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光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

訊石光通訊網(wǎng)   發(fā)布時(shí)間:2006/10/18 9:15:13   編者:ICCSZ    
摘要： 從光纖通信技術(shù)本身的發(fā)展看，光網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前最活躍的領(lǐng)域。然而，所謂“光網(wǎng)絡(luò)”不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，而是一個(gè)通俗用語(yǔ)。&nbs
 
 
    從光纖通信技術(shù)本身的發(fā)展看，光網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前最活躍的領(lǐng)域。然而，所謂“光網(wǎng)絡(luò)”不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，而是一個(gè)通俗用語(yǔ)。 

    OTN的優(yōu)劣勢(shì) 

    相對(duì)傳統(tǒng)SDH而言，ITU-T所定義的OTN的主要優(yōu)勢(shì)在于： 

    * 具備更強(qiáng)的前向糾錯(cuò)（FEC）能力。OTN的帶外FEC比SDH的帶內(nèi)FEC可以改進(jìn)糾錯(cuò)能力3～7dB； 

    * 具有多級(jí)串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能。監(jiān)視連接可以是嵌套式、重疊式和/或級(jí)聯(lián)式，而SDH只允許單級(jí)； 

    * 支持客戶(hù)信號(hào)的透明傳送。SDH只能支持單一的SDH客戶(hù)信號(hào)，而OTN可以透明支持所有客戶(hù)信號(hào)； 

    * 交換能力上的擴(kuò)展性。SDH主要分兩個(gè)交換級(jí)別，即2Mbit/s和155Mbit/s。而OTN可以隨著線(xiàn)路速率的增加而增加任意級(jí)別的交換速率，與具體每個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)的比特率無(wú)關(guān)。 

    然而，OTN的主要不足之處是缺乏細(xì)帶寬粒度上的性能監(jiān)測(cè)和故障管理能力，對(duì)于速率要求不高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性不佳。另外，由于現(xiàn)有SDH光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠基本應(yīng)付應(yīng)用需要，廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)新一代光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)力不足，目前尚無(wú)成熟產(chǎn)品可用，市場(chǎng)窗口是較窄的。 

    全光OXC的發(fā)展 

    從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上看，OXC可以劃分為兩大類(lèi)，即采用電交叉矩陣的OXC（有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)OEO方式或電OXC）和采用純光交叉矩陣的OXC（有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)OOO方式或全光OXC）。采用OEO方式處理可以比較容易地實(shí)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量監(jiān)控和消除傳輸損傷，網(wǎng)管比較成熟，容量不是很大時(shí)成本較低，與現(xiàn)有線(xiàn)路技術(shù)兼容，更重要的是可以對(duì)小于整個(gè)波長(zhǎng)的帶寬進(jìn)行處理和調(diào)配，符合近期市場(chǎng)的容量需要。然而其擴(kuò)容主要是通過(guò)持續(xù)的半導(dǎo)體芯片密度和性能的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，無(wú)法跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長(zhǎng)速度。最后，這類(lèi)系統(tǒng)通常體積大、功耗大、容量很大時(shí)成本較高。 

    另一方面，采用光交叉矩陣的OXC省去了光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，不僅節(jié)約了大量光電轉(zhuǎn)換接口，而且由于純光消除了帶寬瓶頸，容量可望大幅度擴(kuò)展，隨之帶來(lái)的透明性還可以使其支持各種客戶(hù)層信號(hào)，功耗較小，有更高效的多端口交換能力，具有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)壽命。從端口成本和功耗看，這類(lèi)設(shè)備也比采用OEO的OXC要低。但是，這類(lèi)設(shè)備可以交換的帶寬粒度至少是整個(gè)波長(zhǎng)，因此即使只有少量的附加帶寬需求也必須提供整個(gè)波長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)。其次，為了引入全光交換機(jī)，可能必須更新改造已有線(xiàn)路系統(tǒng)。第三，在光域?qū)崿F(xiàn)性能監(jiān)視很困難。第四，與全光交換機(jī)相連的線(xiàn)路是由一系列均衡過(guò)的光放大器構(gòu)成的，而目前所有線(xiàn)路均衡方法都是專(zhuān)用的，涉及的相關(guān)因素很多，這些因素高度相關(guān)且互相依賴(lài)，使均衡工作很困難，也需要時(shí)間穩(wěn)定。若試圖在均衡好的網(wǎng)狀網(wǎng)中快速動(dòng)態(tài)地實(shí)施波長(zhǎng)選路，將會(huì)導(dǎo)致上述多種因素重新組合，需要對(duì)新的波長(zhǎng)通路實(shí)施快速重新均衡。而目前的光線(xiàn)路系統(tǒng)還無(wú)法以標(biāo)準(zhǔn)化的方式快速動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)均衡。 

    向ASON演進(jìn) 

