光纖通信系統技術(shù)的發(fā)展與展望
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關(guān)鍵詞 光纖通信 WDM EPON GPON
1、引言
世紀之初，由于網(wǎng)絡(luò )泡沫、光纖泡沫和3G|0">3G泡沫的破滅使世界電信業(yè)陷入了空前的困境，光纖通信首當其沖。幸運的是，電信的內在需求沒(méi)有根本改變，人們沒(méi)有少打電話(huà)，也沒(méi)有少上網(wǎng)，短信業(yè)務(wù)如火如荼，網(wǎng)絡(luò )電視(IPTV|0">IPTV)業(yè)務(wù)蓄勢待發(fā)，電信業(yè)務(wù)市場(chǎng)仍然繼續成長(cháng)，世界網(wǎng)絡(luò )帶寬需求的年增長(cháng)率依然高達50%-100%，而我國在過(guò)去幾年里的干線(xiàn)業(yè)務(wù)量和帶寬需求的年增長(cháng)率超過(guò)200%。然而，泡沫引起的困境只是放慢了發(fā)展的速度，絕不會(huì )也不可能停止電信技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展進(jìn)程，電信業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的調整后正開(kāi)始步入正常的理性發(fā)展軌道。下面僅對光纖通信系統技術(shù)的發(fā)展趨勢作簡(jiǎn)要總結和展望。
2、SDH向下一代融合的低成本多業(yè)務(wù)平臺轉型
SDH依然是電信網(wǎng)的主導傳送體制。然而，由于WDM的出現和發(fā)展，SDH的作用和角色有了很大轉變。在長(cháng)途干線(xiàn)網(wǎng)上，SDH的作用已經(jīng)降低為WDM層的客戶(hù)層，其角色正開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò )邊緣轉移。鑒于網(wǎng)絡(luò )邊緣復雜的客戶(hù)層信號特點(diǎn)，SDH必須從純傳送網(wǎng)轉變?yōu)閭魉途W(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)一體化的多業(yè)務(wù)平臺，即融合的多業(yè)務(wù)節點(diǎn)。其出發(fā)點(diǎn)是充分利用大家所信任的SDH技術(shù)，特別是其保護恢復能力和確保的延時(shí)性能，加以改造以適應多業(yè)務(wù)應用，支持層2乃至層3的數據智能，構成業(yè)務(wù)層和傳送層一體化的多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP|0">MSTP)。
近幾年，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中數據業(yè)務(wù)份量的持續加重，SDH多業(yè)務(wù)平臺正逐漸從簡(jiǎn)單地支持數據業(yè)務(wù)的固定封裝和透傳的方式向更加靈活有效支持數據業(yè)務(wù)的下一代SDH系統演進(jìn)和發(fā)展。最新的發(fā)展是支持集成通用組幀程序(GFP)、鏈路容量調節方案(LCAS)和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON|0">ASON)標準。
GFP是一種可以透明地將各種數據信號封裝進(jìn)現有網(wǎng)絡(luò )的通用標準信號適配映射技術(shù)，簡(jiǎn)單靈活，開(kāi)銷(xiāo)低，效率高，有利于多廠(chǎng)家設備互聯(lián)互通，能夠對用戶(hù)數據實(shí)施統計復用，還有QoS機制。此外，利用簡(jiǎn)化任意字節塊每次的處理過(guò)程，GFP降低了對數據鏈路映射和去映射過(guò)程的處理要求。利用現代光通信的低誤碼特性，GFP還進(jìn)一步降低了接收機實(shí)施復雜性、設備尺寸和成本，使GFP特別適合于高速傳輸鏈路應用，例如點(diǎn)到點(diǎn)SDH鏈路、OTN中的波長(cháng)通路以及暗光纖應用。
LCAS則定義了一種可以平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級聯(lián)信號帶寬的方法，以自動(dòng)適應有效業(yè)務(wù)帶寬，信令傳輸由普通的SDH網(wǎng)元和網(wǎng)管系統完成。采用LCAS的最大優(yōu)點(diǎn)在于有效凈負荷可以自動(dòng)映射到可用的VC上，這意味著(zhù)帶寬的調整是連續的，不僅提高了帶寬指配速度，對業(yè)務(wù)無(wú)損傷，而且當系統出現故障時(shí)，可以動(dòng)態(tài)調整系統帶寬，無(wú)須人工介入，還可以在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下明顯提高網(wǎng)絡(luò )利用率。
