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光传送网——前沿技术与应用

作译者：曹畅,唐雄燕,王光全等

出版时间：2014-08 千字数：244 版次：01-01 页数：188

开本：16(170*240) 装帧： I S B N ：9787121239380

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纸质书定价：￥39.0

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目    录
第1章  概论	1
1.1  光传送网发展的主要驱动力	2
1.1.1  宽带化驱动	2
1.1.2  分组化驱动	4
1.1.3  智能化驱动	4
1.1.4  扁平化驱动	5
1.2  光传送网中的关键技术	7
1.2.1  光波分复用（WDM）技术	7
1.2.2  OTN技术	9
1.2.3  ASON/WSON技术	12
1.2.4  PTN与IP RAN技术	14
1.3  光传送网的主要应用场景	18
1.3.1  国家干线光传送网	18
1.3.2  省内/区域干线光传送网	19
1.3.3  城域光传送网	20
1.4  光传送网的体系架构	22
1.4.1  传送平面	23
1.4.2  控制平面	24
1.4.3  管理平面	26
1.5  本书写作思路和章节安排	27
第2章  100G DWDM传输与组网技术	29
2.1  100G技术标准化情况	30
2.1.1  国际标准	30
2.1.2  国内标准	33
2.2  100G DWDM关键技术	34
2.2.1  调制码型	35
2.2.2  相干检测	36
2.2.3  FEC技术	37
2.2.4  非线性效应	40
2.2.5  客户侧接口	43
2.2.6  系统余量	44
2.3  100G DWDM组网关键问题	45
2.3.1  WDM平台与OTN平台的选择	45
2.3.2  40G及以下低速率业务传送方式	46
2.3.3  WDM系统混传策略	47
2.3.4  客户侧接口选择	47
2.3.5  100G DWDM技术引入策略	48
2.4  100G DWDM测试方案	51
2.4.1  系统配置模型	51
2.4.2  测试仪表介绍	52
2.4.3  系统中心频率和波长要求	53
2.4.4  单机测试项	54
2.4.5  系统测试项	55
2.5  小结	55
第3章  400G DWDM与OTN技术	57
3.1  400G技术引入的背景	58
3.2  400G DWDM关键技术	59
3.2.1  调制编码技术	59
3.2.2  灵活栅格技术	63
3.2.3  DSP与FEC技术	65
3.3  400G OTN关键技术	68
3.3.1  传统 OTN架构	68
3.3.2  OTN帧结构与开销	70
3.3.3  Flex OTN架构	74
3.3.4  信号反向复用技术	77
3.4  400GE承载与400G 链路技术	78
3.4.1  400GE承载技术	78
3.4.2  新型光纤技术	80
3.4.3  光放大技术	81
3.5  小结	82
第4章  光传送网智能控制技术	85
4.1  ASON技术发展与应用情况	86
4.1.1  ASON技术标准化进程	86
4.1.2  引入ASON技术的考量因素	88
4.1.3  ASON网络结构规划	89
4.2  WSON概述与研究进展	91
4.2.1  WSON技术背景及需求	91
4.2.2  WSON标准化进展	92
4.2.3  WSON网络结构	93
4.3  PCE概述与研究进展	95
4.3.1  PCE技术背景及需求	96
4.3.2  PCE功能架构及应用场景	96
4.3.3  PCE的标准化进展	98
4.3.4  PCE路由协议在WSON网络中的应用	98
4.4  SDN技术研究与在光网络中的应用	100
4.4.1  SDN的产生与发展	100
4.4.2  SDN标准推进情况	102
4.4.3  SDN在光传送网中的应用分析	106
4.5  控制平面与SDN融合阶段分析	107
4.5.1  第一阶段：分布式ASON+统一网管	108
4.5.2  第二阶段：分布式ASON+PCE	108
4.5.3  第三阶段：Transport-SDN统一控制	110
4.5.4  融合中的关键技术	111
4.6  小结	115
第5章  光传送网多业务承载技术	117
5.1  分组传送网的业务承载模型	118
5.1.1  OAM带内传送技术	118
5.1.2  双标签传送技术	120
5.1.3  业务通用封装格式	121
5.1.4  标签封装和标签栈	122
5.2  TDM业务时延分析与优化	124
5.2.1  TDM业务时延模型	125
5.2.2  TDM包长自适应调整方案	127
5.2.3  TDM业务仿真结果	128
5.3  流量特性对承载分组业务的影响	132
5.3.1  业务发生规律的影响	134
5.3.2  业务自相似性的影响	135
5.3.3  分组业务仿真结果	136
5.4  IP RAN技术承载LTE业务的效率分析	139
5.4.1  IP RAN技术介绍	140
5.4.2  IP RAN组网方案	142
5.4.3  IP RAN与MSTP承载效率对比	143
5.5  小结	145
第6章  光与IP资源协同和数据中心网络技术	147
6.1  光与IP协同的需求	148
6.1.1  运营商骨干网架构和面临的问题	148
6.1.2  光与IP协同的主要需求	151
6.2  光与IP协同策略	151
6.2.1  联合组网策略	151
6.2.2  联合生存性策略	153
6.2.3  流量旁路策略	155
6.3  云数据中心网络技术	158
6.3.1  数据中心内部网络技术	160
6.3.2  数据中心外部互连技术	162
6.4  SDN技术在数据中心网络中的应用	166
6.4.1  数据中心内部应用场景	167
6.4.2  数据中心互连应用场景	168
6.4.3  业务协同平台的设计	169
6.5  小结	170
缩略语	171

