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全球運(yùn)營(yíng)商都在加速升級(jí)網(wǎng)絡(luò)——實(shí)現(xiàn)傳輸速率從10G，40G到超過100G每秒的高速傳輸。這正是急速發(fā)展的高速率，高性能，永久可靠連接的需求不斷驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。阿爾卡特朗訊已經(jīng)開始率先將100G技術(shù)升級(jí)到新的性能水平，為未來400G技術(shù)的發(fā)展鋪平道路。在這里我們將介紹全球首款商用的400G電光芯片——400G光子業(yè)務(wù)引擎。
打破成本危機(jī)的束縛
移動(dòng)數(shù)據(jù)，流媒體和社會(huì)公眾媒體，移動(dòng)設(shè)備的增值服務(wù)，應(yīng)用和交互服務(wù)，這些帶寬消耗業(yè)務(wù)都有一個(gè)十分相似的特點(diǎn)——發(fā)展速度十分迅速，這有時(shí)令人十分不快——運(yùn)營(yíng)商只能努力的去應(yīng)對(duì)每?jī)扇攴环男枨笤鲩L(zhǎng)。但似乎全球不斷豐富發(fā)展的業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求是無窮無盡的，而運(yùn)營(yíng)商也清楚的認(rèn)識(shí)到它們當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)存在擴(kuò)展的極限。
不但確認(rèn)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況是否與目前及預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)需求相適應(yīng)是一個(gè)挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)速率升級(jí)帶來的成本危機(jī)也不容忽視。投資者通過網(wǎng)絡(luò)升級(jí)及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，但正是這些新技術(shù)的升級(jí)與建設(shè)往往需要更高的價(jià)格才能夠?qū)崿F(xiàn)，而帶來的回報(bào)收益卻并不能讓人滿意。
隨著“云服務(wù)”的快速發(fā)展，帶寬需求會(huì)急劇增加，同時(shí)新的內(nèi)容分發(fā)和存儲(chǔ)模型又帶來了新的需求。
運(yùn)營(yíng)商需要保證自己的網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋更遠(yuǎn)的距離，同時(shí)拓?fù)涓拥撵`活，能夠更好的滿足帶寬的需求。它們不得不重新考慮它們的網(wǎng)絡(luò)，通過采用更高效，更靈活，成本更優(yōu)化的方式來傳輸這些業(yè)務(wù)流量。同時(shí)考慮到未來削減運(yùn)營(yíng)成本，它們更關(guān)注設(shè)備功耗的降低與全網(wǎng)設(shè)備封裝開銷的減小。
100G和超100G
阿爾卡特朗訊認(rèn)識(shí)到運(yùn)營(yíng)商所面臨的巨大挑戰(zhàn)，從2005年便開始研發(fā)100G/s高速傳輸技術(shù)。
在2007年，阿爾卡特朗訊在業(yè)界第一個(gè)推出了實(shí)際使用的100Gb/s光傳輸線路。這段線路位于Verizon網(wǎng)絡(luò)中Tampa到Miami之間504km的實(shí)際線路上。經(jīng)過改良，在2009年，阿爾卡特朗訊在全球第一個(gè)推出了基于PDM-QPSK調(diào)制和相干接收技術(shù)的單載波100G線路。正是基于這種技術(shù)的一條112Gb/s信道，在西班牙Telefonica網(wǎng)絡(luò)的一段1088km的線路上與10Gb/s和40Gb/s的信道實(shí)現(xiàn)了混合傳輸。一年以后，阿爾卡特朗訊推出了全球第一個(gè)套完全商用的單載波100G相干光解決方案。
100G技術(shù)的到來極大的緩解了網(wǎng)絡(luò)能力難以擴(kuò)展的運(yùn)營(yíng)商所面臨的巨大壓力。但是，帶寬的需求依舊會(huì)不斷攀升，正是認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題，阿爾卡特朗訊致力下一代高速傳輸系統(tǒng)的研發(fā)工作，努力提高100G方案的速率，性能和效能，為系統(tǒng)平滑演進(jìn)到下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)速率——400G奠定基石。
經(jīng)過不懈努力，阿爾卡特朗訊推出了400G PSE芯片，它能夠?qū)F(xiàn)有的100G網(wǎng)絡(luò)性能提升4倍，為網(wǎng)絡(luò)速率向400G演進(jìn)鋪平了道路。做為首款商用的400G芯片，400G PSE可以與100G網(wǎng)絡(luò)并存，通過優(yōu)化空間占用和能耗，最大化100G網(wǎng)絡(luò)的能力，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展100G的傳輸距離和性能。
圖1: 100G到超100G的演進(jìn)
將明天的性能融入今天的網(wǎng)絡(luò)
400G PSE芯片基于阿爾卡特朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新技術(shù)以及阿爾卡特朗訊在全世界廣泛應(yīng)用的100G相干光解決方案。它應(yīng)用于阿爾卡特朗訊1830 PSS光業(yè)務(wù)交換平臺(tái)，可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的具體要求，通過多種不同的方式，實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)用。
