传送网技术发展现状和趋势
发布时间：2015-07-06 10:47:28 热度：4031
7/6/2015,近年来，云计算、物联网、移动互联网等网络和业务应用方兴未艾，对底层的传送网提出了很高的带宽和承载需求，今年以来，工业互联网等新的理念和应用也不断涌现，对网络的带宽、业务快速提供、网络灵活性等方面都提出了更高的需求。从CNNIC的资料显示，我国的国际出口带宽截止2014年12月已经达到4.118Tbit/s，年均的复合增长率为20.9%，这样的增长趋势是非常可观的。传送网在过去的十余年中在容量增长方面已经取得非常大的进步，从单通路10Gbit/s到40Gbit/s到现在的100Gbit/s，通路数也从8路，16路，32路增加到目前现网使用的80路，同时具有160路的能力，持续强劲的业务需求将进一步推动和促进光通信的方面，为了满足业务网络的大带宽需求，光通信在高速和全光灵活演进方面近年也都取得了较大进展，我们将从100G和超100G发展，ROADM应用等方面进行探讨。
干线100G技术和设备成熟，城域100G前景可期
基于100G的WDM和OTN技术在过去几年中已经逐步走向成熟，从应用和产业发展来看，从2010年左右开始各运营商都非常重视100G技术的发展，在2012年三大运营商均开展了100G技术的实验室测试和评估，大大地促进了100G技术的发展，同年，中国教育和科研网在干线上率先采用了100G设备。经过多年努力，2013年成为100G技术在运营商市场上的商用元年，中国电信采购了约2500个OTU，中国移动采购了约2000个OTU，中国联通也在两条线路上开展了时延，随着100G技术的应用和在现网中表现良好，2014年运营商加大了在100G领域的投入，特别是中国移动采购的OTU已经接近10000个，2015年各家运营商都普遍开展相关系统建设，经过这几年的系统建设，中国市场已经成为全球100G WDM/OTN的最大的市场，但是在实际应用中也发现产业链顶端的高速器件和芯片仍受制于人，随着多次招标的开展，也看出存在同质化竞争加剧的问题，恶性价格战也将损害产业链整体利益
从技术角度来看，通过多轮的测试完善和实际现网应用的考验，100G设备在业务、组网、时钟、网管、保护、性能指标等方面表现稳定，实验室测试模型传输距离超3000km。集成度也不断提高，随着光器件和模块技术的成熟，以及设备交叉容量的增长，100G设备客户侧和线路侧端口集成度提升明显，单槽位400G集成度逐步成为主流。在100G的相干CFP方面进一步提升集成度和功耗性能，线路侧相干CFP实验室测试传输距离超1000km，功耗降低30%，光模块集成度提升明显。但是，在实际工程部署中面临功耗散热等问题，目前80波满配系统功耗超20000W，在实际应用中对机房供电、散热和运维等带来诸多问题，亟待改进；而干线应用中也面临着OTN电交叉容量进一步提升的需求，受到槽位数、背板容量、散热等技术瓶颈的限制，30T以上交叉容量有可能采用类似集群路由器的实现方案，但是同样也面临着散热等各方面的问题，为此，不同的设备制造商也针对此提出不同的解决方案。
100G技术已经在干线网规模商用了，在城域范围内，LTE回传和数据中心互联等业务逐步加大了带宽方面的需求，预计城域核心层在未来2~3年将逐步引入100G技术，目前规模商用存在的主要障碍仍是价格、集成度和功耗。长期而言相干100G是主流方案，不排除短期成本优势使得直接检测100G技术获得一定商用部署。在业务热点地区甚至可能率先引入200G/400G技术。100G进城为新一代F-CDC-ROADM打开市场，2015年3月，Verizon宣布采用Ciena(6500)和Cisco (NCS4000)分组光学平台进行城域100G部署，F-CDC-ROADM技术首次规模商用，同月，阿尔卡特朗讯公开宣布Verizon将采用其最新的F-CDC-ROADM技术来升级其超长距光传送网。
超100G标准稳步推进，测试评估逐步展开
