向全光网演进

zjol

运营公司现在处于进退两难的境地。一方面，数据业务量的爆炸性增长带来了大量机会，许多新兴的运营公司纷纷加入到这个领域与传统的运营公司竞争就很好地证明了这一点；另一方面，由于运营者采用光电混合的技术，特别是需要在网络节点上进行光和电的转换，从而加大了网络的费用，不利于在对价格日益敏感的市场上参与竞争。
     
     实现全光网的关键是用光交换代替电交换，然而光交换直到不久以前在技术和可靠性上还存在一些问题，理论还不能变成现实。但是现在，一部分设备提供商和运营公司开发出了能满足实际需要的一些成熟的器件（如微电机械系统和可调激光器等），并研究出了一些更加实用的方法，运营公司可以开始制定向全光网演变的切实可行的计划了。
     
     　　在讨论新的发展和新的网络将会是什么样子之前，让我们先进一步了解一下运营公司向全光网演变所面临的进退两难局面。
     
     一、运营公司的困难处境
     
     　　目前长途运营公司向全光网络演变所面临的最主要困难是如何准确预测何时可以得到投资回报。预计未来几年数据业务量的增长会发生很大变化，并且如果以现有的技术扩展网络容量，耗资将十分巨大，因此许多运营公司在发展前景明朗之前停止规划并取消投资，这一点不足为奇。不过，这也意味着将失去一个巨大的潜在市场。
     
     　　为了有效地利用传统的网络，城域和长途运营公司采用密集波分复用（ＤＷＤＭ）技术来增加容量。这在已经有很多层的复杂的网络上又增加了一层，因此不容易升级。经验表明，简单地将一种技术叠加在另一种技术之上会使运行费用螺旋状上升。这不仅增加了网络出故障的可能性，而且也不能满足电路恢复和配置的需要。
     
     　　仅有技术并不能解决问题，未来的网络需要新一代的智能网络节点，这种节点易于升级和集成。使用智能的网络节点将减少运营公司对全光网络的投资，同时提高了效率，使运营公司可以更加灵活地提供业务。
     
     二、网络上的瓶颈
     
     　　在过去十年，经济、技术和政策的变化加速了电信网络容量的扩展。传统网络只提供话音业务，业务量每年最多增加１０％。现在，以数据为中心的业务（如ＩＰ）呈爆炸式增长，每年对容量增长的需求超过１００％。
     
     　　这种变化不仅改变了业务量，同时也改变了业务的特点。因为大多数的话音业务是本地的，而ＩＰ业务则是全球性的，这使得长途和国际间网络容量短缺的问题日益突出。长途运营公司目前在他们的骨干网上采用ＤＷＤＭ系统，因此增加了核心网络的容量，并从根本上提高了宽带传输的经济性。容量骤增也为不受传统电网络约束的新兴运营公司开辟了新的道路，使运营公司间的竞争更加激烈。
     
     　　不过这仅仅是在理论上的分析，实际情况要复杂得多。即使是在很多光骨干网上，ＤＷＤＭ业务量也在每个网络节点终止，例如采用数字的ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ交叉连接用于基本的ＴＤＭ电路交换。这些电设备必须首先将数据流从光信号转换为电信号，进行交换和选路，然后再将其转化为光信号，并插入到适当的光路中。电的处理技术限制了ＤＷＤＭ技术的优越性，这将使网络的吞吐量在交换和疏导点变小。
     
     　　网络瓶颈并不是唯一的问题。当通道增加时，对电设备的需求量将会增加，与所需的光－电－光转换和转发器的数量不相称。网络的投资费将会增加，运行费用也会随着设备占用空间和功率消耗的增加而明显增加。同时由于存在大量潜在的故障点，因此会降低可靠性，增加维护费用，导致网络不易升级，灵活性差。最终使得为用户提供的服务价格昂贵并且业务配置时间长。
     
     　　全球以ＩＰ为中心的数据通信业务量的螺旋式增长，增加了通过网络节点的业务量。例如，一些情况下业务量仅需直接通过该节点而不中断。在传统的光－电－光节点中，典型的骨干节点直通的业务量大约为７５％～８０％。通常，在这些节点上的所有通信量都要被终止，在电域进行交叉连接，将信号在本地下路或选路到长途目的地。
     
     三、新的发展
     
     　　大量关键的光技术——特别是全光交换和超长距离传输技术的出现，为创建单一的光快速通路层提供了新的可能，使得对于电交换、选路和再生的需要降至最低。
     
     　　这种网络会是什么样子呢？在新一代的光快速网络中，最有效的方法是只使在节点（分插复用通道）需要下路的一部分业务量终结，而在光域内交换余下的直通业务量。没有电设备的光的快速网络将会提高网络的灵活性，帮助运营公司为他们的客户提供经济和可靠的服务。
     
     　　能提供波长交换和选路、光分组交换、超长距离传输和智能分插复用模块的智能全光网络节点目前已经能够实现了。如果能在波长级、光纤级和模块级与混合匹配能力相结合，那么运营公司就可真正拥有一个向全光网络演变的有效的、经济的解决方案。全光模式为运营公司带来的益处见表１。
     
