上海貝爾馬振雷：光通信挑戰(zhàn)“容量與利潤危機”

■上海貝爾光能力中心負責人 馬振雷

　　互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)業(yè)務伊始，網(wǎng)絡帶寬需求便無休增長，近來更是每2-3年就翻倍。帶寬激增的推手既有固網(wǎng)接入的“光進銅退”，又有移動互聯(lián)網(wǎng)的井噴；既有爆炸增長的視頻業(yè)務，也有云計算轉型和大量數(shù)據(jù)中心的整合。國內運營商對這些促使因素了然于胸，也明確知道自己需要合理的網(wǎng)絡規(guī)劃來滿足帶寬增長。他們已經(jīng)開始加速傳輸網(wǎng)絡的演進步伐，從現(xiàn)在的10G和40G升級到100G，滿足人們對速率的熱切需求。

　　日前，中國電信科技委主任韋樂平為業(yè)內解釋了“容量危機”這一概念：光通信容量增速已經(jīng)大大落后于互聯(lián)網(wǎng)流量的增速。過去十年間，光通信容量的增速已經(jīng)從上世紀的78%降至現(xiàn)在的20%，大大落后于近年來互聯(lián)網(wǎng)流量增速的40%。然而比“容量危機”更加危險的還有“利潤危機”：對于運營商而言，升級網(wǎng)絡的成本并不是一筆小數(shù)目，但是，升級網(wǎng)絡后的營業(yè)收入并沒有同比例增長。不幸的是，這個“利潤危機”將隨著對帶寬有更高要求的諸如云計算業(yè)務的增長而繼續(xù)惡化。為了收回投資，運營商需要更加靈活和有效的來利用傳輸網(wǎng)絡。為了降低成本，運營商需要部署更加節(jié)能和小型的傳輸設備。

　　除了高帶寬和高利用率，未來通信產(chǎn)業(yè)與光傳輸?shù)奶魬?zhàn)還有用以滿足彈性業(yè)務動態(tài)承載的高智能性。比如上面提到云計算的特點就是靈活性，它能夠使人們擺脫時間和地域的限制來訪問他們需要的各類內容和應用，因而需要傳輸網(wǎng)絡提升自身的軟件定義和自動化能力來實時保證網(wǎng)絡帶寬。比如銀行等對延遲和安全要求極高的金融機構，傳輸網(wǎng)有時需要關閉前向糾錯(FEC)來降低時延，有時需要對光信號進行物理層面的加密以保證傳輸安全。

　　綜上所述，未來的光網(wǎng)絡將向著更快、更有效率、更靈活和更節(jié)能的方向不斷發(fā)展。

　　更快

　　更快意味著需要引進更高的線路速率，比如現(xiàn)在炙手可熱的100G和未來的400G、1T等相干傳輸技術。這里需要注意的是，100G可以看做未來更高速率的一個基礎組件——比如1T可以是10個100G信號組成的一個超級通道(Super Channel)。因此，今天所有的100G技術將是未來更高速率的基礎，100G將有非常長的生命周期。

　　100G不僅意味著更高的傳輸速率，還帶來以下技術和商務優(yōu)勢：

　　從技術層面講，單波100G可以實現(xiàn)比10G和40G更高的頻譜利用率，進而大幅提升傳輸速率和系統(tǒng)容量。

　　從網(wǎng)絡運營看，單載波100G比10G和40G更加容易維護。因為采用了相干檢測技術，100G在傳輸過程中不需要DCM模塊，因此簡化了網(wǎng)絡建設。因為高帶寬，原來10個10G或者3個40G的業(yè)務現(xiàn)在只需要一個100G的業(yè)務，因此大大減輕了網(wǎng)絡運營中心在業(yè)務部署、管理和糾錯方面的工作量。

從成本方面看，100G的商務案例已經(jīng)比現(xiàn)在的10G和40G更有價格優(yōu)勢了。單載波100G的商用時間已經(jīng)有兩年半，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，100G線路的絕對價格勢必更加走低。

　　100G大規(guī)模部署后，光信噪比(OSNR)的測量將是有效運維的關鍵。由于100G系統(tǒng)采用極化模復用(PDM)技術，現(xiàn)有的消偏法OSNR測量變得不再可行。運營商需要像基于波長追蹤(Wavelength Tracker)這樣具有突破性的OSNR測量方法。該方法在每個OUT上調制了一個小信號，以便標識每個波長，這樣不僅可以進行系統(tǒng)故障和波長錯聯(lián)檢測，還可以對任意速率任意波長的OSNR進行實時在線檢測。

