世紀(jì)之初，由于網(wǎng)絡(luò)泡沫、光纖泡沫和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(dāng)其沖。幸運(yùn)的是，電信的內(nèi)在需求沒(méi)有根本改變，人們沒(méi)有少打電話，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)業(yè)務(wù)蓄勢(shì)待發(fā)，電信業(yè)務(wù)市場(chǎng)仍然繼續(xù)成長(zhǎng)，世界網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的年增長(zhǎng)率依然高達(dá)50%-100%，而我國(guó)在過(guò)去幾年里的干線業(yè)務(wù)量和帶寬需求的年增長(zhǎng)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(diào)整后正開(kāi)始步入正常的理性發(fā)展軌道。下面僅對(duì)光纖通信系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)作簡(jiǎn)要總結(jié)和展望。
SDH向下一代融合的低成本多業(yè)務(wù)平臺(tái)轉(zhuǎn)型
SDH依然是電信網(wǎng)的主導(dǎo)傳送體制。然而，由于WDM的出現(xiàn)和發(fā)展，SDH的作用和角色有了很大轉(zhuǎn)變。在長(zhǎng)途干線網(wǎng)上，SDH的作用已經(jīng)降低為WDM層的客戶層，其角色正開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò)邊緣轉(zhuǎn)移。鑒于網(wǎng)絡(luò)邊緣復(fù)雜的客戶層信號(hào)特點(diǎn)，SDH必須從純傳送網(wǎng)轉(zhuǎn)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(tái)，即融合的多業(yè)務(wù)節(jié)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(hù)恢復(fù)能力和確保的延時(shí)性能，加以改造以適應(yīng)多業(yè)務(wù)應(yīng)用，支持層2乃至層3的數(shù)據(jù)智能，構(gòu)成業(yè)務(wù)層和傳送層一體化的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(MSTP)。
近幾年，隨著網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)份量的持續(xù)加重，SDH多業(yè)務(wù)平臺(tái)正逐漸從簡(jiǎn)單地支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的固定封裝和透?jìng)鞯姆绞较蚋屿`活有效支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的下一代SDH系統(tǒng)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(diào)節(jié)方案(LCAS)和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)標(biāo)準(zhǔn)。
GFP是一種可以透明地將各種數(shù)據(jù)信號(hào)封裝進(jìn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的通用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)適配映射技術(shù)，簡(jiǎn)單靈活，開(kāi)銷(xiāo)低，效率高，有利于多廠家設(shè)備互聯(lián)互通，能夠?qū)τ脩魯?shù)據(jù)實(shí)施統(tǒng)計(jì)復(fù)用，還有QoS機(jī)制。此外，利用簡(jiǎn)化任意字節(jié)塊每次的處理過(guò)程，GFP降低了對(duì)數(shù)據(jù)鏈路映射和去映射過(guò)程的處理要求。利用現(xiàn)代光通信的低誤碼特性，GFP還進(jìn)一步降低了接收機(jī)實(shí)施復(fù)雜性、設(shè)備尺寸和成本，使GFP特別適合于高速傳輸鏈路應(yīng)用，例如點(diǎn)到點(diǎn)SDH鏈路、OTN中的波長(zhǎng)通路以及暗光纖應(yīng)用。
LCAS則定義了一種可以平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級(jí)聯(lián)信號(hào)帶寬的方法，以自動(dòng)適應(yīng)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(tǒng)完成。采用LCAS的最大優(yōu)點(diǎn)在于有效凈負(fù)荷可以自動(dòng)映射到可用的VC上，這意味著帶寬的調(diào)整是連續(xù)的，不僅提高了帶寬指配速度，對(duì)業(yè)務(wù)無(wú)損傷，而且當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)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(tái)能將上述VC級(jí)聯(lián)，GFP，LCAS和ASON幾種標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)自身靈活有效支持?jǐn)?shù)據(jù)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(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)邊緣，增強(qiáng)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(jìng)爭(zhēng)壓力，迫使MSTP在降低設(shè)備成本和提高業(yè)務(wù)提供靈活性上繼續(xù)改進(jìn)。重要的趨勢(shì)之一是結(jié)合MPLS，使MSTP和MPLS能互相依托共同向網(wǎng)絡(luò)邊緣擴(kuò)展，從而可以充分利用MPLS靈活跨域支持?jǐn)?shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的一系列優(yōu)點(diǎn)。
光以太網(wǎng)的挑戰(zhàn)與新發(fā)展
光以太網(wǎng)是一類(lèi)光纖上運(yùn)行的新型以太網(wǎng)技術(shù)，源于局域網(wǎng)。從結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(kuò)展性很好，在網(wǎng)絡(luò)邊緣通過(guò)改變流量策略參數(shù)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(tǒng)可以應(yīng)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(tái)最適合IP/以太網(wǎng)業(yè)務(wù)量占絕對(duì)主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(dú)立的IP城域網(wǎng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)用于城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺(tái)。