     表１　
     
     　 传统模式（DCS）
     光-电-光交换模式
     全光模式（DCS）
     
     建设费用
     高
     
     .多系统
     
     .很多光-电-光转换
     中
     
     .单个综合系统
     
     .很多光-电-光转换器
     低
     
     .单个综合系统
     
     .最少光-电-光转换
     
     运营费用
     高
     
     .占用空间很大
     
     .功耗很大
     
     .复杂的OAAM
     
     .很难扩展
     中
     
     .占用空间很大
     
     .功耗大
     
     .综合的OSS可简化
     
     OAAM
     
     .很难扩展
     低
     
     .占用空间很小
     
     .功耗小
     
     .综合的OSS可简化OAAM
     
     .可由光纤和波长简单扩展
     
     配置时间
     慢
     
     .多重配置系统
     
     .不灵活的手动网络设计
     中
     
     .自动快速配置
     
     .不支持透明波长
     快
     
     .自动快速配置
     
     .可靠的全波长管理能力
     
     
     四、提高光纤网络的效率
     
     　　随着对带宽需求的迅速增加，运营公司已在骨干网的单个波长上传输１０ Ｇｂｉｔ／ｓ的信号。人们希望这样能使相邻的ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ发生器之间的费用节省３０％～４０％。波长信号需交换、选路和再生，如果可能，人们希望这些不必转换到电域内处理。
     
     人们正在研制一种对信号、比特率和协议透明的光子交换的智能波长交换机，使其能完全控制通过的和下路的业务量的比率。来自任何输入光纤的任意数量的波长都能经过分插复用、再生和选路到达任何输出光纤。目前波长转换已成为一种可用的方法，一个输入波道可以路由到另一个不同频率的输出波道上，这可减少波长的争用，它不仅是业务量在多个运营公司的光网络上传送所必需的，也是运营公司最大程度利用他们自己的光网络和实现动态网络恢复所必需的。
     
     　　电信市场的开放还产生了采用不同类型光纤的多样化的全球网络。在这些不同类型的光纤中，特别要提到的是由传统的运营公司在光纤发展的早期安装的单模光纤以及新的运营公司采用的色散位移光纤。色散位移光纤技术通过波长迁移可最有效地利用容量，并确保为用户提供高质量的端到端业务。
     
     五、信号再生问题
     
     　　网络节点上业务量的增加带来了信号再生的问题。由于光纤传输中线性和非线性效应的影响，信号不断衰减，这与全光交换节点的情况类似。今后，如果采用４０ Ｇｂｉｔ／ｓ的线路速率，这个问题就会更加严重。即使是在性能较好的超长距离传输系统中，那些距离较长的波长通路或一些通过许多中间节点的直通的波道，也不可避免地需进行信号再生。
     
     　　信号再生的传统方法是使用带专用转发器的标准的电设备，这种设备占用空间大而且耗费的功率高，这对于网络规划来说是件可怕的事情。但是现在，人们研制出了一种新的具有选择能力的再生器，它可使运营公司只对衰减信号进行再生，而让那些比较强的信号直接通过而无需再生。由于可同时使单个波长下路或直通，这就增强了选路的灵活性，并可与网络管理系统相结合。
     
     　　另外，人们将光波长交换的功能简化到仅具分插功能，开发出了智能光分插复用器，它具有重新配置功能，并易于升级，只有指定的下路业务量才会被转换到电域。智能光分插复用器采用智能转发器将加入的光信号优化，并使用数字封包技术将ＩＰ，ＡＴＭ和ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ业务量放入波长通路。除了要降低运营商在全光网络上超前投资的风险外，在波长交换和复用设备之间还需有一些高层的设备和共用的功能，以确保操作、管理和维护费用降至最低。
     
     　　新网络的主要特性是需要管理运营商为用户提供的多种协议，以及原始波长。ＩＴＵ ７０９ 建议中所规定的数字封包技术可使运营商将各种不同的独立协议和原始波长放到光传送层，同时仍然具有传统ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ系统的开销这一优点。
     
     　　管理全光网络是一个相当富有挑战性的目标。它需要将运营商采用的ＴＭＮ网络管理标准以及ＭＰＬＳ协议中所包含的点击波长配置、动态选路和恢复功能综合在一起。
     
     　　当业务变得更加以ＩＰ为中心时，在光领域的分组交换将具有更明显的优点。因为它可以更有效地将原始业务量集中在一起，而不需要过多地配置附加的波长通路。这较好地利用了核心波长，并将降低每比特的费用。将光分组交换与光波长交换相结合，打开了一条实现真正基于光的分组技术的道路。
     
     六、对进退两难问题的解决方案
     
     　　现阶段运营商该何去何从呢？怎么样才能在数据业务上开发潜在市场，而同时又不浪费投资？仅仅靠技术并不能解决问题。在很多情况下，新的解决方案需与传统的结构相结合，并且尽量压缩费用，这也意味着需从一开始就能获取收入。虽然一些新的运营公司喜欢在新的领域投入大量资金，但对大多数运营公司来说，业务的连续性要优先考虑。
     
     　　因此，运营公司正在寻找网络解决方案和网元。目前还不可能用一种完美的技术来实现全光解决方案，以替代复杂的、多层核心网络，而逐步减少对目前实用的、耗能较大的电交换机的依赖。值得一提的是，目前所谓的光交换机还是在电域内路由光信号，这只能部分解决问题，因为这种交换机还是需要大量的转发器，而且不能透明地路由波长。
     
     　　尽管如此，未来的发展前景还是非常诱人的。目前的现场试验表明，设备供应商正在利用系统方面的经验来解决有关可升级性、性能和可靠性等方面的问题，以提供成套的解决方案，获得良好的投资回报。当然，在这些方案中有很多很好的技术，不过我们应当考虑每种方案的易升级性，使运营商能简化系统，更有效地管理混合的网络。
     
     　　我们所推荐的一种解决方案的优点是可使运营商立即开始验证他们未来的网络。运营公司以小型的交换设备为起点，并随着业务量的增加而逐步增大规模，避免了在网络的瓶颈处将ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ网元去掉的简单做法。
     
     　　这样做的结果增强了运营商的信心——不论是新加入的运营公司还是传统的运营商，都可以立即获取新的发展带来的好处，并分阶段向全光网络演变。