上海貝爾馬振雷：光通信挑戰“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)和數據業(yè)務(wù)伊始，網(wǎng)絡(luò )帶寬需求便無(wú)休增長(cháng)，近來(lái)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(jìn)銅退”，又有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的井噴；既有爆炸增長(cháng)的視頻業(yè)務(wù)，也有云計算轉型和大量數據中心的整合。國內運營(yíng)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(luò )規劃來(lái)滿(mǎn)足帶寬增長(cháng)。他們已經(jīng)開(kāi)始加速傳輸網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)步伐，從現在的10G和40G升級到100G，滿(mǎn)足人們對速率的熱切需求。

　　日前，中國電信科技委主任韋樂(lè )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(guò)去十年間，光通信容量的增速已經(jīng)從上世紀的78%降至現在的20%，大大落后于近年來(lái)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(yíng)商而言，升級網(wǎng)絡(luò )的成本并不是一筆小數目，但是，升級網(wǎng)絡(luò )后的營(yíng)業(yè)收入并沒(méi)有同比例增長(cháng)。不幸的是，這個(gè)“利潤危機”將隨著(zhù)對帶寬有更高要求的諸如云計算業(yè)務(wù)的增長(cháng)而繼續惡化。為了收回投資，運營(yíng)商需要更加靈活和有效的來(lái)利用傳輸網(wǎng)絡(luò )。為了降低成本，運營(yíng)商需要部署更加節能和小型的傳輸設備。

　　除了高帶寬和高利用率，未來(lái)通信產(chǎn)業(yè)與光傳輸的挑戰還有用以滿(mǎn)足彈性業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)承載的高智能性。比如上面提到云計算的特點(diǎn)就是靈活性，它能夠使人們擺脫時(shí)間和地域的限制來(lái)訪(fǎng)問(wèn)他們需要的各類(lèi)內容和應用，因而需要傳輸網(wǎng)絡(luò )提升自身的軟件定義和自動(dòng)化能力來(lái)實(shí)時(shí)保證網(wǎng)絡(luò )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(shí)需要關(guān)閉前向糾錯(FEC)來(lái)降低時(shí)延，有時(shí)需要對光信號進(jìn)行物理層面的加密以保證傳輸安全。

　　綜上所述，未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò )將向著(zhù)更快、更有效率、更靈活和更節能的方向不斷發(fā)展。

　　更快

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

　　100G不僅意味著(zhù)更高的傳輸速率，還帶來(lái)以下技術(shù)和商務(wù)優(yōu)勢：

　　從技術(shù)層面講，單波100G可以實(shí)現比10G和40G更高的頻譜利用率，進(jìn)而大幅提升傳輸速率和系統容量。

　　從網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)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(shù)，100G在傳輸過(guò)程中不需要DCM模塊，因此簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )建設。因為高帶寬，原來(lái)10個(gè)10G或者3個(gè)40G的業(yè)務(wù)現在只需要一個(gè)100G的業(yè)務(wù)，因此大大減輕了網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)中心在業(yè)務(wù)部署、管理和糾錯方面的工作量。

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

　　100G大規模部署后，光信噪比(OSNR)的測量將是有效運維的關(guān)鍵。由于100G系統采用極化模復用(PDM)技術(shù)，現有的消偏法OSNR測量變得不再可行。運營(yíng)商需要像基于波長(cháng)追蹤(Wavelength Tracker)這樣具有突破性的OSNR測量方法。該方法在每個(gè)OUT上調制了一個(gè)小信號，以便標識每個(gè)波長(cháng)，這樣不僅可以進(jìn)行系統故障和波長(cháng)錯聯(lián)檢測，還可以對任意速率任意波長(cháng)的OSNR進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測。

　　對于PTN，更高帶寬預示著(zhù)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(mǎn)足2G/3G/4G LTE融合組網(wǎng)要求，還要應對未來(lái)的移動(dòng)數據爆炸需求。

　　更有效率

　　更有效率意味著(zhù)線(xiàn)路帶寬更加有效的被利用。拿100G作為范例，現在只有少數的網(wǎng)絡(luò )和數據中心運營(yíng)商正在部署100GE的分組業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò )中更加普遍的是1GE、2.5G SDH/SONET、10G SDH/SONET和10GE的混合業(yè)務(wù)，而直接采用100G傳輸這些業(yè)務(wù)勢必會(huì )造成不必要的線(xiàn)路測帶寬浪費。

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

　　更靈活

　　更靈活不僅意味著(zhù)業(yè)務(wù)保護需要更加靈活，系統配置也需要更加靈活。在業(yè)務(wù)保護方面，GMPLS/ASON可以通過(guò)智能化的方式極大地增強網(wǎng)絡(luò )對承載業(yè)務(wù)的多重保護并提高網(wǎng)絡(luò )帶寬利用率。在系統配置方面，靈活格柵(Flexible Grid)技術(shù)可以使同一個(gè)波帶內承載更多的業(yè)務(wù)波長(cháng)。軟件定義的系統配置可以使用戶(hù)在系統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(hù)要求傳送距離遠，可以降低傳輸速率，而在距離近的場(chǎng)合提高傳送速率。

　　對于PTN，靈活的業(yè)務(wù)意味著(zhù)在線(xiàn)性保護的基礎上添加更加節約帶寬的環(huán)網(wǎng)保護。線(xiàn)性保護主要針對點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)并且無(wú)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(wù)共享的保護路徑并能實(shí)現多重保護。升級網(wǎng)絡(luò )到環(huán)網(wǎng)保護時(shí)，需要保證保護通道不會(huì )對現有的數據平面業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響實(shí)現平滑演進(jìn)。在系統配置方面，T比特通用交換矩陣保證同時(shí)對SDH業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的統一支持。

　　更節能

　　更節能意味著(zhù)既包括傳輸平臺節能，也包括組網(wǎng)方式上的革新。通過(guò)采用業(yè)界第一塊400G光業(yè)務(wù)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中最主要的耗電部分。目前電矩陣對于提高子速率業(yè)務(wù)的填充效率有著(zhù)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(gè)中短期內無(wú)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(wù)盡量在光層處理掉，這樣將大幅降低傳輸系統的功耗。事實(shí)上，隨著(zhù)今天無(wú)色無(wú)向光交叉技術(shù)的出現，運營(yíng)商已經(jīng)可以做到像調度傳統的SDH/SONET業(yè)務(wù)一樣對波長(cháng)進(jìn)行調度。

　　下一代光網(wǎng)絡(luò )可以促使數據中心和電信運營(yíng)商全面發(fā)掘傳輸網(wǎng)絡(luò )潛力，把高性能相干光傳輸、可管理光網(wǎng)絡(luò )和多層業(yè)務(wù)交換集成到一個(gè)傳輸平臺上來(lái)滿(mǎn)足各類(lèi)組網(wǎng)需求；通過(guò)分布式的網(wǎng)絡(luò )智能和虛擬化能力，該網(wǎng)絡(luò )能夠保證傳輸網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)時(shí)適配甚至提前預期各類(lèi)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)的傳輸需求，從而加速對云業(yè)務(wù)、移動(dòng)業(yè)務(wù)和視屏業(yè)務(wù)的部署。