2019光网络现状及发展趋势

中国电子科技集团公司第34研究所光网络现状及发展趋势2019年7月光网络现状及发展趋势PartⅡPartI提高容量是光网络发展首要任务分组传送技术成为网络建设主流光网络智能化是重要发展方向FTTH建设发展依然强劲传输大容量、业务分组化、体系智能化、接入宽带化流量是光网络的发展之源主导业务：随着信息社会的不断发展，人们对信息服务的需求量与日俱增，近期P2P、网络视频和移动互联网等数据业务的快速增长已经造成了“带宽饥渴”。潜在流量：云计算、三网融合、物联网业务形成潜在的驱动力。流量是光网络的发展之源根据中国电信的预测，在未来5年之内，网络带宽将以每年35%~50%的速度增长，到2019年，干线带宽流量将从2019年的25T增加到80T~125T，其中97%以上为数据带宽。我们知道扩宽马路和增加道路同样重要，因此提高现有和新建光传输线路的容量是今后光网络发展的首要任务。提高容量解决途径提高单通道传输速率：SDH→OTN增加通道数目减少波长间隔10Gbit/s40Gbit/s100Gbit/s提高波长速率100GHz50GHz25GHz提高容量解决途径DWDM波长间隔从100GHz减少至50GHz、25GHz；DWDM波长覆盖范围从C波段扩展到S+C+L波段；DWDM波长数目从32、40个递增到160、256个，最多为1022个（目前商用波长数最多可支持160波）。减少波长间隔、增大波长覆盖范围提高容量解决途径SDH40Gbit/s技术由成熟走向应用，于2009年前后铺开采用技术难点：色度色散补偿、偏振模色散补偿、高光信噪比、调制格式选择、封装技术、交换机和路由器接口技术等。技术措施：DQPSK、DP-QPSK、DRZ、DPSK、ODB调制技术；超级带外FEC编码技术等。单波长SDH承载信号从10G到40G过渡提高容量解决途径IEEE802.3baD20定义了100GbE和40GbE客户接口ITU-TSG15G.709OTU-4定义了112Gbps速率、映射/复用方式OIFSFI-S定义了4-20Lanes宽泛的接口、LDPCFEC算法100G于2019年已开始商用部署，将在5年内成为骨干波分部署的主流技术，400G样机已经在OFC2019上成功发布，融合形态的设备满足运营商对性能、成本、低碳的诉求，POTN/MS-OTN实现了L0&L1&L2的完美融合。OTN100G标准及趋势提高容量解决途径调制技术PDM/DP：偏振复用，降低50%Baud-rate，缺点是偏振导致的BERFluctuation较明显(D)QPSK：正交相位调制，降低50%Baud-rate，非线性效应严重，入纤功率受限OFDM：有效克服CD、PMD影响PM-QPSK被选为最优的100G的商用解决方案接收技术平衡接收：DPSK、DQPSK相干接收：QPSK、QAM、OFDM相干检测+数字信号处理+SD-FEC补偿线性损伤OTN100G关键技术进展链路：2019年最大段落容量达12T，100G需求开始主导，2019年左右进入规模应用。透明化：OTN的引入将极大地改进网络的透明性，有利于统一的端到端OTN物理传送和管理层建立。双平面传输架构：40G/100G将长期共存，建网时应合理选择40G/100G，获取最佳建网性价比。提高容量解决途径OTN100G部署应用模式随着传输技术的不断进展，预计未来10~15年单通道速率将达到Tbit/s量级，干线节点容量将达到Pbit/s量级；烽火2019年8月发布一项研究成果C波段16个波×1.92T/波实现传输总容量为30.7Tbit/s，是当时国内所见报道的最大传输容量，同时也是当时国际C波段Tb/s级波分复用技术最高水平。超高速——Tbit级展望为什么要引入分组传送技术在电信业务IP化趋势推动下，传输网承载业务从以TDM为主向以IP为主转变，面向TDM业务设计的SDH传输网技术已不能很好地支撑数据IP业务的传送需求，主要体现在：基于固定的VC容器作为传送单位，粒度大、种类少，适配分组业务的效率低，难以动态共享；基于电路连接传送业务，配置复杂，实现数据业务所要求的全互联成本昂贵并难以维护；业务种类简单，难以满足新型动态数据业务的要求。