ASON可以動(dòng)態(tài)地實(shí)施連接建立和管理，使網(wǎng)絡(luò )具有自動(dòng)選路和指配功能。若下一代的SDH多業(yè)務(wù)平臺能將上述VC級聯(lián)，GFP，LCAS和ASON幾種標準功能集成在一起，再配合核心智能光網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)選路和指配功能，則不僅能大大增強自身靈活有效支持數據業(yè)務(wù)的能力，而且可以將核心智能光網(wǎng)絡(luò )的智能擴展到網(wǎng)絡(luò )邊緣，增強網(wǎng)絡(luò )的智能范圍和效率。
最后，由于在城域網(wǎng)領(lǐng)域正面臨光以太網(wǎng)的競爭壓力，迫使MSTP在降低設備成本和提高業(yè)務(wù)提供靈活性上繼續改進(jìn)。重要的趨勢之一是結合MPLS|0">MPLS，使MSTP和MPLS能互相依托共同向網(wǎng)絡(luò )邊緣擴展，從而可以充分利用MPLS靈活跨域支持數據聯(lián)網(wǎng)的一系列優(yōu)點(diǎn)。
3、光以太網(wǎng)的挑戰與新發(fā)展
光以太網(wǎng)是一類(lèi)光纖上運行的新型以太網(wǎng)技術(shù)，源于局域網(wǎng)。從結構上看，以太網(wǎng)是一種端到端的解決方案，在網(wǎng)絡(luò )各個(gè)部分統一處理二層交換、流量工程和業(yè)務(wù)配置，省去了網(wǎng)絡(luò )邊界處的格式變換。其次，以太網(wǎng)的擴展性很好，在網(wǎng)絡(luò )邊緣通過(guò)改變流量策略參數即可迅速按需以1Mbit/s的帶寬顆粒逐步提供所需的帶寬，從10Mbit/s，100Mbit/s，1Gbit/s直至10Gbit/s。從管理上看，由于同樣的系統可以應用在網(wǎng)絡(luò )各個(gè)層面上，因此網(wǎng)絡(luò )管理可以大大簡(jiǎn)化，新業(yè)務(wù)可以拓展得更快。
總的看，以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺最適合IP/以太網(wǎng)業(yè)務(wù)量占絕對主導的網(wǎng)絡(luò )應用場(chǎng)合，也可以在IP/以太網(wǎng)業(yè)務(wù)量足夠大的中小城市作為獨立的IP城域網(wǎng)應用，還可以在IP/以太網(wǎng)業(yè)務(wù)量很大的大中城市作為IP城域網(wǎng)的匯聚和接入層應用，核心則為高端路由器。一些改進(jìn)的新型光以太網(wǎng)正在逐漸應用于城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺。
然而，歷史上以太網(wǎng)源于局域網(wǎng)，不必考慮QoS問(wèn)題，當試圖擴展應用到公用電信網(wǎng)時(shí)需要提供隨用戶(hù)而異的QoS和服務(wù)等級合同(SLA)機制，目前傳統以太網(wǎng)還沒(méi)有可靠的機制能保證端到端的抖動(dòng)和延時(shí)性能，難以提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)所需要的全網(wǎng)范圍的標準QoS指配能力和多用戶(hù)共享節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )所必須的計費統計能力。其次，以太網(wǎng)原來(lái)是為局域網(wǎng)用戶(hù)內部應用設計的，缺乏安全機制保證，當擴展到MAN和WAN以后，需要開(kāi)發(fā)新的更可靠的安全機制。第三，源于局域網(wǎng)環(huán)境的以太網(wǎng)的OAMP能力很弱。在公用電信網(wǎng)中，必須有效地運行和維護大規模的地理分散的網(wǎng)絡(luò )，需要有很強的OAMP能力和網(wǎng)絡(luò )級的管理能力和視野乃至商務(wù)贏(yíng)利模式。第四，傳統以太網(wǎng)交換機的光口是以點(diǎn)到點(diǎn)方式直接相連的，省掉了傳輸設備，不具備內置的強大故障定位能力和完備的性能監視能力，使以太網(wǎng)中發(fā)生的故障難以診斷和修復，特別是復雜的大網(wǎng)很難辦。傳統以太網(wǎng)主要靠生成樹(shù)(STP)或快速生成樹(shù)(RSTP)實(shí)施保護，需要至少數秒的時(shí)間才能收斂，難以傳送電信級的語(yǔ)音數據業(yè)務(wù)。第五，以太網(wǎng)中光纖線(xiàn)路成本隨網(wǎng)絡(luò )規模的擴大和節點(diǎn)數的增加而迅速增長(cháng)，其網(wǎng)絡(luò )成本對于復雜的大型電信級網(wǎng)絡(luò )是否合算還是個(gè)未知數?？傊?，只有妥善地解決了上述主要問(wèn)題后，以太網(wǎng)才能作為真正的多業(yè)務(wù)平臺應用于大型公用電信網(wǎng)環(huán)境，提供電信級的各類(lèi)業(yè)務(wù)。
