一、引言
光網(wǎng)絡作為整個電信網(wǎng)絡的基礎網(wǎng)絡之一，發(fā)展較快，從最初的PDH網(wǎng)絡到目前廣泛應用的SDH和WDM網(wǎng)絡，在20年左右的時間里經(jīng)歷了幾個階段的飛躍發(fā)展，目前的商用技術非常成熟(OTN網(wǎng)絡由于沒有商用，故不多加討論)。但隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大和市場競爭的逐漸增加，這些傳統(tǒng)光網(wǎng)絡的弊端日益凸現(xiàn)如業(yè)務配置完全手工實現(xiàn)，對于占據(jù)主要業(yè)務量的數(shù)據(jù)業(yè)務的帶寬分配不靈活和傳送效率低等，這樣將帶來新業(yè)務開通周期較長和傳輸帶寬浪費嚴重等缺點，嚴重影響運營商的市場競爭力和盈利指數(shù)。另外，隨著光通信網(wǎng)絡技術研發(fā)的不斷進展，各種提高光網(wǎng)絡性價比的技術不斷出現(xiàn)或應用，如高速40Gbit/s技術、低噪聲的喇曼放大器和高增益的FEC糾錯技術等。因此，如何克服傳統(tǒng)光網(wǎng)絡已有的缺陷并充分利用各種能提高光網(wǎng)絡性價比的新型技術來降低網(wǎng)絡整體成本，則是下一代光網(wǎng)絡最關心的問題所在。其實，下一代光網(wǎng)絡的概念很難確切定義，在此僅指具備智能性并采用多種新型光網(wǎng)絡技術的光網(wǎng)絡為“下一代光網(wǎng)絡”。本文主要就光網(wǎng)絡的智能、光纖傳輸帶寬的利用、超長傳送距離和對于數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送效率等方面探討下一代光網(wǎng)絡的一些主要特點。
二、光網(wǎng)絡的智能化
傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡的業(yè)務配置一般都是依賴人工的方式進行，不但耗時費力，而且極容易出錯，不能滿足市場激烈競爭的需要。另外，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的急劇增長，數(shù)據(jù)業(yè)務對于光網(wǎng)絡傳送帶寬提出了動態(tài)分配的要求，以便充分地利用傳送帶寬。因此，一種新型的具有智能性的光網(wǎng)絡模型——自動交換光網(wǎng)絡(ASON)應運而生。不同于傳統(tǒng)光網(wǎng)絡，ASON的組成增加了一個新的層面——控制平面，并相應地在控制平面中引入了路由、信令和鏈路管理等機制，以實現(xiàn)連接自動管理。在光網(wǎng)絡中，引入ASON有很多好處，主要體現(xiàn)在可實現(xiàn)業(yè)務快速提供和擴展、網(wǎng)絡資源的動態(tài)優(yōu)化、業(yè)務光層的快速恢復和提供新型的業(yè)務類型如按需分配帶寬、波長業(yè)務服務和光虛擬專網(wǎng)(OVPN)等方面。
國際上目前有三個組織，即ITU-T，IETF和OIF進行相關的ASON的標準化工作，并已經(jīng)取得了相當進展。三個組織對于ASON關注的側重點有所不同，ITU-T主要側重網(wǎng)絡體系結構、網(wǎng)絡性能和設備功能要求以及物理層規(guī)范等，已經(jīng)完成了一系列標準(支持的是重疊模型)。IETF則重在規(guī)范具體協(xié)議和信令，正在利用現(xiàn)有信令協(xié)議的擴展和修改來開發(fā)ASON控制平面(起初僅支持對等模型，后來也支持重疊模型)。0IF則從ASON控制平面的結構原理和要求開始，主要規(guī)范UNI和NNI，目前已經(jīng)完成UNI l.0版本并演示了多廠家的互操作性，正在開發(fā)UNI 2.0版本。
下一代光網(wǎng)絡必須具備智能性，這是大家的共識所在。但下一代網(wǎng)絡中引入ASON以后，除了具備多種優(yōu)點的同時，會帶來什么樣的不足之處呢？據(jù)筆者拙見，首先需要考慮的問題是安全性問題。由于基本上所有的信令和路由協(xié)議都是基于IP網(wǎng)絡的原有協(xié)議擴展而來，而且在具體使用時也是采用IP包來傳送，這樣IP技術潛在的不安全特性對于ASON網(wǎng)絡的安全性威脅很大。因為電信網(wǎng)不同于因特網(wǎng)，一旦有人通過IP技術來惡意破壞成功，后果不堪設想。另外，ASON網(wǎng)絡的穩(wěn)定性也需要時間來考驗。由于所有資源的路由分配都是動態(tài)來實現(xiàn)，當網(wǎng)絡規(guī)模增大到一定程度時，網(wǎng)絡的穩(wěn)定性至關重要，因為很小的計算失誤就可能造成網(wǎng)絡連鎖效應的大范圍故障。