光网络呈现分组化趋势：SDH→MSTP→PTN→P-OTN分组传送技术(PTN)特点在以IP为内核、以太网为外部表现形式的业务层和光传输媒质间设置的一个层面，融合现有光传送网和IP/MPLS/Ethernet网络的特点，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，实现对分组化多业务的高效传送。高QOS保障、良好的统计复用能力、全面的OAM管理、端到端的可视化、网络的灵活扩展以及可靠性等优点能让传统的IP业务得到充分的保障，实现运营商对业务的精细化运作，制定有差别的服务。PTN既能为整个电信网络向IP化、宽带化演进提供支持，又可以有效降低全网IP化、宽带化的建设和运维成本。PTN主流技术T-MPLST-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理，并增加了ITU-T传送风格的保护倒换和OAM功能。PBB-TE基于传统以太网技术，在IEEE802.1q、802.1ad、等技术基础上进行扩展，采用传统的以太网封装方式承载上层业务。关闭了MAC地址学习、广播、生成树协议等传统功能，通过网管系统或控制协议进行连接配置和管理，避免了广播流量的泛滥并提高了网络可靠性。PTN技术发展现状OAMG.8113.1在国际标准化中取得重大进展基本完成G.8114向G.8113.1的设备升级运维管理：运维效率与SDH持平业务部署板块化业务割接智能化网络加减点向导化版本升级远程批量化时间同步：光纤不对称补偿，提高工程进度90%以上PTN组网模式PTN与SDH/MSTP混合组网依托原有的SDH网络，从现有业务需求的接入点发起，由SDH和PTN混合组网逐步向着全PTN组网演进的模式。PTN与SDH/MSTP独立组网从接入层到核心层全部采用PTN设备，单独新建分组传送平面，与SDH现网长期共存、单独规划、共同维护的模式。DWDM/OTN与PTN联合组网（P-OTN）核心骨干层由DWDM/OTN组建，汇聚层和接入层节点以双节点带环的方式挂接在上级网络节点上。PTN应用情况2009年分组传输网络将首先在城域网络中得到应用，将分组业务承载逐步从传统的SDH网络中解脱出来。目前，PTN已经在全球规模部署，成为城域网的主流技术，中国在PTN标准、技术和应用方面都成为全球引领，OAM和保护标准化任重道远。LTE和集客专线承载新需求为PTN注入新的生命力，积极推进L3PTN、40GPTN、低成本10G/GEPTN成熟。光网络体系智能化发展趋势传统的光网络的业务配置一般都采用人工的方式进行，不但耗时费力，而且极容易出错。另外，随着数据业务的急剧增长，数据业务对于光网络传送带宽提出了动态分配的要求，以便充分地利用传送带宽。因此，自动交换光网络(ASON)应运而生。ASON的出现改变了光网络带宽资源静态管理局面，提高了网络配置灵活性和资源利用率，使得光网络向智能化动态组网转变。ASON在光传送网络中引入了控制平面的概念，其核心是实现光网络资源的实时、动态按需分配，完成光路径的自动提供和保护恢复。智能控制的引入丰富了光网络内涵传送平面控制平面信令处理资源管理业务发现保护恢复路由控制管理平面智能光网络的两种技术体制基于SDH的ASON技术网络节点设备最大交叉容量可达1.28Tbit/s，典型倒换时间远小于50ms，在我国和国际上也都已经有了许多应用的实例，但是尚缺乏大规模网络的应用经验，特别是各种连接功能的应用缺乏实例。从技术层面上看，可以支持Ethernet、IP、ATM、FR、V.35等各类数据业务，可以认为是ASON与MSTP的完美结合。有些ASON还具有40Gbit/s接口能力，使其传输容量大大提高，可适应网络的长期发展需求。