光网络技术的发展与展望

【摘 要】本文主要介绍当前光网络技术的现状，并重点对于100G、40G、OTN、PTN技术发展进行详细的描述，特别针对各种技术的应用情况做了详尽分析，最后对下一步光网络技术的发展方向进行了展望。

伴随全业务运营的不断深入，国内三大运营商业务的竞争更加全面和空前的激烈。同时，全网IP化也正为了一个不争的事实，这一切将带来业务量的急剧增长和业务运营的新的变化，运营商该如何应对全网IP化的增长趋势，如何承载高带宽需求成为一直是一个摆在当前重要的问题。40G、100G、OTN、PTN技术也正是在这种需求的驱动下，越来越受到人们的关注。 

业务驱动100G大跨步走向未来

当大家的焦点还在40G的商用时，2010年6月100GE标准的通过给了100G华丽的出场，在业务的驱动下，100G正在大跨步的发展和完善，走向未来光网路的建设。

不可否认，100G在标准化做得比较完善。IEEE、ITU-T和OIF三家分别对100G相关的技术进行了定义。IEEE主要集中对100G的客户以太网信号定义，103.125G为100GE的信号速率；ITU-T则定义了OTU4，ODU4的信号速率，分别为111809 973.568 kbit/s、 104 794 445.815 kbit/s，保证了100GE作为客户信息映射到OTU信号是的兼容性问题；OIF主要定义了相关的电接口，同时也展开了对DP-QPSK码型的100G长距传输研究。

与40G相比，100G在OSNR容限降低4dB、色度色散容限降低6倍、PMD容限降低2.5倍，非线性效应增强，目前业界基本一致认为，100G传输的需要解决四大关键技术，即100G线路传输技术、100GE接口技术、100GE封装映射技术和100G关键器件技术，其中包括G.709封装和超强FEC技术、调制格式、ODUk交叉技术、系统传输监控与调整技术、色散管理技术、低噪声指数放大技术，所以100G传输技术一项系统工程。

图1：100G传输关键技术

100G调制格式目前主要有QPSK和OFDM两种，但需要对性能、复杂度、可实现性上取得平衡。但无论是哪种方案，业界已认识到100G码型必须归一到QPSK码型上，其中PM-QPSK成为为主流方案，优点在于传输线路侧采用25G波特率、传输距离大于1000 km、兼容50GHz信道间隔、电域偏振解复用，成本低于光域接收机光学结构简单，无需延时线干涉仪或平衡检测色度色散，PMD电域处理容限大，无需光域处理光级联滤波效应低，缺点在于发射机光学结构复杂 、交叉相位调制效应容限低 、高速DAC和ASIC芯片复杂 。100G与客户侧设备的接口为100GBASE-LR4和100GBASE-ER4，采用CFP模块，主流采用10x10GE短距离互联的LAN接口技术，通常是并行的10根光纤或者10个C/DWDM传输100GE业务，传输距离为10km和40km，此方案可以重用现有的10GE器件，比较成熟。目前100G客户侧已经有商用经的CFP模块，随着技术的发展，器件商工艺越来越成熟，CFP成品率不断提高。100GE适配到OTN时，可映射到OTU4中，也可反向复用到OTU2/3之中。根据100GE接口的具体实现形式，存在多条封装映射路径，最主要是100GE串行信号映射到ODU4。 100G关键器件中光模块和高速DSP影响最大。只有高速光模块才能实现100Gbps 速率的调制。DSP则对于相干电接收至关重要，需要在100G高速率数字处理技术取得突破时，才能实现软判决、相干电接收的复杂电处理，从而提高接收灵敏度，加大100G 的传输距离。

目前100G技术已并非商用瓶颈，而产品性价比则成为商用的主要抑制因素。虽然目前100G产品性价比并不高，但其最终会达到商用需求，而且我们相信，随着市场整体需求的提高，产品价格会很快下降。

