光通信发展的几个关键技术

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一、引言
在很长的一段时间内，光通信被认为是导致网络泡沫的重要原因，一时人们也“谈光色变”。可喜的是在过去两年中，宽带接入、数据业务的迅猛发展加速消化了带宽，骨干网出现了新的带宽缺口。目前，骨干传送网的数据速率截面已经超过400Gbit/s，而且还在以每年超过100Gbit/s速率增长，新的一轮WDM系统的建设已是隐约可见。而在北美，一些运营商又在悄悄地试验40Gbit/s及ULH系统等这些久违了的技术。光通信已经走过了最艰难的阶段。
目前，光通信发展技术主要集中在超长ULHWDM系统、MSTP城域传输技术、ASON网络上。下一代光网络将是ASON控制层面+多业务处理节点＋ULHWDM系统的组合。本文将重点讨论这几种技术的发展。
二、长途WDM系统
长途系统在过去几年中一直处于低迷状态，2000年左右运营商敷设的都是基于10Gbit/s的40波系统，当时真正利用的波长也就是10个左右，还有30波没有利用。在过去4年中，数据的快速发展消耗了剩余波长，对长途WDM系统需求的压力再次出现，目前骨干网容量提高非常迅速，每年扩容主要为数据，一年甚至十几个10Gbit/s波长，近期内这种增幅将不会减小。在某些运营商的个别截面上，线路需求已经超过40波。2005年，长途WDM系统的建设将重新开始，将采用新的技术，以减少成本并简化网络层次，与ASON共同构造下一代传送网（侧重于传送平面）。
1800Gbit/s系统还是1.6Tbit/s系统
2000年，中国各运营商开始大规模建设以10Gbit/s为基础的WDM系统。目前，骨干形成的超长距离环都是采用40×10Gbit/sWDM系统，而当时设备厂商宣称以后有能力升级到160波的系统。但是这种升级并不轻松，必须增加L波段的光放大器、增加新的复用器，并且在每个站点都要进行改动，而且系统设计原则也要发生变化，升级到160波要花费极大的精力。从实际实施上看，这些系统只能看作是终极容量为400Gbit/s的系统。
考虑到未来系统的容量需求和技术成熟性，新建WDM系统建设应该可以无缝升级到1.6Tbit/s的800Gbit/s系统。对于800Gbit/s系统目前有两种选择，一种是间隔为100GHz，覆盖C+L波段的800Gbit/s系统，一种是间隔为50GHz，仅覆盖C波段的800Gbit/s系统。
从使用方便性来看，单纯C波段的800Gbit/s系统可能更为合适，如果采用C+L波段，从目前放大器技术来看，还没有覆盖C+L波段的EDFA，必须采用两个放大模块。复用器也只是覆盖一个波段，没有全波段复用器/解复用器。对于采用Raman+EDFA放大器的系统，Raman放大器由于是分布式放大，两个波段的泵浦源是公用的，而EDFA与复用器却是不同的，两个波段采用不同的复用器/解复用器和光放大器，在每个光放大器站都进行复用/解复用，光信号分别通过两个不同的EDFA进行放大。两个波段的关系有些类似于20世纪80年代的1310nm/1550nm的粗波分复用系统，系统构造比较复杂。另外，对于C+L波段色散补偿，要做到准确的色散斜率补偿也比较困难。
2超长ULH与OADM
ULH＋OADM可以使网络层次更加简化，有利于实现点到点的灵活、可靠、方便的业务传送。目前，超长系统在北美已经有所抬头，40Gbit/s与10Gbit/s混合传输的ULHWDM系统也开展了一些试验，但并不是商用化的重点。目前，商用化主要集中在10Gbit/sWDM系统的超长传输上，有些采用传统的NRZ+Raman的解决方案，有些采用CRZ＋FEC的技术，也有采用纯粹的Raman放大器，并没有标准的方案。
我国幅员辽阔，有利于实施超长距离ULH+OADM配置系统，该系统还可以与常规波分系统并行使用，因此可以根据地域地点进行自由选择，使得组网方式非常灵活。ULH新技术的使用会使光再生距离延长至几千公里，等效减少了电中继再生节点的数量。另一方面，OADM的使用相对于背靠背系统，也会节省大量的OTU。目前，较为成熟的超长传输距离在2000km，波长间隔在100GHz，使用C波段的40波系统，而OADM上下能力也在20波以上。（1）OADM的应用
目前，OADM的应用主要用于城域范围，长途省际干线尚未大规模应用。现在系统商提供的OADM都是串并混合型。串联一般采用“Band”上下，一次上下1个或2个波长组，对于一个波长组“Band”内的各个波长，则采用光开关并联的方式进行上下。在落地业务量不大的节点选用OADM将会带来一定的经济性，可以节省大量背对背的OTU。
（2）OADM的发展需求
OADM要实现在长途WDM系统大规模使用，必须要满足以下需求：
