光以太网业务：千兆以太网和万兆以太网MAN/WAN业务的有效传输方式

托马斯 A.斯特拉瑟
Mahi Networks, Inc.

1. 引言

以太网（Ethernet）如今已经广泛应用到企业通讯网络中，目前在企业内部网中接近80%的流量通过以太网传输。另外，随着1 Gbps (GbE)和10 Gbps (10GbE)光接口的大量面世和商用，以太网逐渐成为人们寻求高速和经济传输网络时的不二选择，目前已广泛应用在LAN、MAN和WAN网络中。这种改变得益于大量标准Ethernet LAN器件的问世，然而传统的传输应用需要比标准LAN应用更为苛刻的条件，尤其是在距离、性能监测和保护需求方面。在接下来的数年内，以太网有望得到极大地拓展以支持三重播放（triple play）业务的快速普及，这种业务应用在任何一个北美大都市中所爆发的潜在需求带宽都将在太比特级（Tb/s）。

2.网络需求

这种市场机遇为当前的传输网络的演化提出了一个独特的挑战，即如何在继续支持传统业务的同时，可以升级到非常高的带宽，并且又能维持一个具有很高性价比的光以太传输网络。类似这样的网络在演变过程中应以最小的中断代价从现有SONET网络升级而来，同时可以采用DWDM器件和光放大器来获得很高、可升级的网络带宽和传输距离。这种升级方法具有很高的弹性，可以利用独立波长来支持不同流量，或者使用通用成帧规程（GFP）来将不同的低比特速率的业务整合进一个数字包封内（digital wrapper），因而有可能将SONET、光以太网、ATM和其他传输模式整合到同一系统中。图1描绘了WDM和传统的单波长时分复用（TDM）技术在传输距离和容量改变时的对应关系。图中清楚地显示了当在更高比特速度和适当传输距离下，不管所传输信息的类型是那一种，WDM都将成为更有效率的光传输媒介。
 

3.技术

大量新兴技术的面世使研制一种能够满足上述需求的网络成为可能，当然这种新网络必须具有很高的性价比。这些技术的汇合将造就一种有能力升级到高带宽和长距离的系统，同时该平台还为现有传输架构之间的互连提供一个解决方案。所需的关键技术如下：

单芯片SONET/SDH技术：SONET和SDH网络在传输网络中处于绝对统治地位，到目前为止全球共铺设了超过35万个这种网络节点。因此对这些网络的支持是必须的，也是非常关键的，包括它们所提供的高收入、高可靠性服务。但是，尽管这些网络在可靠性、传输和监测方面拥有很高的性能，不过在价格成本方面也比性能稍微逊色的以太网络高出不少。这高出的额外成本可通过下列方式获得大幅度的减少：将SONET系统中的综合开销和有效载荷映射功能通过硅芯片供应商集成到单一芯片中。这些芯片可极大地减少SONET ADM的成本和尺寸，并且可有选择地安装到光传输接口卡上。由于运营商倾向于消除SONET设备，因此关于上面所描述的基于一个transponder 波长的SONET ADM在RPR中也能找到类似或对等的功能或模块的现象就值得注意了，显然这两种技术都会从这种技术中受益。

热插拔光接口：历史已经证明，相比数据网络中的同类产品，SONET传输网络中的某一器件能大大增加系统成本开销，这种器件就是光接口/光模块，部分原因是SONET器件在可靠性和传输距离方面比用在其他领域的器件要求更为严格一些。然而，在过去数年里，采用相同标准的2.5Gbps(SFP)和10Gbps(XFP)模块已经应用到下一代的SONET和数据设备中，标准的实施以及产量的增加使制造出低成本的SONET设备和数据箱成为可能，不过SONET设备看起来在成本节约方面成效更大，主要原因是热插拔光学器件正在大量取代高成本的转发器。

可重构光分插复用器（ROADM）：现在一个站不住脚的问题是第一代和第二代DWDM传输系统是一种很难管理的铺设和维护技术，需要大量的跳接线和熟练工人来供应新的节点和增加新业务。之所以出现这种现象其中一个主要原因是在长途网络的外部，WDM作为主要的技术被用在小生境和光纤耗尽的环境中。而ROADM的问世则解决这些难题，原因是集成了光背板和一个标准的GMPLS控制面，可以自动进行通路路由，进行单波长颗粒度的设定。因此消除了所有的线路端定制布线，实现了一个自动供应体系，实质上与现有的SONET系统一样。另外，ROADM还是一个实现对光层自动控制的关键设备，因为ROADM不仅可以进行交换，还可以对单个波长的功率进行控制，因此消除了每一个ROADM的功率级别（power-level）不完整性的现象。最终结果是产生了一个高可升级系统，摆脱了现有DWDM系统所带来的种种劳力密集性工作。