近來(lái)，光以太網(wǎng)的發(fā)展很快，一些最新的技術(shù)解決方案已經(jīng)解決或部分解決了某些上述問(wèn)題，對傳統以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了較大的改進(jìn)，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(shí)間，有些技術(shù)還采用了數字包封器，利用前向糾錯(FEC)和同步技術(shù)來(lái)改進(jìn)系統性能，延伸傳輸距離。簡(jiǎn)言之，一些新型光以太網(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，各種標準化組織和廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了很多新型光以太網(wǎng)技術(shù)及其質(zhì)量改進(jìn)和保證標準，諸如彈性分組環(huán)(RPR)，多業(yè)務(wù)環(huán)(MSR)，MAC in MAC封裝，虛擬專(zhuān)用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)(VPLS)等，各有特點(diǎn)。下面簡(jiǎn)要介紹MAC in MAC封裝和VPLS這兩種最典型的新型光以太網(wǎng)技術(shù)。
所謂Mac in Mac封裝是將用戶(hù)的以太網(wǎng)數據幀再封裝一個(gè)運營(yíng)商的以太網(wǎng)幀頭，形成兩個(gè)Mac地址。其中，用戶(hù)的Mac地址存儲在運營(yíng)商的以太網(wǎng)幀中，核心網(wǎng)并不知道用戶(hù)的Mac地址，只根據運營(yíng)商的Mac地址來(lái)轉發(fā)流量?？梢?jiàn)，Mac in Mac封裝方式完全屏蔽了用戶(hù)側的信息(包括MAC地址、用戶(hù)VLAN和生成樹(shù))，隔離了核心網(wǎng)，減輕了用戶(hù)Mac地址對核心網(wǎng)轉發(fā)表的壓力；提高了網(wǎng)絡(luò )擴展性，改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò )安全性，增強了業(yè)務(wù)擴展性。其次，由于Mac in Mac采用二層封裝技術(shù)，無(wú)需復雜的信令機制，設備成本、建網(wǎng)成本和運維成本均較低。最后，采用Mac in Mac封裝方式，對下可以接入VLAN或SVLAN，對上可以與VPLS或其它VPN|0">VPN業(yè)務(wù)互通，具有很強的靈活性。
VPLS則是在點(diǎn)到點(diǎn)MPLS基礎上進(jìn)一步發(fā)展而成的多點(diǎn)互聯(lián)的二層VPN技術(shù)。從用戶(hù)角度，仿佛所有站點(diǎn)都連至一個(gè)專(zhuān)有LAN。從業(yè)務(wù)提供商角度，可以重新利用IP/MPLS基礎設施來(lái)提供多種業(yè)務(wù)。這種技術(shù)基于MPLS，獨立于具體物理拓撲，可以利用MPLS的流量工程實(shí)現資源配置的最佳化；VPLS利用FRR代替以太網(wǎng)的STP和RSTP保護，可以實(shí)現50ms的保護倒換；VPLS還支持2/3/4層可擴展的訪(fǎng)問(wèn)控制列表(ACL)能力和每用戶(hù)的ACL控制，提供了較安全的控制和策略機制；VPLS具有良好的二層匯聚能力，支持的用戶(hù)數量突破了傳統以太網(wǎng)的4096個(gè)VLANID的限制；VPLS提供層次化的VPLS(H-VPLS)，改進(jìn)了擴展性；VPLS能夠區分并保證每用戶(hù)中的不同業(yè)務(wù)流量，網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)配置簡(jiǎn)單，業(yè)務(wù)提供快；VPLS還具有清晰的業(yè)務(wù)提供者和用戶(hù)駐地網(wǎng)之間的界限，便于管理。當然上述特點(diǎn)的獲取不是免費的，由于VPLS使用三層協(xié)議建立信令，設備成本高，運維復雜，部分抵消了以太網(wǎng)的低成本優(yōu)勢。
