近年來，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)應(yīng)用方興未艾，對底層的傳送網(wǎng)提出了很高的帶寬和承載需求，今年以來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新的理念和應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、業(yè)務(wù)快速提供、網(wǎng)絡(luò)靈活性等方面都提出了更高的需求。從CNNIC的資料顯示，我國的國際出口帶寬截止2014年12月已經(jīng)達到4.118Tbit/s，年均的復合增長率為20.9%，這樣的增長趨勢是非常可觀的。傳送網(wǎng)在過去的十余年中在容量增長方面已經(jīng)取得非常大的進步，從單通路10Gbit/s到40Gbit/s到現(xiàn)在的100Gbit/s，通路數(shù)也從8路，16路，32路增加到目前現(xiàn)網(wǎng)使用的80路，同時具有160路的能力，持續(xù)強勁的業(yè)務(wù)需求將進一步推動和促進光通信的方面，為了滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的大帶寬需求，光通信在高速和全光靈活演進方面近年也都取得了較大進展，我們將從100G和超100G發(fā)展，ROADM應(yīng)用等方面進行探討。
干線100G技術(shù)和設(shè)備成熟，城域100G前景可期
基于100G的WDM和OTN技術(shù)在過去幾年中已經(jīng)逐步走向成熟，從應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，從2010年左右開始各運營商都非常重視100G技術(shù)的發(fā)展，在2012年三大運營商均開展了100G技術(shù)的實驗室測試和評估，大大地促進了100G技術(shù)的發(fā)展，同年，中國教育和科研網(wǎng)在干線上率先采用了100G設(shè)備。經(jīng)過多年努力，2013年成為100G技術(shù)在運營商市場上的商用元年，中國電信采購了約2500個OTU，中國移動采購了約2000個OTU，中國聯(lián)通也在兩條線路上開展了時延，隨著100G技術(shù)的應(yīng)用和在現(xiàn)網(wǎng)中表現(xiàn)良好，2014年運營商加大了在100G領(lǐng)域的投入，特別是中國移動采購的OTU已經(jīng)接近10000個，2015年各家運營商都普遍開展相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)，經(jīng)過這幾年的系統(tǒng)建設(shè)，中國市場已經(jīng)成為全球100G WDM/OTN的最大的市場，但是在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈頂端的高速器件和芯片仍受制于人，隨著多次招標的開展，也看出存在同質(zhì)化競爭加劇的問題，惡性價格戰(zhàn)也將損害產(chǎn)業(yè)鏈整體利益
從技術(shù)角度來看，通過多輪的測試完善和實際現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的考驗，100G設(shè)備在業(yè)務(wù)、組網(wǎng)、時鐘、網(wǎng)管、保護、性能指標等方面表現(xiàn)穩(wěn)定，實驗室測試模型傳輸距離超3000km。集成度也不斷提高，隨著光器件和模塊技術(shù)的成熟，以及設(shè)備交叉容量的增長，100G設(shè)備客戶側(cè)和線路側(cè)端口集成度提升明顯，單槽位400G集成度逐步成為主流。在100G的相干CFP方面進一步提升集成度和功耗性能，線路側(cè)相干CFP實驗室測試傳輸距離超1000km，功耗降低30%，光模塊集成度提升明顯。但是，在實際工程部署中面臨功耗散熱等問題，目前80波滿配系統(tǒng)功耗超20000W，在實際應(yīng)用中對機房供電、散熱和運維等帶來諸多問題，亟待改進；而干線應(yīng)用中也面臨著OTN電交叉容量進一步提升的需求，受到槽位數(shù)、背板容量、散熱等技術(shù)瓶頸的限制，30T以上交叉容量有可能采用類似集群路由器的實現(xiàn)方案，但是同樣也面臨著散熱等各方面的問題，為此，不同的設(shè)備制造商也針對此提出不同的解決方案。
