OFweek光通讯网消息，随着互联网、云计算、移动宽带、DC等的快速发展，网络传输带宽需求呈现爆炸式增长。2012年9月的日内瓦IEEE全会上，在包括华为在内的整个产业链的联合推动下，IEEE成员单位达成共识：选择400GE作为100GE之后的下一代以太网速率，从而正式开启400GE的标准化进程。但从互联网业务与网络流量看，400G速率仍然不能满足未来带宽的持续增长，因此Tbit/s量级的传输需求一定会到来，这也将成为400G之后下一代光传送技术要面临的巨大挑战。
超100G高速光传输面临挑战
当前的100G WDM/OTN商用系统能提供8T（C band SE=2）的传输容量，预计在2015/2016年开始商用部署的400G WDM/OTN系统，能提供16T到20T（C band SE=4-5）的传输容量。而Tbit/s量级WDM系统，则需要提供约40T（C band SE=6-10）的传输容量，并实现超过1000km的无电中继传输才有价值。
当前，光纤的传输容量（考虑传输距离需求）已经逼近信道的香农极限，香农理论决定了系统的频谱效率越高（容量越大），信号无误码传输需要的信噪比就越高，而过高的信噪比需求会导致光传输距离急剧减少。而且，在WDM系统中，光纤的非线性效应也对入纤的信号功率有限制（不能够无限提升发射光功率），进而限制了信噪比，压缩了提升频谱效率的技术空间。针对400G和Tbit/s量级速率，如何实现高频谱效率（大容量）、长距离、低成本的传输是高速光传输面临的最大挑战。
Flex 2T光传输解决方案应对挑战
从理论限制、光电器件与材料、工程工艺技术的综合发展来看，以太网速率不太可能再像以前一样按照10倍递增的速度发展，在400GE之后，以太网速率会进一步演进到Tbit/s量级是业界的共识，但具体是1Tbit/s、1.6Tbit/s、2Tbit/s、4Tbit/s，目前还没有定论。综合来看，400GE之后最有可能的是1.6TE（低于4倍递增缺乏竞争力，10倍递增技术实现上存在巨大难度，4倍可能是最佳的选择）。考虑OTN以及FEC开销之后，波分侧速率为2T左右，并且超100G高速光传输技术不是一个单一的光模块技术，而是一系列光电、管控技术的集成。因此，华为提出具备集中传送控制器的Flex 2T高速光传输解决方案。
华为Flex 2T光传输解决方案具有“弹性管道”、“即时带宽”、“编程光网”三大特性，可使传统的“哑管道”变为智能管道。
剖析Flex 2T五大关键技术
Flex 2T光传输解决方案具有Flex TRx及iODSP/FEC、Flex ROADM、Flex OTN、集中传送控制器、新型光放大器与新型光纤五大关键技术。下文将详细阐述。
关键技术之一：Flex TRx及iODSP/FEC
传输速率越来越高，在满足传输距离的基础上，单个波长已经无法支持Tbit/s量级长途传输。未来的Flex Tbit/s量级光传输将采用多子载波模式，通过在发射端采用DAC/iODSP/FEC encoding，接收端采用ADC/iODSP/FEC decoding，用一套硬件、软件控制提供多种编码调制/FEC模式，灵活适配多种应用场景。
传统的Transceiver适用场景单一，而Flex Transceiver（以下简称Flex TRx）仅需通过简单的软件配置，即可根据实际业务情况，实现速率可变、带宽可变和传输距离可变，对光层带宽资源进行合理优化分配，实现流量的精细化运营。Flex Transceiver的灵活特性可以通过控制子载波数目、子载波波特率、子载波的调制格式和iODSP功能模块/FEC类型与开销等实现；可基于e-OFDM、e-Nyquist WDM等载波复用技术实现载波数目的按需配置；可基于时钟自适应的ADC/DAC时钟恢复技术实现从低到高的多个符号速率调整；可基于动态星座图映射和多电平IQ调制实现xPSK和xQAM多种调制格式的任意组合及切换。
与Flex 的TRX技术相适配，发射端iODSP可进行信道预失真、波形预加重、调制器带宽预补偿、光纤非线性预补偿以及光谱预整形的综合处理来提升光系统的传输性能；接收端iODSP可以在电域补偿光纤线路中的色散展宽、WSS光滤波损伤、非线性损伤，快速进行偏振跟踪与偏振态延时补偿、激光器频差补偿和载波相位恢复等。同时基于自适应超级FEC来实现硬判决、软判决、软&硬混合判决译码、实现从低到高FEC开销的自动配置与前后级联，实现根据网络时延需求和功耗需求配置FEC译码参数。
iODSP/FEC最关键的一点是具备ASIC芯片的动态功耗管理功能，在满足网络部署实际需求的情况下，可基于网络链路的实际需求打开或者关闭功能模块，并配置算法参数，以此调整芯片运行功耗，最大程度减少能耗需求，实现绿色网络。
关键技术之二：Flex ROADM
在传统DWDM技术中，各种分合波器件如Mux、Demux、WSS、ROADM等都是基于固定的带宽栅格（Grid）定义，如50GHz/100GHz；而在Flex Terabits光网络中，为了支持新型超高速数据传输并提高网络资源利用率，系统根据各信号需要的频谱分配不同的带宽（如37.5GHz、50GHz、75GHz、100GHz、125GHz等），并以一个较为精细的步长（如12.5GHz、6.25GHz等）进行间隔调整。因此，在Flex Terabits光网络中，所有的分合波器件与模块（含WSS、ROADM）需要能够进行动态带宽分配，其分配的带宽不再根据现有的ITU-T DWDM标准中定义的固定栅格，而是根据动态带宽数据传输的需求来调整和分配。