然而，歷史上以太網(wǎng)源于局域網(wǎng)，不必考慮QoS問(wèn)題，當(dāng)試圖擴(kuò)展應(yīng)用到公用電信網(wǎng)時(shí)需要提供隨用戶而異的QoS和服務(wù)等級(jí)合同(SLA)機(jī)制，目前傳統(tǒng)以太網(wǎng)還沒(méi)有可靠的機(jī)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(biāo)準(zhǔn)QoS指配能力和多用戶共享節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)所必須的計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)能力。其次，以太網(wǎng)原來(lái)是為局域網(wǎng)用戶內(nèi)部應(yīng)用設(shè)計(jì)的，缺乏安全機(jī)制保證，當(dāng)擴(kuò)展到MAN和WAN以后，需要開(kāi)發(fā)新的更可靠的安全機(jī)制。第三，源于局域網(wǎng)環(huán)境的以太網(wǎng)的OAM&P能力很弱。在公用電信網(wǎng)中，必須有效地運(yùn)行和維護(hù)大規(guī)模的地理分散的網(wǎng)絡(luò)，需要有很強(qiáng)的OAM&P能力和網(wǎng)絡(luò)級(jí)的管理能力和視野乃至商務(wù)贏利模式。第四，傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)的光口是以點(diǎn)到點(diǎn)方式直接相連的，省掉了傳輸設(shè)備，不具備內(nèi)置的強(qiáng)大故障定位能力和完備的性能監(jiān)視能力，使以太網(wǎng)中發(fā)生的故障難以診斷和修復(fù)，特別是復(fù)雜的大網(wǎng)很難辦。傳統(tǒng)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(hù)，需要至少數(shù)秒的時(shí)間才能收斂，難以傳送電信級(jí)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第五，以太網(wǎng)中光纖線路成本隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而迅速增長(zhǎng)，其網(wǎng)絡(luò)成本對(duì)于復(fù)雜的大型電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)是否合算還是個(gè)未知數(shù)?？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(tái)應(yīng)用于大型公用電信網(wǎng)環(huán)境，提供電信級(jí)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(duì)傳統(tǒng)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(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(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(biāo)準(zhǔn)，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封裝是將用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀再封裝一個(gè)運(yùn)營(yíng)商的以太網(wǎng)幀頭，形成兩個(gè)Mac地址。其中，用戶的Mac地址存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)商的以太網(wǎng)幀中，核心網(wǎng)并不知道用戶的Mac地址，只根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的Mac地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)流量。
可見(jiàn)，Mac in Mac封裝方式完全屏蔽了用戶側(cè)的信息(包括MAC地址、用戶VLAN和生成樹(shù))，隔離了核心網(wǎng)，減輕了用戶Mac地址對(duì)核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)表的壓力；提高了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)安全性，增強(qiáng)了業(yè)務(wù)擴(kuò)展性。其次，由于Mac in Mac采用二層封裝技術(shù)，無(wú)需復(fù)雜的信令機(jī)制，設(shè)備成本、建網(wǎng)成本和運(yùn)維成本均較低。最后，采用Mac in Mac封裝方式，對(duì)下可以接入VLAN或SVLAN，對(duì)上可以與VPLS或其它VPN業(yè)務(wù)互通，具有很強(qiáng)的靈活性。
VPLS則是在點(diǎn)到點(diǎn)MPLS基礎(chǔ)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(chǔ)設(shè)施來(lái)提供多種業(yè)務(wù)。這種技術(shù)基于MPLS，獨(dú)立于具體物理拓?fù)?，可以利用MPLS的流量工程實(shí)現(xiàn)資源配置的最佳化；VPLS利用FRR代替以太網(wǎng)的STP和RSTP保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)50ms的保護(hù)倒換；VPLS還支持2/3/4層可擴(kuò)展的訪問(wèn)控制列表(ACL)能力和每用戶的ACL控制，提供了較安全的控制和策略機(jī)制；VPLS具有良好的二層匯聚能力，支持的用戶數(shù)量突破了傳統(tǒng)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(kuò)展性；VPLS能夠區(qū)分并保證每用戶中的不同業(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)提供者和用戶駐地網(wǎng)之間的界限，便于管理。當(dāng)然上述特點(diǎn)的獲取不是免費(fèi)的，由于VPLS使用三層協(xié)議建立信令，設(shè)備成本高，運(yùn)維復(fù)雜，部分抵消了以太網(wǎng)的低成本優(yōu)勢(shì)。
可以預(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)，光以太網(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。
40Gbit/s系統(tǒng)的發(fā)展、挑戰(zhàn)及應(yīng)用
