(wǎng)元，可以減少OAM成本、復(fù)雜性以及備件數(shù)量；可以有效減少IP鏈路數(shù)量，提高節(jié)點的擴展性，改進核心網(wǎng)的效率和功能。
近年來，以P2P為代表新的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及導(dǎo)致IP流量持續(xù)快速增加，以10 Gbit/s為基礎(chǔ)的現(xiàn)有長途W(wǎng)DM網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)呈現(xiàn)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(tǒng)的需求與日俱增，其應(yīng)用已經(jīng)被提到日程上來。
除市場需求因素外，影響40 Gbit/s系統(tǒng)應(yīng)用的主要因素是技術(shù)、價格和光纜線路的PMD（極化模色散）性能。首先，從技術(shù)方面來看，40 Gbit/s系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，在技術(shù)上有了長足的進步。可以應(yīng)用于不同場景的多種調(diào)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的有源和無源器件大量問世使成本快速下降，并且各種器件的功率平坦度、非線性、色度色散、極化模色散性能明顯改進，從而使系統(tǒng)設(shè)計的功率余度要求可以適度放寬。特別是DQPSK、DP-QPSK調(diào)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)的突破和成熟為長途應(yīng)用的性價比改進提供了堅實的基礎(chǔ)。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際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)。各種超級帶外FEC編碼的凈增益已經(jīng)達到10 dB左右，為實際系統(tǒng)的設(shè)計提供了足夠的功率預(yù)算。其次，從成本方面來看，各種器件技術(shù)的性能改進和量產(chǎn)的加大，整個系統(tǒng)的成本已經(jīng)降到10 Gbit/s系統(tǒng)的3.5～4.5倍，盡管離規(guī)模應(yīng)用的2.5倍門限值還有差距，但是已經(jīng)處于可以啟動階段。最后，從光纜的PMD特性來看，當(dāng)速率提高到40 Gbit/s后，PMD受限將導(dǎo)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的長距離傳輸，需要進行大規(guī)模的實地測試后才知道。近來在中國電信進行的實際研究結(jié)果表明，我國京廣線以東地區(qū)敷設(shè)的多數(shù)光纜的PMD性能基本能夠滿足40 Gbit/s的傳輸要求，即便少數(shù)光纜性能不好，也可以通過跳纖的方式來滿足40 Gbit/s的傳輸要求，因此光纜的PMD特性也不再是主要的應(yīng)用障礙。
可見，無論是市場需求，還是技術(shù)、成本、光纜PMD都證明，以40 Gbit/s為基礎(chǔ)的WDM系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。然而，在具體應(yīng)用上還存在彩光口和白光口之爭，雖然目前沒有定論，但從國內(nèi)外主導(dǎo)運營商的實踐和觀點看，認(rèn)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(dǎo)非常多。美國貝爾實驗室創(chuàng)造了100 Gbit/s以太網(wǎng)傳輸2000 km的實驗室世界記錄，其采用50 GHz間隔、DQPSK調(diào)制格式，主要用于數(shù)據(jù)中心間的通信連接。然而，100 Gbit/s以太網(wǎng)真正進入規(guī)?；逃眠€需要解決很多技術(shù)問題，需要走很長一段路程。
2、從點到點傳輸走向動態(tài)傳送聯(lián)網(wǎng)
普通的點到點波分復(fù)用通信系統(tǒng)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(jié)點才能實現(xiàn)高效的靈活組網(wǎng)能力。隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)向動態(tài)的IP業(yè)務(wù)的繼續(xù)匯聚，一個靈活、動態(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)走向動態(tài)交換光網(wǎng)絡(luò)。這樣帶來的主要好處有：簡化網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點結(jié)構(gòu)，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；實現(xiàn)規(guī)劃、業(yè)務(wù)指配和維護的自動化，從而降低運維成本，并且可以解決實時、準(zhǔn)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(fù)能力，使網(wǎng)絡(luò)在出問題時仍能維持一定水準(zhǔn)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)、波長出租、光虛擬專用網(wǎng)（OVPN）等，使傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)向業(yè)務(wù)網(wǎng)方向演進。