100G技術(shù)已經(jīng)在干線網(wǎng)規(guī)模商用了，在城域范圍內(nèi)，LTE回傳和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等業(yè)務(wù)逐步加大了帶寬方面的需求，預計城域核心層在未來2~3年將逐步引入100G技術(shù)，目前規(guī)模商用存在的主要障礙仍是價格、集成度和功耗。長期而言相干100G是主流方案，不排除短期成本優(yōu)勢使得直接檢測100G技術(shù)獲得一定商用部署。在業(yè)務(wù)熱點地區(qū)甚至可能率先引入200G/400G技術(shù)。100G進城為新一代F-CDC-ROADM打開市場，2015年3月，Verizon宣布采用Ciena(6500)和Cisco (NCS4000)分組光學平臺進行城域100G部署，F(xiàn)-CDC-ROADM技術(shù)首次規(guī)模商用，同月，阿爾卡特朗訊公開宣布Verizon將采用其最新的F-CDC-ROADM技術(shù)來升級其超長距光傳送網(wǎng)。
超100G標準穩(wěn)步推進，測試評估逐步展開
超100G的技術(shù)標準在IEEE、ITU-T和OIF都在進行，IEEE主要開展客戶側(cè)接口400GE的標準化工作，根據(jù)2014年5月中間會議的結(jié)論，計劃標準草案D1.0在2015年1、2月份推出，根據(jù)今年的實際標準起草進度來看，D1.0沒有按期推出，標準制定的實際進展比計劃推遲，具體推遲的時間段目前尚無明確結(jié)論。在草案中關(guān)于SMF的具體光接口技術(shù)方案目前爭議較大，同時影響其他參數(shù)選擇，存在NRZ、PAM4、DMT（僅限定在10km）等多種制式。
ITU-T主要制定超100G OTN有關(guān)的標準，其中OTUCn結(jié)構(gòu)特性和使用方法初步確定，OTUCn采用類似SDH的復用結(jié)構(gòu)：OTUCn（RS段層）、ODUCn（MS段層）、ODUk（LO/HO ODU），其中OTUCn和ODUCn僅點到點連接，不支持基于ODUCn的交叉。同時OTUCn速率/開銷/映射復用進一步明確，主要體現(xiàn)在ODUCn增5G時隙；低于5G信號直接映射到5G時隙，不經(jīng)過低階ODUk復用；超100G CBR信號（如400GE）通過BMP映射到ODUflex；在OTN的IaDI和IrDI之間傳輸。OIF（光互聯(lián)論壇）的物理和鏈路層工作組負責高速物理接口協(xié)議研究和制定工作，OIF PLL工作組在完成第1代DWDM長距離傳輸?shù)陌l(fā)送模塊和相干接收機規(guī)范后，對于100G光模塊應(yīng)用起到非常重要的推動作用。
目前OIF正在開展第2代DWDM長距離傳輸?shù)南喔山邮諜C規(guī)范(oif2013.054.01)、CFP2 ACO相干接收光模塊規(guī)范（oif2014.006.10，straw ballot)以及相關(guān)的ICR（oif2014.186.07,straw ballot）、城域100G發(fā)射機（oif2014.100.05，擬straw ballot ）400G白皮書（ oif2015.100.00 ）等項目。同時它會繼續(xù)開展超短距、短距應(yīng)用的56G高速電接口標準制定（傳輸距離從幾cm到1m）。
國內(nèi)三大運營商也非常關(guān)注超100G技術(shù)的發(fā)展和測試評估，目前相關(guān)的測試評估工作主要集中在400G速率。中國移動在2014年率先啟動400G多設(shè)備廠家和多光纖類型實驗室測試，驗證了4x100G-QPSK (@125/150GHz)和2x200G-16QAM (@75/100GHz)兩種技術(shù)方案，在現(xiàn)網(wǎng)完成了西安-鄭州-信陽兩種光纖的現(xiàn)網(wǎng)測試，結(jié)果表明目前16QAM技術(shù)難以滿足省際干線傳輸需要。中國電信2014年下半年完成400G技術(shù)實驗室測試，對傳輸能力、系統(tǒng)余量、傳輸代價等指標進行驗證。中國聯(lián)通對400G技術(shù)仍處于跟蹤調(diào)研階段，2015年有望開展400G測試，直接在現(xiàn)網(wǎng)驗證實際傳輸能力。從目前的技術(shù)與發(fā)展和商用產(chǎn)品驗證來看，400G將成為高速傳輸領(lǐng)域新熱點，原型設(shè)備形式多樣，測試和試點應(yīng)用廣泛開展，標準化工作穩(wěn)步推進。對于400G的調(diào)制格式，從技術(shù)的演進和網(wǎng)絡(luò)的需求來看，今后應(yīng)重點關(guān)注16QAM和8QAM，可以在線路容量和傳輸距離之間取得均衡。
400Gb/s技術(shù)的商用化前景受帶寬需求、100G部署及技術(shù)標準等多種因素影響，2016年市場定位將趨于清晰。而比400G速率更高的1Tb/s技術(shù)在波特率、子載波數(shù)、調(diào)制格式、FEC算法等方面選擇與折中復雜，仍處研究階段，技術(shù)路線選擇尚不明朗。
ROADM技術(shù)逐步發(fā)展成熟，未來應(yīng)用可期