再需要提及的就是，傳統(tǒng)網(wǎng)絡如何向ASON網(wǎng)絡演進的問題。如果完全拋棄傳統(tǒng)網(wǎng)絡而新建ASON網(wǎng)絡，而對于原來的投資則帶來相當?shù)睦速M，但若為了利用傳統(tǒng)網(wǎng)絡而對于ASON網(wǎng)絡加以各種構造附屬條件，如設計代理和互通網(wǎng)關等，則依然要付出相當?shù)脑偻顿Y和存在多重網(wǎng)管問題。對于此問題，可謂仁者見仁，智者見智。目前，德國電信的做法是完全新建ASON網(wǎng)絡，等所有業(yè)務逐漸割解到新型ASON網(wǎng)絡后，則拋棄傳統(tǒng)網(wǎng)絡。他們的規(guī)劃結果是，從長期的角度看，這樣可以更節(jié)省投資。而對于我國的電信光網(wǎng)絡，如何從傳統(tǒng)網(wǎng)絡向ASON網(wǎng)絡演進，是目前值得探討的問題。
三、光網(wǎng)絡的寬帶化
隨著制造工藝的提高和市場的激烈競爭等因素的影響，光纖光纜本身的價格相對降低很多，但鋪設光纜依然是成本很高的投資(主要是與城市建設的規(guī)劃等方面有關)。因此，如何充分利用已有或者新規(guī)劃鋪設的光纜資源則是運營商增加收入和減少投資的有效手段之一。一般而言，充分利用光纖的傳輸帶寬有三種方法，一種是采用WDM/DWDM技術，再一種是提高信道的比特速率，而最后一種就是結合前兩種，即單信道采用高比特速率的WDM/DWDM技術，這是最常采用的技術，也是本文著重討論的技術。
在目前的商用系統(tǒng)中，WDM/DWDM系統(tǒng)的單信道速率最高為10Gbit/s，而人們所期望的40Gbit/s技術遲遲沒有得到商用，可商用的產品已有，如Lucent的LambdaUnit(SDH)和LambdaXtreme(WDM)，Marconi的MSH256(分插復用器ADM)和MSH-E(數(shù)字交叉連接設備OXC)，PhotonEx的PX-UItraTM，F(xiàn)ujitsu的FLASHWAVE 7300(WDM)，Simens的Surpass hiT 7070和Nortel的光交換機OPTera HDX等，這除了整個通信市場低迷的客觀影響外，40Gbit/s技術的性價比(相對于10Gbit/s需要降低到2.5倍以下)一直沒有大幅度降低也是主要原因之一。另外由于40Gbit/s技術要求更高的光信噪比(OSNR，相對10Gbit/s增加6dB)、更小的色散容限(包括色度色散和偏振模色散)等，因此40Gbit/s技術的應用需要解決這些相應的物理機制的傳輸限制問題。根據(jù)目前已有或正在研究的技術，這些限制可逐一解決。如對于OSNR而言，新型的喇曼放大器可以提供較高的OSNR，而基于光纖光柵的動態(tài)色散補償為CD的補償提供較好的方案。另外，PMD對于新型光纖而言已不是主要問題(對于20世紀90年代中期以前鋪設的光纜而言，PMD依然是主要限制因素之一)，因此40Gbit/s技術應用的限制條件越來越少。
由于新技術的應用需要考慮多方面的因素，如總體成本、未來可擴展性、業(yè)務需求等。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的爆炸式增長和10Gbit/s路由器接口的不斷應用的驅動和40Gbit/s相關技術的不斷完善和提高，下一代光網(wǎng)絡中采用40Gbit/s技術是順理成章的事情。
四、光網(wǎng)絡傳送距離的超長化
隨著光網(wǎng)絡規(guī)模的逐漸擴展，如何實現(xiàn)低成本的超長距離傳輸(大于2000km)也是下一代光網(wǎng)絡需要著重考慮的問題之一，而且這也與ASON網(wǎng)絡的動態(tài)選路問題和成本問題有關。
摻餌光纖放大器(EDFA)的廣泛應用為光網(wǎng)絡較低成本的大范圍覆蓋起了很重要的作用。但由于EDFA自身產生的噪聲較高，光信號傳輸幾個放大器跨段后需要進行電再生才能繼續(xù)往前傳送。由于電再生的成本較高，因此人們一直在研究如何采用新技術可增加無電再生的傳送距離，以降低系統(tǒng)整體成本。從具體實現(xiàn)方法上，一般在兩個領域中進行研究，一個是在電域，即采用前向糾錯(FEC)技術；另外一個是在光域，即采用低噪聲放大器技術(也即分布式喇曼放大器)，或者采用兩者結合的方法來實現(xiàn)無電中繼距離的延伸。
FEC是一種比較成熟的技術，目前在多個通信領域應用，主要在電子域采用編碼糾錯的方式來延伸傳送距離。根據(jù)所采用的FEC傳送方式(帶內和帶外)和編碼方式的不同，系統(tǒng)增益也有所不同，一般在3～9dB左右。而喇曼放大器技術主要采用其低噪聲特性和寬放大帶寬能力。由于信號放大是在光纖鏈路傳輸過程中逐步進行的，因此相應導致信號的其它非線性效應也較小。目前，分布喇曼放大器的技術也比較成熟，一般與高增益的EDFA組合使用(因為喇曼放大器雖然噪聲小，但相對增益也小)。