烽火通信作为国内主流的光传输设备供应商，一直坚持自主创新、自主研发的道路，早在2006年就已经对100G进行战略布局。烽火公司窥先机力挑重担，并先后承担国家973项目"超高速超大容量超长距离光传输基础研究"和国家863项目"100GE光以太网关键技术研究与系统传输试验平台研制"项目，开展了对160×100Gb/s 2000公里的3U光传输系统开展研究，将采用业界最为先进的编码，有更良好的OSNR及DGD容限，更适合长距传输。目前，烽火公司100G已经取得里程碑进展，解决了诸多100G的关键技术难题，为后续的产品应用打下了良好的基础。

OTN应用不断深入 助力光网络建设

随着通信业务容量迅速扩大，特别是数据业务对核心网带宽的拉动，密集波分复用技术已经在国内各运营商省干、本地、城域范围内得到了广泛的应用。纵观国内建设规模来看，80×10G在干线上已经成为主流，40×10G的DWDM系统在城域和本地网中发展迅速。然而，传统的DWDM系统通常被认为只是点到点"线路技术"，在业务的调度与组网技术方面存在着不足。随着上层IP业务的迅速发展，要求底层的传输平台层面具有更多的灵活性和智能性，因此，OTN技术逐渐浮出水面。

OTN和传统的波分技术相比，有非常的多的技术优势。首先，OTN是支持多种客户信息的透明传送，包括SDH、GE和10GE等。并且OPUk在传送信息时不对信号做任何处理，异步映射模式也保证了客户信号的定时信息传送。另一方面路由器使用10GE接口可以大大降低网络建设成本，所以WDM系统引入OTN接口是路由器采用10GE接口的前提条件。其次，OTN提供了光电两种交叉模式，根据网络的特点和技术的需要可以灵活的选择，并且对于电交叉支持ODU1(2.5G)、ODU2(10G)、ODU3(40G)多种颗粒的交叉。再次，OTN引入了非常丰富的开销，包括SM、PM、TCM（1-6）等，相对比基于SDH的WDM只能依赖SDH的B1和J0字节来说，性能和故障的监测能力更强大。

从国内建网趋势来看，OTN已经成为事实的标准，特别是在各个运营商的本地城域网当中，基本都采用了基于电层交叉的OTN技术，利用支线路分离的架构，实现网络侧和线路侧的解耦合，大大提升了组网的灵活性和业务的快速开通和布署能力。目前OTN技术发展很快，国内主流厂家都推出了相应的OTN设备，运营商也非常关注OTN的应用价值，也为OTN的快速应用增添了动力。烽火通信从2002年开始对OTN技术的跟踪和研发，经过几年的努力，逐步在国内引领OTN技术的发展，目前已经推出全系列的OTN产品，形成了端到端的解决方案，产品覆盖核心层、骨干层、汇聚层、接入层，，其产品系列包括FONST 5000、FONST 4000、FONST 3000、FOSNT 2000、FONST 1000等新一代OTN传送平台。OTN产品一经推出，获得了客户的大量认可，目前已经在全国各个运营商市场获得了大量的商用，包括一干、二干、本地城域网获得了成熟稳定的应用。

40G技术成熟，成就主流波分技术

在经过接近两年的预热，40G已经正式走上了舞台的核心。在2010年，40G已经成为了网络建设的主旋律，特别是在一级干线的建设上面，40G DWDM成为解决带宽需求、拓展传输容量的主要技术手段。

从技术的发展来看，40G本身技术已经比较成熟，而且伴随着40G应用的不断深入，40G编码逐渐的归一化和集中化，其中PDPSK和RZ-DQPSK成为了设备商和运营商最主要的选择对象。PDPSK在OSNR容限、非线性容限等具有非常优势的特性，唯的不足在其DGD容限较小，因此其主要应用于光缆PMD指标较好的应用场景，定位于12*22dB跨段以下，而且成本具有明显优势。RZ-DQPSK在OSNR容限、非线性容限等方面性能比较均衡，相对于PDPSK而言，其DGD容限较大，可以在PMD值更差的光纤上进行40G的网络建设，主要定位于16*22dB以下的应用场景。

