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1、光网络技术发展与展望(韦乐平)光网络技术发展与展望韦乐平经历了光纤泡沫和多年沉寂的光通信开始呈现良好的发展势头。以对等通信(P2P)业务为代表的互联网业务蓬勃发展，移动业务持续高速增长，IPTV业务蓄势待发，世界网络带宽需求的年增长率依然高达50%100%。这些业务层面上的发展对电信网的基础光网络提出了新的容量、功能和性能上的需求。下面仅对光网络领域的若干热点技术发展趋势作简要总结和展望。1、40 Gbit/s系统的发展和应用40 Gbit/s系统主要具有如下优势：可以更有效地使用传输频带，频谱效率较高;当40 Gbit/s系统的成本降到10 Gbit/s系统成本的2.5倍以下时，便可以实现大
2、规模商用，从而降低传输成本;1个网元代替4个网元，可以减少OAM成本、复杂性以及备件数量;可以有效减少IP链路数量，提高节点的扩展性，改进核心网的效率和功能。近年来，以P2P为代表新的互联网应用的普及导致IP流量持续快速增加，以10 Gbit/s为基础的现有长途WDM网络已经呈现出“力不从心”的状态，部分段落8010 Gbit/s容量已经用完，对40 Gbit/s WDM系统的需求与日俱增，其应用已经被提到日程上来。除市场需求因素外，影响40 Gbit/s系统应用的主要因素是技术、价格和光缆线路的PMD(极化模色散)性能。首先，从技术方面来看，40 Gbit/s系统经过多年的发展，在技术上有了
3、长足的进步。可以应用于不同场景的多种调制技术(如DQPSK、DP-QPSK、DRZ、DPSK、ODB等)已经商用或接近商用，各种适用于40 Gbit/s的有源和无源器件大量问世使成本快速下降，并且各种器件的功率平坦度、非线性、色度色散、极化模色散性能明显改进，从而使系统设计的功率余度要求可以适度放宽。特别是DQPSK、DP-QPSK调制技术、电子色散补偿和超级带外FEC编码等一系列新技术的突破和成熟为长途应用的性价比改进提供了坚实的基础。DP-QPSK的色度色散容限已经达到50000 ps/nm，PMD容限已经达到25 ps，具备了十分良好和宽松的实际网络应用基础。各种超级带外FEC编码的净增
4、益已经达到10 dB左右，为实际系统的设计提供了足够的功率预算。其次，从成本方面来看，各种器件技术的性能改进和量产的加大，整个系统的成本已经降到10 Gbit/s系统的3.54.5倍，尽管离规模应用的2.5倍门限值还有差距，但是已经处于可以启动阶段。最后，从光缆的PMD特性来看，当速率提高到40 Gbit/s后，PMD受限将导致传输距离随传输速率的平方关系成反比例减少，传输距离将减少到1/16，且二阶PMD的影响变大。我国光缆网的PMD特性究竟能否有效支持40 Gbit/s的长距离传输，需要进行大规模的实地测试后才知道。近来在中国电信进行的实际研究结果表明，我国京广线以东地区敷设的多数光缆的P
5、MD性能基本能够满足40 Gbit/s的传输要求，即便少数光缆性能不好，也可以通过跳纤的方式来满足40 Gbit/s的传输要求，因此光缆的PMD特性也不再是主要的应用障碍。可见，无论是市场需求，还是技术、成本、光缆PMD都证明，以40 Gbit/s为基础的WDM系统的应用已经迫在眉睫。然而，在具体应用上还存在彩光口和白光口之争，虽然目前没有定论，但从国内外主导运营商的实践和观点看，认为40 Gbit/s彩光口主要适用于城域网领域且已经成熟可用，而40 Gbit/s白光口主要适用于长途网领域，目前已经趋近成熟。此外，关于100 Gbit/s以太网近期报导非常多。美国贝尔实验室创造了100 Gbi