总序1
宽带网络是新时期我国经济社会发展的战略性公共基础设施，是推进国家治理能力现代化和公共服务均等化的重要手段，是推动工业强国建设、促进农村经济发展和新型城镇化建设的重要途径。发展宽带网络对于促进信息消费、推动经济发展方式转变、全面建成小康社会具有重要支撑作用。加快宽带网络建设、增强技术创新能力、丰富信息服务应用、繁荣网络文化发展、保障网络安全，利在当前惠及长远。
当前，我国已建成覆盖全国、连接世界、技术先进、全球最大的宽带网络，网民数量、移动智能手机用户规模全球领先，相关产业能力持续提升，已经成为名副其实的网络大国。但同时，我国宽带领域的自主创新能力相对落后，区域和城乡普及差异比较明显，平均带宽与国际先进水平差距较大，网络安全形势日益严峻，总体上看国内宽带网络发展仍存在诸多瓶颈。在全球各国加强宽带战略部署、ICT产业变革发展日新月异的形势下，要实现工业化、信息化、城镇化、农业现代化四化同步发展、建成网络强国仍然任重道远。
党中央、国务院高度重视宽带网络发展和管理，2013年国务院先后出台了《“宽带中国”战略及实施方案》和《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》。2013年年底，中央网络安全和信息化领导小组成立，习近平总书记亲自担任组长，提出努力把我国建设成为网络强国，战略部署要与“两个一百年”奋斗目标同步推进，向着网络基础设施基本普及、自主创新能力显著增强、信息经济全面发展、网络安全保障有力的目标不断前进。这是党中央在新时期对我宽带网络发展提出的新目标和新要求，需要我们以改革创新精神，通过政策推动、技术驱动、产业带动、应用拉动促发展保安全；需要我们着眼长远、统筹谋划，积跬步、行千里，不断推动网络大国向网络强国迈进。
工业和信息化部电信研究院是我国在ICT领域权威的研究机构，多年来在重大决策支撑、行业发展规划、技术标准引领、产业创新推动和监管支撑服务中发挥了重要作用。“宽带中国出版工程”系列丛书，是该院及业界多位专家学者知识和智慧的结晶，是多专业科研成果的集中展现，更是多年理论与实践经验的综合集成，该系列丛书的出版有助于读者系统学习宽带网络最新技术，准确把握宽带应用和相关产业的最新趋势，从而提升对宽带网络的研究、规划、管理、运营水平。希望我国政产学研用各界齐心协力，共同为宽带中国发展、网络强国建设事业贡献力量！