超100G的技术标准在IEEE、ITU-T和OIF都在进行，IEEE主要开展客户侧接口400GE的标准化工作，根据2014年5月中间会议的结论，计划标准草案D1.0在2015年1、2月份推出，根据今年的实际标准起草进度来看，D1.0没有按期推出，标准制定的实际进展比计划推迟，具体推迟的时间段目前尚无明确结论。在草案中关于SMF的具体光接口技术方案目前争议较大，同时影响其他参数选择，存在NRZ、PAM4、DMT（仅限定在10km）等多种制式。
ITU-T主要制定超100G OTN有关的标准，其中OTUCn结构特性和使用方法初步确定，OTUCn采用类似SDH的复用结构：OTUCn（RS段层）、ODUCn（MS段层）、ODUk（LO/HO ODU），其中OTUCn和ODUCn仅点到点连接，不支持基于ODUCn的交叉。同时OTUCn速率/开销/映射复用进一步明确，主要体现在ODUCn增5G时隙；低于5G信号直接映射到5G时隙，不经过低阶ODUk复用；超100G CBR信号（如400GE）通过BMP映射到ODUflex；在OTN的IaDI和IrDI之间传输。OIF（光互联论坛）的物理和链路层工作组负责高速物理接口协议研究和制定工作，OIF PLL工作组在完成第1代DWDM长距离传输的发送模块和相干接收机规范后，对于100G光模块应用起到非常重要的推动作用。
目前OIF正在开展第2代DWDM长距离传输的相干接收机规范(oif2013.054.01)、CFP2 ACO相干接收光模块规范（oif2014.006.10，straw ballot)以及相关的ICR（oif2014.186.07,straw ballot）、城域100G发射机（oif2014.100.05，拟straw ballot ）400G白皮书（ oif2015.100.00 ）等项目。同时它会继续开展超短距、短距应用的56G高速电接口标准制定（传输距离从几cm到1m）。
国内三大运营商也非常关注超100G技术的发展和测试评估，目前相关的测试评估工作主要集中在400G速率。中国移动在2014年率先启动400G多设备厂家和多光纤类型实验室测试，验证了4x100G-QPSK (@125/150GHz)和2x200G-16QAM (@75/100GHz)两种技术方案，在现网完成了西安-郑州-信阳两种光纤的现网测试，结果表明目前16QAM技术难以满足省际干线传输需要。中国电信2014年下半年完成400G技术实验室测试，对传输能力、系统余量、传输代价等指标进行验证。中国联通对400G技术仍处于跟踪调研阶段，2015年有望开展400G测试，直接在现网验证实际传输能力。从目前的技术与发展和商用产品验证来看，400G将成为高速传输领域新热点，原型设备形式多样，测试和试点应用广泛开展，标准化工作稳步推进。对于400G的调制格式，从技术的演进和网络的需求来看，今后应重点关注16QAM和8QAM，可以在线路容量和传输距离之间取得均衡。
400Gb/s技术的商用化前景受带宽需求、100G部署及技术标准等多种因素影响，2016年市场定位将趋于清晰。而比400G速率更高的1Tb/s技术在波特率、子载波数、调制格式、FEC算法等方面选择与折中复杂，仍处研究阶段，技术路线选择尚不明朗。
ROADM技术逐步发展成熟，未来应用可期
ROADM技术出现已经多年，在十余年前已经有相关的产品面世，业界对于波长阻断 (WB) 型、平面波导（PLC）型波长选择开关（WSS）型等不同的ROADM技术做了比较和选择，目前认为WSS型的ROADM是主流选择，经过多年的发展完善，ROADM技术可支持多种按需灵活配置新型功能，模块维度最高已达20，40维的模块也已经开始预研，同时在无色、无方向、无冲突、灵活栅格等功能特性方面的支持程度越来越好，为了保证全光系统的可控可管性，主流模块厂家逐渐推出了性能监控模块，随着100G等新型调制码型和FEC等技术的出现，基于相干的100G和高增益FEC等显著延伸了ROADM光层组网距离，为了实现大容量传输，传输带宽持续增长也使得ROADM基于光层穿通的中继成本优势更加凸显。