可以这样说，ROADM技术是激动人心的新发展，为DWDM提供了类似SONET的可管理性。ROADM的力量在于它使电信运营商能够远程添加、取出或透过任何可用波长的组合传输，无需安排DWDM专家到现场人工配置或调节节点配置。这种远程功能的一个主要优势在于：它无需技术人员接触或更改网络配置，从而降低了人为错误的几率。它的另一个优势在于：ROADM可处理透过、取出和添加的任意组合，因此，系统只需一个ROADM设备配置便可满足任何流量需求。这是针对瞬息万变的预测模式的全新网络设计和管理方法，它以适度的带宽要求起步，并可在未来满足需求增长，把握新收入。

在动态的DWDM传输系统中，通过设置或恢复活动来更改多波长光信号将影响其他光通道的完整性。ROADM包括自适应补偿功能，允许系统补偿添加或取出波长引起的功率变化。在静态的OADM中，补偿通常发生在SPAN的所有波长的频带中，以便最大限度地降低成本。但静态DWDM系统却无需面对因为适应变幻的路由长度及其对光传输参数（包括光衰减和光色散）和系统总成本的影响而增加的复杂性。通过ROADM及其帮助创建的动态网络，供应商正在使用每通道的可变光衰减器（VOA）或动态增益均衡器（DGE）来管理功率级别和信号衰减，并为色散控制创建任意到任意的色散图。

尽管上面提到的技术都是即将或已经使用的关键性新技术，但仍有大量的相关新技术处于技术研发阶段，面临着许多技术上的挑战。包括光通道监测、宽可调激光器，具有自动增益和快速瞬时控制功能的宽带光放大器等技术。这些技术所扮演的角色是简化性能监测、波长供应以及备份工作，拓展DWDM光网络的传输距离，这些技术对于人们推荐的传输方案而言都是非常重要的。

4.以太网络的汇聚和集中

在传统传输网络上传送具有成本效益的以太网络所面临的首要问题是无法有效地传送那些平均带宽比传输线速低许多的分组流量。流量的汇聚是一个关键性的功能，这种功能必须具备——以利于将多个光源发出的流量集中在一起，组成一个统一的、平均带宽很高的流量，从而大大提升线速利用率。这种功能尽管不是传输设备中的标准功能，但是它是一个非常强大的工具，可以与传输设备配合，使产生的总体解决方案更具成本效益。这种应用可参看图2，图中ROADM传输环路与以太网传输组合成汇聚系统，在延长汇聚平台的业务传输距离的基础上，能更有效地传输以太网业务。这种光放大DWDM的应用可以使一个单一汇聚设备能够为大型区域内的多个用户提供服务，同时也消除了对昂贵OEO再生设备的需求，最终为更多用户节省了成本。另外，当更多流量被汇聚到一起，形成一个更加均衡的流量flow的话，那通过统计多路技术会产生相当的组合效益，最终改善流量集合的效率。除此之外，将汇聚和传输功能集成在一起还会潜在地减少inter-element OEO接口的数量，需要说明的是，这种方法也可以通过下列途径获得的类似效果，即通过在一个传输设备上加载一个第二层子集功能，结合GFP和VCAT技术来无缝升级以太网传输带宽。总之，最终的结果都是将传输和汇聚功能整合在一起的强大设备，产生一个更富效率的以太网传送平台。

 5.结论

本文描绘的光以太系统借助DWDM传输技术的优势演化为一个更富效率和成本效益的解决方案。这种方案相比传统预期的那些系统，能实现更低成本的传输媒介，同时制造出在可靠性、距离以及性能监测方面都得改善的传输系统。这种解决方案也计划将汇聚和传输技术融为一体，来产生一个更富效率的总体解决方案，大大减少总的OEO接口数量，延长地理传输距离，改善成本、提供更多业务，改善统计多路复用性能。