华为端到端100G解决方案
引言
  近些年来,以IP技术为基础的宽带业务迅速发展,固定和移动宽带用户数量都呈现快速增长势头。与此同时,网络技术的进步,使人们的远程交流体验越来越接近于“身临其境”的自然沟通,远程获取信息的方式更加便捷和高效。网络信息的内容也从简单的文字、语音,到多媒体图文,到视频,再到接近于自然的高清视频,这些因素驱动IP流量迅猛增长。ABI最新研究报告显示,未来五年,IP流量的年复合增长率将达50%,其中视频流的增长是关键驱动,将占据IP流量年复合增长的62%;另外,移动宽带的流量增速更是高达128%。


  网络流量的迅速增长,促进了路由器和传送设备线卡容量的持续增长,从1G、2.5G、10G到40G和100G. 对于运营商和用户来讲,100G的线卡和接口容量,意味者更大的单设备容量,更低的单位带宽功耗和成本,能够有效地帮助运营商提升带宽、降低运营与维护成本,帮助最终用户获得更加自然的远程交流体验和更加便捷的信息获取体验。

 
 
华为端到端100G解决方案

  华为凭借多年的技术积累与对客户需求的深刻理解,整合了路由器和光传输领域的领先优势,推出业界领先的端到端100G解决方案。100GE线卡和端口将率先在长途骨干(CORE)获得应用,并逐步延伸至骨干边缘(EDGE)及城域(METRO)网络。在长途骨干,通过支持100GE接口的NE5000E路由器集群系统和40/80波×100G的OSN6800/8800 OTN系统共同组网,实现100GE的长距离传送,并充分提高整网的开放性和可靠性,宜于网络规划、建设和运维;在骨干边缘及城域核心,采用NE5000E集群路由器100GE接口直连方案,大规模简化网络架构,使运营商轻松应对流量本地化的业务发展趋势。图一展示了华为端到端100G解决方案的全貌:

 

 

  1、端到端可部署的方案

  目前100GE光模块的初期传输距离仅实现了10公里。而100GE接口首先是在长途骨干核心平面应用的,这就需要核心路由器和传送系统的紧密配合。华为OTN(Optical Transport Network)系列产品基于华为自主研发的100G光电模块和核心芯片,集成OPFDM-DQPSK、oPDM-DQPSK、 ePDM-QPSK等先进的编码调制方式,实现1500公里超长距离传送,使得单光纤的传送容量提升到8T。配合领先的大容量OTN交换、智能 ASON(Automatically Switched Optical Network)等技术,实现WDM(Wavelength Division Multiplexing)传送网络持续向更大容量、更灵活高效和高可靠的网络演进。 路由器与传输的互通能力也是运营商建设端到端100G网络必须考虑的重点。华为充分发挥自身同时拥有路由器和传送两大业界领先的产品系列的优势,以及在100G标准领域的积极参与和深入全面理解,实现100GE路由器与100G传输的标准化的互通,从而可以为运营商提供完整的端到端100G解决方案。 

  2、绿色可持续的带宽增长保证

  带宽的增长,用户业务体验质量的提升,不能以无限地功耗增长和支付成本增长为代价,否则增长是无法持续的。华为公司的100G解决方案,引入了多项低功耗技术,使得每10G功耗比业界当前的系统降低了57%,达到了<40W/10G的领先水平, 有效地支撑了带宽的持续增长。

  3、增强的业务质量保证EQC

  从运营商网络实际运行的情况来看,仅仅靠带宽的增长难以完全保证端到端业务质量保证的需要,如: 

  1) 很多运营商在有较充分带宽的情况下,IPTV的视频质量还是无法得到根本的保证,也无法准确定位出具体的故障位置;
  
  2) P2P业务逐步成为互联网的主要流量,P2P终端不清楚网络的拓扑结构,导致90%以上的IP流量流向了骨干,而没有像传统电信网络那样实现本地化,这造成了骨干持续的扩容压力和终端用户体验质量的降低;

  3) 带宽的增加和接入终端的智能化,使得以DDOS(Distributed Denial of Service)为主要手段的网络攻击,成为影响网络质量的非常重要的因素,已经发生的多起网络安全事故,也暴露了传统网络的脆弱。 

  要保证端到端的业务体验,网络不能仅仅提供一个带宽,而是需要更多的智能,而且这种智能的部署成本是受限的,华为把这种可部署的质量保证措施统称为EQC(Enhanced Quality Control)。EQC是一个全网解决方案,可在城域,骨干各种位置部署,华为的解决方案把部分EQC能力固化到了硬件和芯片中,以有效降低部署成本。EQC是配合带宽增长,保证业务质量,降低运营商运营成本的必要措施。EQC主要包含以下内容,华为公司会在后继解决方案中持续优化并提升其能力: 

  1) 可扩展的业务支持:能够识别需要特殊保证的业务,并给予特殊质量保证措施;