可以預計，隨著(zhù)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，光以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺在城域網(wǎng)中的應用將會(huì )越來(lái)越多。
4、40Gbit/s系統的發(fā)展、挑戰及應用
目前，10Gbit/s系統已大批量裝備網(wǎng)絡(luò )，不少電信公司已開(kāi)始進(jìn)行40Gbit/s系統的現場(chǎng)試驗。從網(wǎng)絡(luò )應用看，帶10Gbit/s接口的路由器已經(jīng)大量應用，帶40Gbit/s接口的路由器也已經(jīng)問(wèn)世。為了提高核心網(wǎng)的效率和功能，核心網(wǎng)的單波長(cháng)速率向40Gbit/s發(fā)展是合乎邏輯的?？偟目?，采用40Gbit/s傳輸的主要優(yōu)勢有：
(1)可以更有效地使用傳輸頻帶，頻譜效率較高；
(2)如果40Gbit/s的成本降到10Gbit/s實(shí)際成本的2.5倍以下時(shí)，就達到了合理應用點(diǎn)，就有條件實(shí)現規模商用，降低傳輸成本；
(3)由于只用一個(gè)網(wǎng)元代替了四個(gè)網(wǎng)元，減少了OAM的成本、復雜性以及備件的數量；
(4)提高了核心網(wǎng)的效率和功能。
然而，單路波長(cháng)的傳輸速率會(huì )受限于集成電路材料的電子和空穴的遷移率；還受限于傳輸媒質(zhì)的色散和極化模色散；最后還受限于所開(kāi)發(fā)系統的性能價(jià)格比是否合算。目前看來(lái)，材料問(wèn)題已不是主要限制，但后兩項限制成為這一速率的實(shí)用化瓶頸。
從實(shí)際應用看，對于40Gbit/s傳輸系統，必須用外調制器；能具備足夠輸出電壓驅動(dòng)外調制器的驅動(dòng)集成電路還不夠成熟；沿用多年的NRZ調制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s還沒(méi)有把握，起碼長(cháng)途傳輸是很困難的，必須轉向性能更好的普通歸零(RZ)碼乃至調制效率更高的其他調制方式，例如載頻抑制的RZ(CS-RZ)碼，差分相移鍵控RZ(DPSK-RZ)碼，啁啾的RZ(CRZ)碼，超級CRZ(SuperCRZ)碼，雙二進(jìn)制碼(D-RZ)，偽線(xiàn)性RZ碼，光孤子(Soliton)調制方式等。
除了技術(shù)因素外，經(jīng)濟上是否可行是必須考慮的關(guān)鍵因素，從歷史經(jīng)驗看，只有成本降到2.5倍以?xún)炔庞锌赡塬@得規模應用。理論上，40Gbit/s系統應用的理想場(chǎng)合仍然是長(cháng)途網(wǎng)，因為長(cháng)途網(wǎng)需要最大的容量和最低的比特傳送成本。然而，由于前幾年的大規模建設，盡管目前我國干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的波道利用率已經(jīng)超過(guò)70%，但是光纖利用率不到30%，SDH電路利用率不到50%，因而只需要波分復用層面上擴容即可，光纜網(wǎng)的總體容量依然有余，并不需要立即全面升級到40Gbit/s速率。另一個(gè)需要認真考慮的因素是光纜的極化模色散特性。如果說(shuō)我國光纜網(wǎng)的極化模色散特性除了少數路由外在支持10Gbit/s傳輸方面還基本可行的話(huà)，那么當速率提高到40Gbit/s后，由于PMD受限的傳輸距離將隨傳輸速率的平方關(guān)系成反比例而減少，傳輸距離將減少16倍，而且二階極化模色散的影響變大。我國光纜網(wǎng)的極化模色散特性究竟能否有效支持40Gbit/s的長(cháng)距離傳輸，還需要先進(jìn)行大規模的實(shí)地測試后才能搞清。
然而，對于短距離傳輸，無(wú)須色散補償、光放大器和外調制器，40Gbit/s系統具有最低的單位比特成本，上述問(wèn)題不是障礙。40Gbit/s的應用完全可以由短距離互聯(lián)應用開(kāi)始，包括端局內路由器、交換機和傳輸設備間的互聯(lián)，乃至擴展至城域網(wǎng)范圍和短距離長(cháng)途應用。
5、超長(cháng)距離波分復用系統的發(fā)展