　　對于PTN，更高帶寬預示著10GE大容量接入和T比特級交換矩陣應用于城域匯聚層。PTN解決方案不但需要滿足2G/3G/4G LTE融合組網(wǎng)要求，還要應對未來的移動數(shù)據(jù)爆炸需求。

　　更有效率

　　更有效率意味著線路帶寬更加有效的被利用。拿100G作為范例，現(xiàn)在只有少數(shù)的網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心運營商正在部署100GE的分組業(yè)務，網(wǎng)絡中更加普遍的是1GE、2.5G SDH/SONET、10G SDH/SONET和10GE的混合業(yè)務，而直接采用100G傳輸這些業(yè)務勢必會造成不必要的線路測帶寬浪費。

　　100G大規(guī)模部署后，合理的電交叉和分組增強型OTN將是高效傳輸?shù)年P鍵。通過合理的電交叉，10G和小于10G的小顆粒以太網(wǎng)或SDH業(yè)務首先被適等的ODU容器封裝轉變?yōu)镺TN，然后進行OTN層面上的映射和交換，最后交由100G光波進行高速傳輸。對于大量的1GE以太網(wǎng)業(yè)務，運營商還可慮直接進行以太網(wǎng)交換將其匯聚為10GE后再交由OTN系統(tǒng)進行傳輸。

　　更靈活

　　更靈活不僅意味著業(yè)務保護需要更加靈活，系統(tǒng)配置也需要更加靈活。在業(yè)務保護方面，GMPLS/ASON可以通過智能化的方式極大地增強網(wǎng)絡對承載業(yè)務的多重保護并提高網(wǎng)絡帶寬利用率。在系統(tǒng)配置方面，靈活格柵(Flexible Grid)技術可以使同一個波帶內承載更多的業(yè)務波長。軟件定義的系統(tǒng)配置可以使用戶在系統(tǒng)容量和傳輸距離之間達到最佳的平衡。比如同樣的硬件，如果用戶要求傳送距離遠，可以降低傳輸速率，而在距離近的場合提高傳送速率。

　　對于PTN，靈活的業(yè)務意味著在線性保護的基礎上添加更加節(jié)約帶寬的環(huán)網(wǎng)保護。線性保護主要針對點對點業(yè)務并且無法應對多重故障。環(huán)網(wǎng)保護只需要配置一條所有業(yè)務共享的保護路徑并能實現(xiàn)多重保護。升級網(wǎng)絡到環(huán)網(wǎng)保護時，需要保證保護通道不會對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)平面業(yè)務產(chǎn)生影響實現(xiàn)平滑演進。在系統(tǒng)配置方面，T比特通用交換矩陣保證同時對SDH業(yè)務和以太網(wǎng)業(yè)務的統(tǒng)一支持。

　　更節(jié)能

　　更節(jié)能意味著既包括傳輸平臺節(jié)能，也包括組網(wǎng)方式上的革新。通過采用業(yè)界第一塊400G光業(yè)務處理引擎(PSE)，上海貝爾將光電處理模塊的耗電量降低了33%，而光電處理模塊(包括ADC和DSP)恰恰是相干傳輸系統(tǒng)中最主要的耗電部分。目前電矩陣對于提高子速率業(yè)務的填充效率有著不可替代的作用，但是對于像100G這樣的高速信號，其容量和功耗是一個中短期內無法克服的瓶頸。對于這樣的高速光信號我們應該充分發(fā)揮光交叉的優(yōu)勢，將能在光層處理的業(yè)務盡量在光層處理掉，這樣將大幅降低傳輸系統(tǒng)的功耗。事實上，隨著今天無色無向光交叉技術的出現(xiàn)，運營商已經(jīng)可以做到像調度傳統(tǒng)的SDH/SONET業(yè)務一樣對波長進行調度。

　　下一代光網(wǎng)絡可以促使數(shù)據(jù)中心和電信運營商全面發(fā)掘傳輸網(wǎng)絡潛力，把高性能相干光傳輸、可管理光網(wǎng)絡和多層業(yè)務交換集成到一個傳輸平臺上來滿足各類組網(wǎng)需求；通過分布式的網(wǎng)絡智能和虛擬化能力，該網(wǎng)絡能夠保證傳輸網(wǎng)絡能夠實時適配甚至提前預期各類動態(tài)業(yè)務的傳輸需求，從而加速對云業(yè)務、移動業(yè)務和視屏業(yè)務的部署。