當(dāng)應(yīng)用于100G傳輸，400G PSE能夠優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高傳輸距離50%以上(從2000km到超過3000km)，而且這是在不使用電再生中繼的條件下實(shí)現(xiàn)的，因此降低了1/3的功耗和封裝開銷。當(dāng)應(yīng)用于400G，400G PSE提升光纖傳輸能力2.6倍，同時(shí)減少了33%的每Gbit功耗。從而，運(yùn)營(yíng)商可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖的全部波長(zhǎng)能力的利用，并可不用考慮波長(zhǎng)或速率的限制。
100G和超100G技術(shù)提升系統(tǒng)性能，使光網(wǎng)絡(luò)更經(jīng)濟(jì)
圖2 400G光子業(yè)務(wù)引擎——業(yè)界第一個(gè)400G相干光芯片
400G 光子業(yè)務(wù)引擎
光子引擎定義了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的速率和性能——它自身的特點(diǎn)決定了其處理能力，集成度，封裝，傳輸距離和實(shí)際性能。400G PSE關(guān)注于：確保1830PSS平臺(tái)的可擴(kuò)展性，提升槽位的業(yè)務(wù)能力，降低板卡的發(fā)熱量。
圖3： 相干引擎——增強(qiáng)系統(tǒng)的基本功能
400G PSE 包含了超過100項(xiàng)阿爾卡特朗訊創(chuàng)新專利技術(shù)。它將新的調(diào)制格式與相干技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理DSP技術(shù)使得每路光信號(hào)能夠包含更多的信息。新近發(fā)展的傳輸DSP能夠整型波長(zhǎng)信號(hào)——實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率，更好的非線性容限同時(shí)提升噪聲性能。它同時(shí)使用超高速模-數(shù)，數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，基于DSP功能強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)(FEC)以及其他優(yōu)勢(shì)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能水平。
400G PSE 實(shí)現(xiàn)采用了400G的44波傳輸，能夠完全符合ITU 50GHz的波道要求，實(shí)現(xiàn)靈活的波道結(jié)構(gòu)。
速率
400G PSE支持BPSK,QPSK,16QAM調(diào)制理論和一種創(chuàng)新的解調(diào)方法。目前業(yè)界常見的芯片是通過一種固定或靜態(tài)的方法來解調(diào)信號(hào)，阿爾卡特朗訊自主研發(fā)的400G PSE則可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)解調(diào)信號(hào)，并采用了軟判決FEC技術(shù)和更高的符號(hào)速率——從而提升速率，提升OSNR，提升對(duì)光纖非線性效應(yīng)的容限。
信號(hào)恢復(fù)能力和質(zhì)量
400G PSE接收機(jī)使用了有效的增強(qiáng)算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)色散的補(bǔ)償，同時(shí)具備更高的頻率和相位恢復(fù)能力。有效的提升了信號(hào)恢復(fù)能力，在不增加開銷的情況下減少相位滑動(dòng)，同時(shí)優(yōu)化突發(fā)錯(cuò)誤的恢復(fù)能力。芯片提供對(duì)色散的預(yù)補(bǔ)償能力，提升對(duì)光纖非線性效應(yīng)的容限，增加傳輸距離。
高性能的波長(zhǎng)整型
通過內(nèi)部濾波器的配置，芯片的DSP可以將傳輸頻譜塑造成任意給定的波型，將信號(hào)頻譜縮窄以獲得100G系統(tǒng) 37.5GHz的波道間隔。這將頻譜效率提升了1/3，當(dāng)結(jié)合使用阿爾卡特朗訊的Flexible Grid Ready Optical Line技術(shù)可以將100G光線路能力提升到11.7Tbit以上。在400G系統(tǒng)中，光線路能力能夠提升到23Tbit以上。
推動(dòng)內(nèi)部創(chuàng)新
阿爾卡特朗訊自行研發(fā)的400G PSE用于優(yōu)化100G網(wǎng)絡(luò)，而第三方的100G商用芯片才剛剛面世。已經(jīng)有兩年100G商用經(jīng)驗(yàn)的阿爾卡特朗訊，作為100G光傳輸方案的領(lǐng)導(dǎo)者，大力推動(dòng)貝爾實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)應(yīng)用及新技術(shù)研究，并使其保持不斷領(lǐng)先。
400G PSE是為1830PSS平臺(tái)專門設(shè)計(jì)，目前還沒有第三方發(fā)布可用的400G芯片。到目前為止，第三方芯片通常被設(shè)計(jì)來滿足潛在的通用應(yīng)用、市場(chǎng)和設(shè)備。它們可能能夠提升速率和集成度，或提高效率和性能，但通常并不能夠同時(shí)提供以上兩個(gè)方面的內(nèi)容，但是400G PSE，通過其目標(biāo)導(dǎo)向的設(shè)計(jì)理念，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能，可擴(kuò)展性，迅速應(yīng)用于市場(chǎng)和低每比特開銷等諸多優(yōu)勢(shì)。
增強(qiáng)融合骨干網(wǎng)
400G PSE 使阿爾卡特朗訊融合骨干網(wǎng)(CBT)傳送方案又向前邁進(jìn)重要一步。它通過減少傳送開銷，減少運(yùn)營(yíng)復(fù)雜性和擴(kuò)展帶寬等方面，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)中IP與光層的融合。