目前，10Gbit/s系統(tǒng)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(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用看，帶10Gbit/s接口的路由器已經(jīng)大量應(yīng)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(zhǎng)速率向40Gbit/s發(fā)展是合乎邏輯的?？偟目?，采用40Gbit/s傳輸?shù)闹饕獌?yōu)勢(shì)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(dá)到了合理應(yīng)用點(diǎn)，就有條件實(shí)現(xiàn)規(guī)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(fù)雜性以及備件的數(shù)量；
(4)提高了核心網(wǎng)的效率和功能。
然而，單路波長(zhǎng)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(tǒng)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(xiàng)限制成為這一速率的實(shí)用化瓶頸。
從實(shí)際應(yīng)用看，對(duì)于40Gbit/s傳輸系統(tǒng)，必須用外調(diào)制器；能具備足夠輸出電壓驅(qū)動(dòng)外調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)集成電路還不夠成熟；沿用多年的NRZ調(diào)制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s還沒(méi)有把握，起碼長(zhǎng)途傳輸是很困難的，必須轉(zhuǎn)向性能更好的普通歸零(RZ)碼乃至調(diào)制效率更高的其他調(diào)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(jí)CRZ(SuperCRZ)碼，雙二進(jìn)制碼(D-RZ)，偽線性RZ碼，光孤子(Soliton)調(diào)制方式等。
除了技術(shù)因素外，經(jīng)濟(jì)上是否可行是必須考慮的關(guān)鍵因素，從歷史經(jīng)驗(yàn)看，只有成本降到2.5倍以?xún)?nèi)才有可能獲得規(guī)模應(yīng)用。理論上，40Gbit/s系統(tǒng)應(yīng)用的理想場(chǎng)合仍然是長(zhǎng)途網(wǎng)，因?yàn)殚L(zhǎng)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(guī)模建設(shè)，盡管目前我國(guó)干線網(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(fù)用層面上擴(kuò)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(jí)到40Gbit/s速率。另一個(gè)需要認(rèn)真考慮的因素是光纜的極化模色散特性。如果說(shuō)我國(guó)光纜網(wǎng)的極化模色散特性除了少數(shù)路由外在支持10Gbit/s傳輸方面還基本可行的話，那么當(dāng)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(guó)光纜網(wǎng)的極化模色散特性究竟能否有效支持40Gbit/s的長(zhǎng)距離傳輸，還需要先進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)地測(cè)試后才能搞清。
然而，對(duì)于短距離傳輸，無(wú)須色散補(bǔ)償、光放大器和外調(diào)制器，40Gbit/s系統(tǒng)具有最低的單位比特成本，上述問(wèn)題不是障礙。40Gbit/s的應(yīng)用完全可以由短距離互聯(lián)應(yīng)用開(kāi)始，包括端局內(nèi)路由器、交換機(jī)和傳輸設(shè)備間的互聯(lián)，乃至擴(kuò)展至城域網(wǎng)范圍和短距離長(zhǎng)途應(yīng)用。
超長(zhǎng)距離波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展
由于技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，這幾年波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅猛。目前，1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)已經(jīng)大量商用。WDM系統(tǒng)為了盡量減少電再生點(diǎn)的數(shù)量，降低初始成本和運(yùn)營(yíng)成本，改進(jìn)可靠性以及應(yīng)付IP業(yè)務(wù)越來(lái)越長(zhǎng)的落地終結(jié)距離，全光傳輸距離也在大幅度擴(kuò)展，從目前的600km左右擴(kuò)展到2000km以上，主要的使用技術(shù)有分布式喇曼放大器、超強(qiáng)前向糾錯(cuò)技術(shù)(FEC)、色散管理技術(shù)、嚴(yán)格的光均衡技術(shù)以及高效的調(diào)制格式等?？偟目矗笤O(shè)超長(zhǎng)距離(ULH)波分復(fù)用系統(tǒng)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(tǒng)成本和信號(hào)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(dǎo)在核心網(wǎng)邊緣處實(shí)現(xiàn)，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(hù)運(yùn)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(jí)的成本并簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(yīng)用也已有一些，但是世界上需要這樣長(zhǎng)距離傳輸電路的國(guó)家或區(qū)域太少，導(dǎo)致應(yīng)用規(guī)模不大，設(shè)備成本無(wú)法利用規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，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(yīng)用。
城域CWDM技術(shù)的發(fā)展
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。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一定使用，波長(zhǎng)數(shù)的增加和擴(kuò)展不再受光放大器頻帶的限制，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、分波器和其他元件，使元器件成本大幅度下降，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。
盡管城域WDM系統(tǒng)的成本已明顯低于長(zhǎng)途網(wǎng)WDM系統(tǒng)，但目前絕對(duì)成本仍然較高，特別是傳輸距離較長(zhǎng)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(dāng)前在網(wǎng)絡(luò)邊緣需要整個(gè)波長(zhǎng)帶寬的用戶和應(yīng)用畢竟很少，WDM多業(yè)務(wù)平臺(tái)主要適用于核心層，特別是擴(kuò)容需求較大、距離較長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。