智能光网络的两种技术体制基于OTN的ASON技术结合OTN技术综合SDH以及WDM的优点，可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，实现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护与恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量传送网络；具有智能光网络的优势，即动态分配和灵活控制带宽资源、快速生成业务、根据客户需求提供不同保护与恢复方式、提供网络动态扩容能力、提高网络资源利用率、提供更便捷的网络维护，加强网络安全可靠性和弹性。电层面的交叉主要是ODUk的交叉，交叉能力可能超过2.56Tbit/s。光层面的交叉主要是波长交叉，由于每个波长的容量可以是10Gbit/s和40Gbit/s，所以交叉容量可以高达6.4Tbit/s～12.8Tbit/s。智能光网络的引入措施在现有光传送网的基础上采用重叠网的形式构建ASON光网络，即先在大的节点上引入ASON智能节点设备，在智能光节点之间构成网状网。在长途网中引入ASON时，可以考虑“自下而上”的演进策略，即先在局部网络范围内引入ASON，然后根据技术发展情况将多个局部ASON互联起来，最终实现在整个网络上ASON光网络的部署。在城域范围引入ASON，可以采用“自上而下”的演进策略，即先在城域骨干层引入ASON，然后逐步向汇聚层和接入层延伸，最终在整个城域范围内实现ASON光网络的部署。智能光网络建设有待解决的问题多厂商环境大规模组网时的互联互通难以解决。现阶段运营商引入ASON只能有两种选择：一是继续等待完全标准化；二是现在就建设ASON网络不同区域引入采用路径计算单元的域间互通设备。ASON的安全性问题较为突出。数据业务的信令和路由协议都是基于IP网络的原有协议扩展而来，而且在具体使用时也是采用IP包来传送，这样IP技术潜在的不安全特性对于ASON网络的安全性威胁很大。ASON网络的稳定性也需要时间来考验。实际ASON产品性能与理论宣称上的差异性问题。目前，已部署的某些ASON光网络所启动的“智能”功能往往很少，依然主要依赖人工配置与管理。FTTH发展的新动力各国都把宽带战略作为拉动经济发展的重要措施，经历了2009、2019年的快速发展，全球FTTH的发展依然强劲；我国在3G和“三网融合”的推动下，FTTX发展已经走在世界前列，但普及率仍然很低；FTTH是实现宽带战略的基础，《宽带中国》战略必将促进FTTH的进一步发展。光纤到户(FTTH)网络结构Frame/CellRelayInteractiveVideoInternetLeasedLineTelephoneOLTONTFTTHONTFTTBNTFTTCabxDSLPassiveOpticalSplittersServiceNodeSNI(VB5)ONUTwistedPairOperatingSystemONUFTTCNT光纤接入已大规模推广应用2019年全球FTTX覆盖用户3.6亿，其中中国FTTX增长最快；2019年底，中国FTTH覆盖的家庭数已达到4500万户；宽带普及提速工程2019年的目标是新增FTTH覆盖家庭超过3500万户。其中中国电信新增光纤入户2500万户，总数达5500万户以上；中国联通新增FTTH接入家庭超过1000万户；中国移动新增FTTH覆盖家庭超过180万户。FTTH的技术现状光纤化进一步向用户延伸，表现形式主要有FTTH、FTTN+DSL、FTTB+LAN等EPON/GPON仍然是FTTX的主要技术选择，GPON用于FTTH趋势加快10GPON产业链成熟，各地试点加快，助力带宽升级10GEPON（820.3av）2009.9已发布，互通规范（SIEPON）2019.6发布，未来支持向NGPON2演进，对称/非对称两种模式。三大电信运营商组织多次设备测试，多地开始试点。10GGPON（G.987/