100G系统中的关键技术论文正文

目录第一章绪论..............................................................................................................................................11.1100G系统简介..............................................................................................................................11.2100G系统的营运发展..................................................................................................................2第二章40G系统与100G系统..................................................................................................................42.140G系统中的关键技术................................................................................................................42.2100G系统中的关键技术..............................................................................................................5第三章100G光传网系统设计.............................................................................................................103.1传送网承载以太网帧....................................................................................................................103.1.1业务层..................................................................................................................................103.1.2网络层..................................................................................................................................103.1.3物理层..................................................................................................................................103.2采用运营商级以太网标准支持OTN...........................................................................................113.3采用40G/100G以太网体系结构来支持OTN.............................................................................113.4StratixIVFPGA为100GbEOTN设计铺平了道路......................................................................123.5OTN以及对通用客户端口的需求...............................................................................................133.6相对于固定标准产品解决方案，灵活的ArriaIIGXFPGA具有以下优点：............................143.7采用StratixIVGTFPGA进行100GOTN设计...........................................................................15第四章总结与展望....................................................................................................................................17致谢..........................................................................................................................................................18参考文献......................................................................................................................................................191第一章绪论1.1100G系统简介根据定义，由光传送设备承载的100G传送数据包能够迅速完成任何类型100G数据的传输，其封装格式是OTN或者以太网。总流量分布在城域、局域以及长途密集波分复用(DWDM)网络上。目前ITU组织研究的重点是利用现有100G以太网规范，IEEE802.3ba，在现有40G和10G基础设备上实现100GOTN。这能够满足越来越高的带宽需求，降低系统复杂度，减少了用于管理的波长，提高了频谱总效率，最终降低了成本。根据定义，目前实现的100G以太网覆盖距离比100G传送网要短一些，一般为40km。100G以太网和100G传送网有相似的目标，即，寻找以低成本实现高性能快速链接的方法。OTN含有的网络功能和协议要求能够满足这些需求，以系统方式在光介质上传输信息。本文重点介绍通过光纤承载传送网和以太网载荷。建立同步数字体系(SDH)等OTN机制也在这一定义范围之内，但是我们主要关注LAN到WAN的应用，特别是40GbE和100GbE应用(802.3ba)。出于这一标准化以及工作规划的目的，所有OTN新功能以及相关技术都被认为是电信标准局(ITU-T标准)的工作范畴。根据G.872建议要求，OTN包括由光纤链路连接的光网络单元(图1.1所示)，能够提供光通道承载客户信号的传送、复用、路由、管理、控制和生存等功能。图1.1OTN层和网络组成OTN一个独特的特性是它支持任何数字信号的传输，与具体客户业务无关(即，客户业务无关性)。根据G.805建议对通用功能模型的描述，OTN边界位于光通道/客户侧适配层之间，包括具体服务处理，不包括具体客户处理，如图1.2所示。2图1.2客户侧汇集的各种协议使得OTN成为高性价比通用基本结构在光通道上实现这一灵活的客户应用系统时，FPGA扮演了重要角色。从OTN实施的角度看，它汇集各种独立端口的数据，提供所需要的带宽。表1所示为当前OTN标准所支持的数据速率。OTU4将增加100G的线路速率。表1OTN数据速率1.2100G系统的营运发展随着“宽带中国·光网城市”计划的实施，在移动互联网、物联网和云计算等新型带宽应用的强力驱动下，传送网络迫切需要具备更高的容量。目前骨干网已经规模部署了40GWDM传输系统，但要建设超高速网络，100GWDM的规模部署势在必行。而作为宽带中国战略的最有力倡导者，中国电信率先进行100G波分系统大规模技术测试也在情理之中。相对于40Gb/s从提出到商用经历近10年发展过程而言，100Gb/s技术从提出到接近设备成熟可谓异常迅速。目前100Gb/s技术在全球的发展状况，可以概括为“四化”。一是标准逐步成熟化。100Gb/s标准化范围主要涉及客户接口、线路接口以及线路传输等方面。目前IEEE802.3ba已规范了标准的100GE客户接口，IEEE802.3bj正在规范100GE的背板及铜缆传输规范，而成本更低廉的下一代100GE客户接口也在讨论当中。线路接口和线路传输参数目前主要由OIF和ITU-T进行规范，OIF已发布100G光模块、FEC等协议文件，而ITU-T的Q11主要规范了OTU4等100G逻辑信号结构，ITU-T的Q6则侧重于100G物理层的规范研究。二是设备支持全面化。目前主流的路由器厂商和传输厂商一般均可提供100GE路由器和100Gb/sWDM/OTN(光传送网)设备，国内典型的华为、中兴、烽火均宣称目前可提供3商用基于DP-QPSK相干接收实时处理的100Gb/s传输设备，具体支持能力有待国内外研究机构和运营商多方测试验证。三是测试仪表多样化。作为100Gb/s技术实现程度的评估工具，JDSU、ANRITSU、EXFO、Spirent、IXIA等厂家均可提供100GE分析仪，同时部分传输仪表商还支持基于OTU4的OTN协议分析，包括开销验证、告警分析、性能统计等功能。在物理层信号质量分析上，Agilent、EXFO、TEK等还可选择提供光调制分析仪、光示波器等100Gb/s分析仪表。四是现网应用趋势化。随着高带宽新型业务的持续发展驱动，基于100Gb/s高速传输的应用需求日趋明显。目前在世界其他地区已得到一定程度的商用或试用，如华为在KPN的100Gb/s部署、阿朗在法国Completel的100Gb/s升级、香港新世界电信的100G部署等。从100Gb/s技术应用前景来看，长距离传输是100Gb/s技术应用的重点，考虑到其技术实现的复杂性、传输链路的物理限制和组网等因素，100Gb/s长距传输的应用主要涉及到应用场景、组网功能支持、线路传输限制解决、系统余量考虑以及现网升级兼容性等多个方面。从应用场景来看，干线网络层面将是100Gb/s长距传输的首选场景。针对现网10Gb/s和40Gb/s系统的实际部署，在现有10Gb/sWDM系统中直接升级100Gb/s速率的可能性不大，而在40Gb/sWDM系统中升级支持100Gb/s速率有一定可能。因此，在100Gb/s系统应用时，还需要考虑40Gb/s速率和100Gb/s速率在现有40Gb/s系统上混传应用所涉及的一些关键因素。因此在商用部署上，国内电信运营商的态度将是慎重的，但100Gb/s技术的关键特征决定了其将是未来几年高速传输带宽的主流提供技术。据专家预测，2012年将是100Gb/s长距传输的测试验证年，2013年将是100Gb/s技术现网试验年，2014年将逐步推动规模商用，而更高速率的400Gb/s或1Tb/s将重新成为高速传输应用技术新的研究热点。4第二章40G系统与100G系统2.140G系统中的关键技术40Gbit/s系统的实现要广泛应用电子学和光学领域的技术。首先，需要将网络业务低速颗粒复用为40Gbit/s信号，将其成帧；其次，选择适合传输的格式进行编码，然后进行驱动和调制；最后，将其发送到光纤上传输到最近的光放大站点。完成这些工作需要解决许多关键技术问题，主