谷松濤

【摘要】 本文針對運營商對100G的管道建設(shè)持續(xù)升溫以及量收“剪刀差”的不斷增加，本文首先對量收“剪刀差”進行分析，然后對100G技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用建議進行介紹，最后對“管道”技術(shù)后續(xù)發(fā)展分析。

【關(guān)鍵詞】 100G管道 剪刀差 PM-QPSK 400G

Research of QoS Technology Based on Token Bucket Gu Songtao

Abstract： As the increasing of the 100G ‘tunnel construction and scissors differential， the article makes analysis of scissors differential， and then making an introduction of 100G advantages and advisement of application ， at last making analysis of development of ‘tunnel technology

Key words： 100G ‘tunnel ； scissors differential ；PM-QPSK； 400G

引言

4G、大數(shù)據(jù)、云計算、IDC興建等不斷涌現(xiàn)的需求，推動著從芯片廠商、通信設(shè)備廠商到運營商不停向前發(fā)展，特別是運營商需要建設(shè)大容量、長距離、高質(zhì)量的“管道”來響應(yīng)業(yè)務(wù)與應(yīng)用層面的強烈驅(qū)動。

作為“管道”建設(shè)的重要技術(shù)組成部分，100G WDM以及100G OTN技術(shù)高調(diào)進入光通信行業(yè)的視野，尤其在干線，100G的需求十分明顯。三大運營商對100G“管道”的建設(shè)投資逐年增加，從2013年Q3開始，三大運營商共啟動了5次100G骨干網(wǎng)集采，成為全球最大的100G市場。中國電信方面，綜合其寬帶優(yōu)勢以及4G承載網(wǎng)建設(shè)需求，在2013年啟動規(guī)模龐大的100G設(shè)備集采，并在河南、浙江、福建、廣東等省份部署，2014年，中國電信新建100G東北環(huán)、西北環(huán)、省干的 “管道”，在大型地市本地網(wǎng)核心網(wǎng)也逐漸引入100G和長長中繼。

針對三大運營商對100G的管道建設(shè)持續(xù)升溫，本文首先對量收“剪刀差”進行分析，然后對100G技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用建議進行介紹，最后對“管道”技術(shù)后續(xù)發(fā)展分析。

一、量收“剪刀差”

隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)流快速增長，擴容成本增長與業(yè)務(wù)利潤增速放緩之間形成的剪刀差，成為運營商面臨的首要問題，如下圖所示。從之前的語音為主，到現(xiàn)在的以數(shù)據(jù)為主，大顆粒業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)流量呈爆炸式增長，帶寬需求不斷激增，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本也陡勢增長，與之不匹配的是網(wǎng)絡(luò)容量以及運營商的流量收入?yún)s增長緩慢，形成了量收“剪刀差”。

中國電信科技委主任韋樂平主任在《電信業(yè)的未來與去電信化的思考》一文中對流量、用戶、收入三者的差異也進行了分析，如圖2所示。對于中國電信來說，從2004年至2014年的十年間，網(wǎng)絡(luò)流量增加了70%，呈陡勢增長，但是用戶數(shù)僅增長25%，網(wǎng)絡(luò)流量激增帶給中國電信的收入增長了20%，出現(xiàn)了明顯的量收“剪刀差”。

那如何降低“剪刀差”呢？帶寬需求持續(xù)增長之勢不可逆轉(zhuǎn)，所以需要從提升網(wǎng)絡(luò)容量，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，實現(xiàn)流量化經(jīng)營三方面來考慮，如圖3所示。

1）提升網(wǎng)絡(luò)容量。建設(shè)大容量、長距離、高質(zhì)量的“管道”，提升頻譜利用效率并降低每比特傳送成本，現(xiàn)階段實現(xiàn)100G“管道”在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層次的延伸是重點。本文也對100G“管道”建設(shè)進行重點介紹

2）降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層級并減少設(shè)備種類，分組增強型OTN設(shè)備的規(guī)模應(yīng)用，降低建設(shè)和運維成本。

3）智能化流量經(jīng)營。應(yīng)用SDN技術(shù)、流量工程技術(shù)、QoS技術(shù)等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量合理化精細化、差異化調(diào)度，實現(xiàn)流量創(chuàng)收。

二、100G技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用建議

2.1 100G技術(shù)優(yōu)勢

100G的技術(shù)優(yōu)勢從調(diào)制方式、相干接收、軟判決FEC三個方面介紹：

1）調(diào)制方式： PM-QPSK （Polarization-multiplexed Quadrature Phase Shift Keying，偏振復(fù)用正交相移鍵控）可以提高頻譜效率。該調(diào)制方式將傳輸信號的波特率降低為二進制調(diào)制的四分之一， 也就是說：通過采用2個正交偏振態(tài)來傳輸bit信息，能將通道速率降低一半，由于每個偏振態(tài)可以使用4個相位來表示bit信息，又可以實現(xiàn)通道速率降低一半，因此，對于112Gbps的bit速率而言，經(jīng)過PM-QPSK編碼后，波特率可以降至28Gbps。如圖4所示。