工业和信息化部    
      
 

总序2
市场牵引是通信发展的动力，通信业务从话音为主到数据和视频为主，对带宽的需求与日俱增。思科公司2014年6月发布的报告指出，2013年全球互联网忙时流量是平均值的2.66倍，与2012年相比，平均流量和忙时流量分别增长了25%和32%，思科公司还预测从2013年到2018年，全球互联网流量忙时是平均值的3.22倍，平均流量和忙时流量分别年增23%和28%。在互联网流量中视频已成主流，全球互联网视频流量占总量之比从2013年的57%将增长到2018年的75%。全球移动数据流量增长更快，2013年一年就增加81%，到2018年还将保持平均年增61%的速度，届时移动数据流量将占全部IP流量的12%。美国Telegeography公司给出的国际互联网干线流量2009－2013年平均年增45%，2013年相比2012年增加了38%。我国国际互联网干线带宽从2009年到2013年平均年增39.6%，2013年相对2012年增79%，增长的后劲更明显。
通信业务与技术的发展总是市场牵引与技术驱动相辅相成，市场催生了技术，技术支撑了市场。集成电路继续遵循摩尔定律，单位面积的晶体管数年增40%，强大的计算和处理能力改进了频谱效率与信噪比，提升了通信流量，比较好地适应了互联网流量的增长。光器件的技术进步加上电域的信号处理，使光纤通信干线商用容量水平基本按照十年千倍提升。2009年起我国移动通信从2G经3G跨越到4G，借助先进的多址复用技术和频谱的扩展等，峰值速率增加数百倍。
近年通信技术与业务发展一个值得注意的趋势是从消费者的应用向企事业应用扩展，2013年全球企事业单位互联网流量较2012年增21%，到2018年还将达到2013年的2.6倍，将占全球互联网流量的14%，而且全球企事业单位互联网流量中14%将是移动流量。随着物联网发展及信息化与工业化深度融合，企事业单位的互联网应用还将有更大的发展。
互联网的渗透促进了经济的复兴，2013年发布的《OECD互联网经济展望2012》分析了互联网对所有行业经济的影响，得出如果宽带普及率增长1%，GDP将增长0.025%，并且通过模拟得出互联网的贡献占2010年美国GDP的4.65%～7.21%，占企业增加值的3%～13%。波士顿咨询公司2012年发表的《连接世界》报告分析2010－2016年互联网经济对GDP的贡献，中国仅次于英国和韩国为第三位，占GDP的比例从2010年的5.5%增加到2016年的6.9%。IDC公司提出信息技术已从计算机和互联网这两个平台发展到移动宽带、云服务、社交应用和大数据为标志的第三平台，即宽带化平台，并预测到2020年信息产业收入的40%和增长的98%将由第三平台的技术所驱动。世界银行的研究报告表明，对制造业的海外销售额和服务业的销售额来说，使用宽带的企业与其他企业相比分别高出6%和7.5%～10%，中低收入国家的宽带普及率每增加10个百分点，GDP将会增长1.38个百分点。美国认为宽带的发展对上下游产业就业的拉动作用是传统产业的1.7倍。GSM协会和德勤咨询机构2012年发表的研究报告指出，3G移动数据应用增加100%，人均GDP增速提升1.4个百分点。
为了抢占信息技术新的制高点并获得宽带化的红利，一些国家纷纷出台国家宽带战略，最近两三年来美国出台了《国家宽带计划》和《大数据研究和发展倡议》等，全球有146个国家都制定了加速发展宽带的国家战略或规划，不少国家建立了宽带普遍服务基金。
我国网民数量世界第一，但按网民平均的国际互联网干线带宽、固网平均接入速率和移动互联网下载速率仍低于世界平均水平，这几年有了显著改进，但与互联网高速发展和社会大众的期望相比总是恨铁不成钢。国务院在2013年8月发布了《“宽带中国”战略及实施方案》，提出到2015年要初步建成宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施，到2020年我国下一代信息基础设施基本接近发达国家水平，技术创新和产业竞争力达到国际先进水平。该方案对宽带网络覆盖、网络能力、应用水平、产业链发展和网络信息安全保障五方面提出了具体发展目标、重大任务和保障举措等。可以预期“宽带中国”战略的实施，必将为我国经济和社会的发展奠定坚实的网络基础，并惠及大众。
工业和信息化部电信研究院作为“宽带中国”战略的起草支撑单位之一，为“宽带中国”战略的制定做了深入的调查研究，现在与电子工业出版社联袂推出“宽带中国出版工程”系列丛书。该丛书串起终端、接入、传送、网络和云端各环节，涉及研究、制造、运营与服务各方面，涵盖宽带化技术、业务、应用、安全与管理各领域，解读“宽带中国”战略制定的背景，分析宽带化的解决方案，展望宽带化发展的前景。本套丛书内容全面，系统性强，既反映了宽带网最新的技术及国际标准化进展，又有国内实践经验的总结，兼具前瞻性与实用性。在此，衷心感谢工业和信息化部电信研究院和电子工业出版社及众多的作者所付出的辛勤劳动，希望本套丛书能够有助于业内外人士加深对宽带化的意义和内涵及难度的理解，相信本套丛书能够对行业发展和政府决策起到积极作用，为“宽带中国”战略的实施贡献正能量。