目前来看，40G最大的问题在于上游产业链的力量比较分散，在供货的速度以及价格上还需近一步的发展。特别是100G的出现对于40G的冲击还是比较明显，上游的器件、芯片厂家把精力更多的放在100G上面，造成40G产业链整体比较薄弱，特别对于40G的客户侧白光口模块来讲，虽然已经相当的供货能力，但其数量以及价格离业界的期望还远远不够。　 作为国内主流的40G解决方案提供商，烽火通信充分利用烽火科技这个国内最全面的光通信产业集团，实现器件和芯片的自主化生产，加强自主创新能力，掌握相关的核心技术和专利，40G WDM相继在中国电信、中国联通等运营商取得应用。2010年更是窥先机力担重担，先后承建了中国电信南京-合肥-武汉的80*40G传输工程，中国电信北京-天津80*40G工程。面对工程线路距离长，技术难度大，业务量多的难题，烽火通信采用了一系列的关键技术，包括独有的sDPSK和sRZ-DQPK编码调制技术，结合功率均衡、增益锁定、单通道精确色散补偿技术等核心技术，很好的解决了工程OSNR受限、PMD受限等技术难题，为工程的稳定运行保驾护航。

PTN商用提速 应用空间不断拓展

业务的需求是推动PTN技术发展的主要动力。移动业务从2G向3G、HSPA+及LTE（4GG）的演进，除了传统业务IP化的需求，还对同步、网络延时、可靠性及 安全性提出了较高的要求。PTN正是在这一背景下应运而生。它是以太网承载技术和传送网技术相结合的产物，不但拥有天生的以太网的特性，并且拥有较好的电信级业务所需的五个基本属性，分别为标准化的业务、可扩展性、可靠性、严格的QoS和运营级别的OAM。

PTN分组内核提供了统计复用能力强大的弹性管道，带宽利用率高，更适应分组业务突发性强的特点。PTN同时继承了类似SDH的传输网络特性、强大的OAM及电信级保护能力、图形化界面网管能力等。 PTN技术与其他技术相比，更加简单，实用，并且融合了多种技术优势，也因此备受业界的关注。从目前的业务需求和成熟度来说，PTN的规模商用还需1-2年时间。预计未来5年内，PTN的市场将超过基于传统的SDH设备。

当然PTN技术与成本优势也将随着产业链的进一步发展而更加明显，必将成为移动回传 等高价值业务的主流平台。同时，PTN的引入及发展壮大也必将反作用于业务网络，将进一步促进IP化业务的高速增长

烽火从2004年参与制定PTN标准以来，积极研发探索，目前CiTRANS600系列在国内已经实现的国内运营商的大规模应用，并且在移动、电信、联通PTN测试中，依靠完善的技术、功能、设备的稳定表现，烽火PTN设备技术排名一直稳居前两名。实现了多个唯一，唯一可以实现环网保护且同时支持Wrapping和Steering，唯一可以实现与MSTP设备2.5G接口互通，唯一可以同时实现E1和FE的TPS保护，唯一可以实现PTN、OTN、PON技术兼容的的PTN厂家。烽火通信CiTRANS 600系列智能化PTN产品采用业界最先进的硬件技术和电信级的软件智能实现PTN技术与ASON技术的完美融合，有效提升网络智能化特性、高可靠性和易管理维护特性，已在国内的三大运营商本地网都有规模部署，满足不同运营商的个性化需求。

总结

技术的成熟和先进一直是对立体，而对于技术的选择又要考虑到网络的未来发展的规划和网络的安全性。40G是我们走向100G的必经之路，100G的商用的步伐正在加快，OTN、PTN等新技术已经在网上规模应用。笔者相信，随着技术的进一步发展，应用不断深入，40G、100G、PTN、OTN将迎来更广阔的发展空间。