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光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

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)”不是一個嚴(yán)格意義上的技術(shù)術(shù)語,而是一個通俗用語。&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)”不是一個嚴(yán)格意義上的技術(shù)術(shù)語,而是一個通俗用語。 

    OTN的優(yōu)劣勢 

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

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

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

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

    * 交換能力上的擴展性。SDH主要分兩個交換級別,即2Mbit/s和155Mbit/s。而OTN可以隨著線路速率的增加而增加任意級別的交換速率,與具體每個波長信號的比特率無關(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)測和故障管理能力,對于速率要求不高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用經(jīng)濟性不佳。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,廠家開發(fā)新一代光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的驅(qū)動力不足,目前尚無成熟產(chǎn)品可用,市場窗口是較窄的。 

    全光OXC的發(fā)展 

    從實現(xiàn)技術(shù)上看,OXC可以劃分為兩大類,即采用電交叉矩陣的OXC(有時簡稱OEO方式或電OXC)和采用純光交叉矩陣的OXC(有時簡稱OOO方式或全光OXC)。采用OEO方式處理可以比較容易地實現(xiàn)信號質(zhì)量監(jiān)控和消除傳輸損傷,網(wǎng)管比較成熟,容量不是很大時成本較低,與現(xiàn)有線路技術(shù)兼容,更重要的是可以對小于整個波長的帶寬進行處理和調(diào)配,符合近期市場的容量需要。然而其擴容主要是通過持續(xù)的半導(dǎo)體芯片密度和性能的改進來實現(xiàn)的,由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,無法跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長速度。最后,這類系統(tǒng)通常體積大、功耗大、容量很大時成本較高。 

    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,容量可望大幅度擴展,隨之帶來的透明性還可以使其支持各種客戶層信號,功耗較小,有更高效的多端口交換能力,具有更長遠(yuǎn)的技術(shù)壽命。從端口成本和功耗看,這類設(shè)備也比采用OEO的OXC要低。但是,這類設(shè)備可以交換的帶寬粒度至少是整個波長,因此即使只有少量的附加帶寬需求也必須提供整個波長,不經(jīng)濟。其次,為了引入全光交換機,可能必須更新改造已有線路系統(tǒng)。第三,在光域?qū)崿F(xiàn)性能監(jiān)視很困難。第四,與全光交換機相連的線路是由一系列均衡過的光放大器構(gòu)成的,而目前所有線路均衡方法都是專用的,涉及的相關(guān)因素很多,這些因素高度相關(guān)且互相依賴,使均衡工作很困難,也需要時間穩(wěn)定。若試圖在均衡好的網(wǎng)狀網(wǎng)中快速動態(tài)地實施波長選路,將會導(dǎo)致上述多種因素重新組合,需要對新的波長通路實施快速重新均衡。而目前的光線路系統(tǒng)還無法以標(biāo)準(zhǔn)化的方式快速動態(tài)地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)均衡。 

    向ASON演進 

    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,缺乏自動聯(lián)網(wǎng)智能和端到端的點擊配置能力,因此無法適應(yīng)日益動態(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)問題。隨著IP業(yè)務(wù)成為網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)量后,對網(wǎng)絡(luò)帶寬的動態(tài)分配要求將越來越迫切,網(wǎng)絡(luò)最終需要實時動態(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將升級為動態(tài)交換型智能光交換機,于是一種能夠自動完成光網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)概念——自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)技術(shù)應(yīng)運而生。 

    ASON所帶來的主要好處有:簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點結(jié)構(gòu),允許將網(wǎng)絡(luò)資源動態(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)層升級擴容時間,間接增加了業(yè)務(wù)層節(jié)點的流量負(fù)荷;簡化了運行,實現(xiàn)了規(guī)劃、業(yè)務(wù)指配和維護的自動化,降低了運維成本,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;減少了運行支持系統(tǒng)軟件的需要,減少了人工出錯機會;可以引入新的波長業(yè)務(wù),諸如按需帶寬業(yè)務(wù)(BOD)、分級的帶寬業(yè)務(wù)、動態(tài)波長分配租用業(yè)務(wù)、光層虛擬專用網(wǎng)(OVPN)等等。 