工业和信息化部通信科学技术委员会主任
中国互联网协会理事长      
       
 
序
当今时代是一个通信业大变革的时代，OTT业务的蓬勃发展和智能终端的迅速普及带给用户巨大的便利，但随之而来的网络流量飞速增长却不断冲击着基础电信网络，导致运营商的建网成本和维护成本居高不下。在流量经营的大背景下，光传送网作为电信运营商的宝贵资产，体现出前所未有的重要性。同时，伴随着“宽带中国”这一国家战略的实施，光通信产业必将迎来新一波的发展机遇。
实现超高速率的信息传递仍是未来光传送技术发展的主题。据相关机构预测，未来5年我国干线网络流量的年增长率还将保持在40%以上，目前干线中广泛应用的10G/40G WDM技术难以满足需求，迫切需要引入100G技术。在100G之后，业界已经确定了400G的发展方向，国外已有小规模试商用的案例。
在链路速率提升的同时，业务的发展也要求光传送网具备更强的智能性，可以对光网络中的路由行为进行优化，业务流量进行调度，近些年来产生的WSON、PCE、SDN等技术就是在这方面的有益尝试。同时，应对数据洪流的冲击，光传送网还需要对分组业务具备良好的适配特性，以适应未来光电协同、数据中心互连等新场景的承载需求。
针对上述关键问题，中国联通网络技术研究院的多位专家展开了专题研究，结合大量技术调研、方案论证和设备测试的成果撰写了本书，详细阐述了下一代光传送网的基本原理、关键技术、组网方案和应用场景。由于本书作者均是在运营商研究院从事一线研究工作的专家，兼顾原理与应用就成为本书的一大特色。本书分章节依次介绍了近年来正在或将要应用的超高速、智能化和分组化光传送网技术，内容深入浅出，既为从事光传送网工程设计和规划的工程技术人员提供了参考，又可作为高等院校相关领域师生的学习参考书。
非常感谢本书作者能将自己在光传送网技术领域的研究成果与经验和业界分享，这也是中国联通网络技术研究院承担的一份社会责任。希望本书的出版，能够进一步带动国内光通信领域的研究不断走向深入，为实现我国由网络大国向网络强国的转变服务。

中国联通运营公司副总裁、网络技术研究院院长
 　　　　　　

 
 