    盡管OXC已具有靈活組網(wǎng)能力，但傳統(tǒng)意義上的OXC僅僅具有靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置能力，缺乏自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)智能和端到端的點(diǎn)擊配置能力，因此無(wú)法適應(yīng)日益動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)環(huán)境，也不解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。隨著IP業(yè)務(wù)成為網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)量后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)分配要求將越來(lái)越迫切，網(wǎng)絡(luò)最終需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)配置能力，即智能光交換能力，傳統(tǒng)的靜態(tài)交叉連接型OXC將升級(jí)為動(dòng)態(tài)交換型智能光交換機(jī)，于是一種能夠自動(dòng)完成光網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)概念——自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 

    ASON所帶來(lái)的主要好處有：簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，允許將網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)分配給路由，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)資源分配，提高了帶寬利用率，降低了建網(wǎng)初始成本，還縮短了業(yè)務(wù)層升級(jí)擴(kuò)容時(shí)間，間接增加了業(yè)務(wù)層節(jié)點(diǎn)的流量負(fù)荷；簡(jiǎn)化了運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃、業(yè)務(wù)指配和維護(hù)的自動(dòng)化，降低了運(yùn)維成本，避免了資源擱淺；光層的快速業(yè)務(wù)恢復(fù)能力；快速的業(yè)務(wù)提供和拓展；減少了運(yùn)行支持系統(tǒng)軟件的需要，減少了人工出錯(cuò)機(jī)會(huì)；可以引入新的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)，諸如按需帶寬業(yè)務(wù)（BOD）、分級(jí)的帶寬業(yè)務(wù)、動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)分配租用業(yè)務(wù)、光層虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（OVPN）等等。 

    我國(guó)過(guò)去十幾年來(lái)，光纖通信的發(fā)展一直是以點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路容量的擴(kuò)展為主線(xiàn)的。近幾年來(lái)，隨著高度動(dòng)態(tài)的IP業(yè)務(wù)量的持續(xù)高速發(fā)展和專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)的穩(wěn)步發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)容量的相對(duì)寬余和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，傳送網(wǎng)向動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)的ASON的發(fā)展已經(jīng)提到日程上來(lái)，建設(shè)一個(gè)大容量的高度靈活、動(dòng)態(tài)、可靠的傳送網(wǎng)已經(jīng)成為我國(guó)傳送網(wǎng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵和下一步發(fā)展的重點(diǎn)。 

    城域網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn) 

    核心網(wǎng)問(wèn)題基本解決后，城域接入網(wǎng)正成為全網(wǎng)的帶寬和業(yè)務(wù)提供瓶頸，也將成為最大的市場(chǎng)機(jī)遇。解決此問(wèn)題可以有多種技術(shù)手段，但最基本的是兩類(lèi)：一是改進(jìn)以太網(wǎng)，并擴(kuò)展至公用城域網(wǎng)。二是強(qiáng)化SDH，擴(kuò)展至網(wǎng)絡(luò)邊緣并支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)——建立多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）。 

    近來(lái)，電信級(jí)以太網(wǎng)的發(fā)展很快，一些最新的技術(shù)解決方案已經(jīng)接近解決或部分解決了Qos，安全以及管理等問(wèn)題，已能提供多種業(yè)務(wù)，具有一定的QoS能力和網(wǎng)管能力，具備較高的生存性，不少技術(shù)已能提供50ms的快速保護(hù)倒換時(shí)間，有些技術(shù)還采用了數(shù)字包封器，利用前向糾錯(cuò)（FEC）和同步技術(shù)來(lái)改進(jìn)系統(tǒng)性能，延伸傳輸距離。簡(jiǎn)言之，一些新型電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)正逐漸具備公用電信網(wǎng)所要求的必備功能和性能。除了大家比較熟悉的傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)的擴(kuò)展和增強(qiáng)技術(shù)，例如Q in Q（SVLAN）外，各種標(biāo)準(zhǔn)化組織和廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了很多新型電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)，諸如彈性分組環(huán)（RPR）、多業(yè)務(wù)環(huán)（MSR）、MAC in MAC封裝、以太網(wǎng)環(huán)保護(hù)（ERP）、虛擬專(zhuān)用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)（VPLS），等等?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著網(wǎng)絡(luò)中IP/以太網(wǎng)業(yè)務(wù)量的日益增加以及基于以太網(wǎng)技術(shù)的新型解決方案的不斷出現(xiàn)，電信級(jí)以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺(tái)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多。 

    隨著技術(shù)的進(jìn)展和業(yè)務(wù)的發(fā)展，WDM技術(shù)正從長(zhǎng)途傳輸領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展。適用于城域網(wǎng)領(lǐng)域的WDM系統(tǒng)稱(chēng)為城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)和要求可以歸結(jié)如下： 

    首先，低成本是城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)，特別是按每波長(zhǎng)計(jì)其成本必須明顯低于長(zhǎng)途網(wǎng)用的WDM系統(tǒng)。幸運(yùn)的是由于城域網(wǎng)范圍傳輸距離通常不超過(guò)100km，因而長(zhǎng)途網(wǎng)必須用的外調(diào)制器和光放大器可以不必使用，從而減少了分波器和合波器的復(fù)雜性，光放大段的設(shè)計(jì)僅僅是光損耗的設(shè)計(jì)，十分簡(jiǎn)單明了。最后，由于沒(méi)有光放大器，波長(zhǎng)數(shù)的增加和擴(kuò)展也不再受光放大器頻帶的限制，可以容許使用波長(zhǎng)間隔較寬、波長(zhǎng)精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件，使元器件特別是無(wú)源器件的成本大幅度下降，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。 

