光以太網(wǎng)業(yè)務(wù)：千兆以太網(wǎng)有效傳輸方式

　 

    光以太網(wǎng)業(yè)務(wù)：千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)MAN/WAN業(yè)務(wù)的有效傳輸方式

　　1. 引言

　　以太網(wǎng)（Ethernet）如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用到企業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)中，目前在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)中接近80%的流量通過以太網(wǎng)傳輸。 另外，隨著1 Gbps (GbE)和10 Gbps (10GbE)光接口的大量面世和商用，以太網(wǎng)逐漸成為人們尋求高速和經(jīng)濟(jì)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)的不二選擇，目前已廣泛應(yīng)用在LAN、MAN和WAN網(wǎng)絡(luò)中。這種改變得益于大量標(biāo)準(zhǔn)Ethernet LAN器件的問世，然而傳統(tǒng)的傳輸應(yīng)用需要比標(biāo)準(zhǔn)LAN應(yīng)用更為苛刻的條件，尤其是在距離、性能監(jiān)測(cè)和保護(hù)需求方面。在接下來的數(shù)年內(nèi)，以太網(wǎng)有望得到極大地拓展以支持三重播放（triple play）業(yè)務(wù)的快速普及，這種業(yè)務(wù)應(yīng)用在任何一個(gè)北美大都市中所爆發(fā)的潛在需求帶寬都將在太比特級(jí)（Tb/s）。

　　2.網(wǎng)絡(luò)需求

　　這種市場(chǎng)機(jī)遇為當(dāng)前的傳輸網(wǎng)絡(luò)的演化提出了一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)，即如何在繼續(xù)支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時(shí)，可以升級(jí)到非常高的帶寬，并且又能維持一個(gè)具有很高性價(jià)比的光以太傳輸網(wǎng)絡(luò)。類似這樣的網(wǎng)絡(luò)在演變過程中應(yīng)以最小的中斷代價(jià)從現(xiàn)有SONET網(wǎng)絡(luò)升級(jí)而來，同時(shí)可以采用DWDM器件和光放大器來獲得很高、可升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸距離。這種升級(jí)方法具有很高的彈性，可以利用獨(dú)立波長(zhǎng)來支持不同流量，或者使用通用成幀規(guī)程（GFP）來將不同的低比特速率的業(yè)務(wù)整合進(jìn)一個(gè)數(shù)字包封內(nèi)（digital wrapper），因而有可能將SONET、光以太網(wǎng)、ATM和其他傳輸模式整合到同一系統(tǒng)中。圖1描繪了WDM和傳統(tǒng)的單波長(zhǎng)時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)在傳輸距離和容量改變時(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中清楚地顯示了當(dāng)在更高比特速度和適當(dāng)傳輸距離下，不管所傳輸信息的類型是那一種，WDM都將成為更有效率的光傳輸媒介。


圖1 表示了以傳輸距離和傳輸帶寬為函數(shù)的最有效光傳輸方式


　　3.技術(shù)

　　大量新興技術(shù)的面世使研制一種能夠滿足上述需求的網(wǎng)絡(luò)成為可能，當(dāng)然這種新網(wǎng)絡(luò)必須具有很高的性價(jià)比。這些技術(shù)的匯合將造就一種有能力升級(jí)到高帶寬和長(zhǎng)距離的系統(tǒng)，同時(shí)該平臺(tái)還為現(xiàn)有傳輸架構(gòu)之間的互連提供一個(gè)解決方案。所需的關(guān)鍵技術(shù)如下：

　　單芯片SONET/SDH技術(shù)：SONET和SDH網(wǎng)絡(luò)在傳輸網(wǎng)絡(luò)中處于絕對(duì)統(tǒng)治地位，到目前為止全球共鋪設(shè)了超過35萬個(gè)這種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。因此對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)的支持是必須的，也是非常關(guān)鍵的，包括它們所提供的高收入、高可靠性服務(wù)。但是，盡管這些網(wǎng)絡(luò)在可靠性、傳輸和監(jiān)測(cè)方面擁有很高的性能，不過在價(jià)格成本方面也比性能稍微遜色的以太網(wǎng)絡(luò)高出不少。這高出的額外成本可通過下列方式獲得大幅度的減少：將SONET系統(tǒng)中的綜合開銷和有效載荷映射功能通過硅芯片供應(yīng)商集成到單一芯片中。這些芯片可極大地減少SONET ADM的成本和尺寸，并且可有選擇地安裝到光傳輸接口卡上。由于運(yùn)營商傾向于消除SONET設(shè)備，因此關(guān)于上面所描述的基于一個(gè)transponder 波長(zhǎng)的SONET ADM在RPR中也能找到類似或?qū)Φ鹊墓δ芑蚰K的現(xiàn)象就值得注意了，顯然這兩種技術(shù)都會(huì)從這種技術(shù)中受益。