ROADM技术在国外已经得到广泛应用，在北美、欧洲的干线网和城域网中都有非常多的应用场景，但是ROADM技术本身在我国的应用部署还是比较缓慢，三大运营商除在干线局部节点采用ROADM上下波长外，公开报道采用ROADM组网的案例很少，典型如几年前陕西移动的ROADM省干组网。最近也有专家提到在上海电信和江苏电信也建设了类似的网络，但总体来说占比较小，从集团层面来看运营商目前尚未就ROADM技术引入和规模建设公开做出规划部署。但从ROADM多年来在技术、功能和性能方面的逐步改进，为ROADM技术应用奠定了基础，结合网络的实际需求，预计2-3年内省际干线传送网主要以部分穿通节点上下路波道为主，延续现有的应用格局。省内干线除了跟省际干线类似的组网方式之外，也将采用ROADM和电交叉结合的多样化的节点方式。随着业务需求的逐步加大，城域100G的应用也会逐步增多，ROADM在城域传送网核心层的应用竞争力将逐渐凸显。ROADM逐渐引入需要一个过程，ROADM在网络中可采取逐步引入的策略，2-3年以后有望大规模部署，频率利用方面预计50GHz间隔或灵活栅格将占据主导。同时，SDN技术的持续发展也将从应用角度推动ROADM部署。
综上，从高速传送网技术的发展来看，100G技术已经在干线规模应用，城域应用前景可期，还需在低成本、灵活性方面进一步加强；超100G标准处于稳步推进的过程中，400G测试评估已经展开；ROADM技术和应用进一步发展，在低功耗、成本和灵活性方面有优势，国内的应用需进一步推动。
作者简介：
张海懿，现任中国信息通信研究院（原工业和信息化部电信研究院）通信标准研究所传送与接入研究部主任。1996年毕业于北京邮电大学，获硕士学位。长期从事光传输系统以及电信传送网络体制标准、运营商的技术咨询等研究工作，具有丰富的主持大型网络设备技术评估和现网验收经验。已发表技术文章数十篇，曾获国家科技进步二等奖三次，中国通信标准化协会科学技术一等奖两次。目前主要从事高速光通信、OTN和PTN等光传送网技术和标准研究。
赵文玉，现在中国信息通信研究院（原工业和信息化部电信研究院）通信标准研究所传送与接入研究部工作，高工，主要从事40G/100G WDM、OTN等高速光传送网技术研究、标准制定以及系统测试评估等工作。
赖俊森，现在中国信息通信研究院（原工业和信息化部电信研究院）通信标准研究所传送与接入研究部工作，工程师，主要从事40G/100G WDM、OTN等高速光传送网技术研究、标准制定以及系统测试评估等工作。
作者：张海懿 赵文玉 赖俊森 来源：泰尔网
干线100G技术和设备成熟，城域100G前景可期
基于100G的WDM和OTN技术在过去几年中已经逐步走向成熟，从应用和产业发展来看，从2010年左右开始各运营商都非常重视100G技术的发展，在2012年三大运营商均开展了100G技术的实验室测试和评估，大大地促进了100G技术的发展，同年，中国教育和科研网在干线上率先采用了100G设备。经过多年努力，2013年成为100G技术在运营商市场上的商用元年，中国电信采购了约2500个OTU，中国移动采购了约2000个OTU，中国联通也在两条线路上开展了时延，随着100G技术的应用和在现网中表现良好，2014年运营商加大了在100G领域的投入，特别是中国移动采购的OTU已经接近10000个，2015年各家运营商都普遍开展相关系统建设，经过这几年的系统建设，中国市场已经成为全球100G WDM/OTN的最大的市场，但是在实际应用中也发现产业链顶端的高速器件和芯片仍受制于人，随着多次招标的开展，也看出存在同质化竞争加剧的问题，恶性价格战也将损害产业链整体利益
