采用FPGA實現100G光傳送網
加入技術交流群
網絡層
以太網網絡層支持以太網業務端之間以太網MAC幀的端到端傳輸，由MAC地址區分業務端具體業務。以太網MAC層業務能夠以線路、LAN和接入業務的形式，通過SDH VC和OTN ODU等電路交換技術，或者MPLS和RPR等包交換技術來實現。對于以太網LAN業務，可以在公共傳送網內部實現以太網MAC橋接，將MAC幀轉發到正確的目的地址。以太網MAC業務不限于IEEE標準定義的物理數據速率(例如，10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps、10 Gbps、100 Gbps)，因此，能夠以任意比特率提供以太網MAC業務。
物理層
IEEE為以太網定義了一組明確的物理層數據速率，并提供一組接口選擇(電或者光)。以太網物理層在公共傳送網上透明傳輸數據，使用透明GFP映射技術，將10GbE WAN等信號通過OTN傳送，或者將1GbE信號通過SDH傳送。以太網物理層業務是點對點的，總是采用標準數據速率。與以太網MAC層業務相比，它不夠靈活，但是延時很低。 本文引用地址：http://www.104case.com/article/191865.htm
采用運營商級以太網標準支持OTN
以太網最初雖然是設計用在LAN環境中，但現在已經廣泛應用在骨干網和城域網(MAN)中。以太網在多方面進行了改進，包括更高的比特率和長距離接口、基于以太網的接入網、虛擬網絡、更新能力、骨干網供應商橋接、可靠的保護技術、QoS流量控制和流量調理等，因此，它能夠作為網絡運營商的承載網。此外，以太網很容易實現多點對多點鏈接，在現有點對點傳送技術下，需要n × (n - 1) / 2路鏈接。
如圖4所示，運營商級以太網將以太網從LAN擴展到WAN，嘗試進入整個通信支撐系統中。其目的是為用戶提供WAN技術將站點鏈接起來，其方式與運營商以前采用的ATM、幀中繼和X.25技術相似。運營商級以太網不是LAN采用的以太網，例如，客戶在桌面以及服務器房間中使用的以太網。
圖4.運營商級以太網多協議標簽
不久前剛開始從以太網向運營商級以太網傳送技術的過渡。目前為止，ITU-T提供了構建基于以太網業務的運營商網絡系統選擇。ITU-T建議由傳送承載以太網(EoT)，采用PDH、SDH或者OTN等傳統的承載技術來進行傳送。
采用40G/100G以太網體系結構來支持OTN
IEEE 802.3ba是正在為40 Gbps和100 Gbps開發的標準?，F階段的目標是：
■ 只支持全雙工工作
■ 保留使用802.3 MAC標準的802.3/以太網幀格式
■ 保留當前802.3標準的最小和最大幀長度
■ MAC/PLS業務接口支持優于10-12的BER
■ 為OTN提供相應的支持
■ 支持40 Gbps的MAC數據速率
■ 提供支持40-Gbps工作的物理層規范，包括：
● 在SMF上大于10 km
● 在OM3 MMF上大于100 m
● 在銅纜上大于10 m
● 在背板上大于1 m
■ 支持100 Gbps的MAC數據速率
■ 提供支持100-Gbps工作的物理層規范，包括：
● 在SMF上大于40 km
● 在SMF上大于10 km
● 在OM3 MMF上大于100 m
● 在銅纜上大于10 m
如圖5所示，該工程要在2010年中完成。業界對于100G的實施工作主要集中在傳送網和以太網上。傳送網和以太網標準在100 Gbps速率等級上達成一致，這一過程從10G就開始了。
圖5.以太網和光傳送網從10 Gbps就開始了融合
Stratix IV FPGA為100GbE OTN設計鋪平了道路
目前的業界發展趨勢是使用WDM承載以太網進行數據包傳送，通過IP/MPLS/以太網傳送數據。Altera 40-nm Stratix® IV FPGA系列的定位非常適合滿足100G以太網和傳送系統設計的性能和系統帶寬要求。Stratix IV GT FPGA密度非常高，集成了在單片器件中實現100 GbE/光纖通道/RPR MAC功能使用的11.3-Gbps收發器，以及OTN數據包前向糾錯(FEC)、映射和成幀等關鍵處理功能。100 GbE的OTU-4標準使用增強FEC (EFEC)，必須采用專用算法進行設計才能確保最大限度的發揮光帶寬優勢。由于其優異的架構性能，Stratix IV FPGA能夠處理EFEC功能，是OTN系統算法實現和測試的理想平臺。圖6顯示了客戶在設計100GbE OTN設備時怎樣使用Stratix IV GT FPGA來實現上面介紹的所有功能。
圖6.100G OTN應用：LAN到WAN
OTN以及對通用客戶端口的需求
OTN含有各種光網絡單元，是高效傳送業務的基礎。獨立的語音、視頻、數據和存儲網絡演進構成公共骨干網，由OTN為其提供服務。OTN設備必須能夠將很多不同類型的業務(以太網、SONET/SDH、ESCON、光纖通道和視頻)映射到這一公共骨干網中。
光設備生產商不斷降低成本，采用跨平臺元器件，因此，靈活映射各種客戶側端口的解決方案得到了應用。FPGA是實現“通用客戶側端口”的主要元件，可以配置支持各種客戶側接口。這樣，單片器件能夠高效用于多種應用中。
為OTN提供靈活的支持
Altera提供適用于OTN體系結構的全系列產品，如表2所示。
表2.Altera器件系列產品
隨著應用的推廣，OTN1和OTN2對成本和功耗越來越敏感。如表3所示，含有嵌入式收發器的Altera Arria® II GX FPGA提供實現OTN1和OTN2波長轉換器和交叉連接所需要的功能，具有很高的性價比和功效。
表3.為OTN應用提供的Altera Arria II GX收發器協議
相對于固定標準產品解決方案，靈活的Arria II GX FPGA具有以下優點：
■支持新出現的映射技術，例如，用于將GE映射到OTN所需要的ODU0等。
■可以配置支持各種客戶側接口，采用同一器件實現多種應用。
■只需要重新配置FPGA就可以在同一器件中支持多種FEC和EFEC技術。
在單片FPGA中實現40G波長轉換器設計
波長轉換器(復用轉發器)主要用于將多路低速客戶側信號匯集到高速波長上。它避免了為每一路客戶側低速信號分配獨立的波長，因此，大大提高了WDM頻譜效率。
業界分析師預測，到2013年，40G光端口應用會急劇增長。40G OTN設備越來越大的吞吐量迫切要求進一步改進FEC技術，以便能夠將信號傳送得更遠。由于實現這些EFEC標準需要很大的邏輯容量，因此，在40 Gbps速率時將通用客戶端口、映射器、成幀器和EFEC集成到單片器件中難度很大。
然而，Altera Stratix IV GX系列經過規劃，能夠在單片器件中支持40G波長轉換器功能，如圖7所示。Stratix IV GX FPGA支持各種數據、存儲、TDM和視頻協議的高效實現，包括GbE、光纖通道(1G、2G、4G)、SONET (OC-N)和SDH (STM-N)等，為這些需求提供所需要的邏輯密度和架構性能。所有列出的協議由Altera直接提供支持或者通過合作伙伴提供支持。
評論