2）相干檢測：和傳統(tǒng)的直接解調(diào)和差分解調(diào)方式相比，相干檢測所使用的本地激光器的功率要遠大于輸入光信號的光功率，可以極大地改善光信噪比。同時，相干檢測技術(shù)充分利用DSP電域均衡補償算法來處理極化模復(fù)用信號，對信號進行補充和重構(gòu)，將傳輸?shù)男盘柕奶匦裕O化模，幅度，相位）作極大還原，大幅度消除光纖帶來的傳輸損傷。因此，100G線路上，PMD容限可達到30ps以上，色散CD容限達到60000ps/nm，有效降低光纖非線性效應(yīng)NLN 干擾。如圖5所示。

3）軟判決FEC大幅提升系統(tǒng)OSNR： FEC技術(shù)主要是使用帶外冗余編碼解決傳輸誤碼問題，用電層技術(shù)解決光層問題，提供系統(tǒng)的OSNR容限。根據(jù)ITU標(biāo)準(zhǔn)G.975.1中所建議的FEC方案以及業(yè)界發(fā)展實際情況，20%軟判決FEC增益比7%硬判決FEC增益可以提高約2.6dB，如圖6所示。

綜上100G技術(shù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)“四超”，即：超大傳輸容量、超長傳輸距離、超強糾錯編碼、超快保護恢復(fù)。

2.2 100G技術(shù)應(yīng)用建議

1）原有10G/40G系統(tǒng)升級100G系統(tǒng)建議：10G系統(tǒng)升級100G通道，100G通道與10G通道間隔200Ghz以上，同時100G通道無需考慮色散和偏振膜色散的問題；100G相干和40G相干混傳，無通道間隔要求，且無需DCM，減少EDFA配置數(shù)量，增大傳輸距離；為實現(xiàn)100G相干與40G非相干混傳，建議采用FBG取代DCM，避免DCF的非線性，可以適當(dāng)提高入纖功率。

2）干線引入100G建議：干線主要以鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)方式為主，業(yè)務(wù)方面主要以大顆粒透傳，點對點應(yīng)用為主，保護方式也比較簡單。建議在干線節(jié)點布局采用大容量100G OTN設(shè)備，可滿足干線節(jié)點的穿通業(yè)務(wù)需求、子業(yè)務(wù)的上話和落地需求。

3）城域本地網(wǎng)引入100G OTN建議：城域本地網(wǎng)多以環(huán)形組網(wǎng)為主，主要用于承載網(wǎng)、城域網(wǎng)，大客戶專線等業(yè)務(wù)的承載，業(yè)務(wù)顆粒一般包括2.5G、10G，一、二線城市，省會城域本地網(wǎng)會有40G、100G等業(yè)務(wù)顆粒。城域本地網(wǎng)對于樞紐節(jié)點有子業(yè)務(wù)疏導(dǎo)和匯聚需求、有大客戶業(yè)務(wù)的承載需求、有電層保護需求，建議未雨綢繆，提早布局100G OTN。

三、“管道”技術(shù)后續(xù)發(fā)展分析

國內(nèi)各大運營商的100G“管道”建設(shè)正如火如荼的進行中，從國家干線到省內(nèi)干線，再到城域本地網(wǎng)都將全面布局100G管道，以應(yīng)對流量的爆炸式增長。那么，習(xí)慣于未雨綢繆的通信行業(yè)，已經(jīng)在思考100G“管道”技術(shù)后續(xù)該如何演進才能降低量收“剪刀差”？從三個方面進行分析。

3.1網(wǎng)絡(luò)容量激增，節(jié)能減排迫在眉睫

100G設(shè)備具有巨大的交叉能力，功耗較之一般分組設(shè)備和10G/40G的傳輸設(shè)備要高出1倍以上，對各大運營商機房條件提出了嚴峻考驗。在第七屆中國綠色通信大會上，運營商、工業(yè)和信息化部賽迪研究院和通信產(chǎn)業(yè)報等專家以“綠色4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與節(jié)能創(chuàng)新”為主題，聚焦了新形勢下的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，旨在通過通信行業(yè)節(jié)能解決方案與實踐典范案例的分享，以及對綠色通信產(chǎn)業(yè)鏈需求方案的探討，與業(yè)界共同推動中國綠色通信的建設(shè)與運營。