关键技术之三：Flex OTN
传统的OTN通过GMP技术实现对TDM/IP等多业务的封装和承载，但随着业务速率的提升，基于固定速率OTUk接口的映射、封装、成帧处理已经不能满足运营商对超宽带和灵活可配置带宽的需求，且不同的OTUk需要不同的硬件与之对应，也无法与具备可软件编程的光物理层单元相适配。
华为提出了灵活光传送网（Flex OTN）整体解决方案，在客户侧定义灵活的客户封装容器，满足任意多样化业务、超大颗粒业务承载需求，在线路侧定义灵活的线路传送速率，满足运营商对光频谱带宽资源的精细化运营，提供端到端弹性传送管道，提高整体网络运营效率。
Flex OTN主要由服务层和传送层构成。服务层面向业务，通过提供低阶ODUFlex可变封装容器，根据实际业务大小灵活映射封装，满足任意业务承载需求。传送层面向光物理资源，提供阶梯可变线速接口OTUCn，OTUCn为n倍100G速率（n可变），根据实际光物理资源进行最优配置。例如，其可根据需求，提供200G、300G、…、n*100G等系列多等级灵活速率线路接口，引入Flex OTN，使得OTN可与可编程光线路完美结合，既扩展了OTN的灵活性，又与现网兼容。Flex OTN的引入不会带来OTN体系大的变化和硬件成本提升，很好地满足了对未来多业务灵活、高效率的承载，同时又能够满足运营商对光频谱带宽资源的精细化运营需求。
关键技术之四：集中传送控制器
可编程传送控制器通过与网络设备层的控制接口，提供跨多设备形态的统一控制，实现从动态云业务到基于Flex硬件的弹性管道端到端统一控制；通过与应用层的开放式API，使应用可以驱动网络，快速即时重构网络硬件系统，实现可编程化的光网络， 满足用户动态实时性以及个性化服务需求；通过集中式的控制理念，使业务多层流量疏导更加智能、可控，全网资源利用率得以最大化提升，业务端到端质量得到有效保证。这种基于集中式管理、标准化控制以及开放式API的软件定义管理方式，使传送网从哑管道转变成智能管道，管道作为业务的一部分为运营商提供“OaaS”增值服务（Optical as a Service）。
可编程传送控制器主要包含两层：物理网络控制层及南向接口，抽象网络控制层及北向接口。通过南向接口，物理网络控制层从网络中收集并维护拓扑信息及TE信息，并对物理传送网络进行连接的建立、修改、删除、光层性能监控与调测等配置；同时对网络中已经建立的连接进行维护。抽象网络控制层可以对传送网络资源进行抽象，向应用层隐藏传送网络的内部细节；同时，向应用层提供开放接口，使应用层可以根据应用需求，使用传送网络资源。在抽象网络控制层中，运营商根据不同的应用场景，可在传送网控制器上开发和安装相应的控制插件，适配不同的应用对网络的不同需求。典型的网络控制插件如业务路径计算插件、虚拟化控制插件等。
关键技术之五：新型光放大器与新型光纤
超100G高速光传输系统主要受功率/损耗和OSNR限制，考虑到长距离传输需求，先进的二阶、三阶拉曼放大器，以及新型光纤等成为业界的关注点。
相比传统商用的掺铒光纤放大器（EDFA），拉曼光放大器（Raman OA）和相位敏感型放大器 （PSA）具有更低的噪声指数，是未来通信系统中低噪声放大的重要光放技术。PSA的小信号增益大，噪声小，并可以实现相位再生，这些特性使得PSA对于未来的1T+系统较有吸引力。但是PSA的应用仍然面临很多困难，比如偏振敏感、多波长工作困难，带宽受限，伴随四波混频等问题。相比PSA，Raman OA技术则成熟很多，并已经在商用DWDM系统中使用。而现阶段分布式Raman OA和EDFA相结合的Hybrid光放大器正受到业界重点关注，它具有比Raman OA更高的增益，比EDFA更低的噪声指数，结合二者各自的优点同时又平衡了相应的缺点。
但是，目前商用的拉曼放大器在增益、安全、OAM、成本等方面，仍然不如EDFA，因此研究开发满足Tbit/s量级传输的新型高增益、低成本、安全的高阶拉曼放大器势在必行。
现有网络大多基于G.652/655 SMF光纤，为了适应诸如1T+等高速传输系统，研究者正致力于开发具有大有效面积/低非线性、低损耗、扩展传输窗口等特性的新型光纤，以改进非线性容限并降低损耗，这样可以提高系统的入纤功率，继而延长传输距离。举例而言，基于低折射率包层掺杂或光子晶体结构的纯硅纤芯光纤（PSCF），相比SMF具有更低的传输损耗，实验证明其抗非线性性能也优异。除了折射率引导光纤之外，还有空芯光子带隙光纤、多模多核光纤等也是业界目前研究的热点，目前还在学术研究阶段。
可见，华为Flex 2T解决方案将引领高速光传输向数字化、软件化方向发展，构建可变带宽光网络，满足未来不同业务的快速部署、带宽的按需分配、网络的易维易管等要求，能够灵活承载不同速率的业务，帮助运营商有效降低TCO，提升盈利水平。
(审核编辑: 智汇李)
