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    采用FPGA實現100G光傳送網

    發布時間:2010-04-22

    中心議題:
    • 光傳送網的寬帶需求
    • 光傳送網OTN(OTU4)簡介
    解決方案:
    • 光纖鏈路連接的光網絡單元
    • OTN標準所支持的100G的線路速率
    供應商、企業以及服務提供商認為100G系統最終會在市場上得到真正實施。推動其實施的主要力量是用戶持續不斷的寬帶需求。各種標準組織正在制定傳送網和以太網以及光接口100G標準。對于希望在標準發布之前,先期設計100G系統的開發人員而言,FPGA由于自身的靈活性而發揮了非常重要的作用。Altera的StratixIVGTFPGA在40-nm技術節點提供集成11.3-Gbps收發器,解決了100G傳送網和100G以太網遇到的問題。這些FPGA是設計100G系統的理想平臺,提供高性價比并且有助于產品迅速面市的解決方案。
      
    目前的網絡載荷不斷增大,供應商很難實施并管理他們的高級系統。為適應對帶寬不斷增長的需求,光傳送網(OTN)成為下一代骨干網絡。光纖迅速替代了銅線和其他介質,成為最快、最可靠的傳輸介質。
      
    網絡最重要的兩方面是速度和可靠性。網絡必須一直保持暢通,必須很快。然而,網絡載荷一直在急速增長。數據是網絡承載的一小部分業務。語音和多媒體現在是網絡承載的主要業務。
      
    如圖1所示,從2007年到2012年,IP總流量將增加6倍,幾乎每兩年就翻倍。2012年之前,流量每年增長522exabytes(1018,即zettabyte的一半)。這種指數增長的主要推動力量是高清晰視頻和高速寬帶消費類應用。


    圖1.總流量帶寬增長
     
    寬帶需求
      
    最終用戶不希望他們的網絡服務出現任何中斷。他們希望視頻會議有流暢的畫面和聲音,就像電視和電話一樣。OTN是唯一能夠支持100G以太網(GbE)LANPHY的骨干網傳送層技術,是下一代以太網標準,也是滿足速度和可靠性要求的唯一標準。在出現新技術之前。
      
    任何形式的電子通信都包括數據包或者分組數據流、用戶要發送的信息、傳輸介質,以及承載數據包所使用的傳送方式等。傳送速度越快,數據包到達越快。但是,問題出現在發送端和接收端,數據包到達太快,以至于來不及轉發出去。因此,為提高效率,通信企業采用了OTN。
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    100GOTN(OTU4)簡介
      
    根據定義,由光傳送設備承載的100G傳送數據包能夠迅速完成任何類型100G數據的傳輸,其封裝格式是OTN或者以太網??偭髁糠植荚诔怯?、局域以及長途密集波分復用(DWDM)網絡上。目前ITU組織研究的重點是利用現有100G以太網規范,IEEE802.3ba,在現有40G和10G基礎設備上實現100GOTN。這能夠滿足越來越高的帶寬需求,降低系統復雜度,減少了用于管理的波長,提高了頻譜總效率,最終降低了成本。根據定義,目前實現的100G以太網覆蓋距離比100G傳送網要短一些,一般為40km。100G以太網和100G傳送網有相似的目標,即,尋找以低成本實現高性能快速鏈接的方法。
      
    OTN含有的網絡功能和協議要求能夠滿足這些需求,以系統方式在光介質上傳輸信息。本文重點介紹通過光纖承載傳送網和以太網載荷。建立同步數字體系(SDH)等OTN機制也在這一定義范圍之內,但是我們主要關注LAN到WAN的應用,特別是40GbE和100GbE應用(802.3ba)。出于這一標準化以及工作規劃的目的,所有OTN新功能以及相關技術都被認為是電信標準局(ITU-T標準)的工作范疇。
      
    根據G.872建議要求,OTN包括由光纖鏈路連接的光網絡單元(圖2所示),能夠提供光通道承載客戶信號的傳送、復用、路由、管理、控制和生存等功能。


    圖2.OTN層和網絡組成
      
    OTN一個獨特的特性是它支持任何數字信號的傳輸,與具體客戶業務無關(即,客戶業務無關性)。根據G.805建議對通用功能模型的描述,OTN邊界位于光通道/客戶側適配層之間,包括具體服務處理,不包括具體客戶處理,如圖3所示。


    圖3.客戶側匯集的各種協議使得OTN成為高性價比通用基本結構
      
    在光通道上實現這一靈活的客戶應用系統時,FPGA扮演了重要角色。從OTN實施的角度看,它匯集各種獨立端口的數據,提供所需要的帶寬。表1所示為當前OTN標準所支持的數據速率。OTU4將增加100G的線路速率。
    表1.OTN數據速率



    傳送網承載以太網幀
      
    目前,以太網是專網和企業網絡的主要LAN技術,公共傳送網也支持新出現的多協議/多業務以太網。從IEEE802的一系列標準來看,ITU-T和其他組織還在討論公共以太網業務和幀傳送標準及其實施協議。以太網的主要構成是業務層、網絡層和物理層。

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