ROADM技術(shù)出現(xiàn)已經(jīng)多年，在十余年前已經(jīng)有相關(guān)的產(chǎn)品面世，業(yè)界對于波長阻斷 (WB) 型、平面波導（PLC）型波長選擇開關(guān)（WSS）型等不同的ROADM技術(shù)做了比較和選擇，目前認為WSS型的ROADM是主流選擇，經(jīng)過多年的發(fā)展完善，ROADM技術(shù)可支持多種按需靈活配置新型功能，模塊維度最高已達20，40維的模塊也已經(jīng)開始預研，同時在無色、無方向、無沖突、靈活柵格等功能特性方面的支持程度越來越好，為了保證全光系統(tǒng)的可控可管性，主流模塊廠家逐漸推出了性能監(jiān)控模塊，隨著100G等新型調(diào)制碼型和FEC等技術(shù)的出現(xiàn)，基于相干的100G和高增益FEC等顯著延伸了ROADM光層組網(wǎng)距離，為了實現(xiàn)大容量傳輸，傳輸帶寬持續(xù)增長也使得ROADM基于光層穿通的中繼成本優(yōu)勢更加凸顯。
ROADM技術(shù)在國外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在北美、歐洲的干線網(wǎng)和城域網(wǎng)中都有非常多的應(yīng)用場景，但是ROADM技術(shù)本身在我國的應(yīng)用部署還是比較緩慢，三大運營商除在干線局部節(jié)點采用ROADM上下波長外，公開報道采用ROADM組網(wǎng)的案例很少，典型如幾年前陜西移動的ROADM省干組網(wǎng)。最近也有專家提到在上海電信和江蘇電信也建設(shè)了類似的網(wǎng)絡(luò)，但總體來說占比較小，從集團層面來看運營商目前尚未就ROADM技術(shù)引入和規(guī)模建設(shè)公開做出規(guī)劃部署。但從ROADM多年來在技術(shù)、功能和性能方面的逐步改進，為ROADM技術(shù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的實際需求，預計2-3年內(nèi)省際干線傳送網(wǎng)主要以部分穿通節(jié)點上下路波道為主，延續(xù)現(xiàn)有的應(yīng)用格局。省內(nèi)干線除了跟省際干線類似的組網(wǎng)方式之外，也將采用ROADM和電交叉結(jié)合的多樣化的節(jié)點方式。隨著業(yè)務(wù)需求的逐步加大，城域100G的應(yīng)用也會逐步增多，ROADM在城域傳送網(wǎng)核心層的應(yīng)用競爭力將逐漸凸顯。ROADM逐漸引入需要一個過程，ROADM在網(wǎng)絡(luò)中可采取逐步引入的策略，2-3年以后有望大規(guī)模部署，頻率利用方面預計50GHz間隔或靈活柵格將占據(jù)主導。同時，SDN技術(shù)的持續(xù)發(fā)展也將從應(yīng)用角度推動ROADM部署。
綜上，從高速傳送網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，100G技術(shù)已經(jīng)在干線規(guī)模應(yīng)用，城域應(yīng)用前景可期，還需在低成本、靈活性方面進一步加強；超100G標準處于穩(wěn)步推進的過程中，400G測試評估已經(jīng)展開；ROADM技術(shù)和應(yīng)用進一步發(fā)展，在低功耗、成本和靈活性方面有優(yōu)勢，國內(nèi)的應(yīng)用需進一步推動。
作者簡介：
張海懿，現(xiàn)任中國信息通信研究院（原工業(yè)和信息化部電信研究院）通信標準研究所傳送與接入研究部主任。1996年畢業(yè)于北京郵電大學，獲碩士學位。長期從事光傳輸系統(tǒng)以及電信傳送網(wǎng)絡(luò)體制標準、運營商的技術(shù)咨詢等研究工作，具有豐富的主持大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)評估和現(xiàn)網(wǎng)驗收經(jīng)驗。已發(fā)表技術(shù)文章數(shù)十篇，曾獲國家科技進步二等獎三次，中國通信標準化協(xié)會科學技術(shù)一等獎兩次。目前主要從事高速光通信、OTN和PTN等光傳送網(wǎng)技術(shù)和標準研究。
趙文玉，現(xiàn)在中國信息通信研究院（原工業(yè)和信息化部電信研究院）通信標準研究所傳送與接入研究部工作，高工，主要從事40G/100G WDM、OTN等高速光傳送網(wǎng)技術(shù)研究、標準制定以及系統(tǒng)測試評估等工作。
賴俊森，現(xiàn)在中國信息通信研究院（原工業(yè)和信息化部電信研究院）通信標準研究所傳送與接入研究部工作，工程師，主要從事40G/100G WDM、OTN等高速光傳送網(wǎng)技術(shù)研究、標準制定以及系統(tǒng)測試評估等工作。 
