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原文作者：ICT百科

本文介紹速率可調(diào)的光傳輸和彈性光網(wǎng)絡。

當前光纖系統(tǒng)已廣泛應用于從接入到核心骨干網(wǎng)的各個層級。各層級因功能需求差異采用不同技術方案：例如核心網(wǎng)采用基于相干傳輸技術，接入網(wǎng)則使用低成本非相干檢測的無源光網(wǎng)絡（PON）。

盡管技術路線不同，各層級均面臨云服務與海量終端設備帶來的流量激增挑戰(zhàn)。由于光纖可用帶寬有限，提升頻譜效率成為實現(xiàn)高容量的關鍵。然而，更高的數(shù)據(jù)速率會顯著縮短光信號傳輸距離，并需頻繁使用光電（OEO）再生中繼。傳統(tǒng)固定速率光網(wǎng)絡在擴展性和經(jīng)濟性上存在瓶頸，因此具備靈活重構能力的彈性光網(wǎng)絡（EON）成為重要發(fā)展方向。

下圖對比了兩種網(wǎng)絡架構：(a) 50GHz固定間隔的傳統(tǒng)網(wǎng)絡；(b) 支持可變信道間隔與符號速率的彈性網(wǎng)絡。

傳統(tǒng)核心網(wǎng)采用固定頻譜劃分（50/100GHz間隔），調(diào)制格式與符號速率與數(shù)據(jù)速率強綁定（例如100Gb/s傳輸采用PDM-QPSK調(diào)制、28Gbaud符號速率及7%硬判決前向糾錯開銷）。彈性光網(wǎng)絡則能動態(tài)調(diào)整傳輸參數(shù)（調(diào)制格式、符號速率、FEC開銷等），根據(jù)光路距離、傳輸損傷及容量需求優(yōu)化頻譜效率。

彈性特性依賴于軟件定義設備（如數(shù)字信號處理相干應答器），通過本地控制器實現(xiàn)參數(shù)協(xié)調(diào)控制。此類動態(tài)資源管理已廣泛應用于無線網(wǎng)絡，但在光傳輸領域仍屬新興技術。

彈性光網(wǎng)絡的核心優(yōu)勢包括：提升容量、降低成本、降低功耗、增強擴展性。

目前，光網(wǎng)絡面臨四大異構性挑戰(zhàn)：

傳輸距離差異：數(shù)百公里至數(shù)千公里；

基礎設施代際混雜：多代終端/傳輸設備共存（不同速率、光纖類型、放大器技術）；

容量需求差異：0.1Gb/s至數(shù)百Gb/s

連接時長差異：小時級至永久連接；

早期采用混合線路速率網(wǎng)絡（長距離配置低速轉發(fā)器，短距離配置高速轉發(fā)器），但多類型設備導致運維復雜。2008年提出的彈性光網(wǎng)絡采用通用應答器，通過OFDM技術與頻譜切片（SLICE）實現(xiàn)"按需分配"頻譜。2011年引入多流應答器（可切片轉發(fā)器），支持動態(tài)共享帶寬至多目標節(jié)點，顯著提升400G等高帶寬設備利用率（節(jié)約17M成本）。

為了實現(xiàn)彈性光網(wǎng)絡，需硬件、軟件與控制平面協(xié)同演進，如下圖所示：

硬件層包含：

光交叉連接（OXC）：支持靈活信道間隔與頻譜分配；

彈性Transponder：可調(diào)調(diào)制格式、符號速率、FEC開銷；

彈性聚合接口：支持可變比特率的彈性聚合接口。

其中，OTN數(shù)字層通過光通道單元（OPU/ODU/OTU）實現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝與調(diào)度，如下圖所示：

客戶信號（以太網(wǎng)/STM/光纖通道）映射至OPUk

ODUk提供數(shù)字封裝與復用功能

OTUk定義線路速率（2.5/10/40/100Gb/s）

軟件與控制層需開發(fā)損傷感知路由算法，在規(guī)劃階段評估光路損傷以優(yōu)化傳輸參數(shù)。在線控制需支持動態(tài)頻譜碎片整理，就不在本文中闡述。

在硬件控制層中，其中的OXC是基于波長選擇開關（WSS）實現(xiàn)波長與空間域信號交換,信號進行多路復用和解復用。傳統(tǒng)的WSS是基于 50 或 100 GHz 對頻譜進行濾波的開關設備ITUgrid （因此，如果信號大于允許的大小，則會造成損傷），而新的WSS代（已商用）支持動態(tài)帶寬分配。目前已支持6.25GHz粒度頻譜分配，關鍵技術包括硅基液晶（LCoS）。

另外，支持flex-grid 技術（用于標準靈活網(wǎng)格定義）與新的WSSgeneration 允許將 spectrum slots 連接起來，從而創(chuàng)建更大的 spectrum 塊，并且其中沒有過濾。因此，如果通道緊湊封裝，它可以提供良好的頻譜效率。同時，F(xiàn)lex-Grid 配合頻譜碎片功能，可以移動已建立連接的中心頻率來刪除未使用的小頻率塊。這允許生成一個足夠大的 頻譜塊來容納新的需求。

Transponder通過參數(shù)調(diào)整平衡速率與距離：

調(diào)制格式：高階調(diào)制（如16QAM）提升速率但縮短距離。集合分區(qū)四維調(diào)制（SP-QPSK）可復用現(xiàn)有DSP算法，在相同DSP復雜度下實現(xiàn)性能提升。

符號速率：低符號速率抗ASE噪聲更強，高符號速率非線性損傷更小。

FEC開銷：增加糾錯開銷可提升可靠性但降低有效吞吐量。LDPC解碼迭代次數(shù)對傳輸距離的影響如下圖所示。

當我們將IProuter 到WDM設備對接時，由于無法預見的客戶端流量變化（例如，帶寬、新需求）時，傳輸WDM信號在網(wǎng)絡的某些部分可能遠低于其最大容量運行，而在其他部分則容量不足。

IP over WDM（兩層架構）

核心路由器直接與WDM層互連，靈活交換與流量整型功能集中在IP層；

WDM信號以OTUk（k=1/2/3/4）在中間節(jié)點傳輸，需亞波長靈活性的流量由IP層處理

IP over OTN over WDM（三層架構）

引入OTN中間層以減少昂貴路由器端口數(shù)量，減輕IP層負載；

OTN層提供數(shù)字功能（如ODU復用），將低階ODU聚合為高階ODU；

通過通用成幀規(guī)程（GFP）映射至可調(diào)ODUflex容器，但OTU部分仍受限于固定速率（OTUk, k=1-4），導致WDM傳輸比特率缺乏彈性。

兩種架構下，客戶端流量均可通過并行通道傳輸（每通道b Gb/s），總容量達a×b Gb/s。例如標準100GbE信號采用4×25Gb/s通道結構。因此，彈性WDM傳輸技術通過靈活調(diào)整數(shù)據(jù)速率，使傳輸端能夠動態(tài)響應客戶端需求，顯著提升資源適配能力。