大容量交換技術(shù)的解析與應(yīng)用

　　為了實現(xiàn)更大容量的光交換，需要突破矩陣光開關(guān)的規(guī)模化“瓶頸”。微機電光開關(guān)（MEMS）、循環(huán)陣列波導(dǎo)光柵（CAWG）、波長選擇開關(guān)（WSS）等具有多端口規(guī)?；卣?，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的模塊化擴展，具有使交換容量倍增的潛力。MEMS、CAWG、WSS 在大型數(shù)據(jù)中心、大容量光交叉連接、靈活柵格光分插復(fù)用等系統(tǒng)的應(yīng)用中具有獨特優(yōu)勢和良好前景。

　　大容量光交換的需求來自于網(wǎng)絡(luò)流量的迅猛增長，尤其是互聯(lián)網(wǎng)流量的指數(shù)式增長。自從1993 年提出“信息高速公路”以來，引發(fā)了全球建設(shè)“信息高速公路”的浪潮，發(fā)展到今天，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)完全取代話音業(yè)務(wù)，成為網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)視頻、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等進一步加速了這一進程，至此，互聯(lián)網(wǎng)流量以40%復(fù)合年均增長率增長。

　　隨著2012 年又提出了“大數(shù)據(jù)時代”的來臨，數(shù)據(jù)的價值更加豐富，數(shù)據(jù)的種類更加多樣，進一步加劇了數(shù)據(jù)流量的“爆漲”。

　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的處理能力一直是“信息高速公路”的“瓶頸”，此問題已愈加突出，迫切需要研究和發(fā)展新型大容量的節(jié)點處理技術(shù)。學(xué)術(shù)界主要從兩個方面進行了探索。其一，以分組交換為核心的集群式大容量路由器技術(shù)，不斷地提高路由器的吞吐量，十余年來從吉比特每秒發(fā)展到太比特每秒量級，即將邁入帕比特每秒量級。其二，以電路交換為核心的大容量電交叉和光交叉系統(tǒng)，亦從吉比特每秒量級發(fā)展到太比特每秒量級量級，但從公布的數(shù)據(jù)來看，其最大容量仍落后于路由器。本文將對此兩方面做簡單回顧，然后，重點探討后者的關(guān)鍵技術(shù)、大容量擴展方法與典型應(yīng)用示例。

　　1 交換容量增長之路

　　為了應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)流量的指數(shù)式增長，業(yè)界一直沒有停止追求大容量節(jié)點交換的努力，細分為3 條技術(shù)路徑：路由器（IP）、光傳送網(wǎng)（OTN）、光交叉連接（OXC），形成了你追我趕之勢，如同“龜免賽跑”，強有力地推動了“信息高速公路”的發(fā)展進程，時至今日，仍未停歇。

　?。?）路由器

　　路由器是一種基于IP 分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，是互聯(lián)網(wǎng)的基石，自20世紀90 年代中后期發(fā)展以來，可謂進步神速。

　　2004 年，思科公司推出了電信級路由系統(tǒng)（CRS-1），因其創(chuàng)紀錄的超大吞吐量而被收入《吉尼斯世界記錄大全》。它基于集群方式，采用三級自路由Benes 架構(gòu)，最多可以支持1 152 個40 Gb/s 的線卡插槽，是當(dāng)時業(yè)界唯一可以擴展到92 Tb/s 的電信級路由系統(tǒng)。時隔6 年之后，2010年，思科又宣布推出CRS-1 的升級產(chǎn)品-- 新型運營商級路由系統(tǒng)（CRS-3），流量處理能力是其前身CRS-1 的3 倍多，最高可達322 Tb/s。

　　此時，中國的路由器研發(fā)生產(chǎn)能力也有了重大突破。2009 年，中國設(shè)備供應(yīng)商宣布推出采用自主芯片的超大容量集群路由器ZXR10 T8000，可提供1 024 個100G 接口，最高交換容量可達200 Tb/s。2012 年，中國設(shè)備供應(yīng)商推出的高性能核心交換機具備無阻塞三級CLOS 交換架構(gòu)，業(yè)務(wù)板卡與交換網(wǎng)板正交設(shè)計，實現(xiàn)多級多平面交換，單槽位支持2T 帶寬（可平滑演進至4T），整機容量提升至64 Tb/s 交換容量。

　?。?）光傳送網(wǎng)

　　光傳送網(wǎng)對各種高速傳輸?shù)臅r分復(fù)用信號進行封裝、交叉、分插、疏導(dǎo)和傳輸，是“信息高速公路”的基礎(chǔ)性承載平臺。

　　2007 年，中國設(shè)備供應(yīng)商宣布推出OTN 產(chǎn)品，高端系統(tǒng)集成了可重構(gòu)光分插復(fù)用（ROADM）、太比特統(tǒng)一交換、自動交換光網(wǎng)絡(luò)/通用多協(xié)議標記交換（ASON/GMPLS）智能控制、100 Mb/s~100 Gb/s 全顆粒調(diào)度、10~400 Gb/s 高速傳送等功能，單子架12.8 Tb/s 交叉的超大容量調(diào)度，未來可擴展至20 Tb/s+ 交叉。但是，總體上OTN 容量都不及路由器的容量322 Tb/s，相差一個量級。

　?。?）光交叉連接

　　光交叉連接直接在光層提供波長顆粒的透明交換，其發(fā)展歷程可謂起伏曲折，在發(fā)明了三維微機電光開關(guān)（MEMS）之時發(fā)展到頂峰，最后演變成今天的多維度ROADM。

　　早在1999 年11 月，原朗訊公司以貝爾實驗室技術(shù)-- 微機械光開關(guān)（MEMS）為基礎(chǔ)，推出了256×256全光交叉連接--WaveStar LambdaRouter，是當(dāng)時世界上第一個可商用化的全光交叉連接系統(tǒng)，作為當(dāng)時光通信會展的一顆明星而轟動一時。