●波长上下能力必须在50％以上，甚至达到100%上下能力。随着ULH系统的延长，WDM系统经过的OADM节点有可能是大城市节点。考虑到将来业务发展的不确定性和可拓展性，OADM要求更多的波长上下，因此波长上下能力应在WDM系统容量的50％以上。
●远端可动态配置的ROADM是发展的方向。目前，可以实现一定波长范围内的指配（例如在一个子Band内），但灵活性不够。将来则可以实现更大范围、更灵活的波长上下指配。特别是可变波长激光器和可调光滤波器的配合使用，可以更加方便上波长（通过改变激光器波长）、下波长（通过可调光滤波器），当然这两种器件都要求其调节范围在保证性能时尽可能大。目前，可调谐激光器可以达到单个OTU输出30个标准波长，而且精度很高，能够确保输出波长在寿命20年内的频率偏移10GHz以内。
●对WDM系统直通波长性能不构成影响。OADM作为节点设备插入到WDM线形系统中，会带来插入损耗，对上下光路和直通光路而言都有影响，特别是对于直通光路，OADM的使用将会影响系统跨段的设计以及节点间的距离。另一个影响是信道间的串扰，新的上下业务的处理将会对其它直通信道产生串扰，要求OADM有较好的隔离度，不致影响信号的正常传输。
三、MSTP发展的几个问题
MSTP发展方向将成为业内重要的讨论话题，尤其是MSTP如何将数据处理功能和数据网络更好地结合，是MSTP发展中值得进一步探讨的问题。随着IEEE802.17标准化的加快，各厂商RPR功能逐渐标准化，RPR实现了信号QoS、带宽公平算法、保护倒换等3大功能。目前，内嵌RPR功能的MSTP设备基本已经开发完成，并且有了一些应用。但是内嵌RPR的MSTP仍存在对数据业务处理能力的不足，其表现在只适用于环网拓扑结构，缺乏端到端标识业务及跟踪用户流量并保证业务性能的方法。
要使MSTP更好地支持以太网业务，RPR技术必须与端口识别技术结合。这个技术可以是802.1Q，QinQ，EoMPLS。由于MPLS应用的广泛性，人们目前更为关心的是MPLS技术与RPR的结合。
1.内嵌MPLS功能的MSTP通过内嵌MPLS功能，可以较好地实现VLAN地址扩展，提供电路端到端的QoS保证。另外，可以提供新型以太网业务（如L2VPN），灵活控制带宽颗粒。EoMPLS隧道技术在MSTP上的应用主要是解决基于端口的识别和业务控制能力，但它本身仍然是一个PointtoPoint（在一对节点之间多条LSP）技术，无法解决多节点之间的带宽共享问题。直接将MPLS映射到SDH上无法解决带宽的公平分配问题，MPLS仍然有必要和RPR技术一起使用。
LSP的建立有动态和静态两种方式，静态LSP的建立是通过网管配置实现，而动态则是采用信令协议方式实现。如果采用动态方式，就要涉及到三层路由功能，但是目前国内对MSTP的理解实现是两层以下的功能。能否定义简单的、可操作性强的三层功能来通过动态信令完成业务连接建立，同时实现不同厂商MSTP设备间的VPN互通是内嵌MPLS的MSTP发展的关键。
内嵌MPLS的MSTP最终需要和MPLS路由器实现互通。考虑到MPLS信令本身的复杂性，EoMPLS（Martinidraft）标准的成熟度，以及基于动态信令协议的MPLS的多厂家之间的互通性等，前景不容乐观。
2.静态内嵌MPLS功能的互通从国内通信标准化的角度出发，现阶段考虑通过Martini草案实现静态的MPLS功能及其互通。任何新技术的引入都需要考虑网络的互联互通问题，静态MPLS需要考虑传送平面、网管平面以及业务的互联互通。
（1）在传送平面上，需要考虑以太网封装到MPLS，MPLS封装到SDHVC，以及SDHVC的互通。目前，以太网封装到MPLS，SDHVC的互通已经有了严格的规定，并且SDHVC已经实现了多厂商互通，以太网到MPLS在数据网络中的互通也得到了验证。传送平面互通的焦点集中到MPLS封装到SDHVC的互通。将MPLS直接封装到SDH上将更为有效，并且可克服报文过短需要填充的缺陷，但是目前ITU对于MPLS映射到GFP尚没有规定。因此，有必要详细规定MPLS帧结构到GFP-F映射过程，以保证不同厂商MPLS封装到SDH的互联互通。
（2）在网管平面上，需要考虑通过不同厂商的网管系统分别或统一集中建立LSP。由于是不同厂商的网管系统，还无法实现统一网管。目前实现的是分段配置，也就是每个厂商的网管系统配置到网络NNI接口（SDH接口）。两厂商互联的颗粒为包含多个LSP的SDHVC通道，网管系统对于每个LSP必须进行详细的规定，包括带宽信息、连接信息、保护信息等。
3MSTP与3G传输