400G PSE和阿爾卡特朗訊100G相干光方案為CBT的光域方面做出了重大貢獻(xiàn)。相應(yīng)的在電域方面，阿爾卡特朗訊的核心技術(shù)也已成熟，阿爾卡特朗訊FP3芯片——世界上最快的網(wǎng)絡(luò)處理芯片——全球首款商用400Gb/s網(wǎng)絡(luò)處理器，它是組建超高速公眾和私有IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。
IP和光領(lǐng)域領(lǐng)先的400G處理芯片
100G和超100G技術(shù)提升系統(tǒng)性能，使IP和光網(wǎng)絡(luò)更經(jīng)濟(jì)
圖4： 全網(wǎng)400G
通過數(shù)據(jù)平面，管理平面和控制平面的跨層協(xié)作，CBT提升了全網(wǎng)的性能和效率，在IP和光域設(shè)計(jì)最合適的產(chǎn)品，使其在跨層自動(dòng)交互，業(yè)務(wù)疏導(dǎo)優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)以及管理簡(jiǎn)單化方面提供更加優(yōu)越的性能。同時(shí)，由于這些技術(shù)共享相同的研發(fā)資源，而且為阿爾卡特朗訊平臺(tái)專門定制，它能夠提供比多設(shè)備商設(shè)備混合組網(wǎng)方案更加優(yōu)越的性能。
400G PSE的優(yōu)勢(shì)
當(dāng)計(jì)劃部署100G系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)商必須測(cè)量一些列復(fù)雜的參數(shù)，如：光纖類型，兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離，拓?fù)�，放大器的安放位置，電中繼和業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)等。為了平衡各方面的影響，往往會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出現(xiàn)折中的方案，運(yùn)營(yíng)商需要在某些光纖段降低線路速率或波長(zhǎng)的容量，或者另外設(shè)置再生站點(diǎn)，不管如何處理都會(huì)降低整體性能。400G PSE正是被設(shè)計(jì)來應(yīng)對(duì)這些問題的。
傳輸距離更遠(yuǎn)
在2011年12月，阿爾卡特朗訊發(fā)布了100G XR，其將原1500km的無再生中繼距離擴(kuò)展到2000km。而400G PSE更是將這一距離擴(kuò)展到至少3000km，實(shí)現(xiàn)了更多新的應(yīng)用場(chǎng)景。400G PSE提升了100G系統(tǒng)的性能，大大拓寬了其在超長(zhǎng)距領(lǐng)域以及復(fù)雜網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)性能更高，同時(shí)功耗明顯降低。
建設(shè)一條發(fā)展的通道
100G系統(tǒng)的應(yīng)用可以滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求。但是，之前5年的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，下一個(gè)更大的革新很快便會(huì)到來，運(yùn)營(yíng)商以及支持運(yùn)營(yíng)商發(fā)展的技術(shù)開發(fā)人員需要看的更遠(yuǎn)，不斷努力去應(yīng)對(duì)變革。
同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要的巨大成本，為了應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展需要更新升級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但是每六年將全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時(shí)升級(jí)更換所產(chǎn)生的巨大成本開銷是運(yùn)營(yíng)商難以承受的。因此解決方案需要是可擴(kuò)展的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容性。
400G PSE為1830PSS平臺(tái)的演進(jìn)提供了一條平滑的路線，允許運(yùn)營(yíng)商保護(hù)他們現(xiàn)有的投資，同時(shí)盡可能的將業(yè)務(wù)遷移到更高的速率上去。采用400G PSE的100G通道，無論在任何光纖情況和拓?fù)洵h(huán)境中都能夠提供史無前例的良好性能。帶寬可以被設(shè)計(jì)為任意的范圍，同時(shí)功耗和封裝開銷更小。
未來的解決方案
帶寬的需求就像火箭一樣一飛沖天。無線設(shè)備無處不在，視頻流迅速增長(zhǎng)，社交網(wǎng)絡(luò)蠶食越來越多的網(wǎng)絡(luò)資源，這一切都不會(huì)停止。運(yùn)營(yíng)商面臨更大的挑戰(zhàn)，他們的網(wǎng)絡(luò)資源越發(fā)的緊張，但投入?yún)s沒有明顯的增長(zhǎng)。
400G 光子業(yè)務(wù)引擎通過4倍于100G的傳輸速率，2.6倍的多重處理能力，能夠立即緩解所有問題，基礎(chǔ)設(shè)備的升級(jí)使網(wǎng)絡(luò)一躍進(jìn)入400G時(shí)代。400G PSE具有更小的封裝開銷和更低的每比特功耗，能夠?qū)?00G的傳輸距離提高50%以上，同時(shí)使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。
通過顯著的提升性能和速率，PSE增強(qiáng)了當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)，以更高的性能迎接未來的挑戰(zhàn)。400G PSE將應(yīng)用于1830PSS平臺(tái)，提供全面的前向兼容能力，保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的前期投資。
