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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(diào)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(nèi)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(nèi)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(diào)度傳統(tǒng)的SDH/SONET業(yè)務一樣對波長進行調(diào)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。