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韦乐平:迈向全光网

时间:2016-11-23 15:31:45

 

 
工信部科技委常务副主任韦乐平在ODC’2016论坛上以“迈向全光网”为题作精彩演讲。韦总详细介绍了光网络的历史沿革历程,阐述了全光网的深刻内涵,探讨了迈向全光网的关键技术、步骤,并对中国光网络发展进行总结和预测。
 
光网络在21世纪的战略地位
 
总体来说,在21世纪,光网络的战略地位在是不可动摇的,这已经达成了全球范围内的共识。早在21世纪初,日本就率先强调了光网络的战略地位。日本曾以“21世纪最重要的经济,行业基础设施是什么?”为题调查了数百名“三高”人群——高级高官、高管和高级知识分子,结果达成了一致,排列在前5名的是:光纤宽带网,国际机场,高速公路,港口和工业园区,光纤宽带网雄踞各项行业基础设施之首,这个评价是非常非常重要的。而在我们国家是倒过来的,光纤宽带网的重要地位别说前五,前十都不一定能挤进。因此,我曾向前国家总理温家宝提出过这个问题,要求提高光网络的战略地位。随后,美国政府的“国家宽带计划”就将宽带确立为21世纪最重要的基础设施之一,出台了一系列支持计划和政策。从全球看,共有148个国家出台了国家宽带发展战略、政府直接投入或出台税收贷款等政策支持。在行业人士的努力推动下,2013年,中国也出台了国家宽带战略,并获得政府高层认可,近一二年也开始有一些实质性支持,尽管与目标尚有一定距离,每年也有30-40亿的投入项目。
 
光网络的历史沿革
 
1.第一代光网络-SDH静态联网
 1985年美国金耀周等提出SONET,1988年ITU提出SDH,具备传输、复用和交叉连接的电层静态联网,两者差别不大。
 
2.第二代光网络-WDM波长静态联网
 1996年Ramaswami等提出采用纯光交换器件的波长选路网,开启了手工静态联网。
 
3.第三代光网络-可动态选路的xSON
—2001年ITU提出ASON,电层可动态重构光网络。遗憾的是,该光网络在全世界发展地并不是特别理想,中国电信也建了两张ASON网络,但是没有启用。
—2011年IETF提出WSON,可以在波长级别实施光层动态重构。2016年我国向以ROADM/OXC为核心的光联网的演进开始,开始迈向真正的全光网。
 
全光网内涵辨析
 
全光网从严格意义上讲,是指全部传输、交换和接入都在光域实现的端到端光网络,控制允许在电域实现。当传输和接入都实现光纤化,交换层也引入ROADM和OXC后就构成所谓严格意义上的全光网。全光网意味着不仅在带宽和容量上大幅提升,更具备最稳定和最短的延时特性。目前电信运营商所提的全光网并不是真正意义上的全光网络。
 
光网城市和光网省,是我们国家提出的概念,我比较赞同这个并非严格的技术上的定义,它比较符合中国国情,大家比较容易接受。光网城市和光网省是指传输和接入在光域实现,而交换仍在电域实施。目前实际上多指该地区TDM交换机全退网,具有较高的光纤覆盖率和较高的接入速率,可以认为是全光网的初期阶段。但是,我们依旧可以乐观预测,当运营商将交换层面引入ROADM,实现传输、接入和交换的端到端光网络,中国全光网也将顺利进入到最终演进阶段。
 
向全光网的演进步骤
 
我们将迈向全光网分为三个步骤:
 
第一步,骨干和城域传输链路光纤化:TDM+WDM。中国目前除了个别海岛通信外,国内全网都已实现光纤化。
第二步,保证接入网的光纤化FTTx。目前馈线段基本实现光化,正在推进配线段和引入线光化。据中国电信统计数据表明,中国目前已部署1.7亿芯公里光纤,但依然还有3.5亿线对公里铜线,光进铜退的道路依然十分漫长。
第三步,在传输节点引入光交换。以上海为例,上海的城域网已经部署了ROADM,多数家庭也已经光纤到家,初步形成了光网城市。2016年,CTC骨干网长江中下游将全面部署ROADM, 形成区域光网,规模居世界前列。但是在节点上实现全光网将是一个长达一二十年的历程。
 
全光网的关键是接入网
 
在这个过程中,接入网是网络中技术进步相对最慢、投资最大、维护成本最高、实现全光网最费力的部分。三大运营商中,中国电信是接入网光纤化速度最快、FTTH规模最大的运营商,目前FTTH用户已有约1亿,相当于美国、日本、韩国过去十年的光纤到户数量总和。我们设立了中国未来几年全光网的发展目标,在2018年前为90%以上家庭宽带用户提供至少100M到户的能力;2020年前在经济发达的城市地区基本具备提供千兆到户能力;2025年全网具备规模提供千兆以上到户的能力。
 
全光网的归宿:全光节点
 
网络节点是组网灵活性的灵魂。而传统静态调度的灵活性不能满足互联网的需要。光层组网灵活性的关键是引入全光节点,电层节点尽管灵活性足够,但是透明性不足,容量扩展性不够。
 
全光节点的内涵在于:光波长通道可望在节点处按流量流向实现无需人工介入的全自动化灵活调度,最终实现无色、无方向、无冲突的三无(CDC)透明光节点。
 
实现全光节点面临的挑战有:组网范围受限于1200公里,中小颗粒调度浪费。
 
全光网络不仅在带宽和容量上尚无竞争者,而且在网络业务性能和可靠性上也具有无可替代的优势,它具有最稳定和最短的延时特性,能提供最可靠的保护手段。我国具有全球最完整的光通信产业链和最大的制造基地,在近几年也跃居为全球最大的光通信市场。在网络强国、网信立国、宽带中国战略和“三网融合”、“新型城镇化”的发展机遇和政策指引下,我国光网络正迎来以实现光网市/省为契机,网络强国为目标的发展新阶段和升级换代的新机遇!
 