6、t/s以太网传输2000 km的实验室世界记录，其采用50 GHz间隔、DQPSK调制格式，主要用于数据中心间的通信连接。然而，100 Gbit/s以太网真正进入规模化商用还需要解决很多技术问题，需要走很长一段路程。2、从点到点传输走向动态传送联网普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量，但只提供了原始的传输带宽，需要有灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力。随着网络业务向动态的IP业务的继续汇聚，一个灵活、动态的光网络是不可或缺的，最新发展趋势是引入自动交换光网络(ASON)，使光联网从静态光联网走向动态交换光网络。这样带来的主要好处有：简化网络和节点结构，优化网络资源配置，提高带宽利
7、用率，降低建网初始成本;实现规划、业务指配和维护的自动化，从而降低运维成本，并且可以解决实时、准确维护传输网资源难题，避免资源搁浅;具备网络和业务的快速保护恢复能力，使网络在出问题时仍能维持一定水准的业务;具有快速业务提供和拓展能力，便于引入新的业务类型，诸如按需带宽业务(BoD)、分级的差异化带宽业务、波长出租、光虚拟专用网(OVPN)等，使传统的传送网向业务网方向演进。受上述优点的吸引，AT&T、BT、NTT、Vodafone和Verizon等电信运营商已经成功地在网络中引入ASON。其中AT&T已经在全网部署了200多个节点，计划扩展到300个节点。ASON的一个重要发展和应用趋势是引入
8、多种数据业务接口(VoIP、VoD、互联网等)，提供以太网功能，演变成为所谓的多业务汇聚节点。英国电信的ASON定位就是这样的。然而，从更长远的视角看，随着IP业务量的持续大幅度攀升，目前基于光/电/光变换的光交叉设备将不能满足发展的需要，全光交叉设备将可能在未来515年逐渐成为干线网上的核心节点设备。全光节点可以彻底消除光/电/光设备产生的带宽瓶颈，保证网络容量的持续扩展性;省去昂贵的光电转换设备，大幅度降低建网和运营维护成本;可以实现网络对客户层信号的透明性，支持不同格式或协议的信号;可以避免光电转换环节及复杂的时隙指配过程，加快高速电路的指配和业务供给速度;以实现在波长级灵活组网的目的;
9、可以实现快速网络恢复，改进网络的生存性和质量;可以避免单纯IP层联网所带来的低效率，提高网络资源的利用率，提供灵活、高效的组网能力和对物理层大故障的快速恢复能力。随着网络业务量的迅速增长和网络规模的持续扩展，从电联网逐渐走向光联网将是历史的必然，电联网将逐步撤退到网络的边缘和接入部分。总体上看，首先看传送面，光/电/光硬件交换平台已经完全成熟商用，大规模全光交换平台的可靠性还有待实践考验，带宽颗粒大，容量需求还不足。其次看控制面，标准已经基本成熟。实际测试表明，E-NNI已经可以实现跨厂商设备的传送面电路配置，但是还无法实现跨厂商设备的控制面保护恢复。简言之，单域控制面已经比较成熟，各厂商设备
10、基本具备邻居自动发现、网络拓扑自动发现和动态更新等主要功能。最后看管理面，控制面的引入使ASON的网管功能弱化，部分功能移交给控制面完成，有利于多厂商网管互通，估计不会成为制约ASON应用的主要因素。目前，管理面主要是SC的管理功能不完善，多数厂商设备尚不能提供SC业务的计费信息。另外，跨域的管理功能还比较弱。3、下一代ROADM的发展和应用可重构光分插复用器(ROADM)并不是一个新概念，最简单的形式就是在WDM环结构上能够远程控制分插所需上下路波长的二维ROADM。近来，互联网流量的持续高速增长，特别是P2P和视频流量的快速增长，对网络的容量和组网灵活性提出了很高的要求，再加上技术的不断进
11、步和成本的不断下降，这种可以动态实现任意波长上下路的灵活组网设备ROADM开始受到业界的关注，并在北美地区率先得到应用。ROADM的主要优点如下消除电设备产生的带宽瓶颈。从目前的传送网来看，无论节点还是链路的容量增长速度均无法赶上IP业务量的增长速度，而纯光的ROADM可以保证网络容量的持续扩展性。实现对客户层信号的透明性。取消网络中的光电转换设备后，可以透明地支持任意速率、格式或协议的客户层信号，包括基于以太网、SDH和OTN的40 Gbit/s以信号和未来的100 Gbit/s信号。对于当前面临的未来发展不确定的复杂形势，这种透明性有利于维持基础设施的长期稳定性。简化和加快高速电路的指配和
