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光网络的发展与市场需要

时间:2006-10-26 来源: 作者: 点击:
从光纤通信技术本身的发展看,光网络是当前最活跃的领域。 然而,所谓“光网络”不是一个严格意义上的技术术语,而是一个通俗用语。从历史上看,光网络可以分为三代。第一代光网络中光只是用来实现大容量传输,所有的交换、选路和其他智能都是在电层面上实现的,SDH就
    从光纤通信技术本身的发展看,光网络是当前最活跃的领域。  
然而,所谓“光网络”不是一个严格意义上的技术术语,而是一个通俗用语。从历史上看,光网络可以分为三代。第一代光网络中光只是用来实现大容量传输,所有的交换、选路和其他智能都是在电层面上实现的,SDH就是这种第一代的光网络, 而目前正在开发的光传送网(OTN)和全光网络可以分别认为是第二代光网络和第三代光网络。OTN在功能上类似于SDH,只不过在OTN所规范的速率和格式上实现而已,而全光网络则不同,此时传送、复用、选路、监控和有些智能将在光层面上实现。从更广义的角度看,光网络还应该覆盖城域网和接入网领域,这两个领域的光网络则不仅具有更加丰富多彩的技术选择,而且技术特征上也有很大的不同。

  OTN的优劣势

  相对传统SDH而言,ITU-T所定义的OTN的主要优势在于:

  -具备更强的前向纠错FEC能力。OTN的带外FEC比SDH的带内FEC可以改进纠错能力3-7dB;

  -具有多级串联连接监视TCM功能。监视连接可以是嵌套式、重叠式和/或级联式,而SDH只允许单级;

  -支持客户信号的透明传送。SDH只能支持单一的SDH客户信号,而OTN可以透明支持所有客户信号;

  -交换能力上的扩展性。SDH主要分两个交换级别,即2Mbit/s和155Mbit/s。而OTN可以随着线路速率的增加而增加任意级别的交换速率,与具体每个波长信号的比特率无关。

  然而,OTN的主要不足之处是缺乏细带宽粒度上的性能监测和故障管理能力,对于速率要求不高的网络应用经济性不佳。另外,由于现有SDH光网络已经能够基本应付应用需要,厂家开发新一代光网络产品的驱动力不足,目前尚无成熟产品可用,市场窗口是较窄的。

  全光OXC的发展

  全光光交叉连接设备(OXC)是未来光网络的核心,在传送网中的主要功能有:提供以波长为基础的连接功能,光通路的波长分插功能,对波长通路进行疏导以实现对光纤基础设施的最大利用率,实现在波长、波长组和光纤级上的保护和恢复。当OXC能够实现动态波长选路功能时常称为波长路由器。

  从实现技术上看,OXC可以划分为两大类,即采用电交叉矩阵的OXC(有时简称OEO方式或电OXC)和采用纯光交叉矩阵的OXC(有时简称OOO方式或全光OXC)。采用OEO方式处理可以比较容易地实现信号质量监控和消除传输损伤,网管比较成熟,容量不是很大时成本较低,与现有线路技术兼容,更重要的是可以对小于整个波长的带宽进行处理和调配,符合近期市场的容量需要。然而其扩容主要是通过持续的半导体芯片密度和性能的改进来实现的,由于系统的复杂性,无法跟上网络传输链路容量的增长速度。最后,这类系统通常体积大、功耗大、容量很大时成本较高。

  另一方面,采用光交叉矩阵的OXC省去了光电转换环节,不仅节约了大量光电转换接口,而且由于纯光消除了带宽瓶颈,容量可望大幅度扩展,随之带来的透明性还可以使其支持各种客户层信号,功耗较小,有更高效的多端口交换能力,具有更长远的技术寿命。从端口成本和功耗看,这类设备也比采用OEO的OXC要低.但是,这类设备可以交换的带宽粒度至少是整个波长,因此即使只有少量的附加带宽需求也必须提供整个波长,不经济。其次,为了引入全光交换机,可能必须更新改造已有线路系统。第三,在光域实现性能监视很困难。第四,与全光交换机相连的线路是由一系列均衡过的光放大器构成的,而目前所有线路均衡方法都是专用的,涉及的相关因素很多,这些因素高度相关且互相依赖,使均衡工作很困难,也需要时间稳定。若试图在均衡好的网状网中快速动态地实施波长选路,将会导致上述多种因素重新组合,需要对新的波长通路实施快速重新均衡。而目前的光线路系统还无法以标准化的方式快速动态地实现网络均衡。

  总的看,由于业务量的持续高速增长,全光网络的长远市场前景是光明的,只不过至少还需要有大约5-6年的市场培育期。

  向ASON演进

  尽管OXC已具有灵活组网能力,但传统意义上的OXC仅仅具有静态网络配置能力,缺乏自动联网智能和端到端的点击配置能力,因此无法适应日益动态的网络和业务环境,也不解决传统网络的结构问题。随着IP业务成为网络的主要业务量后,对网络带宽的动态分配要求将越来越迫切,网络最终需要实时动态配置能力,即智能光交换能力,传统的静态交叉连接型OXC将升级为动态交换型智能光交换机,于是一种能够自动完成光网络连接的新型网络概念-自动交换光网络(ASON)技术应运而生。