3G对传输的推动力近来引起很大的争论，有些人认为3G网络的出现将大大增加城域网业务量。也有人认为3G对传输的业务要求不大。从业务量上分析，在可以预见的2～3年内，以每个基站的上行速率为4个E1计算的话，假设一个大城市敷设2000个基站，总的业务量大概在8000个E1，大约只有120个STM-1，等效于2个10Gbit/s系统。因此，3G系统的出现并不能对传输形成很大的冲击，其对业务量的影响远远小于宽带接入技术，目前传输网络应该说能够容纳这一波的冲击。
3G建设初期，在业务量不是很大时，可以采用目前SDH网络解决传输问题。但从3G的长远发展情况来看，WCDMA商用化版本存在着继续向全网IP模式演变的可能。采用MSTP平台的组网方式，可通过灵活地配置相关模块，是更好的一种选择。
四、ASON的互联互通与应用
ASON网络节点硬件技术已经有重要突破，目前重点是不同厂商的一致性测试，也就是控制层面。OIF在2003年的试验仅仅只有控制平面参与，2004年则增加了传送平面的设备，也就是将ASON功能真正做到了传输设备上。OIF2004进行了包括多运营商和多厂商的互操作测试，测试内容包括UNI2.0以太网业务互通测试，UNI1.0R2＋E-NNI信令和路由互操作测试，中国电信也正式参加了OIF2004的互操作测试。
1OIF2004互操作测试
本次测试由运营商和设备厂商共同完成，测试设备将放置在运营商的实验室或第三方的独立实验室。实验室内部包括控制平面和传送平面的连接，运营商之间进行基于控制平面的互通测试，实验室之间通过基于互联网的IPVPN实现控制平面之间的连接。通过IPVPN连接到SuperComm会议现场，进行现场演示。图2为网络拓扑示意图。
在中国电信实验室中，有两家设备厂商的设备，分别为SYCAMORE与CIENA。目前，已经完成与NTT和KDDI的互联测试，也就是从中国电信发起业务请求通过NTT，KDDI两个E-NNI接口完成连接建立。演示的业务包括虚拟链路路由选择、真实链路路由、UNI上的连接建立（由UNI-C发起请求）和取消、NNI上的连接建立（由UNI-C发起请求）和取消。E-NNI测试取得了一定的进展，特别是在软件的稳定性上。
UNI接口发起连接建立和删除相对比较成熟，难度较大的集中在ENNI接口互通。而E-NNI接口部分又集中在路由上，路由信息的互通特别重要，由于运营商之间通常没有信任关系，一般认为不能泄漏过多的信息。但是如果不能提供足够的信息，如业务能力等，也可能会丢失用户或无法建立连接。因此，参与域间路由的运营商应愿意广播通过其网络可以到达的目的地址，同意公平共享其他运营商发布的信息，以便每个运营商都有机会提供服务。目前，两个不同制造商可以交换的信息包括可达性信息以及网络概貌信息。网络概貌信息主要是指两运营商相连节点的数量、位置、网络容量等；可达性信息包括跨越两网络的连接可达性情况，是否有物理拓扑连接和足够的链路容量等。路由的互通目前还处于初级阶段，还没有层次路由的概念，在此假设各个运营商路由域都是在一个平面上。没有考虑自动发现功能，在网络配置上比较繁琐，也没有考虑TNA地址，而采用IP地址作为传送地址。
2ASON在城域网的应用
城域网业务种类繁多，交叉粒度从64k到2.5G，保护需求多样、电路调度频繁、技术多样性，在大城市、超大城市的城域范围内尤其是城域网的核心层部署ASON网络，将能更有效地发挥其灵活高效的特点，并有可能先于ASON在长途网络中的应用。
通过ASON/GMPLS实现业务端到端的调度和保护，也是MSTP光网络发展的重要方向。目前，MSTP引入ASON网络的可能性越来越大，基于MPLS的MSTP已经有了控制面的概念，只不过控制的是分组Packet，这种控制面机制引入了类似ASON的概念，例如在路由信息扩展中增加了双向LSP，链路资源等。下一步MSTP设备可实现GMPLS概念，同时控制分组LSP与SDHVC，采用独立的控制层面来实现分组、SDHVC通路的建立和保护。
城域内ASON网络必须考虑VC-12级别的电路，小电路颗粒在城域网处理仍有很大的市场。另外，骨干网和城域网之间通过E-NNI连接，采用分层路由的概念，城域网路由域作为层次路由下一层。城域ASON网络的建设可以先从核心层开始，随着业务的开展和技术的成熟，再逐步延伸到汇聚层和接入层，与骨干网一起从而可以提供端到端的ASON业务。
五、结束语
前一阶段光通信的发展出现了一些困难，主要是由于一些重复投资以及光节点技术发展滞后于线路技术造成。但是，随着宽带接入和城域网的发展，骨干网的业务量将会有一个快速的提升（目前ADSL已经将用户IP接入速率从56kbit/s提高到1Mbit/s）。目前，网络节点的技术也在同步跟进，整个行业正在渐入佳境，光器件、光纤接入也有了起色。
ASON在传送网上的引入是必然的趋势，尽管ASON尚未完成标准化，但一些采用专用控制软件和协议的光节点设备已经问世并开始商用，重大技术障碍已不存在，相当多的厂家已有了第一代产品。可以相信，在未来二三年里ASON将逐步走向实用。