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光通信发展的几个热点问题

光通信发展的几个热点问题. 张成良 中国电信集团北京研究院 2009 年 10 月. 光通信的发展趋势. IP 流量迅猛增长 - 高速化 全业务经营与统一承载 – 多业务接入，传输与数据技术的融合 光接入发展和业务宽带化. 目录. 1 、 40 G WDM 及超高速传输 2 、 EPON 的发展与应用 3 、 分组传送网发展. 40Gb/s 系统的业务驱动. 目前路由器 40Gbs 端口互联是 40Gs 传输需求 业务驱动： P2P 、 web video 接入速率 业务容量增长：摩尔定律

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光通信发展的几个热点问题

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  1. 光通信发展的几个热点问题 张成良 中国电信集团北京研究院 2009年10月

  2. 光通信的发展趋势 • IP 流量迅猛增长-高速化 • 全业务经营与统一承载 –多业务接入，传输与数据技术的融合 • 光接入发展和业务宽带化

  3. 目录 1 、40 G WDM 及超高速传输 2、 EPON 的发展与应用 3、 分组传送网发展

  4. 40Gb/s 系统的业务驱动 • 目前路由器40Gbs端口互联是40Gs传输需求 • 业务驱动：P2P、web video 接入速率 • 业务容量增长：摩尔定律 • 到2012年全球的IP流量将保持2年翻一番的速度增长，年复合增长率46% • 据Cisco公司统计，互联网业务流量前三项之和达到90% • Web、Email等数据业务流量占20.74% • P2P业务流量占51.02% • PC访问的Video流量占比18.9% • 未来5年，全球移动流量增长率约为25%，驱动:CDMA EV-DO、HSPA及LTE；全球每年新增基站约1000万个。 • 40G 路由器在2006年就已经出现，传输落后于数据发展

  5. 五年后网络容量有多大 • 宽带接入用户增长（包括全球眼类似的专用终端）： 20-30%/年， 平均流量增长： 20-30%/用户/年 并发用户数增长：5-10%/年 • 经验是：业务量流量的增长速度是 10倍/5年 • 大胆预测 2014年 平均宽带接入带宽将从目前的2M 增长到 20M 以上 • 2014年各省出口总带宽是2008年的：10-18倍！

  6. 100G WDM传输关键技术 40G WDM 系统已经规模使用，2010年会成为主流 调制技术 PDM/DP：偏振复用，降低50% Baud-rate，缺点是偏振导致的BER Fluctuation较明显 (D)QPSK：正交相位调制，降低50% Baud-rate，非线性效应严重 QAM：进一步降低Baud-rate，非线性效应严重，研究阶段 OFDM：有效克服CD、PMD影响，2005/06开始研究 接收技术 平衡接收：DPSK、DQPSK 相干接收：QPSK、QAM、OFDM 高速电信号处理芯片 几乎所有芯片都没有商用解决方案，现有论文和演示基于离线处理 100G WDM系统走向商用的最大技术瓶颈

  7. 100G WDM 总结 PM-QPSK 是目前最主流调制技术 在OSNR上要实现100G WDM系统 1000公里以上的传输，还需要在FEC 方案、相干接收、软判决等方面有更多的增益，才能满足OSNR的要求。 相干接收需要很强电处理能力，DSP处理能力是相干接收、超强FEC、高速光接收重要支撑，必须取得突破。 100G WDM系统的大规模需求应该在2012年以后，最可能的地区在北美市场。 主流的PM-DQPSK 从40G WDM测试看，受非线性影响很大，无法实现长跨距传输

  8. 中国电信固定宽带用户数超过5000万，保持持续快速增长中国电信固定宽带用户数超过5000万，保持持续快速增长 • 截止09年3月底，中国电信固定宽带用户数为5303万，占57%市场份额 • DSL用户4526万，约占85％ • FTTB+LAN用户767万，约占15％ • 年增长均在800万以上，08年净增900万 中国电信宽带用户发展情况 （万户） （数据来源：中国电信统计月报）

  9. 光纤＋PON为主 建设模式 • 07年底中国电信明确了接入网转型及光进铜退的总体思路，提出了向光纤＋PON为主的建设模式 1、城市新建区域，主要采用基于PON的FTTB和FTTH建设模式 2、 改造区域采用了 FTTN + 内置DSLAM 功能或者AG • 2009年3月底，其中PON端口超过 1000万线 • 铜缆投资大幅度下降 铜缆投资在整个线缆投资的占比由以前的50%以上下降到30%以下 • 2010年 某些省份新建 PON端口建设容量将超过DSL

