只有高效能网络才能给力“宽带中国、光网城市”
2011-03-10
今年中国电信提出了“宽带中国、光网城市”宏伟计划，高效能网络的架构，并在通用接入、应用使能、网络演进和运营转型四个方面，系统地加以规划和实施。
通用接入的目的，是要以各种行之有效和灵活的方式，让每家每户和每个使用者享用几十兆甚至几百兆的接入带宽，需要结合无线接入的灵活性和光纤接入的高带宽。
没有哪一种传输媒介比光纤更能提供超高速带宽，所以光进铜退成为部署通用接入的首选。xPON技术无源的特点，可以帮助运营商在实施光进铜退的过程中，逐步抬高业务汇聚点OLT的位置，减少业务汇聚点的数量，从而大量节约原来有源设备的功耗和占地面积。而要真正实现这一点，我们还必须进一步地提高PON的接入速率（从1G到10G）、最大跨度（从目前的20公里到50公里甚至更远）、光纤分配网络的分配比（从目前的1：64/1：128到1：516甚至更高）、系统总容量（结合使用WDM）以及OLT的处理能力（具备T比特的交换和汇聚能力）。
随着光纤接入网络的大量铺设，网络监控、故障发现和定位就凸现其重要性，做得好可以大大地降低网络的运营成本。光域时域反射技术(OTDR)是监控点到点光纤运营情况和故障定位的有效手段，但用于xPON的点到多点情形就很难监控和确定分光器之后的光纤的故障和故障点位置。因此有必要对传统的OTDR作改进，让ONU能主动地反射带有光纤分支特征的光信号，既可确定分支光纤的故障，又能区分光纤故障和ONU终端关机。这些领先的技术和平台能力都在我们的方案中得到了率先实施。
光纤可以到家，但难以像空气一样充满整个空间。而今天无线天线和基站受空间和供电的限制，无法像ONU那样高密度地部署；不同制式和不同版本的无线技术不但妨碍了用户的通用接入，也不必要地占用了很大的空间、消耗了更多能源。阿尔卡特朗讯在今年2月巴塞罗那国际无线电展上发布了划时代的LightRadio技术，利用贝尔实验室的研究成果，将无线发射的天线和相应的数据处理电路集成在一个小到5厘米见方类似魔方的立方体里，并且可以利用软件无线电技术收发任意制式和版本的无线信号，只要能供电、有有线的宽带接入，这个立方体就能像今天庞大的基站一样工作。
应用使能：让宽带改善用户体验
宽带只是手段，宽带中国的真正目的是要改善用户的体验。例如，商业用户可以确信重要的业务可以得到优先处理并按需按质完成、大众用户可以尽情享用各种多媒体资讯所带来的乐趣、移动用户可以不受地域位置的限制获得在家一样的服务等等。所有这些除了需要足够的带宽，还需要网络设备能够区分不同的用户、不同的业务和不同的应用，根据不同用户、业务和应用的特点，配以特殊的手段提供合适的网络支撑。
上海贝尔研制开发的集成业务保障卡，充分结合了深度包监测和缓存技术优势，来完成这一任务。与普通的深度包监测不同、集成业务保障卡具有内置特定应用的特征库，通过分析特定应用的会话过程区分出该应用。因此，别的应用化装成该应用或反之都无法逃出监控。采用这一技术，不但可以区分不同的用户、不同的业务，还可以严格区分同一用户、同一业务中的不同应用。若将其应用于企业的VPN，可以保证企业的最高决策系统畅通无阻、财务人事等重要系统获得高优先级，确保企业信息和工作系统的安全运营，改善企业用户的使用体验。集成业务保障卡的缓存，可以鉴别同一视频流不同视频源的质量，自动选用高质量的视频流；可以迅速确定视频流的I帧，提供包括高清视频在内的快速频道切换；可以迅速地在本地提供特定的视频流段落，实现视频的快速重传；可以帮助分析用户的收视特性和习惯，实现定向广告等个性化服务，从而改善家庭用户的体验。