　　熱插拔光接口：歷史已經(jīng)證明，相比數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的同類產(chǎn)品，SONET傳輸網(wǎng)絡(luò)中的某一器件能大大增加系統(tǒng)成本開銷，這種器件就是光接口/光模塊，部分原因是SONET器件在可靠性和傳輸距離方面比用在其他領(lǐng)域的器件要求更為嚴(yán)格一些。然而，在過去數(shù)年里，采用相同標(biāo)準(zhǔn)的2.5Gbps(SFP)和10Gbps(XFP)模塊已經(jīng)應(yīng)用到下一代的SONET和數(shù)據(jù)設(shè)備中，標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施以及產(chǎn)量的增加使制造出低成本的SONET設(shè)備和數(shù)據(jù)箱成為可能，不過SONET設(shè)備看起來在成本節(jié)約方面成效更大，主要原因是熱插拔光學(xué)器件正在大量取代高成本的轉(zhuǎn)發(fā)器。

　　可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）：現(xiàn)在一個(gè)站不住腳的問題是第一代和第二代DWDM傳輸系統(tǒng)是一種很難管理的鋪設(shè)和維護(hù)技術(shù)，需要大量的跳接線和熟練工人來供應(yīng)新的節(jié)點(diǎn)和增加新業(yè)務(wù)。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象其中一個(gè)主要原因是在長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)的外部，WDM作為主要的技術(shù)被用在小生境和光纖耗盡的環(huán)境中。而ROADM的問世則解決這些難題，原因是集成了光背板和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的GMPLS控制面，可以自動(dòng)進(jìn)行通路路由，進(jìn)行單波長(zhǎng)顆粒度的設(shè)定。因此消除了所有的線路端定制布線，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自動(dòng)供應(yīng)體系，實(shí)質(zhì)上與現(xiàn)有的SONET系統(tǒng)一樣。另外，ROADM還是一個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)光層自動(dòng)控制的關(guān)鍵設(shè)備，因?yàn)镽OADM不僅可以進(jìn)行交換，還可以對(duì)單個(gè)波長(zhǎng)的功率進(jìn)行控制，因此消除了每一個(gè)ROADM的功率級(jí)別（power-level）不完整性的現(xiàn)象。最終結(jié)果是產(chǎn)生了一個(gè)高可升級(jí)系統(tǒng)，擺脫了現(xiàn)有DWDM系統(tǒng)所帶來的種種勞力密集性工作。

　　可以這樣說，ROADM技術(shù)是激動(dòng)人心的新發(fā)展，為DWDM提供了類似SONET的可管理性。ROADM的力量在于它使電信運(yùn)營商能夠遠(yuǎn)程添加、取出或透過任何可用波長(zhǎng)的組合傳輸，無需安排DWDM專家到現(xiàn)場(chǎng)人工配置或調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)配置。這種遠(yuǎn)程功能的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于：它無需技術(shù)人員接觸或更改網(wǎng)絡(luò)配置，從而降低了人為錯(cuò)誤的幾率。它的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于：ROADM可處理透過、取出和添加的任意組合，因此，系統(tǒng)只需一個(gè)ROADM設(shè)備配置便可滿足任何流量需求。這是針對(duì)瞬息萬變的預(yù)測(cè)模式的全新網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和管理方法，它以適度的帶寬要求起步，并可在未來滿足需求增長(zhǎng)，把握新收入。

　　在動(dòng)態(tài)的DWDM傳輸系統(tǒng)中，通過設(shè)置或恢復(fù)活動(dòng)來更改多波長(zhǎng)光信號(hào)將影響其他光通道的完整性。ROADM包括自適應(yīng)補(bǔ)償功能，允許系統(tǒng)補(bǔ)償添加或取出波長(zhǎng)引起的功率變化。在靜態(tài)的OADM中，補(bǔ)償通常發(fā)生在SPAN的所有波長(zhǎng)的頻帶中，以便最大限度地降低成本。但靜態(tài)DWDM系統(tǒng)卻無需面對(duì)因?yàn)檫m應(yīng)變幻的路由長(zhǎng)度及其對(duì)光傳輸參數(shù)（包括光衰減和光色散）和系統(tǒng)總成本的影響而增加的復(fù)雜性。通過ROADM及其幫助創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，供應(yīng)商正在使用每通道的可變光衰減器（VOA）或動(dòng)態(tài)增益均衡器（DGE）來管理功率級(jí)別和信號(hào)衰減，并為色散控制創(chuàng)建任意到任意的色散圖。