由于技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅動(dòng)，這幾年波分復用系統發(fā)展十分迅猛。目前，1.6Tbit/sWDM系統已經(jīng)大量商用。WDM系統為了盡量減少電再生點(diǎn)的數量，降低初始成本和運營(yíng)成本，改進(jìn)可靠性以及應付IP業(yè)務(wù)越來(lái)越長(cháng)的落地終結距離，全光傳輸距離也在大幅度擴展，從目前的600km左右擴展到2000km以上，主要的使用技術(shù)有分布式喇曼放大器、超強前向糾錯技術(shù)(FEC)、色散管理技術(shù)、嚴格的光均衡技術(shù)以及高效的調制格式等?？偟目?，敷設超長(cháng)距離(ULH)波分復用系統的主要好處有：
(1)由于大量電再生中繼器的消除，減低了系統成本和信號延時(shí)，簡(jiǎn)化了高速電路的指配，加快了業(yè)務(wù)提供速度；
(2)由于業(yè)務(wù)量的疏導在核心網(wǎng)邊緣處實(shí)現，核心網(wǎng)可以確保有最大帶寬效率；
(3)由于大量電再生中繼器的消除，降低了網(wǎng)絡(luò )的維護運營(yíng)成本；
(4)由于進(jìn)一步改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò )透明性，降低了網(wǎng)絡(luò )升級的成本并簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )結構，便于下一步向光網(wǎng)狀網(wǎng)演進(jìn)。
目前，ULH在技術(shù)上已經(jīng)完全成熟，實(shí)際網(wǎng)絡(luò )應用也已有一些，但是世界上需要這樣長(cháng)距離傳輸電路的國家或區域太少，導致應用規模不大，設備成本無(wú)法利用規模生產(chǎn)的優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò )總成本似乎并不那么便宜，也在一定程度上影響了其應用。
6、城域CWDM技術(shù)的發(fā)展
隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)展和業(yè)務(wù)的發(fā)展，WDM技術(shù)正從長(cháng)途傳輸領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴展。由于城域網(wǎng)范圍傳輸距離通常不超過(guò)100km，因而長(cháng)途網(wǎng)必須用的外調制器和光放大器可以不一定使用，波長(cháng)數的增加和擴展不再受光放大器頻帶的限制，容許使用波長(cháng)間隔較寬、波長(cháng)精度和穩定度要求較低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件成本大幅度下降，降低了整個(gè)系統的成本。
盡管城域WDM系統的成本已明顯低于長(cháng)途網(wǎng)WDM系統，但目前絕對成本仍然較高，特別是傳輸距離較長(cháng)時(shí)光纖放大器有時(shí)不能省掉，因此需要開(kāi)發(fā)低成本光纖放大器。其次，當前在網(wǎng)絡(luò )邊緣需要整個(gè)波長(cháng)帶寬的用戶(hù)和應用畢竟很少，WDM多業(yè)務(wù)平臺主要適用于核心層，特別是擴容需求較大、距離較長(cháng)的應用場(chǎng)合。
為了進(jìn)一步降低城域WDM多業(yè)務(wù)平臺的成本，出現了粗波分復用(CWDM)系統的概念。這種系統的典型波長(cháng)組合有三種，即4、8和16個(gè)，波長(cháng)通路間隔達20nm，允許波長(cháng)漂移±6.5nm，大大降低了對激光器的要求，其成本可以大大降低。此外，由于CWDM系統對激光器的波長(cháng)精度要求很低，無(wú)須致冷器和波長(cháng)鎖定器，不僅功耗低，尺寸小，而且其封裝可以用簡(jiǎn)單的同軸結構，比傳統碟型封裝成本低，激光器模塊的總成本可以減少2/3。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)，預計成本可以至少降低一半。
簡(jiǎn)言之，CWDM系統無(wú)論是激光器輸出功率要求，還是對溫度的敏感度要求以及對色散容忍度的要求，乃至對封裝的要求都遠低于DWDM激光器，再加上濾波器要求的降低，使系統成本有望大幅度下降。特別由于8波長(cháng)CWDM系統的光譜安排避開(kāi)了1385nm附近的OH吸收峰，可以適用于任意一類(lèi)光纖，將會(huì )首先獲得應用。
從業(yè)務(wù)應用上看，CWDM收發(fā)器已經(jīng)應用于Gbit/s接口轉換器(GBIC)和小型可插拔器件(SFP)，可以直接插入到Gbit/s以太網(wǎng)交換機和光纖通路交換機中，其體積、功耗和成本均遠小于對應的DWDM器件。顯然，從業(yè)務(wù)需求和成本考慮出發(fā)，CWDM應該在我國城域網(wǎng)具有良好的發(fā)展前景。