受上述優(yōu)點的吸引，AT&T、BT、NTT、Vodafone和Verizon等電信運營商已經(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多個節(jié)點，計劃擴展到300個節(jié)點。ASON的一個重要發(fā)展和應(yīng)用趨勢是引入多種數(shù)據(jù)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(jié)點。英國電信的ASON定位就是這樣的。
然而，從更長遠的視角看，隨著IP業(yè)務(wù)量的持續(xù)大幅度攀升，目前基于光/電/光變換的光交叉設(shè)備將不能滿足發(fā)展的需要，全光交叉設(shè)備將可能在未來5～15年逐漸成為干線網(wǎng)上的核心節(jié)點設(shè)備。全光節(jié)點可以徹底消除光/電/光設(shè)備產(chǎn)生的帶寬瓶頸，保證網(wǎng)絡(luò)容量的持續(xù)擴展性；省去昂貴的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，大幅度降低建網(wǎng)和運營維護成本；可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對客戶層信號的透明性，支持不同格式或協(xié)議的信號；可以避免光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)及復(fù)雜的時隙指配過程，加快高速電路的指配和業(yè)務(wù)供給速度；以實現(xiàn)在波長級靈活組網(wǎng)的目的；可以實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，改進網(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(fù)能力。隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的迅速增長和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)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(guī)模全光交換平臺的可靠性還有待實踐考驗，帶寬顆粒大，容量需求還不足。其次看控制面，標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本成熟。實際測試表明，E-NNI已經(jīng)可以實現(xiàn)跨廠商設(shè)備的傳送面電路配置，但是還無法實現(xiàn)跨廠商設(shè)備的控制面保護恢復(fù)。簡言之，單域控制面已經(jīng)比較成熟，各廠商設(shè)備基本具備鄰居自動發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)和動態(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，有利于多廠商網(wǎng)管互通，估計不會成為制約ASON應(yīng)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(shù)廠商設(shè)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(yīng)用
可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）并不是一個新概念，最簡單的形式就是在WDM環(huán)結(jié)構(gòu)上能夠遠程控制分插所需上下路波長的二維ROADM。近來，互聯(lián)網(wǎng)流量的持續(xù)高速增長，特別是P2P和視頻流量的快速增長，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)的不斷進步和成本的不斷下降，這種可以動態(tài)實現(xiàn)任意波長上下路的靈活組網(wǎng)設(shè)備ROADM開始受到業(yè)界的關(guān)注，并在北美地區(qū)率先得到應(yīng)用。
ROADM的主要優(yōu)點如下。
●消除電設(shè)備產(chǎn)生的帶寬瓶頸。從目前的傳送網(wǎng)來看，無論節(jié)點還是鏈路的容量增長速度均無法趕上IP業(yè)務(wù)量的增長速度，而純光的ROADM可以保證網(wǎng)絡(luò)容量的持續(xù)擴展性。
●實現(xiàn)對客戶層信號的透明性。取消網(wǎng)絡(luò)中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備后，可以透明地支持任意速率、格式或協(xié)議的客戶層信號，包括基于以太網(wǎng)、SDH和OTN的40 Gbit/s以信號和未來的100 Gbit/s信號。對于當(dāng)前面臨的未來發(fā)展不確定的復(fù)雜形勢，這種透明性有利于維持基礎(chǔ)設(shè)施的長期穩(wěn)定性。
●簡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(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可以遠程實現(xiàn)任意波長的靈活、動態(tài)上下路，從而減少電路配置時間，加快業(yè)務(wù)提供速度，降低人工操作的失誤概率，有效地改進業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)。
