Serge Melle、Rick Dodd、Chris Liou、Vijay Vusirikala，Infinera公司
目前，基于IP方式传输的数据流量正在以每年75%的速度递增，这给现今的网络带来了很大的挑战。这些挑战包括：为IP核心路由器增加40G接口，未来还要升级到100G；支撑1G－100G的多种多样的业务，包括SONET/SDH、OTN、光纤通道和视频等；通过快速提供业务增强市场竞争力。与此同时，网络运营商还必须确保网络操作、部署和运维的简易性。Uec光波通信
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很多情况下，用现有技术解决以上问题意味着高昂的成本和很多限制。当前的光传输网络主要采用WDM和全光可重配置上下路复用器（ROADM）技术分别实现高容量和业务的可重配置能力。如图1所示，在一个典型的WDM网络中，每个到达路由器的10Gbit/s业务链路，都是直接被放到一个特定波长中，然后通过光传输网络传输。Uec光波通信
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这样一来，运营商不得不面临在已有WDM网络上承载更高带宽业务的困境，这些业务包括40Gbit/s和未来的100Gbit/s以太网（100GbE）。由于光功率损耗随数据速率呈指数增长，因此WDM网络在传输这些高速率业务时，不得不进行光损耗补偿。已有的WDM传输系统主要是为承载单波长10Gbit/s速率设计的，而现在为了支持高达每波长40Gbit/s的链路速率，网络必须升级甚至重建。Uec光波通信
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然而，网络重建成本高昂、费时费力，而升级已有网络，虽然短期内经济划算，但需要重新配置光链路，还常常受到系统传输距离的限制。而且等到100Gbit/s投入使用时，以上问题会更加突出。因此，需要寻找一种解决问题的新途径。Uec光波通信
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同时，一旦高带宽业务采用单波长收发，就必须通过全光ROADM网络进行端到端路由。这会进一步加大网络的复杂性：
- 当业务传输距离超过端到端光链路预算时，需要增加再生器和色散补偿器件；
- 波长冲突时，需要使用再生器变换业务波长；
- 低速业务必须通过复用转发器插入到高速波长中，导致网络规划和管理更加复杂。
这样看来，似乎只有采用手动方式调度网络资源才能解决以上问题。但手动方式导致网络运作复杂、成本增加、拉长开通业务的周期。而且，会进一步限制运营商为潜在客户和已有客户快速提供新业务的灵活性。业务提供速度将不再是竞争优势的体现。Uec光波通信
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传统WDM系统直接将业务映射到波长中，以实现传输。Uec光波通信
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构建可编程的光网络Uec光波通信
在理想状态下，为了支持新的业务，运营商应将对原有网络的干预降低到最小程度。应部署最少的硬件，采用最简单的施工方法，获得最大的网络容量（如图2所示）。这就意味着，应当采用通过软件自动配置的方式部署新业务。Uec光波通信
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一种称作带宽虚拟化的新型网络架构能够实现“可编程的”光网络。在这种网络中，端到端的业务提供不再依赖传统WDM系统逐个链路调配波长的机制。端到端业务的速率可大可小，包括亚速率业务和超速率业务，都可以在一张以单一速率运行的WDM网络（设其速率为u）上传输，而这一速率是使网络成本最低的速率。Uec光波通信
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可编程光网络的关键组成部分包括WDM带宽池、集成数字交换、多业务客户接口和智能软件。Uec光波通信
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亚速率业务指数据速率小于u的业务，而超速率业务指速率大于u的业务。实际传输中，亚速率业务采用多路合并为一路的方法传输，而超速率业务分别由多个波长同时传输，最终实现端到端传输。Uec光波通信
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实现带宽虚拟化需要将若干关键技术与WDM网络结合到一起。这些技术包括：Uec光波通信
- 每节点间的WDM链路必须经过成本优化、容量可调、预先测试过，并且为业务准备就绪。大规模集成光电路（PIC）为这种统一的WDM部署要求提供了理想的技术平台。
- 采用数字交换技术的集成化带宽管理，支持业务的远程可重配置，可以将任意业务映射到任意可用的链路。
- 支持多业务、多协议的客户端接口，独立于WDM链路接口，保证亚速率业务和超速率业务都能够映射到任意可用的WDM链路中。
- 采用智能化GMPLS控制面，实现端到端传输与路由的自动远程控制，并支持远程可重配置。无需人工介入。
带宽虚拟化就是用WDM线路侧带宽池传送任意类型和速率的业务，而在传统WDM网络中，一个业务要被指配给特定的波长和线速率。图3显示了带宽虚拟化如何将业务配给独立于光链路，从而将任意业务映射到WDM线路侧带宽池中。Uec光波通信
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最近，迅速发展起来的大规模集成光电路（PIC）技术为带宽虚拟化铺平了道路。与集成电路的概念类似，大规模PIC将数十乃至上百个光电器件集成到一个芯片上，这些器件可以包括激光器、调制器、探测器、衰减器、复用/解复用器和光放大器等。Uec光波通信