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)系統(tǒng)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，允許波長(zhǎng)漂移±6.5nm，大大降低了對(duì)激光器的要求，其成本可以大大降低。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)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(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(yù)計(jì)成本可以至少降低一半。
簡(jiǎn)言之，CWDM系統(tǒng)無(wú)論是激光器輸出功率要求，還是對(duì)溫度的敏感度要求以及對(duì)色散容忍度的要求，乃至對(duì)封裝的要求都遠(yuǎn)低于DWDM激光器，再加上濾波器要求的降低，使系統(tǒng)成本有望大幅度下降。特別由于8波長(zhǎng)CWDM系統(tǒng)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(yīng)用。
從業(yè)務(wù)應(yīng)用上看，CWDM收發(fā)器已經(jīng)應(yīng)用于Gbit/s接口轉(zhuǎn)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(jī)和光纖通路交換機(jī)中，其體積、功耗和成本均遠(yuǎn)小于對(duì)應(yīng)的DWDM器件。顯然，從業(yè)務(wù)需求和成本考慮出發(fā)，CWDM應(yīng)該在我國(guó)城域網(wǎng)具有良好的發(fā)展前景。
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(fù)用通信系統(tǒng)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(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)高效的靈活組網(wǎng)能力。然而現(xiàn)有的電DXC系統(tǒng)十分復(fù)雜，其節(jié)點(diǎn)容量無(wú)法跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長(zhǎng)速度。進(jìn)一步擴(kuò)容的希望轉(zhuǎn)向光節(jié)點(diǎn)，即光分插復(fù)用器(OADM)和光交叉連接器(OXC)。
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)。前者可以比較容易地實(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，容量不很大時(shí)成本較低，與現(xiàn)有線路技術(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)容依然主要通過(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，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(zhǎng)速度。
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層信號(hào)，功耗較小，具有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)壽命。但是，這類(lèi)設(shè)備可以交換的帶寬顆粒至少是整個(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)相連的線路是由一系列均衡過(guò)的光放大器構(gòu)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(zhǎng)選路很困難。最后，由于色散非線性損傷問(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(diào)度的容量需求不足，導(dǎo)致全光OXC的發(fā)展受阻，在世界上僅有極少的應(yīng)用案例。相信隨著網(wǎng)絡(luò)容量的持續(xù)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(yīng)用將會(huì)在未來(lái)幾年中逐步提到日程上來(lái)考慮的。
隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量向動(dòng)態(tài)的IP業(yè)務(wù)量的繼續(xù)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(shì)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(kuò)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(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)成本；
(4)光層的快速業(yè)務(wù)恢復(fù)能力；
(5)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)；
(6)可以引入新的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)，諸如按需帶寬業(yè)務(wù)(BOD)、波長(zhǎng)批發(fā)、波長(zhǎng)出租、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)、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，AT&T，BT和NTT等世界頂級(jí)電信運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)成功地在網(wǎng)絡(luò)中引入OXC和ASON。其中AT&T已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高帶寬利用率，降低初始成本50%以及簡(jiǎn)化規(guī)劃、指配和維護(hù)，降低運(yùn)行成本60%的雙重目的。
由于ASON涉及網(wǎng)絡(luò)信令和選路，因此統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)十分重要。從理論上看，目前涉及該領(lǐng)域的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織(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(dǎo)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(diào)。