7、從點(diǎn)到點(diǎn)WDM傳輸走向自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )
普通的點(diǎn)到點(diǎn)波分復用通信系統盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬，需要有靈活的節點(diǎn)才能實(shí)現高效的靈活組網(wǎng)能力。然而現有的電DXC系統十分復雜，其節點(diǎn)容量無(wú)法跟上網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路容量的增長(cháng)速度。進(jìn)一步擴容的希望轉向光節點(diǎn)，即光分插復用器(OADM)和光交叉連接器(OXC)。
從實(shí)現技術(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)。前者可以比較容易地實(shí)現信號質(zhì)量監控和消除傳輸損傷，網(wǎng)管比較成熟，容量不很大時(shí)成本較低，與現有線(xiàn)路技術(shù)兼容，更重要的是可以對小于整個(gè)波長(cháng)的帶寬進(jìn)行處理和調配，符合近期市場(chǎng)的容量需要。然而其擴容依然主要通過(guò)持續的半導體芯片密度和性能的改進(jìn)來(lái)實(shí)現的，改進(jìn)的速度還是無(wú)法跟上網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路容量的增長(cháng)速度。
另一方面，采用光交叉矩陣的OXC省去了光電轉換環(huán)節，不僅節約了大量光電轉換接口，而且由于消除了帶寬瓶頸，容量可望大幅度擴展，隨之帶來(lái)的透明性還可以使其支持各種客戶(hù)層信號，功耗較小，具有更長(cháng)遠的技術(shù)壽命。但是，這類(lèi)設備可以交換的帶寬顆粒至少是整個(gè)波長(cháng)，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(xiàn)路系統。第三，在光域實(shí)現性能監視很困難。第四，與全光交換機相連的線(xiàn)路是由一系列均衡過(guò)的光放大器構成的，試圖在均衡好的網(wǎng)狀網(wǎng)中快速動(dòng)態(tài)實(shí)施波長(cháng)選路很困難。最后，由于色散非線(xiàn)性損傷問(wèn)題，使全光網(wǎng)的覆蓋范圍受限。凡此種種，尤其是網(wǎng)絡(luò )必須靈活調度的容量需求不足，導致全光OXC的發(fā)展受阻，在世界上僅有極少的應用案例。相信隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )容量的持續發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的不斷提升，全光OXC的應用將會(huì )在未來(lái)幾年中逐步提到日程上來(lái)考慮的。
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)量向動(dòng)態(tài)的IP業(yè)務(wù)量的繼續匯聚，一個(gè)靈活動(dòng)態(tài)的光網(wǎng)絡(luò )是不可或缺的，最新發(fā)展趨勢是引入自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON)，使光聯(lián)網(wǎng)從靜態(tài)光聯(lián)網(wǎng)走向動(dòng)態(tài)交換光網(wǎng)絡(luò )，所帶來(lái)的主要好處有：
(1)允許將網(wǎng)絡(luò )資源動(dòng)態(tài)地分配給路由，縮短了業(yè)務(wù)層擴容時(shí)間；
(2)快速的業(yè)務(wù)提供和拓展；
(3)降低網(wǎng)絡(luò )初始建設成本和運行維護成本；
(4)光層的快速業(yè)務(wù)恢復能力；
(5)減少了運行支持系統軟件的需要，減少了人工出錯機會(huì )；
(6)可以引入新的波長(cháng)業(yè)務(wù)，諸如按需帶寬業(yè)務(wù)(BOD)、波長(cháng)批發(fā)、波長(cháng)出租、分級的帶寬業(yè)務(wù)、動(dòng)態(tài)波長(cháng)分配租用業(yè)務(wù)、動(dòng)態(tài)路由分配、光層虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(OVPN)等。
