400G光子业务引擎—性能更高的未来光网络

4/24/2012,赛迪网讯,全球运营商都在加速升级网络——实现传输速率从10G，40G到超过100G每秒的高速传输。这正是急速发展的高速率，高性能，永久可靠连接的需求不断驱动的结果。阿尔卡特朗讯已经开始率先将100G技术升级到新的性能水平，为未来400G技术的发展铺平道路。在这里我们将介绍全球首款商用的400G电光芯片——400G光子业务引擎。 

打破成本危机的束缚 

    移动数据，流媒体和社会公众媒体，移动设备的增值服务，应用和交互服务，这些带宽消耗业务都有一个十分相似的特点——发展速度十分迅速，这有时令人十分不快——运营商只能努力的去应对每两三年翻一番的需求增长。但似乎全球不断丰富发展的业务对带宽的需求是无穷无尽的，而运营商也清楚的认识到它们当前的网络存在扩展的极限。 

    不但确认当前网络的发展情况是否与目前及预期的网络需求相适应是一个挑战，网络速率升级带来的成本危机也不容忽视。投资者通过网络升级及网络建设满足日益增长的网络需求，但正是这些新技术的升级与建设往往需要更高的价格才能够实现，而带来的回报收益却并不能让人满意。 

    随着“云服务”的快速发展，带宽需求会急剧增加，同时新的内容分发和存储模型又带来了新的需求。 

    运营商需要保证自己的网络能够覆盖更远的距离，同时拓扑更加的灵活，能够更好的满足带宽的需求。它们不得不重新考虑它们的网络，通过采用更高效，更灵活，成本更优化的方式来传输这些业务流量。同时考虑到未来削减运营成本，它们更关注设备功耗的降低与全网设备封装开销的减小。 

100G和超100G 

    阿尔卡特朗讯认识到运营商所面临的巨大挑战，从2005年便开始研发100G/s高速传输技术。 

    在2007年，阿尔卡特朗讯在业界第一个推出了实际使用的100Gb/s光传输线路。这段线路位于Verizon网络中Tampa到Miami之间504km的实际线路上。经过改良，在2009年，阿尔卡特朗讯在全球第一个推出了基于PDM-QPSK调制和相干接收技术的单载波100G线路。正是基于这种技术的一条112Gb/s信道，在西班牙Telefonica网络的一段1088km的线路上与10Gb/s和40Gb/s的信道实现了混合传输。一年以后，阿尔卡特朗讯推出了全球第一个套完全商用的单载波100G相干光解决方案。 

    100G技术的到来极大的缓解了网络能力难以扩展的运营商所面临的巨大压力。但是，带宽的需求依旧会不断攀升，正是认识到这个问题，阿尔卡特朗讯致力下一代高速传输系统的研发工作，努力提高100G方案的速率，性能和效能，为系统平滑演进到下一个网络速率——400G奠定基石。 

    经过不懈努力，阿尔卡特朗讯推出了400G PSE芯片，它能够将现有的100G网络性能提升4倍，为网络速率向400G演进铺平了道路。做为首款商用的400G芯片，400G PSE可以与100G网络并存，通过优化空间占用和能耗，最大化100G网络的能力，实现扩展100G的传输距离和性能。 


图1: 100G到超100G的演进

将明天的性能融入今天的网络 

    400G PSE芯片基于阿尔卡特朗讯贝尔实验室的创新技术以及阿尔卡特朗讯在全世界广泛应用的100G相干光解决方案。它应用于阿尔卡特朗讯1830 PSS光业务交换平台，可以根据运营商的具体要求，通过多种不同的方式，实现灵活应用。 

    当应用于100G传输，400G PSE能够优化系统性能，提高传输距离50%以上(从2000km到超过3000km)，而且这是在不使用电再生中继的条件下实现的，因此降低了1/3的功耗和封装开销。当应用于400G，400G PSE提升光纤传输能力2.6倍，同时减少了33%的每Gbit功耗。从而，运营商可以实现对光纤的全部波长能力的利用，并可不用考虑波长或速率的限制。 


图2 400G光子业务引擎——业界第一个400G相干光芯片

400G 光子业务引擎 

    光子引擎定义了网络平台的速率和性能——它自身的特点决定了其处理能力，集成度，封装，传输距离和实际性能。400G PSE关注于：确保1830PSS平台的可扩展性，提升槽位的业务能力，降低板卡的发热量。 


图3： 相干引擎——增强系统的基本功能

    400G PSE 包含了超过100项阿尔卡特朗讯创新专利技术。它将新的调制格式与相干技术相结合，同时高级数字信号处理DSP技术使得每路光信号能够包含更多的信息。新近发展的传输DSP能够整型波长信号——实现更高的频谱效率，更好的非线性容限同时提升噪声性能。它同时使用超高速模-数，数-模转换器，基于DSP功能强大的前向纠错(FEC)以及其他优势技术来实现最优的性能水平。 

    400G PSE 实现采用了400G的44波传输，能够完全符合ITU 50GHz的波道要求，实现灵活的波道结构。 

速率 

    400G PSE支持BPSK,QPSK,16QAM调制理论和一种创新的解调方法。目前业界常见的芯片是通过一种固定或静态的方法来解调信号，阿尔卡特朗讯自主研发的400G PSE则可实现动态解调信号，并采用了软判决FEC技术和更高的符号速率——从而提升速率，提升OSNR，提升对光纤非线性效应的容限。 