    我國過去十幾年來,光纖通信的發(fā)展一直是以點到點的鏈路容量的擴展為主線的。近幾年來,隨著高度動態(tài)的IP業(yè)務(wù)量的持續(xù)高速發(fā)展和專線業(yè)務(wù)的穩(wěn)步發(fā)展,以及網(wǎng)絡(luò)容量的相對寬余和競爭的加劇,傳送網(wǎng)向動態(tài)聯(lián)網(wǎng)的ASON的發(fā)展已經(jīng)提到日程上來,建設(shè)一個大容量的高度靈活、動態(tài)、可靠的傳送網(wǎng)已經(jīng)成為我國傳送網(wǎng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵和下一步發(fā)展的重點。 

    城域網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn) 

    核心網(wǎng)問題基本解決后,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機遇。解決此問題可以有多種技術(shù)手段,但最基本的是兩類:一是改進以太網(wǎng),并擴展至公用城域網(wǎng)。二是強化SDH,擴展至網(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(MSTP)。 

    近來,電信級以太網(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的快速保護倒換時間,有些技術(shù)還采用了數(shù)字包封器,利用前向糾錯(FEC)和同步技術(shù)來改進系統(tǒng)性能,延伸傳輸距離。簡言之,一些新型電信級以太網(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)的擴展和增強技術(shù),例如Q in Q(SVLAN)外,各種標(biāo)準(zhǔn)化組織和廠家開發(fā)了很多新型電信級以太網(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(ERP)、虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)(VPLS),等等。可以預(yù)計,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),電信級以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺在城域網(wǎng)中的應(yīng)用將會越來越多。 

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

    首先,低成本是城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)最重要的特點,特別是按每波長計其成本必須明顯低于長途網(wǎng)用的WDM系統(tǒng)。幸運的是由于城域網(wǎng)范圍傳輸距離通常不超過100km,因而長途網(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)計僅僅是光損耗的設(shè)計,十分簡單明了。最后,由于沒有光放大器,波長數(shù)的增加和擴展也不再受光放大器頻帶的限制,可以容許使用波長間隔較寬、波長精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件,使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降,降低了整個系統(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途網(wǎng)WDM系統(tǒng),但其成本仍然較高。為了進一步降低城域WDM多業(yè)務(wù)平臺的成本,出現(xiàn)了粗波分復(fù)用(CWDM)的概念。這種系統(tǒng)的典型波長組合有三種,即4、8和16個,波長通路間隔達(dá)20nm之寬,濾波器通帶寬度約13nm,允許波長漂移6.5nm,大大降低了對激光器的要求。此外,由于CWDM系統(tǒng)對激光器的波長精度要求很低,無須致冷器和波長縮定器,不僅功耗低、尺寸小,而且其封裝可以用簡單的同軸結(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,預(yù)計成本可望降低約一半。 

    總的看,對于光纖資源短缺的城域網(wǎng)或者大型城域網(wǎng)的核心層乃至未來的匯聚和接入層面,城域WDM多業(yè)務(wù)平臺都將是一種有長期技術(shù)壽命的通用解決方案。CWDM多業(yè)務(wù)平臺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),特別是無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)應(yīng)該是比較理想的長遠(yuǎn)解決方案。其主要特點是在接入網(wǎng)中去掉了有源設(shè)備,避免了電磁干擾和雷電影響,減少了線路和外部設(shè)備的故障率,降低了相應(yīng)的運維成本。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,能比較經(jīng)濟地支持廣播電視業(yè)務(wù),具備三重業(yè)務(wù)功能(triple-play)。最后,由于其局端設(shè)備和光纖由用戶共享,線路成本較其它點到點方式要低,土建成本也明顯降低。PON的每用戶成本隨著分享OLT的用戶數(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,特別是那些用戶區(qū)域較分散,而每一區(qū)域用戶又相對集中的小面積密集用戶地區(qū),尤其是新建區(qū)域。 

    光纖接入網(wǎng)技術(shù)的最大問題是綜合成本較高,而市場對傳輸速率的需求暫時還不那么高,因此發(fā)展不快。近來,由于技術(shù)的進步為其發(fā)展提供了新的驅(qū)動力,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題,包括組網(wǎng)技術(shù)、接續(xù)技術(shù)、測試技術(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)一個比較經(jīng)濟的FTTx解決方案,也是當(dāng)前的主推方案;光纖到家(FTTH)則是一個長遠(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,是一個經(jīng)濟性和前瞻性兼顧的中長期解決方案。FTTx的演進路線將是逐漸將光纖向用戶推近的過程,即從FTTN到FTTC和FTTB乃至最后到FTTP,當(dāng)然這將是一個很長的過渡時期,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。
 
來源:通訊世界  中國電信集團公司總工程師 韋樂平/文
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