  ASON所带来的主要好处有:简化了网络结构和节点结构,允许将网络资源动态分配给路由, 优化了网络资源分配,提高了带宽利用率,降低了建网初始成本,还缩短了业务层升级扩容时间,间接增加了业务层节点的流量负荷;简化了运行,实现了规划、业务指配和维护的自动化,降低了运维成本,避免了资源搁浅;光层的快速业务恢复能力;快速的业务提供和拓展;减少了运行支持系统软件的需要,减少了人工出错机会;可以引入新的波长业务,诸如按需带宽业务(BOD)、分级的带宽业务、动态波长分配租用业务、光层虚拟专用网(OVPN)等等。

  总体上看,就传送面看,ASON的OEO硬件交换平台已经完全成熟商用,大规模OOO交换平台的可靠性还有待实际考验,带宽颗粒大,容量需求也不足。从控制面看,标准已趋向基本成熟。UNI 1.0完全成熟,已实现多厂家互通, UNI 2.0的通用部分和RSVP信令部分计划在2006年初完成;I-NII无需标准化; E-NNI 1.0版本目标是实现同一运营商内多厂家环境的组网,目前比较成熟的是信令部分,路由部分即将完成,自动发现部分更晚一些。从管理面看,由于控制面的引入,ASON的网管功能弱化,部分功能移交给控制面完成,有利于多厂家网管互通,估计不会成为制约ASON应用的主要因素。

  我国过去十几年来,光纤通信的发展一直是以点到点的链路容量的扩展为主线的。近几年来,随着高度动态的IP业务量的持续高速发展和专线业务的稳步发展,以及网络容量的相对宽余和竞争的加剧,传送网向动态联网的ASON的发展已经提到日程上来,建设一个大容量的高度灵活、动态、可靠的传送网已经成为我国传送网转型的关键和下一步发展的重点。

  城域网的发展与挑战

  核心网问题基本解决后,城域接入网正成为全网的带宽和业务提供瓶颈,也将成为最大的市场机遇。解决城域网可以有多种技术手段,但最基本的是两类:一是改进以太网,并扩展至公用城域网。二是强化SDH,扩展至网络边缘并支持数据业务-建立多业务传送平台(MSTP)。当前,由于基于SDH的MSTP技术成熟、兼容庞大的现有SDH基础设施,特别是采用了GFP、LCAS、RPR和MPLS等新技术新标准后,已经能够灵活有效地支持各种数据业务,增强了业务拓展能力,降低了网络成本和投资风险,有助于实现从电路交换网向分组网的过渡和最终向融合网方向的发展,在中近期将成为主导城域网技术。然而,由于在城域网领域面临以太网的竞争压力,迫使MSTP在降低设备成本和提高业务提供灵活性上继续改进。重要的趋势之一是结合MPLS,使MSTP和MPLS能互相依托共同向网络边缘扩展,从而可以充分利用MPLS灵活跨域支持数据联网的一系列优点。

  另一方面,以太网是一种十分简单的标准技术,具有广泛的软硬件支持,成本低,扩展性很好。因此,将以太网扩展至城域网可以迅速经济地提供用户所需的高速数据传送和应用业务。一旦其固有的QoS问题、安全问题、OAM&P能力、快速保护恢复问题等妥善解决后,传统以太网才能作为真正的电信级多业务平台应用于大型公用电信网环境。 

  近来,电信级以太网的发展很快,一些最新的技术解决方案已经接近解决或部分解决了上述问题,已能提供多种业务,具有一定的QoS能力和网管能力,具备较高的生存性,不少技术已能提供50ms的快速保护倒换时间,有些技术还采用了数字包封器,利用前向纠错(FEC)和同步技术来改进系统性能,延伸传输距离。简言之,一些新型电信级以太网技术正逐渐具备公用电信网所要求的必备功能和性能。除了大家比较熟悉的传统以太网技术的扩展和增强技术,例如Q in Q(SVLAN)外,各种标准化组织和厂家开发了很多新型电信级以太网技术,诸如弹性分组环(RPR),多业务环(MSR),MAC in MAC封装,以太网环保护(ERP),虚拟专用局域网业务(VPLS),等等。可以预计,随着网络中IP/以太网业务量的日益增加以及基于以太网技术的新型解决方案的不断出现,电信级以太网多业务平台在城域网中的应用将会越来越多。

  随着技术的进展和业务的发展,WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展。适用于城域网领域的WDM系统称为城域网WDM系统,其主要特点和要求可以归结如下:

