光以太網(wǎng)業(yè)務：千兆以太網(wǎng)有效傳輸方式

　 

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

　　1. 引言

　　以太網(wǎng)（Ethernet）如今已經(jīng)廣泛應用到企業(yè)通訊網(wǎng)絡中，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)濟傳輸網(wǎng)絡時的不二選擇，目前已廣泛應用在LAN、MAN和WAN網(wǎng)絡中。這種改變得益于大量標準Ethernet LAN器件的問世，然而傳統(tǒng)的傳輸應用需要比標準LAN應用更為苛刻的條件，尤其是在距離、性能監(jiān)測和保護需求方面。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)務的快速普及，這種業(yè)務應用在任何一個北美大都市中所爆發(fā)的潛在需求帶寬都將在太比特級（Tb/s）。

　　2.網(wǎng)絡需求

　　這種市場機遇為當前的傳輸網(wǎng)絡的演化提出了一個獨特的挑戰(zhàn)，即如何在繼續(xù)支持傳統(tǒng)業(yè)務的同時，可以升級到非常高的帶寬，并且又能維持一個具有很高性價比的光以太傳輸網(wǎng)絡。類似這樣的網(wǎng)絡在演變過程中應以最小的中斷代價從現(xiàn)有SONET網(wǎng)絡升級而來，同時可以采用DWDM器件和光放大器來獲得很高、可升級的網(wǎng)絡帶寬和傳輸距離。這種升級方法具有很高的彈性，可以利用獨立波長來支持不同流量，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)務整合進一個數(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)的單波長時分復用（TDM）技術在傳輸距離和容量改變時的對應關系。圖中清楚地顯示了當在更高比特速度和適當傳輸距離下，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

　　大量新興技術的面世使研制一種能夠滿足上述需求的網(wǎng)絡成為可能，當然這種新網(wǎng)絡必須具有很高的性價比。這些技術的匯合將造就一種有能力升級到高帶寬和長距離的系統(tǒng)，同時該平臺還為現(xiàn)有傳輸架構之間的互連提供一個解決方案。所需的關鍵技術如下：

　　單芯片SONET/SDH技術：SONET和SDH網(wǎng)絡在傳輸網(wǎng)絡中處于絕對統(tǒng)治地位，到目前為止全球共鋪設了超過35萬個這種網(wǎng)絡節(jié)點。因此對這些網(wǎng)絡的支持是必須的，也是非常關鍵的，包括它們所提供的高收入、高可靠性服務。但是，盡管這些網(wǎng)絡在可靠性、傳輸和監(jiān)測方面擁有很高的性能，不過在價格成本方面也比性能稍微遜色的以太網(wǎng)絡高出不少。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。由于運營商傾向于消除SONET設備，因此關于上面所描述的基于一個transponder 波長的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，顯然這兩種技術都會從這種技術中受益。

　　熱插拔光接口：歷史已經(jīng)證明，相比數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的同類產(chǎn)品，SONET傳輸網(wǎng)絡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域的器件要求更為嚴格一些。然而，在過去數(shù)年里，采用相同標準的2.5Gbps(SFP)和10Gbps(XFP)模塊已經(jīng)應用到下一代的SONET和數(shù)據(jù)設備中，標準的實施以及產(chǎn)量的增加使制造出低成本的SONET設備和數(shù)據(jù)箱成為可能，不過SONET設備看起來在成本節(jié)約方面成效更大，主要原因是熱插拔光學器件正在大量取代高成本的轉(zhuǎn)發(fā)器。