　　盡管上面提到的技術(shù)都是即將或已經(jīng)使用的關(guān)鍵性新技術(shù)，但仍有大量的相關(guān)新技術(shù)處于技術(shù)研發(fā)階段，面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。包括光通道監(jiān)測(cè)、寬可調(diào)激光器，具有自動(dòng)增益和快速瞬時(shí)控制功能的寬帶光放大器等技術(shù)。這些技術(shù)所扮演的角色是簡(jiǎn)化性能監(jiān)測(cè)、波長(zhǎng)供應(yīng)以及備份工作，拓展DWDM光網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，這些技術(shù)對(duì)于人們推薦的傳輸方案而言都是非常重要的。


圖2 一個(gè)集成ROADM和以太網(wǎng)傳輸?shù)膮R聚系統(tǒng)，在延長(zhǎng)匯聚平臺(tái)的業(yè)務(wù)傳輸距離的基礎(chǔ)上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)


　　4.以太網(wǎng)絡(luò)的匯聚和集中

　　在傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳送具有成本效益的以太網(wǎng)絡(luò)所面臨的首要問題是無法有效地傳送那些平均帶寬比傳輸線速低許多的分組流量。流量的匯聚是一個(gè)關(guān)鍵性的功能，這種功能必須具備——以利于將多個(gè)光源發(fā)出的流量集中在一起，組成一個(gè)統(tǒng)一的、平均帶寬很高的流量，從而大大提升線速利用率。這種功能盡管不是傳輸設(shè)備中的標(biāo)準(zhǔn)功能，但是它是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，可以與傳輸設(shè)備配合，使產(chǎn)生的總體解決方案更具成本效益。這種應(yīng)用可參看圖2，圖中ROADM傳輸環(huán)路與以太網(wǎng)傳輸組合成匯聚系統(tǒng)，在延長(zhǎng)匯聚平臺(tái)的業(yè)務(wù)傳輸距離的基礎(chǔ)上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。這種光放大DWDM的應(yīng)用可以使一個(gè)單一匯聚設(shè)備能夠?yàn)榇笮蛥^(qū)域內(nèi)的多個(gè)用戶提供服務(wù)，同時(shí)也消除了對(duì)昂貴OEO再生設(shè)備的需求，最終為更多用戶節(jié)省了成本。另外，當(dāng)更多流量被匯聚到一起，形成一個(gè)更加均衡的流量flow的話，那通過統(tǒng)計(jì)多路技術(shù)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)慕M合效益，最終改善流量集合的效率。除此之外，將匯聚和傳輸功能集成在一起還會(huì)潛在地減少inter-element OEO接口的數(shù)量，需要說明的是，這種方法也可以通過下列途徑獲得的類似效果，即通過在一個(gè)傳輸設(shè)備上加載一個(gè)第二層子集功能，結(jié)合GFP和VCAT技術(shù)來無縫升級(jí)以太網(wǎng)傳輸帶寬。總之，最終的結(jié)果都是將傳輸和匯聚功能整合在一起的強(qiáng)大設(shè)備，產(chǎn)生一個(gè)更富效率的以太網(wǎng)傳送平臺(tái)。

　　5.結(jié)論

　　本文描繪的光以太系統(tǒng)借助DWDM傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)演化為一個(gè)更富效率和成本效益的解決方案。這種方案相比傳統(tǒng)預(yù)期的那些系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)更低成本的傳輸媒介，同時(shí)制造出在可靠性、距離以及性能監(jiān)測(cè)方面都得改善的傳輸系統(tǒng)。這種解決方案也計(jì)劃將匯聚和傳輸技術(shù)融為一體，來產(chǎn)生一個(gè)更富效率的總體解決方案，大大減少總的OEO接口數(shù)量，延長(zhǎng)地理傳輸距離，改善成本、提供更多業(yè)務(wù)，改善統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用性能。