作者：Paul Brooks，JDSU公司

40GbE、100GbE和OTU4技术正在不断发展，随之而来的是一系列新的测试挑战，以及对新一代测试设备的渴求。

吉比特以太网（GbE）向10GbE过渡是一个平滑的进化过程，而现在向40甚至100GbE发展的过程却存在很大的跳跃性。在实践中，100GbE系统物理层对电和光提出了非常多的要求。这包括局域网应用向并行光子技术的发展，空间复用和波长复用，以及对复杂调制技术和更适合长距离传输的相干接收机的需求。这些技术结合到OTU4和100GbE中，直接导致了100GbE的革命。为了确保质量，100GbE对测试提出了更高的要求，当然，在开发和集成过程中的测试难度也大大增加。

100GbE应用逐渐显现Qyt光波通信
宽带以太网用户的数量急剧增加，多媒体业务的应用也不断增长，导致骨干以太网的传输量以每年100%的速度递增。而且很多英特网和云计算业务的用户都期待数据中心间能够实现100GbE连接，以及在数据中心内部实现40GbE或100GbE连接。以上这些因素都是推动100GbE应用的直接驱动力。

然而，由于存在大量技术难题，这一变革所需的时间将远远超过上一代。第一代100GbE产品将主要是用于数据中心的设备，由采用短距离WDM光子阵列技术的并行转发器构建。如果要用于长距离传输，还需要更加先进的光子技术，包括复杂的发射器、接收器和各种处理算法。因此，100GbE出现在长距离传输市场还需要继续等待。

Dell'oro的Robert Winter称，业内预计100GbE将会与40GbE同时存在，而不是完全取代。Winter说，40GbE主要用于服务器和机柜之间的连接等场合，而100GbE则主要完成10GbE汇聚和电信传输。当然，100GbE传输数据的成本因素也会影响到40GbE的需求和投资。目前很多业务提供商都在评估是继续向40GbE投资，还是等待100GbE问世。

100GbE的研发周期Qyt光波通信
在此背景下，过去五年网络设备制造商一直致力于各项研发工作。CFP多源协议（MSA）是第一个能够同时支持下一代100GbE和40GbE以太光收发接口的工业标准。CFP MSA定义了支持40/100GbE和OTU4热插拔光收发器的连接器模式，并采用了由多个10G连接组成的电接口。CFP的转发器设计传输距离达到了10到40公里。

同时，CFP标准还能够支持光传输网络（OTN）平台。一组称为光数据单元（ODU）的传输容器由光传输单元（OTU）组织到一起，为各种数据业务透明地映射到OTU4容器打下了基础。为了实现在以太网上的长距离传输，OTU4传输层增加了成帧、管理和前向纠错能力。OTU4将会在客户端不断发展，数据速率也会达到近112Gbps。

国际电气和电子工程师协会（IEEE）、国际电信联盟（ITU）和光互连论坛（OIF）已经在标准化上投入大量工作，并预计会在2010年定稿。这些标准已经于2009年开展了100G现场测试，估计2010年就会开始部署。

绝大多数研发工作都是在IEEE提议的4×25G架构上展开的。该提议用一根光纤承载4个25G波长（见图1）。还有另一种替代提议是用一根光纤承载10个10G波长，业已研发完毕。不论是4×25G还是10×10G方式，都采用单模光纤实现了最低10公里的传输距离，并期望在未来达到40公里距离。而在电接口方面，用10个承载10GbE信号的并行链路构成系统，可以在性价比和灵活性间取得最好的平衡。

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图1：大量100GbE研发工作仍然集中在规范4×25Gbps上。这些波长被复用或放到并行光纤中。

物理编码子层（PCS）通过分散连接或分裂技术将多个链路汇聚起来。PCS连接的数量一般取决于电连接和光连接的常用最小数量。目前的标准草案中，最流行的配置方式包括10×10G电连接和4×25G光连接，以及20个5G PCS虚连接。

要实现以上设想离不开完整的100GbE技术和器件系统，这又对很多新器件的开发提出了要求。这些新器件包括用于100GbE的PHY器件、ASIC和FPGA等。在提供必要的并行数据链路时，电域和光域的信号完整性必须得到保证。由于CFP可插拔光器件包括了速率转换器、并行25G光器件和光电连接器，因此与上一代相比复杂度大大提高。而CFP转发器的管理数据输入/输出（MDIO）控制接口虽然为远程控制提供了便利，但也进一步提高了复杂度。

转发器与器件的开发是100GbE研发过程中的关键。而要将器件投入实际应用，仅仅克服技术困难是远远不够的。所有器件最终必须能够经济地批量生产、集成、安装和维护。目前的目标是在未来五年内，将复杂的并行光器件、速率转换器、连接器和DWDM集成光器件的价格降到合理的程度。最终，价格因素将是决定100GbE应用广度的关键。