12、业务提供速度。减少了光电转换环节，可以远程实现任意波长的灵活、动态上下路，从而减少电路配置时间，加快业务提供速度，降低人工操作的失误概率，有效地改进业务量疏导。降低建网和运营维护成本。通过简化网络的层次和结构，减少网元数和昂贵且耗电的光电转换设备数，从而简化网络的管理和规划，这样既可以降低建网费用，又能够大幅度减少网络维护运行、扩容升级、地产和电源成本。便于向网状网演进。从点到点WDM系统向网状网演进是光网络拓扑变化的必然趋势。然而，这一演进不是一蹴而就的，需要具备包括物理基础设施在内多方面的条件。初期，可以利用ROADM实现点到点WDM系统向环型网的演进。这是相对简单的一步，却能提供包括光层
13、保护能力在内的一系列好处，同时为下一步向网状网的平滑演进奠定较好的基础。ROADM的实现技术很多，大致可以分为3代。第一代采用波长阻塞(WB)技术，具有较宽的通带，可以支持较高的通路数和较窄的通路间隔，但是元件数多、成本较高，应用日渐减少。第二代采用平面光波导电路(PLC)技术，是全集成解决方案，具有损耗低、成本低、密度高、适合大规模生产的特点，适用于二维ROADM，可以升级到网状。第三代基于多端口波长选择开关(WSS)技术，具有插入损耗低、体积小、成本低的特点，真正实现了波长可重构，具有较高的组网灵活性和经济性，其应用日益广泛，市场份额已经超过一半。ROADM通常应用在长途网领域，特别是存在
14、大量需要上下路一定波长的节点场合，目前正向城域网领域扩展。随着网络流量的不断攀升和日益动态化，具有灵活、动态联网功能的ROADM的应用前景将变得更加明朗。但是任何一种网络技术的应用都需要仔细考虑现有网络的特点、对维护管理体制的适应性以及其他竞争性新技术的比较，才有可能获得最有效、合理的应用，这方面还需要有横向和纵向层面的深入分析。4、城域电信级以太网成为汇聚和接入层的重要发展方向核心网问题解决后，城域网正成为全网的带宽和业务提供瓶颈。解决此问题有多种技术手段，但从技术焦点看，多种技术解决方案争论的实质是核心网技术与用户驻地网技术阵营在城域网领域的竞争。一方面，代表核心网技术的SDH和路由器，或
15、者说代表面向连接的TDM和路由MPLS技术在不断改进，增强数据支持能力，向网络边缘拓展，争夺二层交换机市场;另一方面，代表用户驻地网技术的以太网，或者说代表无连接技术的以太网也在不断改进和创新，增强电信级的性能和功能，向城域网扩展，压缩SDH和路由器的市场。现有解决方案没有一个可以满足目前所有的要求。但是可以预料到基本的趋势是：电信级以太网技术将大量侵蚀传统SDH和路由器在城域网接入汇聚层的市场，而MPLS技术将随着VPN和IPTV等新业务的开展向城域网边缘拓展，同时两者结合的解决方案将不断涌现，典型代表有虚拟专用局域网业务(VPLS)和传送MPLS(T-MPLS)。下面简要介绍PBB(网络提
16、供商骨干桥)/PBT、VPLS和T-MPLS 3种主流的城域联网新技术。4.1PBB/PBT技术PBB技术的基本思路是将用户的以太网数据帧再封装一个运营商的以太网帧头，形成两个MAC地址。PBB的主要优点是：具有清晰的运营网和用户间的界限，可以屏蔽用户侧信息，实现二层信息的完全隔离，解决网络安全性问题;在体系架构上具有清晰的层次化结构，理论上可以支持1600万用户，从根本上解决网络扩展性和业务扩展性问题;规避了广播风暴和潜在的转发环路问题：无需担心VLAN和MAC地址与用户网冲突，简化了网络的规划与运营;采用二层封装技术，无需复杂的三层信令机制，设备功耗和成本较低;对下可以接入VLAN或SVLAN，对上可以与VPLS或其他VPN业务互通，具有很强的灵活性，非常适合接入汇聚层应用;无连接特性特别适合经济地支持无连接业务或功能，如多点对多点VPN(E