鑒于上述優(yōu)點(diǎn)的吸引，ATT，BT和NTT等世界頂級電信運營(yíng)商已經(jīng)成功地在網(wǎng)絡(luò )中引入OXC和ASON。其中ATT已經(jīng)實(shí)現了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )結構，提高帶寬利用率，降低初始成本50%以及簡(jiǎn)化規劃、指配和維護，降低運行成本60%的雙重目的。
由于A(yíng)SON涉及網(wǎng)絡(luò )信令和選路，因此統一標準十分重要。從理論上看，目前涉及該領(lǐng)域的三個(gè)標準組織(ITU|0">ITU，IETF，OIF)的工作領(lǐng)域沒(méi)有直接沖突。但實(shí)際上，由于技術(shù)、文化和政治上的差異，常常導致具體技術(shù)問(wèn)題和選擇上的沖突，還需要時(shí)間來(lái)協(xié)調。
總體上看，就傳送面看，OEO硬件交換平臺已經(jīng)完全成熟商用，大規模OOO交換平臺的可靠性還有待實(shí)際考驗，帶寬顆粒大，容量需求也不足。從控制面看，標準已趨向基本成熟。UNI 1.0完全成熟，已實(shí)現多廠(chǎng)家互通，UNI2.0的通用部分和RSVP信令部分計劃在2006年初完成；I-NII無(wú)需標準化；E-NNI 1.0版本目標是實(shí)現同一運營(yíng)商內多廠(chǎng)家環(huán)境的組網(wǎng)，目前比較成熟的是信令部分，路由部分即將完成，自動(dòng)發(fā)現部分更晚一些。從管理面看，由于控制面的引入，ASON的網(wǎng)管功能弱化，部分功能移交給控制面完成，有利于多廠(chǎng)家網(wǎng)管互通，估計不會(huì )成為制約ASON應用的主要因素。
我國過(guò)去十幾年來(lái)，光纖通信的發(fā)展一直是以點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路容量的擴展為主線(xiàn)的。近幾年來(lái)，隨著(zhù)高度動(dòng)態(tài)的IP業(yè)務(wù)量的持續高速發(fā)展和專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)的穩步發(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(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)成為我國傳送網(wǎng)轉型的關(guān)鍵和下一步發(fā)展的重點(diǎn)。
8、FTTH技術(shù)的發(fā)展和展望
從FTTH技術(shù)選擇的角度，有點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)和點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )兩類(lèi)。前者的主要優(yōu)點(diǎn)是專(zhuān)用接入，帶寬有保證；局端設備簡(jiǎn)單便宜；傳輸距離長(cháng)；成本隨用戶(hù)數的實(shí)際增長(cháng)而線(xiàn)性增加，可預測，投資風(fēng)險低，設備端口利用率較高，因而在低密度用戶(hù)分散地區成本較低。缺點(diǎn)是兩端設備和光纖設施專(zhuān)用，用戶(hù)不能共享，不太適合高密集用戶(hù)區域。另外，有源以太網(wǎng)要求多點(diǎn)供電和備用電源，增加了供電和網(wǎng)管的復雜性。第三，有源以太網(wǎng)并沒(méi)有一個(gè)單一的標準，而是利用多個(gè)相關(guān)標準，從而產(chǎn)生多種不兼容的解決方案。
另一方面，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò )，避免了電磁干擾和雷電影響，減少了故障率，消除了帶寬瓶頸，提高了系統可靠性，節省了維護成本。其次，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )的透明性好，帶寬寬，可適用于任何制式和速率的信號，能比較經(jīng)濟地支持三重業(yè)務(wù)功能(Triple-play)。第三，由于其局端設備和光纖由用戶(hù)共享，因而光纖線(xiàn)路長(cháng)度和收發(fā)設備數量較少，相應成本較低，且每用戶(hù)成本隨著(zhù)用戶(hù)數量的增加而迅速下降，因而最適合于那些用戶(hù)區域較分散，而每一區域用戶(hù)又相對集中的小面積密集用戶(hù)地區，尤其是新建區域。最后，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )的標準化程度好。
在寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )中，二層技術(shù)用什么?并無(wú)明確結論。前些年采用ATM的APON曾經(jīng)看好，終因成本太高、業(yè)務(wù)提供能力有限、數據傳送速率和效率不高以及ATM的衰落而黯淡。隨著(zhù)IP的崛起和發(fā)展，有人提出了EPON的概念，即在與APON類(lèi)似的結構和G.983的基礎上，設法保留其物理層PON，而以以太網(wǎng)代替ATM作為鏈路層協(xié)議，構成一個(gè)可以提供更大帶寬、更低成本和更寬業(yè)務(wù)能力的新的結合體——EPON。這種技術(shù)的主要特點(diǎn)有：消除了ATM和SDH層，降低了初始成本和運行成本；可以大量采用以太網(wǎng)技術(shù)成熟的芯片，實(shí)現較簡(jiǎn)單，成本低；提供了多層安全機制，諸如VLAN、閉合用戶(hù)群和支持VPN等。
2001年，在IEEE積極制定EPON標準的同時(shí)，FSAN組織開(kāi)始制定千兆以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(GPON)。隨后，ITU-T也介入了這一新標準的制定工作并于2003年通過(guò)兩個(gè)有關(guān)GPON的新的標準G.984.1和G.984.2。
按照這一最新標準的規定，GPON可以提供2.488Gbit/s的下行速率和多種標準上行速率，傳輸距離至少達20km，分路比可以為1：16，1：32，1：64乃至1：128，即在速率、速率靈活性、傳輸距離和分路比方面比EPON有優(yōu)勢。其次，GPON采用了兩種適配方式，除了傳統的ATM外，還采用了一個(gè)標準通用組幀程序GFP，可以透明高效地將各種數據信號封裝進(jìn)現有SDH網(wǎng)絡(luò )，適應任何信號格式和任何傳輸制式，封裝效率高、業(yè)務(wù)靈活。第三，由于GPON傳輸匯聚層本質(zhì)上是同步的，可以直接高質(zhì)量地靈活地支持實(shí)時(shí)的TDM話(huà)音業(yè)務(wù)。而EPON在承載TDM業(yè)務(wù)方面沒(méi)有具體規定，導致廠(chǎng)家可以采用不同方法來(lái)承載，互操作性較差，性能難以確保。第四，GPON在網(wǎng)管方面具有豐富的功能，比EPON考慮周到。不過(guò)，EPON在網(wǎng)管功能上比普通以太網(wǎng)有了明顯改進(jìn)。
總的看，GPON是一種運營(yíng)商驅動(dòng)的標準，具有更周到的運營(yíng)利益考慮，速率更高，速率靈活性更大；具有通用的映射格式，可適應任何新老業(yè)務(wù)；具有豐富的OAMP功能；對各種業(yè)務(wù)均有很高的傳輸效率，即便對于TDM業(yè)務(wù)也能靈活高效地傳送?？梢詭椭\營(yíng)商完成從傳統TDM語(yǔ)音電路向全IP網(wǎng)絡(luò )的平滑過(guò)渡，將可能成為最終的解決方案。
除了系統技術(shù)外，FTTH技術(shù)還涉及光有源和無(wú)源器件、光纜技術(shù)、接續技術(shù)、敷設施工技術(shù)、測試技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)等方方面面的突破，任意一個(gè)環(huán)節的技術(shù)，成本和操作上的瓶頸都可能限制FTTH的大規模發(fā)展。因此，對于FTTx，特別是FTTH還需要有大量的基礎性和開(kāi)發(fā)性工作要做。從最近的發(fā)展看，盡管FTTH的設備價(jià)格已有大幅下降，但對于Triple Play業(yè)務(wù)，EPON價(jià)格依然高居300美元/戶(hù)左右，是ADSL的很多倍。在可以預見(jiàn)的未來(lái)，各種寬帶業(yè)務(wù)對帶寬的總需求還不超過(guò)20Mbit/s，經(jīng)營(yíng)視頻業(yè)務(wù)的政策風(fēng)險和市場(chǎng)風(fēng)險依然很大，因而我國尚不具備FTTH大規模商用的條件，目前主要處于現場(chǎng)試驗和試商用階段。隨著(zhù)2008年奧運會(huì )和2010年世界博覽會(huì )的臨近，FTTH在我國的實(shí)際應用正日益趨近，FTTH的理想已經(jīng)不再是遙不可及的遠景，但是足夠的耐性和全面扎實(shí)的準備不僅是不可或缺的，也是通向成功的唯一道路。
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