测试的关键作用Qyt光波通信
测试将会在100GbE的商用过程中扮演关键角色。在初期阶段，最重要的需求主要是对器件功能，尤其是电和光域转发器功能的测试。高速信号在印刷电路板中传输时，信号劣化是不可避免的，因此电路层会遇到很大困难。为了控制成本，系统和设备制造商会继续使用FR4作为板卡材料，这也进一步增加了困难。

在测试中，识别包括噪声、串扰，以及PCB和连接器阻抗失配等因素对信号完整性的影响非常重要。而采用并行数据链路要求必须测量链路间偏移。时钟和动态性能也非常重要，尤其是时钟恢复性能。

测试必须逐步深入，不能仅限于简单的误码率测试。测试源必须与实际信号相符合，以确定速率变换、电光和光电接口的影响。事实上，数据由20个虚连接、10个物理电连接和4×25G光连接承载。如果发生误码，必须能够确定是哪种连接出现了问题。

100GbE系统中的光层同样存在挑战。在100GbE系统中以往的光参数，包括功率、稳定性、SRS和眼图仍然非常重要，而且这些测试必须在4个甚至10个波长上同时展开。如果不同波长中信号或偏移间的时延超过了阈值，那么整个链路就可能无法缓存数据，同步也会失效。

通过一个能够提供多种光信号，并能够对信号施加包括调整眼图闭合度等影响的平台，可以测试这些效应。用电链路偏移放大光链路中的影响，还可以更完整地测试电光集成的容忍度。而通过监测接收器的性能，我们可以精确地知道何时线路卡会产生误码。在OTU4传输链路侧，测试极其复杂的调制信号是很困难的。

技术发展呼唤新一代测试设备Qyt光波通信
在100GbE研发早期，器件与系统制造商需要能够满足所有关键需求的测试设备，包括转发器测试/确认、网络设备开发和系统验证测试（SVT）。在开发高度复杂的100GbE多链路、多波长产品时，还需要大量的先进应用软件。完整的测试环境不仅要求能够支持从物理层到以太网IP层各种光与电接口的测试，而且要能够支持协议测试、PCS层确认和转发器测试。100GbE系统还采用了并行信号，这要求对复用/解复用、信号成型和100GbE光信号接入都进行测试。

速率变换器是100GbE系统中的一个关键器件。为了验证其功能，必须对多链路信号的偏移进行测试。独立的链路会通过CFP模型中的速率变换映射到不同波长中。这一过程在启动初期是随机的，因此在CFP模型研发和评估阶段，很难生成测试完整性能的汇聚BER。在多个波长上将独立的链路组织起来，这导致整个系统的测试深度和广度大大提高。

一旦速率变换芯片能够正确地操作物理信号，下一步要做的就是对转发器和链路卡进行测试，确认其是否会产生误码。测试设备将通过提供成帧和未成帧的信号，并在成帧信号中加入负载的方法，测试是否会产生误码。底层性能则可以通过伪随机比特序列（PRBS）作用到电或光层进行测试。这样一来通过对原始数据的合理控制，在高层无法发现的各种故障就可以很快被发现。

具备高速、低抖动触发能力的测试系统与高速示波器配合，能够同时满足物理和逻辑信号的测试要求。然后用PRBS代替实际数据，再用生成的完整帧信号对整个系统进行模拟。这样就可以通过增加PCS数据来测试转发器或线路卡的性能。

PCS为测试带来了特殊的挑战。PCS实现了帧划分，提供了合适的时钟变换，并将多种链路聚合在一起（如图2）。在接收端需要重点测试的指标包括将接收数据映射到PCS链路中，以及生成并测量虚链路偏移。在开始下一阶段前，必须验证PCS层的各种告警和错误。如果PCS层出现问题，对其中的编码和负载进行完全控制的能力就显得非常重要了。

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图2：物理编码子层为完全发挥40GbE和100GbE的优势提供了必不可少的保障。

再往上就是IP层，可以通过发射和接收IP帧进行测试。测试设备必须能够在单链路或多链路客户端环境下生成完整的100GbE负载。

最新测试仪器能够迎接挑战Qyt光波通信
最新一代的100GbE测试平台致力于满足器件制造商的各种需求。它具备强大而灵活的电接口（通过适配器），能够生成未成帧的BERT流，并在第三或更高层实现波长映射。对于那些同时研发电和光接口，以确保产品兼容性的转发器制造商而言，这些平台完全能够满足他们的需要。而且它们还能够满足需要同时将40GbE、100GbE和OTU4元件集成到一起，并对标准中的各种关键器件进行审核的系统制造商的需要。最后，这些测试系统确保那些将40GbE、100GbE和OTU4设备部署到关键汇聚点的业务提供商，能够获得与现有设备互操作和无缝连接的能力。

40GbE到100GbE的跳跃式发展引出了很多困难，如果没有正确的测量和测试仪器，这两者根本无法实现衔接。最新一代的100G测试系统的设计目标就是满足40GbE、100GbE和OTU4设备开发商、制造商和业务提供商的测试需求。它覆盖了制造、安装和使用阶段从器件研发、制造到系统测试的各个方面，能够应对目前乃至将来硬件、固件和软件开发的所有挑战。