城域100G OTN网络系统规划

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摘 要

大数据时代，网络带宽即将迎来前所未有的严峻挑战，无论是传统的有线宽带还是移动互联网，对传输网络资源需求增长迅猛。文章介绍了城域100g otn网络建设策略。

【关键词】OTN 100G 城域

1 背景

移动宽带在全球不断加速发展，在近两年进入爆发期。这一趋势在2014年更加明显，LTE的规模商用又带动LTE产业链加速成熟，为移动宽带的发展注入了新的活力。近5年来，移动数据总流量继续保持了每年翻番的趋势。思科最新的对2013-2018年全球预测和互联网服务采用情况报告显示，随着互联网用户和设备数量持续增长、宽带速度不断提高以及视频浏览量的快速攀升，全球互联网协议流量将在未来五年增长至目前流量规模的近3倍。固定和移动连接的全球IP流量预计2018年将达到1.6ZB，这一数字将超过1984-2013年全球生成的所有IP流量总和。

2012年，100G网络在欧美部分地区得到了较为广泛的部署，迎来了100G的商用元年；而国内市场上，随着“宽带中国战略”进入“推广普及阶段（2014-2015年）”，城域骨干100G承载网建设渐入高潮。

2 城域100G OTN需求分析

2.1 业务需求分析

随着宽带业务的发展，终端用户对业务质量的要求不断提升，IPTV、OTT视频业务需要更大的带宽来保证用户体验；另一方面，云计算的大规模应用使得更多的业务集中到云内处理，大量存储与交换处理需求使得互联网数据中心IDC核心路由器100G端口普及。高速端口的互联需要超大宽带管道来保障；

此外，作为城域骨干层兼具业务调度功能，将低速客户业务STM-64/STM-256/10GE/40GE 等汇聚在100G 波长通道内传输，可提高光纤带宽利用率。在满足自身业务需求的基础上，政企租用带宽需求也日益增大，对运营商也提出了超大带宽管道的要求。

2.2 成本需求分析

以华为OSN8800设备为例，40G OTN系统配置40G线路侧OTU+4*10G支路侧OTU，电交叉子架采用2.56T电交叉容量；

100G OTN系统配置100G线路侧OTU+10*10G支路侧OTU，电交叉子架采用6.4T电交叉容量；100G支路板价格与10*10G支路板相当。

配置单板及电交叉子架价格依据集团2013年华为设备集采价估算，设备占用槽位成本按配置板卡所占槽位/总槽位数比例折算。

由图1可得，某节点在业务需求大于12个10G需求时，100G系统成本低于40G系统。并随着业务的增长100G建设成本优势显著。 而后期100G产业链的不断壮大，设备集采价格的下降会使100G成本优势更加明显。

3 OTN 技术发展现状

3.1 现网系统部署

城域OTN技术2011年开始在全国大规模推广。

以某运营商为例，在2011年开始建设80x40G系统城域骨干层，骨干节点与数据网核心出口及传输网出口同址，为大部分业务的终结点，同时兼具区域内汇聚层上联电路提供向核心出口或者跨区域的转接功能。40/80x10G汇聚系统主要覆盖各区县汇聚节点，用于传输本区域数据交换机、OLT、IPRAN B设备等与骨干节点互联链路。

近几年来，数据通信流量出现了爆炸式增长，同时政企专线大颗粒带宽租用电路有较大的增长，开始出现100G电路需求。对业务安全性要求更高的同时，注重对传输系统感知和实时监控。全网多个40*10G汇聚系统10G波道占用率为50%，部分系统10G波道即将用完，骨干层预测使用如图2所示。

根据业务部门提供的需求预测，预计2015年底40G波道占用率将达81%，2016年底40G波道占用率将达到100%。100G系统使用年限将延长至2019年。由此可见，迅速增长的业务需求将很快在规划期内提前耗尽系统波道资源。

因此在出现100G业务需求后，现网波道利用率不高的情况下应该尽早将骨干层40G系统升级至100G，增加网络容量，有效保护投资。若现网利用率已经超过70%，建议考虑新建100G系统。

3.2 10G/40G/100G技术对比

如表1所示，100G系统与10G系统和40G系统相比，同等条件下100G系统面临着以下一些问题需要对其解决：

针对挑战，100G引入PDM-QPSK调制+相干接收+DSP电处理+超强FEC四大新技术提高了传输性能。采用PDM-QPSK技术增加了每符号携带的比特数量. 该解决方案是在每一波长采用两个QPSK信号来传递100Gbit/s业务，这两个QPSK信号分别调制光载波两个正交极化（偏振）中的一个。由于QPSK和正交极化复用分别将频谱利用率提高一倍，与DPSK等调制方式相比，PM-QPSK只需1/4频谱带宽，每个正交偏振光载波上的信号实际为25G baud QPSK信号，采用相干接收和后继的DSP处理，可以自动补偿色散和PMD。100G解决方案不但有效解决了色散容限、光信噪比（OSNR）及非线性损伤等限制，并结合软判决FEC保证了长距传输性能，常规跨段下100G无电中继传输距离可达1500 km以上，具备应用于城域核心网及长途骨干网的传输能力，如图3所示。