●降低建網(wǎng)和運營維護成本。通過簡化網(wǎng)絡(luò)的層次和結(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)元數(shù)和昂貴且耗電的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備數(shù)，從而簡化網(wǎng)絡(luò)的管理和規(guī)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。從點到點WDM系統(tǒng)向網(wǎng)狀網(wǎng)演進是光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓谋厝悔厔?。然而，這一演進不是一蹴而就的，需要具備包括物理基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)多方面的條件。初期，可以利用ROADM實現(xiàn)點到點WDM系統(tǒng)向環(huán)型網(wǎng)的演進。這是相對簡單的一步，卻能提供包括光層保護能力在內(nèi)的一系列好處，同時為下一步向網(wǎng)狀網(wǎng)的平滑演進奠定較好的基礎(chǔ)。
ROADM的實現(xiàn)技術(shù)很多，大致可以分為3代。第一代采用波長阻塞（WB）技術(shù)，具有較寬的通帶，可以支持較高的通路數(shù)和較窄的通路間隔，但是元件數(shù)多、成本較高，應(yīng)用日漸減少。第二代采用平面光波導(dǎo)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(guī)模生產(chǎn)的特點，適用于二維ROADM，可以升級到網(wǎng)狀。第三代基于多端口波長選擇開關(guān)（WSS）技術(shù)，具有插入損耗低、體積小、成本低的特點，真正實現(xiàn)了波長可重構(gòu)，具有較高的組網(wǎng)靈活性和經(jīng)濟性，其應(yīng)用日益廣泛，市場份額已經(jīng)超過一半。
ROADM通常應(yīng)用在長途網(wǎng)領(lǐng)域，特別是存在大量需要上下路一定波長的節(jié)點場合，目前正向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴展。隨著網(wǎng)絡(luò)流量的不斷攀升和日益動態(tài)化，具有靈活、動態(tài)聯(lián)網(wǎng)功能的ROADM的應(yīng)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(yīng)用都需要仔細(xì)考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的特點、對維護管理體制的適應(yīng)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(yīng)用，這方面還需要有橫向和縱向?qū)用娴纳钊敕治觥?br />
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。解決此問題有多種技術(shù)手段，但從技術(shù)焦點看，多種技術(shù)解決方案爭論的實質(zhì)是核心網(wǎng)技術(shù)與用戶駐地網(wǎng)技術(shù)陣營在城域網(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，或者說代表面向連接的TDM和路由MPLS技術(shù)在不斷改進，增強數(shù)據(jù)支持能力，向網(wǎng)絡(luò)邊緣拓展，爭奪二層交換機市場；另一方面，代表用戶駐地網(wǎng)技術(shù)的以太網(wǎng)，或者說代表無連接技術(shù)的以太網(wǎng)也在不斷改進和創(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?，F(xiàn)有解決方案沒有一個可以滿足目前所有的要求。但是可以預(yù)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(tǒng)SDH和路由器在城域網(wǎng)接入?yún)R聚層的市場，而MPLS技術(shù)將隨著VPN和IPTV等新業(yè)務(wù)的開展向城域網(wǎng)邊緣拓展，同時兩者結(jié)合的解決方案將不斷涌現(xiàn)，典型代表有虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（VPLS）和傳送MPLS（T-MPLS）。
下面簡要介紹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的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀再封裝一個運營商的以太網(wǎng)幀頭，形成兩個MAC地址。