集成业务保障卡可以安插在网络边缘的业务路由器上，也可以延伸安插到业务汇聚的OLT上，在靠近用户的接入点开始发挥改善用户体验的作用。
网络演进：让宽带分布更加合理
业务流量的增长对宽带建设的挑战是巨大的。应对未来十年一百倍的流量增长，继续使用今天的网络构架，一味地靠设备堆积来扩容，无论是投资回报，还是功率消耗都将难以为继。让宽带分布更加合理，让信息处理和传送在更加经济有效的层面将刻不容缓。
宽带网络的一个发展趋势是城域网、核心网上端到端的流量和颗粒度逐年增加，真正需要在中继转接和交换流量比例逐步减小。网络架构中各层的特性各不相同，可以互相结合和补充，网络中的高层如三层路由器可以灵活地处理每一个分组，决定它的优先级和路由，但所需的单位比特的处理资源和功耗较大；相反网络的低层如光交换的ROADM和WDM，只能粗框地处理已汇聚成波长量级的大颗粒，但效率高，所需的单位比特的处理资源和功耗低。基于对网络发展趋势和网络各层功能特性的分析和了解，上海贝尔提出了融合的核心网演进策略和方案。通过IP与Optics的有机结合，尽可能地使用2层交换技术，只在必需时才采用3层路由；尽可能地使用汇聚好的大颗粒，只在必需时才处理细分的小颗粒；尽可能使用光层交换和光传输，只在必需时才使用电层交换和传输。
遵循这一演进策略构建的网络架构，可以有效地降低宽带的重心，让它尽可能地分布在效率高、成本低和功耗省的网络低层，逐步从逐跳电处理的低效高能耗的网络向端到端高效低能耗的光网络演进，最终实现全光网络。
运营转型：让宽带产生效益
宽带只有产生效益，才能进入良性循环，得以健康发展。
光进铜退、无线有线融合的宽带接入，为未来的云计算、物联网的开展奠定了基础。设想如果100M进入了千家万户，操作系统、应用程序、存储与显示终端是物理上一体还是通过宽带网络分布在物理上不同的地方已无多大差别，运营商完全有可能通过宽带网络为用户提供虚拟的操作系统、应用程序和虚拟的存储，统一管理、统一升级、统一防毒，而避免千家万户各自为政，低水平重复；运营商也可以通过自营、或与第三方合作、或通过签约将区域内最终用户感兴趣的内容，通过内容分发网络直接推送到网络的边缘，再通过宽带接入网直接推送给目标用户；宽带网络还可以无线和有线相结合的方式，把所有的设备、家用电器、医疗保健设备、水电煤设施、交通运载工具等等与后台的监控、运维、控制和处理平台连接起来，实现以前敢想但无法去做的事情…,而所有这些，运营商将不再是简单地提供宽带设备和管道，而是在这基础上实实在在地提供全面服务、将自己无缝融入了整个产业链和价值链之中，实现运营的真正转型，并获得可持续的回报。
宽带接入的大量部署，一方面将推动云计算技术的发展、超级数据中心的诞生，另一方面也给城域光网和国家骨干网带来很大的压力。传统的端到端相对固定的管道连接将受到越来越大的挑战，因为这些超级数据中心、这些宽带接入的POP点依然有峰值流量、谷值流量和平均流量之分，他们的比值依然可以很大。所以固定的连接，会造成城域光网宽带资源的极大浪费。如果我们构筑的是动态的城域乃至动态的国家骨干光网络，端到端的信息流就能得到最好的传送，它既不会受接入带宽的限制，又能按需通过动态核心光网络中继。上海贝尔在2010年率先商业化的100G相干光传输技术，除了可以提供单信道100G的大带宽，还可以通过相干接受和高速采样、模数转换和数字信号处理，在接收端集中实时补偿高速光传输过程中诸如色散和偏振色散所造成的损伤，线路上未补偿的色散又进一步减低了非线性干扰引起的损伤，使得带宽与无电中继的距离的乘积大大提高，配以多维无色无向限制的ROADM让动态光网络的实现成为可能。通过这种网络资源与信息流需求动态匹配的方式，节约不必要的开销和功耗可以进一步提升宽带的效益。