　　可重構光分插復用器（ROADM）：現(xiàn)在一個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和維護技術，需要大量的跳接線和熟練工人來供應新的節(jié)點和增加新業(yè)務。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象其中一個主要原因是在長途網(wǎng)絡的外部，WDM作為主要的技術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標準的GMPLS控制面，可以自動進行通路路由，進行單波長顆粒度的設定。因此消除了所有的線路端定制布線，實現(xiàn)了一個自動供應體系，實質(zhì)上與現(xiàn)有的SONET系統(tǒng)一樣。另外，ROADM還是一個實現(xiàn)對光層自動控制的關鍵設備，因為ROADM不僅可以進行交換，還可以對單個波長的功率進行控制，因此消除了每一個ROADM的功率級別（power-level）不完整性的現(xiàn)象。最終結果是產(chǎn)生了一個高可升級系統(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技術是激動人心的新發(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營商能夠遠程添加、取出或透過任何可用波長的組合傳輸，無需安排DWDM專家到現(xiàn)場人工配置或調(diào)節(jié)節(jié)點配置。這種遠程功能的一個主要優(yōu)勢在于：它無需技術人員接觸或更改網(wǎng)絡配置，從而降低了人為錯誤的幾率。它的另一個優(yōu)勢在于：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ROADM設備配置便可滿足任何流量需求。這是針對瞬息萬變的預測模式的全新網(wǎng)絡設計和管理方法，它以適度的帶寬要求起步，并可在未來滿足需求增長，把握新收入。

　　在動態(tài)的DWDM傳輸系統(tǒng)中，通過設置或恢復活動來更改多波長光信號將影響其他光通道的完整性。ROADM包括自適應補償功能，允許系統(tǒng)補償添加或取出波長引起的功率變化。在靜態(tài)的OADM中，補償通常發(fā)生在SPAN的所有波長的頻帶中，以便最大限度地降低成本。但靜態(tài)DWDM系統(tǒng)卻無需面對因為適應變幻的路由長度及其對光傳輸參數(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雜性。通過ROADM及其幫助創(chuàng)建的動態(tài)網(wǎng)絡，供應商正在使用每通道的可變光衰減器（VOA）或動態(tài)增益均衡器（DGE）來管理功率級別和信號衰減，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都是即將或已經(jīng)使用的關鍵性新技術，但仍有大量的相關新技術處于技術研發(fā)階段，面臨著許多技術上的挑戰(zhàn)。包括光通道監(jiān)測、寬可調(diào)激光器，具有自動增益和快速瞬時控制功能的寬帶光放大器等技術。這些技術所扮演的角色是簡化性能監(jiān)測、波長供應以及備份工作，拓展DWDM光網(wǎng)絡的傳輸距離，這些技術對于人們推薦的傳輸方案而言都是非常重要的。


圖2 一個集成ROADM和以太網(wǎng)傳輸?shù)膮R聚系統(tǒng)，在延長匯聚平臺的業(yè)務傳輸距離的基礎上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務


　　4.以太網(wǎng)絡的匯聚和集中

　　在傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡上傳送具有成本效益的以太網(wǎng)絡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。流量的匯聚是一個關鍵性的功能，這種功能必須具備——以利于將多個光源發(fā)出的流量集中在一起，組成一個統(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備中的標準功能，但是它是一個非常強大的工具，可以與傳輸設備配合，使產(chǎn)生的總體解決方案更具成本效益。這種應用可參看圖2，圖中ROADM傳輸環(huán)路與以太網(wǎng)傳輸組合成匯聚系統(tǒng)，在延長匯聚平臺的業(yè)務傳輸距離的基礎上，能更有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務。這種光放大DWDM的應用可以使一個單一匯聚設備能夠為大型區(qū)域內(nèi)的多個用戶提供服務，同時也消除了對昂貴OEO再生設備的需求，最終為更多用戶節(jié)省了成本。另外，當更多流量被匯聚到一起，形成一個更加均衡的流量flow的話，那通過統(tǒng)計多路技術會產(chǎn)生相當?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，即通過在一個傳輸設備上加載一個第二層子集功能，結合GFP和VCAT技術來無縫升級以太網(wǎng)傳輸帶寬?？傊?，最終的結果都是將傳輸和匯聚功能整合在一起的強大設備，產(chǎn)生一個更富效率的以太網(wǎng)傳送平臺。

　　5.結論

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