前    言
光纤通信系统自20世纪70年代开始商用以来，共经历了三个发展阶段。第一个阶段是传输媒质由多模光纤转向单模光纤的探索阶段；第二个阶段是充分挖掘单模光纤能力，光纤通信迅速代替电缆通信成为传输主流技术的发展阶段；第三个阶段是以DWDM和EDFA的广泛应用为标志，光纤由点到点通信走向网络全连接通信的成熟阶段。光传送网就是第三个阶段的产物，具有大容量、易于管理、灵活性和透明性高等一系列优势。步入21世纪以来，光传送网除了承载语音、专线等传统电信业务以外，其越来越多的需要是为蓬勃发展的IP数据业务提供快速、灵活、高效的传输通道，并且还要努力降低自身成本，为运营商的全业务经营提供便利。基于以上要求，近年来光传送网的发展体现出超高速、智能化和分组化三大主要特征。
实现超高速的传输速率，不断提升系统容量是光纤通信永恒的追求。在单通道10Gb/s和40Gb/s通信系统得到大规模应用之后，单通道100Gb/s的光纤通信系统已从2011年开始在国内外得到开通和运营。传输系统的关键技术，如调制码型、相干检测等在100Gb/s时代得到了广泛的统一，并且随着硬判决和软判决FEC的大量应用，100Gb/s系统传输能力和传输质量相比10Gb/s和40Gb/s系统有了质的飞跃，有望开创光通信的下一个黄金时代。在100Gb/s系统部署的同时，产业界已经就超100Gb/s（目前以400Gb/s为主）技术展开了讨论和标准化工作，相比100Gb/s技术，超100Gb/s系统的传输效率更加接近香农极限，因而实现难度更大，需要引入多载波、灵活栅格等创新性技术，并且兼顾传输系统的容量和传输距离。
如上所述，未来光传送网的技术原理和系统设计将会远比当前的系统复杂，因而光传送网需要具备智能性，以应对多种因素对传输系统的影响。光传送网智能化的配置和管控将由目前的可选项变成未来的必选项。就全球而言，智能光网络已有十多年的发展历史，ASON/WSON等技术已在部分国家和地区部署，针对未来光网络建设面临的路由选择、流量规划、损伤评估等问题，业界已经在开发和研究PCE和SDN等技术，来实现光网络的集中控制与能力开放，更好地协调和调度波长、子波长、时隙、带宽等资源。
应对已经到来并不断增长的数据洪流，仅仅依靠承载网络的周期性扩容是难以奏效的，光传送网必须探索由刚性管道向柔性管道的转变。在数据业务已占绝对主导的移动回传网络，PTN和IP RAN技术可以实现对2G/3G/LTE数据业务的高效承载，这是传送网分组化的一次积极尝试。当前PTN技术的标准化工作已经接近完成，IP RAN设备也已相当成熟，对不同分组业务传送特性的研究将成为下一步的工作重点，即在关注网络设备QoS（服务质量）的基础上，需更加关注QoE（体验质量）。此外，以TDM为代表的传统电信业务在分组网络中的承载方案也需要不断地进行完善和优化。
本书结合光传送网超高速、智能化、分组化的发展趋势，以上述问题的研究思路和解决方案为主线，阐述当前光传送网发展中的应用场景、平面架构、关键技术、协议机制等，内容凝聚了笔者多年来的科研经验和实践总结。本书通过参加“宽带中国出版工程”，得到了工业和信息产业科技与教育专著出版资金资助，中国联通网络技术研究院韩志刚院长欣然为本书作序，在本书写作过程中得到联通集团技术部张忠平总经理、联通网络技术研究院迟永生总工程师的大力支持。本书主要由曹畅、唐雄燕、王光全、简伟、师严、沈世奎、王硕、满详锟、王海军、张贺编写，还得到了张沛、黄永亮等同志的帮助。本书部分内容参考和引用了中国通信标准化协会（CCSA）和其他标准化组织的相关资料，以及本学科相关期刊会议的论文资料，在此一并对相关组织和作者表示感谢。另外，还要特别感谢电子工业出版社宋梅编辑为本书出版所做的大量耐心、细致的工作。
由于编者水平有限，本书中难免有错误或者不周之处，敬请广大读者批评指正。


编著者     
2014年5月于北京

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