  首先,低成本是城域网WDM系统最重要的特点,特别是按每波长计其成本必须明显低于长途网用的WDM系统。幸运的是由于城域网范围传输距离通常不超过100km,因而长途网必须用的外调制器和光放大器可以不必使用,从而减少了分波器和合波器的复杂性,光放大段的设计仅仅是光损耗的设计,十分简单明了。最后,由于没有光放大器,波长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制,可以容许使用波长间隔较宽波长精度和稳定度要求较低的光源,合波器,分波器和其他元件,使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降,降低了整个系统的成本。

  然而,尽管目前城域WDM系统的成本已明显低于长途网WDM系统,但其成本仍然较高。为了进一步降低城域WDM多业务平台的成本,出现了粗波分复用(CWDM)的概念。这种系统的典型波长组合有三种,即4、8和16个,波长通路间隔达20nm之宽,滤波器通带宽度约13nm,允许波长漂移6.5nm, 大大降低了对激光器的要求。此外,由于CWDM系统对激光器的波长精度要求很低,无须致冷器和波长缩定器,不仅功耗低,尺寸小,而且其封装可以用简单的同轴结构,比传统碟型封装成本低,激光器模块的总成本可以减少三分之二。从滤波器角度看,以典型的100GHz间隔的介质薄膜滤波器为例,需要150层镀膜,而20nm间隔的CWDM滤波器只需要50层镀膜即可,其成品率和成本都可以获得有效改进,预计成本可望降低约一半。

  总的看,对于光纤资源短缺的城域网或者大型城域网的核心层乃至未来的汇聚和接入层面,城域WDM多业务平台都将是一种有长期技术寿命的通用解决方案。CWDM多业务平台则最适合城域汇聚和接入网部分以及企业局域网的延伸和存储网等短距离应用。

  光接入网的发展 

  就世界范围看,绝大多数电信公司是以ADSL为主发展宽带接入的,然而,ADSL技术是建立在铜线基础上的宽带接入技术,铜是世界性战略资源,随着国际铜缆价格持续攀升,以铜缆为基础的xDSL的线路成本越来越高,而光纤的原材料是二氧化硅,在自然界取之不尽,用之不竭。事实上,当前光纤的市场价格已经低于普通铜线,在新辅用户线路或者老电缆替换中,光纤已经成为更合理的选择。

  从光纤接入看,光纤接入网,特别是无源光网络(PON)应该是比较理想的长远解决方案。其主要特点是在接入网中去掉了有源设备,避免了电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,降低了相应的运维成本。其次,PON的业务透明性好,带宽宽,可适用于任何制式和速率的信号,能比较经济地支持广播电视业务,具备三重业务功能(triple-play)。最后,由于其局端设备和光纤由用户共享,线路成本较其他点到点方式要低,土建成本也明显降低。PON的每用户成本随着分享OLT的用户数量的增加而迅速下降,因而最适合于分散的小企业和居民用户,特别是那些用户区域较分散,而每一区域用户又相对集中的小面积密集用户地区,尤其是新建区域。

  近来,ITU通过的新一代的无源体系结构-GPON标准将上下行速率提高到2.5Gbit/s并采用了通用组帧程序(GFP)来更有效地支持各种数据业务,全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求,使无源光网路技术更具吸引力。与其他PON技术相比,由于GPON尚未进入大规模商用,因而设备成本依然较高,但是在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和业务适配效率方面都是最高的,即便对于TDM业务也能高效低开销传送。相信随着产量的大规模提高,设备成本将最终取决于产量大小,GPON可以帮助运营商完成从传统TDM语音电路向全IP网络的平滑过渡,因此似乎应该具有更长远的应用前景。另一方面,从组网成本看,由于GPON的速率、分路比和传输效率均比EPON高约一倍,因而所需的局端设备OLT可以减少,支持的用户数更多,因而在整体组网成本上不见得比EPON高很多,甚至在有些场合下可能更便宜。

  光纤接入网技术的最大问题是综合成本较高,而市场对传输速率的需求暂时还不那么高,因此发展不快。近来,由于技术的进步为其发展提供了新的驱动力,但作为主流接入技术还需要解决除了设备成本以外的一系列问题,包括组网技术、接续技术、测试技术、敷设安装技术等等。

  从全局看,光纤到小区(FTTN)是中近期内一个比较经济的FTTx解决方案,也是当前的主推方案;光纤到家(FTTH)则是一个长远的理想解决方案,当前主要适于新建商务区和高档住宅小区;而光纤到路边(FTTC)和光纤到公寓小楼(FTTB)介于两者之间,是一个经济性和前瞻性兼顾的中长期解决方案。FTTx的演进路线将是逐渐将光纤向用户推近的过程,即从FTTN到FTTC和FTTB乃至最后到FTTP,当然这将是一个很长的过渡时期,这期间,在新建地区直接采用FTTC/FTTB/FTTP都将是一种可行的具有前瞻性的解决方案。


作者:中国电信集团公司   韦乐平
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