光配线架的未来——光纤墙
 

大家可以想象一下,我们的容量每年正以40%的速度增长,城域网增速则达到了60%,光纤需求旺盛。如果我们将光纤织成图中这样的一堵墙,1根光纤8个T的容量,一堵墙将承载难以想象的巨大容量,就没人敢去动了。这意味着大量的光纤资源将沉淀下来。
 
信号调度方法的演进
 
信号调度方法也在不断演进。2012年前,ODF人工调度。特点是灵活,适合多厂家环境,成本低。缺点是耗时长,不适合竞争环境,ODF管理难,出错概率较高,电路和光纤沉淀概率也较高。
 
2012以后,OTN电层调度。优点是调度快,灵活,适合竞争环境。但是需要进行光电转换,成本较高,有电处理瓶颈,交叉容量小。需要多子框,资源利用率低,有波道碎片。
 
2016年后,ROADM光层调度。优点是调度快,适合竞争环境,交叉容量大,无光电转换, 而且成本低。但是传输距离和组网范围受限,有光层冲突,资源利用率低。
 
应用ROADM的八大驱动力
 
1.业务需求:业务颗粒已达100G,光层调度经济;
2.联网需求:从点到点演进为网状,无论灵活调度能力、业务管理能力、可用性、恢复效率,都可以大大得到提高;
3.消除电设备的带宽瓶颈:确保容量的可扩展性;
4.实现网络透明性:与客户层信号格式速率解耦;
5.简化和加快高速电路的指配和业务提供速度:可以快速实现任意波长的灵活、动态上下路;
6.降低建网费用和运维成本:减少了网元数和光/电转换器,简化了网络管理规划和运行。
7.网络恢复代价低,未用容量可作为恢复资源用
8.能耗和占用空间均低50%左右
 
目前,ROADM成为WDM市场的主流,2016年占全球WDM市场的一半。市场目前以CD为主,趋势则是CDC, 其功能更全,更灵活,但结构复杂,成本偏高。特别是目前只有一家能够提供成熟的产品,其他尚在研发阶段。
 
核心部件WSS正开始从固定格栅转向灵活格栅,间隔也开始从100GHz转向50GHz或更窄,9维以下是市场主导,但Twin 1*20维开始规模商用。
 
AT&T是ROADM部署最早的运营商:部署ROADM已超过10年、骨干网ROADM数量超过200台、城域网ROADM数量数千台;
 
Verizon:城域部署1500多台,减少OEO再生数量,使网元减少70%。设备投资少50%,空间/租金减少60%,电费少50%。骨干部署88个ROADM节点。
 

WSS三种技术的比较
 
光网络不仅有带宽
 
光网络不仅在带宽和容量上尚无竞争者,而且在网络业务性能和可靠性上也具有无可替代的优势。1. 光网络具有最稳定和最短的延时特性。很多互联网应用都需要严格的延时,例如大数据Hadoop集群的延时小于5ms,金融证券高频交易、电网保护、自动驾驶要小于1ms。在网络各个层面中光网络的延时最小也最稳定。2.光网络可望提供最可靠的保护手段。光网络层面提供的保护恢复具有可靠性确定性高、恢复效率高、恢复速度快的特点。3.光网络可望为高价值应用提供最理想的支持。
 
下面我就用一张图来讲一下光层恢复的优劣。首先,光层保护恢复的可靠性和确定性高,恢复时间数百毫秒至秒级,最适合有效地对付物理层大故障。第二,光层恢复不仅设备成本较低(端口价格是路由器1/3),而且由于未用端口容量可作为恢复资源用,其网络恢复成本也较低。第三,支持较大的业务带宽捆绑恢复,只需较少的恢复路由和恢复对象,还可能减少恢复时间。但是它也存在两个缺点;第一,不能处理其上层的故障,还需要上层机制。第二,由于高速传输距离的限制,允许的保护路由的长度和通过的节点数受限,通常100Gb/s速率下不超过1200公里,不适合全网实施。
 
迎接光网络发展新阶段
 
中国是全球最大的光网络市场(FTTH用户占50%以上、传输设备40%、光接入设备70%、光纤55%以上、光器件15%),拥有全球最完整的光通信产业链和最大的制造基地。同时,中国拥有与世界水平最接近的技术领域和最有希望实现全面赶超的产业领域。 此外,网络强国、网信立国、宽带中国战略和“三网融合”、“新型城镇化”等国家战略和政策的发展机遇和政策指引。
 
因此,我国光网络正迎来以实现光网市/省为契机,网络强国为目标的发展新阶段和升级换代的新机遇!
 
谢谢!
 
 


  网络电信  Phyllis Xu
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