从技术角度来看，通过多轮的测试完善和实际现网应用的考验，100G设备在业务、组网、时钟、网管、保护、性能指标等方面表现稳定，实验室测试模型传输距离超3000km。集成度也不断提高，随着光器件和模块技术的成熟，以及设备交叉容量的增长，100G设备客户侧和线路侧端口集成度提升明显，单槽位400G集成度逐步成为主流。在100G的相干CFP方面进一步提升集成度和功耗性能，线路侧相干CFP实验室测试传输距离超1000km，功耗降低30%，光模块集成度提升明显。但是，在实际工程部署中面临功耗散热等问题，目前80波满配系统功耗超20000W，在实际应用中对机房供电、散热和运维等带来诸多问题，亟待改进；而干线应用中也面临着OTN电交叉容量进一步提升的需求，受到槽位数、背板容量、散热等技术瓶颈的限制，30T以上交叉容量有可能采用类似集群路由器的实现方案，但是同样也面临着散热等各方面的问题，为此，不同的设备制造商也针对此提出不同的解决方案。
100G技术已经在干线网规模商用了，在城域范围内，LTE回传和数据中心互联等业务逐步加大了带宽方面的需求，预计城域核心层在未来2~3年将逐步引入100G技术，目前规模商用存在的主要障碍仍是价格、集成度和功耗。长期而言相干100G是主流方案，不排除短期成本优势使得直接检测100G技术获得一定商用部署。在业务热点地区甚至可能率先引入200G/400G技术。100G进城为新一代F-CDC-ROADM打开市场，2015年3月，Verizon宣布采用Ciena(6500)和Cisco (NCS4000)分组光学平台进行城域100G部署，F-CDC-ROADM技术首次规模商用，同月，阿尔卡特朗讯公开宣布Verizon将采用其最新的F-CDC-ROADM技术来升级其超长距光传送网。
超100G标准稳步推进，测试评估逐步展开
超100G的技术标准在IEEE、ITU-T和OIF都在进行，IEEE主要开展客户侧接口400GE的标准化工作，根据2014年5月中间会议的结论，计划标准草案D1.0在2015年1、2月份推出，根据今年的实际标准起草进度来看，D1.0没有按期推出，标准制定的实际进展比计划推迟，具体推迟的时间段目前尚无明确结论。在草案中关于SMF的具体光接口技术方案目前争议较大，同时影响其他参数选择，存在NRZ、PAM4、DMT（仅限定在10km）等多种制式。
ITU-T主要制定超100G OTN有关的标准，其中OTUCn结构特性和使用方法初步确定，OTUCn采用类似SDH的复用结构：OTUCn（RS段层）、ODUCn（MS段层）、ODUk（LO/HO ODU），其中OTUCn和ODUCn仅点到点连接，不支持基于ODUCn的交叉。同时OTUCn速率/开销/映射复用进一步明确，主要体现在ODUCn增5G时隙；低于5G信号直接映射到5G时隙，不经过低阶ODUk复用；超100G CBR信号（如400GE）通过BMP映射到ODUflex；在OTN的IaDI和IrDI之间传输。OIF（光互联论坛）的物理和链路层工作组负责高速物理接口协议研究和制定工作，OIF PLL工作组在完成第1代DWDM长距离传输的发送模块和相干接收机规范后，对于100G光模块应用起到非常重要的推动作用。
目前OIF正在开展第2代DWDM长距离传输的相干接收机规范(oif2013.054.01)、CFP2 ACO相干接收光模块规范（oif2014.006.10，straw ballot)以及相关的ICR（oif2014.186.07,straw ballot）、城域100G发射机（oif2014.100.05，拟straw ballot ）400G白皮书（ oif2015.100.00 ）等项目。同时它会继续开展超短距、短距应用的56G高速电接口标准制定（传输距离从几cm到1m）。
国内三大运营商也非常关注超100G技术的发展和测试评估，目前相关的测试评估工作主要集中在400G速率。中国移动在2014年率先启动400G多设备厂家和多光纤类型实验室测试，验证了4x100G-QPSK (@125/150GHz)和2x200G-16QAM (@75/100GHz)两种技术方案，在现网完成了西安-郑州-信阳两种光纤的现网测试，结果表明目前16QAM技术难以满足省际干线传输需要。中国电信2014年下半年完成400G技术实验室测试，对传输能力、系统余量、传输代价等指标进行验证。中国联通对400G技术仍处于跟踪调研阶段，2015年有望开展400G测试，直接在现网验证实际传输能力。从目前的技术与发展和商用产品验证来看，400G将成为高速传输领域新热点，原型设备形式多样，测试和试点应用广泛开展，标准化工作稳步推进。对于400G的调制格式，从技术的演进和网络的需求来看，今后应重点关注16QAM和8QAM，可以在线路容量和传输距离之间取得均衡。