對于WDM/DWDM系統(tǒng)而言，目前新型的碼型調制技術(如CS-RZ，DPSK-RZ/NRZ等)和動態(tài)的增益均衡等功能也為系統(tǒng)的長距離傳輸提供了有利條件。另外，隨著電再生技術的不斷發(fā)展，如果電再生的成本低于或者可與光放大器的成本相比擬時，采用電再生實現(xiàn)超長距離的傳送也不失為一種較好的選擇方案。
隨著各種超長傳送技術的不斷成熟和完善，在下一代光網(wǎng)絡中采用超長傳送依然是降低網(wǎng)絡整體成本的有效方案之一，也是下一代光網(wǎng)絡的主要特點之一。
五、光網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務傳送效率的高效化
隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的爆炸式增長，如何充分利用光網(wǎng)絡能傳送帶寬也是下一代光網(wǎng)絡需要考慮的重要因素之一。這不但涉及到固定網(wǎng)絡，也涉及到以數(shù)據(jù)業(yè)務為主的第三代移動通信(3G)網(wǎng)絡的業(yè)務接入與傳送問題。雖然，光纖的傳輸帶寬很寬，但若不能有效地進行利用，尤其是對于數(shù)據(jù)業(yè)務，則帶寬不足問題依然凸現(xiàn)。由于數(shù)據(jù)業(yè)務(尤其是IP業(yè)務的不確定性和動態(tài)帶寬需求性)對于傳統(tǒng)的固定時隙帶寬分配方式提出了挑戰(zhàn)，目前已經(jīng)提出了多種新型技術來適應這種發(fā)展需求，如通用成幀過程(GFP)、鏈路容量調整機制(LCAS)、虛級聯(lián)(VC技術和基于數(shù)據(jù)業(yè)務為主的彈性分組環(huán)(RPR)技術等，而目前具備這些技術的網(wǎng)絡節(jié)點設備一般稱之為多業(yè)務傳送平臺(MSTP)節(jié)點設備。
GFP的統(tǒng)一封裝為網(wǎng)絡的互通提供了有利的前提條件，而VC和LCAS則為更充分地動態(tài)利用帶寬和保證業(yè)務質量提供了技術途徑，如可利用LCAS的多徑傳送能力可為一條路徑失效的情況下實現(xiàn)業(yè)務保護，利用LCAS的動態(tài)增減業(yè)務顆粒的能力實現(xiàn)業(yè)務的在線動態(tài)增刪而不影響其它業(yè)務等。另外，RPR技術的提出也為光網(wǎng)絡支持數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送提供了較好的備選方案。
數(shù)據(jù)業(yè)務的驅動是光網(wǎng)絡技術發(fā)生革新的主要動力。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務，尤其是IP業(yè)務的持續(xù)高速發(fā)展，具備高效的數(shù)據(jù)業(yè)務傳送能力則是下一代光網(wǎng)絡不可不提的主要特點之一。
六、結束語
總之，下一代光網(wǎng)絡具有智能性、寬帶性、長距離傳送性和數(shù)據(jù)業(yè)務傳送高效性等多方面的特點，具體表現(xiàn)為采用了多種傳送新技術，如40Gbit/s，F(xiàn)EC，分布式喇曼放大器GFP，VC，LCAS等自動交換光網(wǎng)絡。但需要注意的是，和其它事物一樣，光網(wǎng)絡的發(fā)展是循序漸進的過程，只能是逐步的量變，最終過渡到最后的質變，即局部采用下一代網(wǎng)絡模型，然后逐漸過渡到全部網(wǎng)絡采用下一代網(wǎng)絡模型的過程。具體這種過程該怎么演化，即獨立組建下一代光網(wǎng)絡，逐漸擴展規(guī)模和割解業(yè)務，還是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中直接逐步引入下一代網(wǎng)絡，則是需要根據(jù)實際網(wǎng)絡規(guī)模和多種性能因子綜合分析比較的問題，不能斷然得出結論。不過，雖然傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡有著諸多不足，但在近幾年內，傳統(tǒng)的SDH/WDM網(wǎng)絡依然是光網(wǎng)絡中的主力軍之一。相信隨著時間的推移，最終將逐漸被下一代光網(wǎng)絡所替代。MD對于新型光纖而言已不是主要問題(對于20世紀90年代中期以前鋪設的光纜而言，PMD依然是主要限制因素之一)，因此40Gbit/s技術應用的限制條件越來越少。
