随着网络应用和资源不断丰富,网络用户不断增长,接入能力不断提升,网络带宽需求将继续保持强劲增长势头。而网络传输容量受到可用光纤资源、光器件带宽、光传输技术水平以及网络运营收支矛盾的限制,网络容量的增长速度远低于带宽需求的增长速度,表现为带宽需求与网络容量的剪刀差。
如果仅从经济学的角度来看,带宽“供不应求”在“有利可图”的情况下未必不是好事。实际上,运营商网络建设成本与网络收入之间也存在巨大剪刀差。根据中国电信科技委主任韦乐平在2012年《中国通信产业大会暨第七届中国通信技术年会》上关于《电信业的未来与去电信化的思考》报告:2004年~2014年间,中国电信网络流量年均复合增长率(CAGR)为70%,网络运营收入CAGR仅为20%。网络运营增量不增收,网络运营商惊呼“管道化”、“边缘化”和“低值化”。
尽管通信网络已经成为水、电、气、路一样是影响到国计民生的基础性服务行业,不能单纯以盈利作为衡量指标,但网络建设成本与网络收入之间剪刀差已经严重影响到运营商网络建设的积极性和通信产业的健康发展。《汉书•食货志上》有云:“籴甚贵,伤民;甚贱,伤农。民伤则离散,农伤则国贫。”不断提升网络容量和传输性能,降低网络整体成本,缓解并消除“量收剪刀差”,满足人民群众日益增长的带宽需求和信息服务质量是通信行业的职责和使命。
通过技术创新节流、降支、增收是缓解和消除网络“剪刀差”重要途径。具体而言,可从如下几个方面入手:①强化应用耦合,规范资源使用,缓解带宽压力;②打造智能网络,差异化经营,提升流量价值;③简化网络层次,优化网络结构,提高运维效率;④提高通道速率,减小体积功耗,降低单位bit成本。
烽火通信下一代分组光传输平台(NG-POTP)致力于从宽带光纤接入、IP分组化、高速大容量光传输管道和节点技术等各个层面打造稳定安全、灵活高效、绿色节能的光网络,协助运营商消除网络“剪刀差”的困扰。
基于成本和兼容性等方面的考虑,充分利用已铺设的光纤光缆,在现有光传输系统上通过升级和改造光收发单元以提高单个波长通道传输数据率的方式来提升系统容量,具有最优的性价比和可行性。网络传输容量的提升,关键在于提高频谱资源的利用率和频谱效率。密集波分复用(DWDM)可以提高光纤频谱资源的利用率,极大地提升了网络传输容量,其单通道传输速率经历了从2.5Gbit/s->10Gbit/s->40Gbit/s的提升,正在实现从40Gbit/s->100Gbit/s的跨越。100G DWDM系统可以大幅提升网络传输容量,缓解光纤资源压力,降低单位比特成本。100G光传输主流方案一般采用相干接收PM-QPSK技术,相对于以往的传输速率,其跨越性主要体现在实现技术的一系列重大变革,包括数字相干接收、软判决纠错编码、光电集成技术等。
100G采用的数字相干接收技术使得光传输系统具有足够的色散容限和偏振模容限,无需考虑线路传输上的色度色散和偏振模色散的影响,这给网络建设和运维带来一系列好处,主要包括:①简化了传输线路上的光学色散补偿和偏振解复用设计,线路设计更简单;②消除了低PMD光纤的依赖,适用于各种规格的传输光纤,方便光纤线路速率升级;③消除了传输线路DCF光纤非线性效应的影响,减少了线路放大器的数量和ASE噪声的影响,降低了线路成本,提升了系统长距传输能力;④减小了线路传输时延,按照1km光纤5us的时延计算,消除DCF光纤所带来的时延减少非常可观,这对时延敏感的应用环境意义重大;⑤保护恢复时间小于50ms,(不同于40G系统)100G数字信号处理自适应色散补偿算法收敛迅速,完全满足电信级恢复时延要求。
软判决所提供的可信度信息可以进一步提高FEC编码增益。一般而言,在相同开销和编码算法的情况下,相对于硬判决,软判决可以获得1.1dB以上的编码增益提升。对于主要受到非线性效应限制的100G光传输系统,1dB纠错编码增益对系统传输性能的提升远高于衰减或色散受限的光传输系统。根据中国移动、中国电信100G测试结果以及100G行标,G.655光纤时采用软判决的传输距离比硬判决多6个跨段,传输距离提升了60%。
采用先进的光电集成技术可以有效降低网络节点设备的功耗、占地以及散热成本。对于100G以及以后的超100G系统而言,由于其采用电处理的方式消除光传输中存在的问题,其功耗、体积和散热问题比较突出。100G系统功耗在很大程度上取决于其ASIC芯片所采用的处理工艺。早期基于硬判决技术的100G板卡大多采用65nm处理工艺,其功耗和体积较大;第二代基于软判决技术的100G板卡一般采用40nm处理工艺,其功耗仅为65nm工艺的60%。
除了采用100G提高网络容量,简化网络运维、降低单位比特成本之外,还可以从网络架构入手简化网络层次,减少网络设备堆叠,降低网络功耗和占地面积,提高带宽资源的利用效率和网络运维效率。从光网络实现技术来看,波分复用、偏振模复用以及复杂的高级调制技术用于提高光纤的传输容量,基于时分复用的SDH/OTN技术以及基于统计时分复用的分组技术用于提高网络容量的利用效率和调度灵活性。随着语音、视频业务的IP化,IP over OTN/WDM的趋势日渐清晰,一款设备同时具备WDM/OTN/SDH/PTN能力以简化网络层次、减少设备堆叠、提高网络效率、降低网络成本的呼声越来越高。
烽火通信积极响应运营商网络建设新需求,早在2010年就针对网络IP与光融合趋势开始规划和研发一系列新型设备以简化网络层次、提高网络传输效率、降低运营商网络成本。以目前已经成熟并开始小规模应用的分组增强型OTN(PEOTN)设备FONST6000为例,该设备采用基于信元交换的统一交叉内核,交叉容量达到12.8T/25.6T,交叉容量可根据实际业务类型(Packet/VC/ODUk)自适应灵活分配,可支持200G/400G任意业务接入。烽火系列化分组光传输设备PEOTN/POTN同时具备WDM/OTN/SDH/PTN设备能力,可用于取代现有OTN与PTN/IPRAN的设备堆叠,减化网络层次,减小占地面积和功耗,提高网络效率,降低网络成本。
网络“量收剪刀差”是传统语音业务向丰富多彩的数据业务转型过程中人们对信息需求欲望爆发式释放的生动体现,是带宽需求与网络技术差距的反映,需要包括网络应用提供商、网络运营商、设备提供商以及器件提供商在内的整个通信产业界齐心协力、共同面对。作为业界领先的光传输设备和光传输方案提供商,烽火通信下一代分组光传输平台(NG-POTP)已经做好了准备。