400Gb/s技术的商用化前景受带宽需求、100G部署及技术标准等多种因素影响，2016年市场定位将趋于清晰。而比400G速率更高的1Tb/s技术在波特率、子载波数、调制格式、FEC算法等方面选择与折中复杂，仍处研究阶段，技术路线选择尚不明朗。
ROADM技术逐步发展成熟，未来应用可期
ROADM技术出现已经多年，在十余年前已经有相关的产品面世，业界对于波长阻断 (WB) 型、平面波导（PLC）型波长选择开关（WSS）型等不同的ROADM技术做了比较和选择，目前认为WSS型的ROADM是主流选择，经过多年的发展完善，ROADM技术可支持多种按需灵活配置新型功能，模块维度最高已达20，40维的模块也已经开始预研，同时在无色、无方向、无冲突、灵活栅格等功能特性方面的支持程度越来越好，为了保证全光系统的可控可管性，主流模块厂家逐渐推出了性能监控模块，随着100G等新型调制码型和FEC等技术的出现，基于相干的100G和高增益FEC等显著延伸了ROADM光层组网距离，为了实现大容量传输，传输带宽持续增长也使得ROADM基于光层穿通的中继成本优势更加凸显。
ROADM技术在国外已经得到广泛应用，在北美、欧洲的干线网和城域网中都有非常多的应用场景，但是ROADM技术本身在我国的应用部署还是比较缓慢，三大运营商除在干线局部节点采用ROADM上下波长外，公开报道采用ROADM组网的案例很少，典型如几年前陕西移动的ROADM省干组网。最近也有专家提到在上海电信和江苏电信也建设了类似的网络，但总体来说占比较小，从集团层面来看运营商目前尚未就ROADM技术引入和规模建设公开做出规划部署。但从ROADM多年来在技术、功能和性能方面的逐步改进，为ROADM技术应用奠定了基础，结合网络的实际需求，预计2-3年内省际干线传送网主要以部分穿通节点上下路波道为主，延续现有的应用格局。省内干线除了跟省际干线类似的组网方式之外，也将采用ROADM和电交叉结合的多样化的节点方式。随着业务需求的逐步加大，城域100G的应用也会逐步增多，ROADM在城域传送网核心层的应用竞争力将逐渐凸显。ROADM逐渐引入需要一个过程，ROADM在网络中可采取逐步引入的策略，2-3年以后有望大规模部署，频率利用方面预计50GHz间隔或灵活栅格将占据主导。同时，SDN技术的持续发展也将从应用角度推动ROADM部署。
综上，从高速传送网技术的发展来看，100G技术已经在干线规模应用，城域应用前景可期，还需在低成本、灵活性方面进一步加强；超100G标准处于稳步推进的过程中，400G测试评估已经展开；ROADM技术和应用进一步发展，在低功耗、成本和灵活性方面有优势，国内的应用需进一步推动。
作者简介：
张海懿，现任中国信息通信研究院（原工业和信息化部电信研究院）通信标准研究所传送与接入研究部主任。1996年毕业于北京邮电大学，获硕士学位。长期从事光传输系统以及电信传送网络体制标准、运营商的技术咨询等研究工作，具有丰富的主持大型网络设备技术评估和现网验收经验。已发表技术文章数十篇，曾获国家科技进步二等奖三次，中国通信标准化协会科学技术一等奖两次。目前主要从事高速光通信、OTN和PTN等光传送网技术和标准研究。
赵文玉，现在中国信息通信研究院（原工业和信息化部电信研究院）通信标准研究所传送与接入研究部工作，高工，主要从事40G/100G WDM、OTN等高速光传送网技术研究、标准制定以及系统测试评估等工作。
赖俊森，现在中国信息通信研究院（原工业和信息化部电信研究院）通信标准研究所传送与接入研究部工作，工程师，主要从事40G/100G WDM、OTN等高速光传送网技术研究、标准制定以及系统测试评估等工作。
作者：张海懿 赵文玉 赖俊森 来源：泰尔网