  10. 几个应用特点 • (1) 新建以 FTTB +内置LAN功能MDU 为主 • (2) 改造场景多选择，FTTN +内置DSLAM、 FTTN+AG 综合接入设备等方式 • （3）面向家庭客户为主 • （4）基本以同厂商组网为主 • （5）FTTH 目前尚少 • （6）多场景的系列化ONU设备

  11. 与EPON建设的问题-语音承载 2、近期语音接入以综合AG和ONU内置IAD两种方式为主 3、随着家庭网关和FTTH终端的发展成熟和成本的下降，语音接入将过渡到以家庭网关为主 4、语音IP化并逐步向终端延伸是趋势，原来越接近于家庭， 1、语音接入综合AG、内置IAD ONU、IAD、 家庭网关及SIP终端等方式.

  12. 10G EPON技术和标准情况 • 10G EPON标准IEEE 802.3av于06年9月开始，09年1月发布draft3.0 • 目前标准主要内容已经确定，将于09年9月发布正式标准 • IEEE802.3av 10G EPON标准的主要特点 • 提供点到多点的光纤接入技术 • 物理层误码率不大于 10-12 • 支持下行10Gbps、上行1Gbps非对称和下行10Gbps、上行10Gbps对称两种传输速率，并能兼容现有的1G EPON技术 • 光功率预算至少支持1:16和1:32 分支比，传输距离最小为10公里 和 20公里 • 尽可能沿用1G EPON的MAC、MPCP等协议，只改动PHY层

  13. 10G EPON技术的关键点 • 光模块 • 1G EPON光模块采用FP/PIN 激光器，10G EPON需要DFB/APD 激光器/接收器 • 10G光模块结构复杂、成本高。由于考虑到对1G EPON兼容问题，10G EPON光模块需同时支持1G下行、10G下行和1G/10G上行三个光通道 • 对称模式10G EPON难度大，如10G突发发送，10G突发接收。目前业界正突破10G上行突发技术 • 电芯片 • 目前10G电芯片成本高，如SERDES、Switch等 • PON MAC芯片与应用规模有关，规模应用后与1G差不多 • 目前非对称10G EPON已无核心技术难点，但部分关键器件成本很高 • 成本（特别是光模块）将成为制约10G EPON（非对称模式）规模商用的最重要的因素

  14. FTTH场景下用户数和带宽能力分析 1:N 10Gb/s • 设N为支持的分光比，所需带宽为： • 直播业务：200×8 • 点播业务: N×8M×60% • 上 网：N×90%×6M • 话 音：N×200k • FTTH网络环境下，最大可提供的分光比为：200×8+N×8M×60%+N×90%×6M+N×200k≦10000M×85% N≦663 取N=512 链路资源85%占有率 1）全部支持高清视频、6M高速上网的情况下，10G EPON支持512分光 时其带宽能力可满足各类业务的发展需求 2）从业务带宽能力角度，可考虑提升光模块性能、支持更大分光比，以 降低FTTH网络部署成本

  15. 10G EPON应用场景 • （1）FTTH 应用场景，密集住宅下高带宽要求， 需要更大的分光比 • （2）现有建设EPON系统的容量升级 目前建设的是1个EPON系统带512个端口 ，支持一路标清+2M上网业务 可以提高单个 MDU 的接入能力 • （3）是否存在其他分光比低 大带宽的需求场景

  16. 10G EPON的发展前景 • 10GE PON 技术上已经没有根本性的难题 • 终端与OLT的IOT测试还需要时间 • 对于解决大容量接入是一个重要的突破，促进了EPON的发展，增大了竞争优势 • 产业链还需要增加更多参与者，ASIC制造商、光模块制造商

  17. GPON 试点与发展 GPON技术和设备还处于不断发展完善中，成熟性上落后于EPON 1~2年 EPON技术的实施已经解决料PON应用共同面临的问题 目前选择GPON制造商有所减少，但其产业链规模仍较大，许多主流设备商和运营商仍在支持GPON技术 近两年来单地区单厂商GPON设备在国外开始商用 GPON试点是一项重要发展，但结果还需要观察 17

