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  • 向全光网演进

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      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,因此大大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。电的处理技术大大限制了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大大增加,与所需的光-电-光转换和转发器的数量不相称。网络的投资费将会大大增加,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,大大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大大提高网络的灵活性,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


    .多系统

    .很多光-电-光转换


    .单个综合系统

    .很多光-电-光转换器


    .单个综合系统

    .最少光-电-光转换

    运营费用


    .占用空间很大

    .功耗很大

    .复杂的OAAM

    .很难扩展


    .占用空间很大

    .功耗大

    .综合的OSS可简化

    OAAM

    .很难扩展


    .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


    .多重配置系统

    .不灵活的手动网络设计


    .自动快速配置

    .不支持透明波长


    .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

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