對于已經(jīng)成型的機房空間，改造難度較大，因此需要設(shè)備提供商在100G設(shè)備的制造工藝上不斷創(chuàng)新。目前主流設(shè)備提供商，比如烽火通信，其提供更高效能散熱解決方案，一方面通過熱仿真技術(shù)提升系統(tǒng)散熱方案一次通過率，在產(chǎn)品開發(fā)階段就以節(jié)能降耗為目標(biāo)，一方面通過風(fēng)扇智能調(diào)速技術(shù)，降低設(shè)備正常工作能耗，同時配合設(shè)備風(fēng)道優(yōu)化及散熱物料的設(shè)計與選型，達到持續(xù)散熱優(yōu)化、降低散熱能耗比重、提高設(shè)備能效比的效果；另外100G板卡方面采用28nm制造工藝ASIC芯片，配合新型100G光模塊，開發(fā)出單槽位1/2/4路100G板卡，集成度提升4倍，功耗降低50%。如此這樣大大降低了100G部署的配套成本，并為100G規(guī)模部署掃清了障礙。

3.2大容量PEOTN設(shè)備將規(guī)模應(yīng)用

多層網(wǎng)絡(luò)方式加倍消耗運營商寶貴的機房空間及電源，加劇了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和維護難度，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本居高不下。分組傳送網(wǎng)和光網(wǎng)絡(luò)OTN的融合的分組增強型OTN成為突破口，為分組傳送網(wǎng)的深化發(fā)展提供新動力。在PEOTN架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)層次得以簡化，網(wǎng)絡(luò)可以提供更大的帶寬，建設(shè)成本降低，業(yè)務(wù)開通更加便捷。節(jié)省機房空間，減少機房電源、配套資源和人力資源等方面的支出，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運營成本。

PEOTN通過統(tǒng)一信元交換技術(shù)實現(xiàn)全業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，從TDM業(yè)務(wù)到分組業(yè)務(wù)，再到OTN業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載，實現(xiàn)分組和光的融合，如圖7所示。2013年11月，中國電信率先進行了“分組增強型OTN”設(shè)備的摸底測試，這也是運營商組織的第一次PEOTN測試。目前主流設(shè)備廠商均開發(fā)出了具備現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的大容量PEOTN設(shè)備，交叉容量最大達到25.6T，并且為后續(xù)400G“管道”預(yù)留了背板帶寬，為SDN技術(shù)的演進預(yù)留了北向接口。

3.3 400G“管道”技術(shù)應(yīng)用

需求方面，中國電信集團科技委主任韋樂平曾表示，按照目前的流量發(fā)展趨勢，未來5年，網(wǎng)絡(luò)流量年增長近40%，傳送網(wǎng)將以100G為主導(dǎo)；但到2017年，骨干網(wǎng)最大截面?zhèn)鬏攷捈s為38Tb/s，需要5個80波分100G系統(tǒng)，只要可行，400G是更合理的選擇；未來5-10年，網(wǎng)絡(luò)流量年增長約30%，高流量地區(qū)將需要45-125Tb/s，只要可行，400G應(yīng)該是主導(dǎo)速率。

目前400G技術(shù)中最主流的有兩種方案：一種是基于四載波PM-QPSK調(diào)制方案，另一種是基于數(shù)字相干接收雙載波PM-16QAM調(diào)制方案。

基于數(shù)字相干接收四載波PM-QPSK調(diào)制400G方案，約125GHz的通道帶寬，C波段傳輸容量可達到15Tbit/s，頻譜效率3.2bit/Hz，與100G相當(dāng)?shù)膫鬏斁嚯x，可用于骨干長距離傳輸，但對線路傳輸容量的提升不明顯，僅提供了400G速率接口。

基于數(shù)字相干接收雙載波PM-16QAM調(diào)制400G方案可以將單模光纖C波段的傳輸容量由100G系統(tǒng)的9.6Tbit/s（頻譜效率2bit/Hz）提升到25Tbit/s（（頻譜效率5bit/Hz）），其在G.652光纖中的傳輸距離約600Km左右，主要適用于城域短距離傳輸。由于國內(nèi)運營商還未對400G進行集采，各廠家推出的400G解決方案還無法達到整合產(chǎn)業(yè)鏈的效果，但這只是時間問題。

四、 結(jié)論

4G業(yè)務(wù)、大數(shù)據(jù)、云計算、IDC等新興業(yè)務(wù)對“管道”的強烈需求，同時結(jié)合運營商的轉(zhuǎn)型，本文從量收“剪刀差”開始分析，從降低“剪刀差”的角度對100G“管道”技術(shù)以應(yīng)用建議進行介紹，并分析了“管道”技術(shù)后續(xù)發(fā)展演進。

對于“管道”技術(shù)后續(xù)發(fā)展，特別是本文中提到的綠色通信、PEOTN規(guī)模應(yīng)用、400G技術(shù)方案統(tǒng)一將是高速大容量光傳輸技術(shù)的重要研究和發(fā)展方向，這需要通信行業(yè)鏈的各個節(jié)點都參與進來。

參 考 文 獻

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