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新型大容量光交换的关键技术和应用

导读: 大容量光交换的需求来自于网络流量的迅猛增长,尤其是互联网流量的指数式增长。自从1993 年提出"信息高速公路"以来,引发了全球建设"信息高速公路"的浪潮。

  为了实现更大容量的光交换,需要突破矩阵光开关的规模化"瓶颈"。微机电光开关(MEMS)、循环阵列波导光栅(CAWG)、波长选择开关(WSS)等具有多端口规模化特征,能够实现良好的模块化扩展,具有使交换容量倍增的潜力。MEMS、CAWG、WSS 在大型数据中心、大容量光交叉连接、灵活栅格光分插复用等系统的应用中具有独特优势和良好前景。

  大容量光交换的需求来自于网络流量的迅猛增长,尤其是互联网流量的指数式增长。自从1993 年提出"信息高速公路"以来,引发了全球建设"信息高速公路"的浪潮,发展到今天,数据业务已经完全取代话音业务,成为网络的主导业务,网络视频、云计算、物联网等进一步加速了这一进程,至此,互联网流量以40%复合年均增长率增长。

  随着2012 年又提出了"大数据时代"的来临,数据的价值更加丰富,数据的种类更加多样,进一步加剧了数据流量的"爆涨"。

  网络节点的处理能力一直是"信息高速公路"的"瓶颈",此问题已愈加突出,迫切需要研究和发展新型大容量的节点处理技术。学术界主要从两个方面进行了探索。其一,以分组交换为核心的集群式大容量路由器技术,不断地提高路由器的吞吐量,十余年来从吉比特每秒发展到太比特每秒量级,即将迈入帕比特每秒量级。其二,以电路交换为核心的大容量电交叉和光交叉系统,亦从吉比特每秒量级发展到太比特每秒量级量级,但从公布的数据来看,其最大容量仍落后于路由器。本文将对此两方面做简单回顾,然后,重点探讨后者的关键技术、大容量扩展方法与典型应用示例。

  1 交换容量增长之路

  为了应对互联网流量的指数式增长,业界一直没有停止追求大容量节点交换的努力,细分为3 条技术路径:路由器(IP)、光传送网(OTN)、光交叉连接(OXC),形成了你追我赶之势,如同"龟免赛跑",强有力地推动了"信息高速公路"的发展进程,时至今日,仍未停歇。

  (1)路由器

  路由器是一种基于IP 分组的存储转发技术,是互联网的基石,自20世纪90 年代中后期发展以来,可谓进步神速。

  2004 年,思科公司推出了电信级路由系统(CRS-1),因其创纪录的超大吞吐量而被收入《吉尼斯世界记录大全》。它基于集群方式,采用三级自路由Benes 架构,最多可以支持1 152 个40 Gb/s 的线卡插槽,是当时业界唯一可以扩展到92 Tb/s 的电信级路由系统。时隔6 年之后,2010年,思科又宣布推出CRS-1 的升级产品-- 新型运营商级路由系统(CRS-3),流量处理能力是其前身CRS-1 的3 倍多,最高可达322 Tb/s。

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