  2) 流量控制和疏导:能够有效控制网络流量的流向,优化资源配置; 

  3) 业务质量监控:能够在线监控业务质量的状态,以便出现问题及时发现并排除; 

  4) DDOS攻击防护:能够保护设备本身以及某个网络免受DDOS攻击; 

  5) 快速故障定位:和业务质量监控配套使用,当出现业务质量问题时准确定位出问题的故障设备或故障链路。

 
 
华为端到端100G 解决方案实现技术介绍

  IEEE、ITU-T和OIF 是完成100G领域标准化工作的三个标准化组织,华为是100G标准的主要贡献者。在IEEE,华为在100GE PCS模型和OTN映射领域,提交文稿超过10篇以上;在ITU-T SG15,华为引领OTN标准演进,拥有G.709建议的Editor席位,贡献包括ODU4映射结构在内标准文稿30篇以上。基于上述标准方面的积累,华为得以在100G领取取得多项创新,并将之产品化。

   1、Solar 2.0 PFE2A:100G转发引擎


  华为依托自研Solar系列ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片,基于Solar 1.0实现了20G/40G路由器线卡,已经取得大规模商用, 累计发货量已经超过10万线卡。100GE路由器线卡基于Solar 2.0 PFE2A实现,该芯片(如图二所示)具有如下显著优势:

 


   业务灵活性,高性能和低功耗的完美融合:Solar 2.0 PFE2A采用了华为独创的宏指令包处理(MIP,Macro Instruction for Packet Processing)技术。它专为IP/MPLS/ETH应用设计,结合了网络处理器业务灵活和ASIC性能高,功耗低的优点, 同时规避了网络处理器处理性能低,功耗大以及ASIC无法支持新业务的缺点,加上其独特的外围器件低功耗一体化设计,实现了业务灵活性,高性能和低功耗的完美结合。

   2、100GE路由器线卡方案

   基于IEEE 802.3ba标准,华为提供1×100GE(如图三所示)与10×10GE(如图四所示)两种100GE线卡,满足不同应用场景的需求。

 


   华为100GE线卡采用两片Solar 2.0 PFE2A作为转发引擎,一片处理100G上行流量,另一片处理100G下行流量。这种设计理念将Solar 2.0 PFE2A的能力发挥至极致,保证了100G流量的线速转发(如图五所示)。PIC(Physical Interface Card)模块基于自研的可编程100GE MAC芯片,支持IEEE 802.3ba、S-Eth、IEEE 1588v2以及ODU4标准。内置的oTM(output Traffic Management)引擎,完美实现下行流量的5级H-QoS(Hierarchical QoS)调度。1×100GE线卡具备4M海量FIB(Forwarding Information Base),充分满足IP网络持续扩展的需要,并且100GE接口支持CFP MSA(Compact Form Factor Pluggable Multi-Source Agreement)封装,实现光模块的即插即用。

 

   3、100G WDM先进编码调制技术

   先进的编码调制技术是实现超长距离、大容量波分传送技术的关键。借助多年的技术积累和业界顶尖的专家团队,华为开发出OPFDM-DQPSK、oPDM-DQPSK、ePDM-QPSK等先进的编码调制技术。

   OPFDM-DQPSK技术通过偏振控制,有效降低高速密集波分复用(DWDM,Denseness Wavelength Division Multiplexing)系统中的非线性效应,实现超过1200公里的超长距离传送。oPDM-DQPSK技术通过先进的算法和硬件实现快速的光学偏振跟踪,实现80波100G传送。ePDM-QPSK则是一系列关键创新技术的结晶,包括相干检测、高速模数转换(ADC,Analog Digital Converter)、高速数字信号处理(DSP,Digital Signal Processor)芯片技术,其中DSP芯片通过先进的算法实现偏振跟踪,相位、时钟、数据恢复,以及色散和偏振模色散(PMD,Polarization Mode Dispersion)补偿。ePDM-QPSK可以实现80波100G的1500公里传送,并具有极高色散和大PMD容忍能力。

   4、高增益前向纠错技术

   高增益前向纠错(FEC,Forward Error Correction)技术是实现超长距离传送的一项关键技术。为了消除噪声带来的光信号损伤,100G系统要求提供更高增益的FEC技术。华为自主研发了高增益、低功耗的超强FEC算法,为消除光信号损伤影响,实现超长距离传送提供关键技术保障。

 
 
结束语
  作为全球领先的电信解决方案供应商,华为已参与100余张骨干网及600余张城域网的建设,NE5000E核心路由器及其集群系统在全球的发货量累计超过1000套,OTN产品已累计发货1.6万套。根据咨询公司Infonetics报告,2009年上半年,华为在全球波分市场排名第一,全球路由器市场增长排名第一,稳居领导者阵营,服务中国电信、中国移动、中国联通、法国电信、德国电信、英国电信、西班牙电信、新加坡电信和阿联酋电信等全球领先运营商。
 
 
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