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2004年，PIC已经可以同时提供10个波长，每个波长的速率达10Gbit/s，这样就提供了高达100Gbit/s的总带宽。目前这种PIC已经广泛应用于传输网络。最近的研究将PIC的容量提高到了1.6Tbit/s，极大地扩展了未来光电子集成技术的应用潜力。Uec光波通信
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PIC对带宽虚拟化的促进作用主要表现在两个方面。首先，多波长的带宽合并进WDM单片系统（一块PIC芯片）带来了100G的聚合带宽，提供了可以事先经济地部署的线路侧带宽池，任意业务都可以映射到这个带宽池。Uec光波通信
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其次，PIC能够经济地实现任意节点的光电光转换（OEO）。与模拟光子技术不同，这种数字光子技术具备丰富的、高附加值的功能，能够实现亚速率业务的可重配置上下路复用、带宽管理、数字保护和性能监控，这样就能支持快速数字保护、GMPLS恢复、物理层光虚拟专网（O-VPN）等新型业务功能。Uec光波通信
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为业务准备就绪的WDM带宽、集成数字带宽管理和嵌入式智能软件结合在一起，实现了端到端业务的自动配给，这就构成了新型的可编程光网络。这种网络用软件重配置取代硬件配置、安装和人工干预，能够实现业务的即插即用。而且，它还能为网络运营商提供众多的优势，包括： - 支持新业务：带宽虚拟化技术使得WDM网络不需要重新配置线路，就可以承载高达40甚至100Gbit/s的业务。而基于转发器的WDM系统，需要用不同速率线路承载不同速率的业务，网络成本和复杂性居高不下，也牵制了运营商部署新业务的步伐；Uec光波通信
- 快速部署业务：业务部署与光网络调整不再相互影响。通过软件调整，带宽虚拟化网络可以在已有的网络上，将客户接入到任意接口，迅速实现新业务的部署。在以价格和容量为主要竞争力的当今市场，这种快速部署新业务的能力为运营商带来了新的竞争力；Uec光波通信
- 操作简便：带宽虚拟化的业务激活方式快速简便。不用考虑业务类型，无需升级网络资源，不用去现场处理波长冲突或重新调整链路，只需在网络端点加入业务接口即可；Uec光波通信
- 投资效益高：采用带宽虚拟化技术，运营商可以在已有的基础设施上选择最为经济有效的WDM线路容量和速率，而不再受制于业务类型。部署新业务时不需重新进行配置（譬如增加再生器，考虑包括偏振在内的各种色散补偿，以及波长再生和背靠背转发器等），而且还能避免线路重建，有利于提高波长利用率。带宽虚拟化还将底层传输介质与上层业务分离，从而造就了一种更加灵活的光网络运行机制（例如，在网络不同位置分别使用10G波长和40G波长），最终实现能在任何地点承载任何业务的传输网络。Uec光波通信
传输40乃至100Gbit/s业务Uec光波通信
带宽虚拟化技术已经在长达数千公里的实验网络中得到应用。这些网络采用基于PIC的WDM传输系统，能够传输40甚至100Gbit/s的业务。Uec光波通信
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第一个采用带宽虚拟化技术的实验网络横跨大西洋，传输距离达到8477公里，速率为40Gbit/s。这张网络的陆上部分连接法兰克福和巴黎，然后通过海底光缆连接伦敦，最终到达美国的纽约市。在此案例中，位于法兰克福的Juniper T640路由器的40Gbit/s接口映射到一个100Gbit/s PIC设备中的4波长上，穿越大西洋后，在纽约市重新组合成40G业务，这样就实现了第一个横跨大西洋的40Gbit/s IP链路。Uec光波通信
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采用带宽虚拟化技术的WDM网络将业务从WDM物理链路中解放出来，支持任意业务的快速接入。Uec光波通信
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另一个实验是在2006年SC06国际高性能计算、网络、存储和分析大会期间进行的。这次实验首次实现了用WAN承载100GbE业务。在这次实验中，100GbE信号首先映射到基于PIC的WDM传输系统的10个波长中，然后通过Level 3通信公司的网络，从佛罗里达州坦帕输送到得克萨斯州的休斯敦，总里程超过4000公里。Uec光波通信
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这次试验成功地证实了成熟的商用WAN网络也可以承载100GbE业务。100GbE不仅是可行的，而且在任何单波长10Gbit/s的WDM网络中都可以承载。Uec光波通信
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结论Uec光波通信
人们对40甚至100Gbit/s高速率业务的需求，以及快速提供业务的需求，都在推动着运营商寻找更加经济有效的传输方法。带宽虚拟化技术正能满足这种需求。在不改变已有网络结构的基础上，它为运营商提供了端到端的高带宽传输方案。过去，为了承载高带宽业务，运营商必须对网络进行硬件改动和链路调整。而今天，采用带宽虚拟化技术，只要通过软件配置就能实现新业务的承载，提高了速率和灵活性，降低了成本。带宽虚拟化技术造就了真正的可编程光网络。