4 城域100G OTN网络部署策略

4.1 新建100G OTN网络

对于新建的100G 网络，由于100G OTN 对色散、PMD的无限制，使它的系统设计比10G、40G更简单，重点需要关注衰耗和非线性指标，可根据仿真计算的OSNR和Q值来估算是否满足系统传输要求，如表2所示。

传输距离较长时，为避免入纤功率过高带来的非线性影响，建议适当控制入纤功率。

4.2 基于原有系统升级解决方案

鉴于国内目前实际已部署的网络主要考虑相干100G（PDM-QPSK）和非相干10G/40G既有系统混传方案。具备相干接收端的100G解决方案可以给网络带来诸多好处。

具备相干接收端的100G和原有的系统，特别是10G非相干混传时，原系统的DCM模块对相干系统会带来多少影响一直是一个顾虑。实验室测试表明，非相干系统对相干系统额外的OSNR上的代价不高于0.5dB，影响较小，相干100G的入纤光功率可达到1～2dBm，和现有的10G系统接近，只需OSNR参数能同时满足100G和10G的设计要求，即可实现兼容混传。但由于10G系统采用OOK调制，与100G系统混传代价相对较大，混传时建议设置一定数量的隔离波道。

基于相位调制编码40G波道与100G波道混合传输时，无论传输距离如何，都不存在任何OSNR传输代价，可以任意进行混合传输；但100G与40G混合传输时，光层的传输距离主要受限于40G系统，40G的编码方式对光纤的色散、DGD要求较高，但在站点部署时，由于100G的OSNR容限要比40G系统高，OTM到OTN站之间的距离要充分考虑到100G的传输能力；因此在系统设计时，DCM按照40G要求部署，OSNR按照100G要求部署，同时提前做好波道规划。

同时还需注意的是，在确定此方案之前需考虑100G系统设备版本是否与现网设备统一，否则需要将现网设备及网管进行升级。

4.3 100G网络保护方式

4.3.1 OLP保护方式

出于成本考虑，OLP线路保护是比较经济有效的的解决手段。100G系统采用电域DSP处理，色散容限高达30000ps，可轻松满足50ms倒换要求，对线路色散补偿精度要求也非常宽松。

4.3.2 电层ASON保护技术

在CDC ROADM技术未成熟之前，电层ASON技术已经成熟商用。传统波分网络一般采用简单的点到点组网方式，网络结构过于单一带来的劣势就是组网能力和保护能力受限，网络可扩展性差。WDM/OTN设备加载GMPLS/ASON控制平面之后，Mesh组网将成为其主要组网方式之一. 在Mesh组网中，为使中断业务得以重新接通，除延用传统的专用保护（如1+1路径保护）和共享保护（如环保护）外，还能够借助于重路由机制实现业务的即时恢复，也就是说，通过MESH组网，不仅可以提供传统的保护方式，还能够提供动态恢复的业务形态，甚至在保护失效的情况下还能提供业务恢复机制，使其只要有资源就不会中断业务。

城域核心100G波分海量带宽池可给整个城域OTN系统（包括汇聚层）提供灵活的保护资源（100G波道未使用完时可给其他业务提供保护），增加了网络利用率，提高网络安全性能。

5 展望

100G吸取了40G发展经验，美国电气和电子工程师协会（IEEE）、国际电信联盟通信标准化组织（ITU-T） 和光互联论坛（OIF）等三大标准组织联手完成了100G端到端标准化工作，对规范设备接口、光系统及组件开发、推动产业链成熟起到了至关重要的作用。在“2013移动互联网国际研讨会”上，韦乐平预计未来5年将以100G为主导。目前400G技术的商用也已经开始，随着技术标准的统一，400G将在未来5-10成为主导。

一般而言，未来的网络需要具备如下的三个特点：未来设备硬件归一、功能软件可配，接口开放，资源云化，网络智能，即时带宽。同比以前的传输技术，未来超100G时代采用Super- Nyquist shaping压缩算法使传输距离和传输带宽可以根据实际的场景进行调整。

从2.5G， 10G， 40G， 一直到现在的100G，均为单波长带宽直接增加。但是对于超100G情况，整个带宽会以100G或200G为颗粒进行可调。从而保证400G/1T/2T等超100G信号的封装/交叉效率最高，自由适配未来的业务发展和建网需求。

SDN技术将成为传送网络管理的核心，统一协调整个网络上的所有器件，根据业务的距离、速率、时延、带宽等需求选取最优路径，提供高效、灵活、开放的带宽管理能力。

无论什么技术都有其自己发展演进的轨迹，作为网络技术的OTN也一样。从它发展演进的轨迹和自身具有的优势来看，OTN技术未来一定未有更好的发展，在电信网络中发挥着重要的作用。

作者单位

华信咨询设计研究院有限公司 浙江省杭州市 310014