  18. CDMA RAN承载的要求 18 BTS BTS BTS BTS 2014/10/1 BSC STM-1/N*E1 MSTP 汇聚层 MSTP 接入层 • 大量E1支持能力：当前CDMA网络Abis接口大量采用E1端口 • 低时延、低抖动：当前C网重点为语音业务 • 高可靠性和保护倒换时间，可用性99.999%，保护倒换时间<50ms MSTP STM-1 N * E1 MSTP N * E1 E1 N*E1 DOA阶段，带宽需求不会对现有MSTP承载方式产生很大冲击；LTE阶段，带基站带宽50～100M，带宽成为限制因素。

  19. LTE/SAE与3G系统比较 • No RNC/BSC node equivalent • New inter-NodeB connection, X2 • X2 traffic < 2% of S1 traffic • Pooled CN nodes eNB connected to each node in pool Simplified architecture, Fewer Delay Demands

  20. IP RAN可选承载方案一、二 方案一 CE SR N x E1 STM1/N x E1 传统BSC 采用基站路由器，3层到边缘 城域骨干网 FE IP BSC/AN GE FE 方案二 STM1/N x E1 传统BSC N x E1 端到端PTN方案 汇聚 骨干 接入 IP BSC/AN FE GE PTN 信道化STM-1 N x E1 电路仿真 EoMPLS FE GE

  21. IP RAN可选承载方案三、四 E1 方案三 CR SR BSC SR FE 10GE GE GE STM-1 PTN+路由器 GE GE E1 GE BSC STM-1 FE 接入GE环 三种方案各有优缺点， 其中PTN 端到端方案多被移动运营商使用 PTN+路由器 是两个技术流派的一种妥协，最大的问题是无法实现LSP 的端到端，需要进行重新解读

  22. PTN:分组技术和SDH技术的融合 MPLS Ethernet QoS管理 多播 伪线 ACL PTN 分组交换 时钟 网络管理 保护倒换 SDH 层网络架构 OAM PTN是一种以分组作为传送单位，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM和ATM等业务的综合传送技术。

  23. IP RAN 的可行性 • 目前(1X/DOA)关注成熟性和对E1的支持，MSTP方案依旧可行，容量配置应有一定前瞻性； • 未来(LTE) 实现移动宽带，数据业务占主导，统计复用能力很重要，必须考虑新的承载技术 • 无论采用何种承载技术，RAN的需求不变： • 电信级的OAM&P； • BTS到BSC电路的统一调度管理； • 全网的时钟和时间同步； • IP RAN 的需求 十分重要，是否取全集涉及到 技术的选择 • PTN 是重要的选择之一（已经试点），关键是必须成为统一的接入平台

  24. PTN 与路由器的比较 • 三层功能对于多业务的接入是比较有利的，可以实现多业务 多方向的接入和处理 • 随着基站数量的增加，很难想象所有的基站都采用路由器并且 启动三层路由 • 可能的情形是： 即使基站 放置的PTN 多业务接入设备具有路由功能，更多的完成的是静态的连接 • 目前 PTN 是采用MPLS 来实现以太网有QOS 传输 • 问题是 多大程度地借鉴 路由器技术 • 传输与IP 技术的融合是必然趋势，两者应该互相借鉴， PTN 是一个很好尝试

  25. 可能的网络结构 • 核心层依然采用 IP/MPLS 技术 • 在接入层考虑到业务多样性，很难采用一种技术来收集所有的业务，既有高质量的基站信号，也有QOS 较低的上网业务 • 考虑到路由域的大小，可能的网络结构是一个IP核心网+ 几种不同的接入技术 • 在组网方面，考虑到多业务承载，在接入层的融合的同时，可能也存在接入技术的多样性 • PTN、二层以太网技术都是可能的接入技术 • 关键点是到底网络的哪一个位置 起三层路由

  26. 总结 • IP 与光传输关系越来越紧密，开始在接入层面出现融合，R入PTN 设备 • 未来在核心层面也需要融合，主要在控制层面 例如GMPLS • 大容量 OTN 交叉设备的引入必要性增大，但需要协同工作 • 100G WDM 系统引入是必然的，考虑到技术的复杂性，40G WDM 系统仍有一定的生存窗口 • EPON技术成熟；GPON尚处于完善中，成熟性落后EPON 1-2年 • 光纤化接入带来改变的不仅是接入速率，而是话音提供方式、颠覆了百年来电话的提供方式，从来带来城域网络等各方面巨大改变

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