信号恢复能力和质量 

    400G PSE接收机使用了有效的增强算法来实现对色散的补偿，同时具备更高的频率和相位恢复能力。有效的提升了信号恢复能力，在不增加开销的情况下减少相位滑动，同时优化突发错误的恢复能力。芯片提供对色散的预补偿能力，提升对光纤非线性效应的容限，增加传输距离。 

高性能的波长整型 

    通过内部滤波器的配置，芯片的DSP可以将传输频谱塑造成任意给定的波型，将信号频谱缩窄以获得100G系统 37.5GHz的波道间隔。这将频谱效率提升了1/3，当结合使用阿尔卡特朗讯的Flexible Grid Ready Optical Line技术可以将100G光线路能力提升到11.7Tbit以上。在400G系统中，光线路能力能够提升到23Tbit以上。 

推动内部创新 

    阿尔卡特朗讯自行研发的400G PSE用于优化100G网络，而第三方的100G商用芯片才刚刚面世。已经有两年100G商用经验的阿尔卡特朗讯，作为100G光传输方案的领导者，大力推动贝尔实验室的技术应用及新技术研究，并使其保持不断领先。 

    400G PSE是为1830PSS平台专门设计，目前还没有第三方发布可用的400G芯片。到目前为止，第三方芯片通常被设计来满足潜在的通用应用、市场和设备。它们可能能够提升速率和集成度，或提高效率和性能，但通常并不能够同时提供以上两个方面的内容，但是400G PSE，通过其目标导向的设计理念，能够实现高性能，可扩展性，迅速应用于市场和低每比特开销等诸多优势。 

增强融合骨干网 

    400G PSE 使阿尔卡特朗讯融合骨干网(CBT)传送方案又向前迈进重要一步。它通过减少传送开销，减少运营复杂性和扩展带宽等方面，推动了网络中IP与光层的融合。 

    400G PSE和阿尔卡特朗讯100G相干光方案为CBT的光域方面做出了重大贡献。相应的在电域方面，阿尔卡特朗讯的核心技术也已成熟，阿尔卡特朗讯FP3芯片——世界上最快的网络处理芯片——全球首款商用400Gb/s网络处理器，它是组建超高速公众和私有IP网络的基础。 


图4： 全网400G

    通过数据平面，管理平面和控制平面的跨层协作，CBT提升了全网的性能和效率，在IP和光域设计最合适的产品，使其在跨层自动交互，业务疏导优化，网络恢复以及管理简单化方面提供更加优越的性能。同时，由于这些技术共享相同的研发资源，而且为阿尔卡特朗讯平台专门定制，它能够提供比多设备商设备混合组网方案更加优越的性能。 

400G PSE的优势 

    当计划部署100G系统，运营商必须测量一些列复杂的参数，如：光纤类型，两个站点之间的距离，拓扑，放大器的安放位置，电中继和业务接入节点等。为了平衡各方面的影响，往往会导致网络设计出现折中的方案，运营商需要在某些光纤段降低线路速率或波长的容量，或者另外设置再生站点，不管如何处理都会降低整体性能。400G PSE正是被设计来应对这些问题的。 

传输距离更远 

    在2011年12月，阿尔卡特朗讯发布了100G XR，其将原1500km的无再生中继距离扩展到2000km。而400G PSE更是将这一距离扩展到至少3000km，实现了更多新的应用场景。400G PSE提升了100G系统的性能，大大拓宽了其在超长距领域以及复杂网状网络应用领域的市场应用范围，使网络性能更高，同时功耗明显降低。 


建设一条发展的通道 

    100G系统的应用可以满足当前的业务需求。但是，之前5年的经验告诉我们，下一个更大的革新很快便会到来，运营商以及支持运营商发展的技术开发人员需要看的更远，不断努力去应对变革。 

    同时，网络演进需要的巨大成本，为了应对业务的迅速发展需要更新升级网络设备，但是每六年将全部网络设备同时升级更换所产生的巨大成本开销是运营商难以承受的。因此解决方案需要是可扩展的，同时可以实现对现有网络的兼容性。 

    400G PSE为1830PSS平台的演进提供了一条平滑的路线，允许运营商保护他们现有的投资，同时尽可能的将业务迁移到更高的速率上去。采用400G PSE的100G通道，无论在任何光纤情况和拓扑环境中都能够提供史无前例的良好性能。带宽可以被设计为任意的范围，同时功耗和封装开销更小。 

未来的解决方案

    带宽的需求就像火箭一样一飞冲天。无线设备无处不在，视频流迅速增长，社交网络蚕食越来越多的网络资源，这一切都不会停止。运营商面临更大的挑战，他们的网络资源越发的紧张，但投入却没有明显的增长。 

    400G 光子业务引擎通过4倍于100G的传输速率，2.6倍的多重处理能力，能够立即缓解所有问题，基础设备的升级使网络一跃进入400G时代。400G PSE具有更小的封装开销和更低的每比特功耗，能够将100G的传输距离提高50%以上，同时使系统的应用范围更广。 

    通过显著的提升性能和速率，PSE增强了当今的网络，以更高的性能迎接未来的挑战。400G PSE将应用于1830PSS平台，提供全面的前向兼容能力，保护运营商的前期投资。