    然而，盡管目前城域WDM系統(tǒng)的成本已明顯低于長(zhǎng)途網(wǎng)WDM系統(tǒng)，但其成本仍然較高。為了進(jìn)一步降低城域WDM多業(yè)務(wù)平臺(tái)的成本，出現(xiàn)了粗波分復(fù)用（CWDM）的概念。這種系統(tǒng)的典型波長(zhǎng)組合有三種，即4、8和16個(gè)，波長(zhǎng)通路間隔達(dá)20nm之寬，濾波器通帶寬度約13nm，允許波長(zhǎng)漂移6.5nm，大大降低了對(duì)激光器的要求。此外，由于CWDM系統(tǒng)對(duì)激光器的波長(zhǎng)精度要求很低，無(wú)須致冷器和波長(zhǎng)縮定器，不僅功耗低、尺寸小，而且其封裝可以用簡(jiǎn)單的同軸結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)碟型封裝成本低，激光器模塊的總成本可以減少三分之二。從濾波器角度看，以典型的100GHz間隔的介質(zhì)薄膜濾波器為例，需要150層鍍膜，而20nm間隔的CWDM濾波器只需要50層鍍膜即可，其成品率和成本都可以獲得有效改進(jìn)，預(yù)計(jì)成本可望降低約一半。 

    總的看，對(duì)于光纖資源短缺的城域網(wǎng)或者大型城域網(wǎng)的核心層乃至未來(lái)的匯聚和接入層面，城域WDM多業(yè)務(wù)平臺(tái)都將是一種有長(zhǎng)期技術(shù)壽命的通用解決方案。CWDM多業(yè)務(wù)平臺(tái)則最適合城域匯聚和接入網(wǎng)部分以及企業(yè)局域網(wǎng)的延伸和存儲(chǔ)網(wǎng)等短距離應(yīng)用。 

    光接入網(wǎng)的發(fā)展 

    從光纖接入看，光纖接入網(wǎng)，特別是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）應(yīng)該是比較理想的長(zhǎng)遠(yuǎn)解決方案。其主要特點(diǎn)是在接入網(wǎng)中去掉了有源設(shè)備，避免了電磁干擾和雷電影響，減少了線(xiàn)路和外部設(shè)備的故障率，降低了相應(yīng)的運(yùn)維成本。其次，PON的業(yè)務(wù)透明性好，帶寬寬，可適用于任何制式和速率的信號(hào)，能比較經(jīng)濟(jì)地支持廣播電視業(yè)務(wù)，具備三重業(yè)務(wù)功能（triple-play）。最后，由于其局端設(shè)備和光纖由用戶(hù)共享，線(xiàn)路成本較其它點(diǎn)到點(diǎn)方式要低，土建成本也明顯降低。PON的每用戶(hù)成本隨著分享OLT的用戶(hù)數(shù)量的增加而迅速下降，因而最適合于分散的小企業(yè)和居民用戶(hù)，特別是那些用戶(hù)區(qū)域較分散，而每一區(qū)域用戶(hù)又相對(duì)集中的小面積密集用戶(hù)地區(qū)，尤其是新建區(qū)域。 

    光纖接入網(wǎng)技術(shù)的最大問(wèn)題是綜合成本較高，而市場(chǎng)對(duì)傳輸速率的需求暫時(shí)還不那么高，因此發(fā)展不快。近來(lái)，由于技術(shù)的進(jìn)步為其發(fā)展提供了新的驅(qū)動(dòng)力，但作為主流接入技術(shù)還需要解決除了設(shè)備成本以外的一系列問(wèn)題，包括組網(wǎng)技術(shù)、接續(xù)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、敷設(shè)安裝技術(shù)等等。 

    從全局看，光纖到小區(qū)（FTTN）是中近期內(nèi)一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)的FTTx解決方案，也是當(dāng)前的主推方案；光纖到家（FTTH）則是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的理想解決方案，當(dāng)前主要適于新建商務(wù)區(qū)和高檔住宅小區(qū)；而光纖到路邊（FTTC）和光纖到公寓小樓（FTTB）介于兩者之間，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性和前瞻性兼顧的中長(zhǎng)期解決方案。FTTx的演進(jìn)路線(xiàn)將是逐漸將光纖向用戶(hù)推近的過(guò)程，即從FTTN到FTTC和FTTB乃至最后到FTTP，當(dāng)然這將是一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)渡時(shí)期，這期間，在新建地區(qū)直接采用FTTC/FTTB/FTTP都將是一種可行的具有前瞻性的解決方案。
 
來(lái)源：通訊世界  中國(guó)電信集團(tuán)公司總工程師 韋樂(lè)平/文
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