上海貝爾馬振雷：光通信挑戰(zhàn)“容量與利潤(rùn)危機(jī)”

■上海貝爾光能力中心負(fù)責(zé)人 馬振雷

　　互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)伊始，網(wǎng)絡(luò)帶寬需求便無(wú)休增長(zhǎng)，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(zhǎng)的視頻業(yè)務(wù)，也有云計(jì)算轉(zhuǎn)型和大量數(shù)據(jù)中心的整合。國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商對(duì)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(guī)劃來(lái)滿足帶寬增長(zhǎng)。他們已經(jīng)開(kāi)始加速傳輸網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)步伐，從現(xiàn)在的10G和40G升級(jí)到100G，滿足人們對(duì)速率的熱切需求。

　　日前，中國(guó)電信科技委主任韋樂(lè)平為業(yè)內(nèi)解釋了“容量危機(jī)”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(jì)的78%降至現(xiàn)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(jī)”更加危險(xiǎn)的還有“利潤(rùn)危機(jī)”：對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，升級(jí)網(wǎng)絡(luò)的成本并不是一筆小數(shù)目，但是，升級(jí)網(wǎng)絡(luò)后的營(yíng)業(yè)收入并沒(méi)有同比例增長(zhǎng)。不幸的是，這個(gè)“利潤(rùn)危機(jī)”將隨著對(duì)帶寬有更高要求的諸如云計(jì)算業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)而繼續(xù)惡化。為了收回投資，運(yùn)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(yùn)營(yíng)商需要部署更加節(jié)能和小型的傳輸設(shè)備。

　　除了高帶寬和高利用率，未來(lái)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(wù)動(dòng)態(tài)承載的高智能性。比如上面提到云計(jì)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)訪問(wèn)他們需要的各類內(nèi)容和應(yīng)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(duì)延遲和安全要求極高的金融機(jī)構(gòu)，傳輸網(wǎng)有時(shí)需要關(guān)閉前向糾錯(cuò)(FEC)來(lái)降低時(shí)延，有時(shí)需要對(duì)光信號(hào)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(jìn)更高的線路速率，比如現(xiàn)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(chǔ)組件——比如1T可以是10個(gè)100G信號(hào)組成的一個(gè)超級(jí)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(chǔ)，100G將有非常長(zhǎng)的生命周期。

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

　　從技術(shù)層面講，單波100G可以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)容量。

　　從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)看，單載波100G比10G和40G更加容易維護(hù)。因?yàn)椴捎昧讼喔蓹z測(cè)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(shè)。因?yàn)楦邘?，原?lái)10個(gè)10G或者3個(gè)40G的業(yè)務(wù)現(xiàn)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(yùn)營(yíng)中心在業(yè)務(wù)部署、管理和糾錯(cuò)方面的工作量。

從成本方面看，100G的商務(wù)案例已經(jīng)比現(xiàn)在的10G和40G更有價(jià)格優(yōu)勢(shì)了。單載波100G的商用時(shí)間已經(jīng)有兩年半，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，100G線路的絕對(duì)價(jià)格勢(shì)必更加走低。

　　100G大規(guī)模部署后，光信噪比(OSNR)的測(cè)量將是有效運(yùn)維的關(guān)鍵。由于100G系統(tǒng)采用極化模復(fù)用(PDM)技術(shù)，現(xiàn)有的消偏法OSNR測(cè)量變得不再可行。運(yùn)營(yíng)商需要像基于波長(zhǎng)追蹤(Wavelength Tracker)這樣具有突破性的OSNR測(cè)量方法。該方法在每個(gè)OUT上調(diào)制了一個(gè)小信號(hào)，以便標(biāo)識(shí)每個(gè)波長(zhǎng)，這樣不僅可以進(jìn)行系統(tǒng)故障和波長(zhǎng)錯(cuò)聯(lián)檢測(cè)，還可以對(duì)任意速率任意波長(zhǎng)的OSNR進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。

　　對(duì)于PTN，更高帶寬預(yù)示著10GE大容量接入和T比特級(jí)交換矩陣應(yīng)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(yīng)對(duì)未來(lái)的移動(dòng)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(luò)和數(shù)據(jù)中心運(yùn)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(shì)必會(huì)造成不必要的線路測(cè)帶寬浪費(fèi)。

　　100G大規(guī)模部署后，合理的電交叉和分組增強(qiáng)型OTN將是高效傳輸?shù)年P(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(zhuǎn)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(duì)于大量的1GE以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，運(yùn)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(tǒng)進(jìn)行傳輸。

　　更靈活

　　更靈活不僅意味著業(yè)務(wù)保護(hù)需要更加靈活，系統(tǒng)配置也需要更加靈活。在業(yè)務(wù)保護(hù)方面，GMPLS/ASON可以通過(guò)智能化的方式極大地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載業(yè)務(wù)的多重保護(hù)并提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。在系統(tǒng)配置方面，靈活格柵(Flexible Grid)技術(shù)可以使同一個(gè)波帶內(nèi)承載更多的業(yè)務(wù)波長(zhǎng)。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(dá)到最佳的平衡。比如同樣的硬件，如果用戶要求傳送距離遠(yuǎn)，可以降低傳輸速率，而在距離近的場(chǎng)合提高傳送速率。

　　對(duì)于PTN，靈活的業(yè)務(wù)意味著在線性保護(hù)的基礎(chǔ)上添加更加節(jié)約帶寬的環(huán)網(wǎng)保護(hù)。線性保護(hù)主要針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)并且無(wú)法應(yīng)對(duì)多重故障。環(huán)網(wǎng)保護(hù)只需要配置一條所有業(yè)務(wù)共享的保護(hù)路徑并能實(shí)現(xiàn)多重保護(hù)。升級(jí)網(wǎng)絡(luò)到環(huán)網(wǎng)保護(hù)時(shí)，需要保證保護(hù)通道不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)平面業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)。在系統(tǒng)配置方面，T比特通用交換矩陣保證同時(shí)對(duì)SDH業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一支持。

　　更節(jié)能

　　更節(jié)能意味著既包括傳輸平臺(tái)節(jié)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(tǒng)中最主要的耗電部分。目前電矩陣對(duì)于提高子速率業(yè)務(wù)的填充效率有著不可替代的作用，但是對(duì)于像100G這樣的高速信號(hào)，其容量和功耗是一個(gè)中短期內(nèi)無(wú)法克服的瓶頸。對(duì)于這樣的高速光信號(hào)我們應(yīng)該充分發(fā)揮光交叉的優(yōu)勢(shì)，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(tǒng)的功耗。事實(shí)上，隨著今天無(wú)色無(wú)向光交叉技術(shù)的出現(xiàn)，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)可以做到像調(diào)度傳統(tǒng)的SDH/SONET業(yè)務(wù)一樣對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)度。

　　下一代光網(wǎng)絡(luò)可以促使數(shù)據(jù)中心和電信運(yùn)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(tái)上來(lái)滿足各類組網(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?qū)崟r(shí)適配甚至提前預(yù)期各類動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)的傳輸需求，從而加速對(duì)云業(yè)務(wù)、移動(dòng)業(yè)務(wù)和視屏業(yè)務(wù)的部署。