PBB的主要優(yōu)點是：具有清晰的運營網(wǎng)和用戶間的界限，可以屏蔽用戶側(cè)信息，實現(xiàn)二層信息的完全隔離，解決網(wǎng)絡(luò)安全性問題；在體系架構(gòu)上具有清晰的層次化結(jié)構(gòu)，理論上可以支持1600萬用戶，從根本上解決網(wǎng)絡(luò)擴展性和業(yè)務(wù)擴展性問題；規(guī)避了廣播風(fēng)暴和潛在的轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路問題：無需擔(dān)心VLAN和MAC地址與用戶網(wǎng)沖突，簡化了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與運營；采用二層封裝技術(shù)，無需復(fù)雜的三層信令機制，設(shè)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?yún)R聚層應(yīng)用；無連接特性特別適合經(jīng)濟地支持無連接業(yè)務(wù)或功能，如多點對多點VPN（E-LAN）業(yè)務(wù)、IPTV的組播功能等。PBB的主要缺點是：依靠生成樹協(xié)議進行保護，保護時間和性能都不符合電信級要求，不適用于大型網(wǎng)絡(luò)；依然是無連接技術(shù)，OAM能力很弱；內(nèi)部不支持流量工程。
在PBB的基礎(chǔ)上，關(guān)掉復(fù)雜的泛洪廣播、生成樹協(xié)議以及MAC地址學(xué)習(xí)功能，增強一些電信級OAM功能，即可將無連接的以太網(wǎng)改造為面向連接的隧道技術(shù)，提供具有類似SDH可靠性和管理能力的硬QoS和電信級性能的專用以太網(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PBB-TE。
PBT技術(shù)的顯著特點是擴展性好。關(guān)掉MAC地址學(xué)習(xí)功能后，轉(zhuǎn)發(fā)表通過管理或者控制平面產(chǎn)生，從而消除了導(dǎo)致MAC地址泛洪和限制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的廣播功能；同時，PBT技術(shù)采用網(wǎng)管/控制平面替代傳統(tǒng)以太網(wǎng)的“泛洪和學(xué)習(xí)”方式來配置無環(huán)路MAC地址，提供轉(zhuǎn)發(fā)表，這樣每個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(shù)限制引起的全局業(yè)務(wù)擴展性限制，使網(wǎng)絡(luò)具有幾乎無限的隧道數(shù)目（260）。此外，PBT技術(shù)還具有如下特點：轉(zhuǎn)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(yù)先確知的通道，容易實現(xiàn)帶寬預(yù)留和50 ms的保護倒換時間；作為二層隧道技術(shù)，PBT具備多業(yè)務(wù)支持能力；屏蔽了用戶的真實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(fù)雜的IGP和信令協(xié)議，城域組網(wǎng)和運營成本都大幅度下降；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(shù)據(jù)鏈路層，使其能基本達到類似SDH的電信級網(wǎng)管功能。
然而，PBT存在N²問題，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(shè)備間帶寬不公平占用問題；最后，PBT和PBB多了一層封裝，在硬件成本上必然要付出相應(yīng)的代價。
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(jié)合應(yīng)用，實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補或許是一種萬全的解決方案。此時可以利用PBB的無連接特性支持無連接業(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到點連接性業(yè)務(wù)，例如高速互聯(lián)網(wǎng)接入（如點到點VPN（E-Line）、語音、VoD、帶寬批發(fā)等業(yè)務(wù)）。
4.2 VPLS技術(shù)
VPLS是在點到點MPLS基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而成的多點互聯(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。從用戶角度看，仿佛所有站點都連至一個專有LAN；從業(yè)務(wù)提供者角度看，可以重新利用IP/MPLS基礎(chǔ)設(shè)施來提供多種業(yè)務(wù)。VPLS基于MPLS，采用兩層MPLS標(biāo)簽封裝，獨立于具體物理拓?fù)?，且能支持任意的邏輯拓?fù)洌哂休^高的組網(wǎng)靈活性，還可以利用MPLS的流量工程實現(xiàn)資源配置的最佳化；VPLS利用快速重選路由（FRR）技術(shù)，可以實現(xiàn)50 ms的保護倒換時間；VPLS不僅屏蔽了用戶的真實MAC，還支持2/3/4層可擴展的ACL（訪問控制列表）能力和每用戶的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），進一步改進了擴展性，使用戶數(shù)可擴展到百萬級；VPLS能夠區(qū)分并保證每用戶中的不同業(yè)務(wù)流量，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)配置簡單，業(yè)務(wù)提供快。簡言之，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(yīng)用。
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