總體上看，就傳送面看，OEO硬件交換平臺(tái)已經(jīng)完全成熟商用，大規(guī)模OOO交換平臺(tái)的可靠性還有待實(shí)際考驗(yàn)，帶寬顆粒大，容量需求也不足。從控制面看，標(biāo)準(zhǔn)已趨向基本成熟。UNI 1.0完全成熟，已實(shí)現(xiàn)多廠家互通，UNI2.0的通用部分和RSVP信令部分計(jì)劃在2006年初完成；I-NII無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)化；E-NNI 1.0版本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)同一運(yùn)營(yíng)商內(nèi)多廠家環(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(xiàn)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，有利于多廠家網(wǎng)管互通，估計(jì)不會(huì)成為制約ASON應(yīng)用的主要因素。
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)。
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(shè)備簡(jiǎn)單便宜；傳輸距離長(zhǎng)；成本隨用戶數(shù)的實(shí)際增長(zhǎng)而線性增加，可預(yù)測(cè)，投資風(fēng)險(xiǎn)低，設(shè)備端口利用率較高，因而在低密度用戶分散地區(qū)成本較低。缺點(diǎn)是兩端設(shè)備和光纖設(shè)施專(zhuān)用，用戶不能共享，不太適合高密集用戶區(qū)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(fù)雜性。第三，有源以太網(wǎng)并沒(méi)有一個(gè)單一的標(biāo)準(zhǔn)，而是利用多個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(tǒng)可靠性，節(jié)省了維護(hù)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(hào)，能比較經(jīng)濟(jì)地支持三重業(yè)務(wù)功能(Triple-play)。第三，由于其局端設(shè)備和光纖由用戶共享，因而光纖線路長(zhǎng)度和收發(fā)設(shè)備數(shù)量較少，相應(yīng)成本較低，且每用戶成本隨著用戶數(shù)量的增加而迅速下降，因而最適合于那些用戶區(qū)域較分散，而每一區(qū)域用戶又相對(duì)集中的小面積密集用戶地區(qū)，尤其是新建區(qū)域。最后，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(shù)據(jù)傳送速率和效率不高以及ATM的衰落而黯淡。隨著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(jié)構(gòu)和G.983的基礎(chǔ)上，設(shè)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(gòu)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(jié)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(yùn)行成本；可以大量采用以太網(wǎng)技術(shù)成熟的芯片，實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，成本低；提供了多層安全機(jī)制，諸如VLAN、閉合用戶群和支持VPN等。
2001年，在IEEE積極制定EPON標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，F(xiàn)SAN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(biāo)準(zhǔn)的制定工作并于2003年通過(guò)兩個(gè)有關(guān)GPON的新的標(biāo)準(zhǔn)G.984.1和G.984.2。
按照這一最新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，GPON可以提供2.488Gbit/s的下行速率和多種標(biāo)準(zhǔn)上行速率，傳輸距離至少達(dá)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(shì)。其次，GPON采用了兩種適配方式，除了傳統(tǒng)的ATM外，還采用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通用組幀程序GFP，可以透明高效地將各種數(shù)據(jù)信號(hào)封裝進(jìn)現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)任何信號(hào)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話音業(yè)務(wù)。而EPON在承載TDM業(yè)務(wù)方面沒(méi)有具體規(guī)定，導(dǎo)致廠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(yùn)營(yíng)商驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)，具有更周到的運(yùn)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(yīng)任何新老業(yè)務(wù)；具有豐富的OAM&P功能；對(duì)各種業(yè)務(wù)均有很高的傳輸效率，即便對(duì)于TDM業(yè)務(wù)也能靈活高效地傳送。可以幫助運(yùn)營(yíng)商完成從傳統(tǒng)TDM語(yǔ)音電路向全I(xiàn)P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(tǒng)技術(shù)外，F(xiàn)TTH技術(shù)還涉及光有源和無(wú)源器件、光纜技術(shù)、接續(xù)技術(shù)、敷設(shè)施工技術(shù)、測(cè)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(jié)的技術(shù)，成本和操作上的瓶頸都可能限制FTTH的大規(guī)模發(fā)展。因此，對(duì)于FTTx，特別是FTTH還需要有大量的基礎(chǔ)性和開(kāi)發(fā)性工作要做。從最近的發(fā)展看，盡管FTTH的設(shè)備價(jià)格已有大幅下降，但對(duì)于Triple Play業(yè)務(wù)，EPON價(jià)格依然高居300美元/戶左右，是ADSL的很多倍。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，各種寬帶業(yè)務(wù)對(duì)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(xiǎn)和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)依然很大，因而我國(guó)尚不具備FTTH大規(guī)模商用的條件，目前主要處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和試商用階段。隨著2008年奧運(yùn)會(huì)和2010年世界博覽會(huì)的臨近，F(xiàn)TTH在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用正日益趨近，F(xiàn)TTH的理想已經(jīng)不再是遙不可及的遠(yuǎn)景，但是足夠的耐性和全面扎實(shí)的準(zhǔn)備不僅是不可或缺的，也是通向成功的唯一道路。
