光纤通信系统技术的发展与展望

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摘要：本文对光纤通信系统的若干热点技术领域的发展趋势作了简要总结和展望。 主要结论是：SDH将向融合的低成本多业务平台转型；某些新型光以太网解决方案正逐渐具备公用电信网所要求的必备功能和性能，成为城域多业务网的可选技术，但还需要解决一系列问题；40Gibt/s系统技术已趋成熟，但是大规模应用还需时日；超长距离WDM传输系统技术和市场均已成熟；粗波分系统在我国城域网具有良好的发展前景；点到点WDM传输将走向自动交换光网络；EPON和GPON将成为主导FTTH技术。但大规模应用还需要解决成本、配套技术和应用问题。
关键词：光纤通信WDMEPONGPON

1、引言

世纪之初，由于网络泡沫、光纤泡沫和3G泡沫的破灭使世界电信业陷入了空前的困境，光纤通信首当其冲。幸运的是，电信的内在需求没有根本改变，人们没有少打电话，也没有少上网，短信业务如火如荼，网络电视(IPTV)业务蓄势待发，电信业务市场仍然继续成长，世界网络带宽需求的年增长率依然高达50%-100%，而我国在过去几年里的干线业务量和带宽需求的年增长率超过200%。然而，泡沫引起的困境只是放慢了发展的速度，绝不会也不可能停止电信技术和业务的发展进程，电信业经过几年的调整后正开始步入正常的理性发展轨道。下面仅对光纤通信系统技术的发展趋势作简要总结和展望。

2、SDH向下一代融合的低成本多业务平台转型

SDH依然是电信网的主导传送体制。然而，由于WDM的出现和发展，SDH的作用和角色有了很大转变。在长途干线网上，SDH的作用已经降低为WDM层的客户层，其角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的客户层信号特点，SDH必须从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台，即融合的多业务节点。其出发点是充分利用大家所信任的SDH技术，特别是其保护恢复能力和确保的延时性能，加以改造以适应多业务应用，支持层2乃至层3的数据智能，构成业务层和传送层一体化的多业务传送平台(MSTP)。

近几年，随着网络中数据业务份量的持续加重，SDH多业务平台正逐渐从简单地支持数据业务的固定封装和透传的方式向更加灵活有效支持数据业务的下一代SDH系统演进和发展。最新的发展是支持集成通用组帧程序(GFP)、链路容量调节方案(LCAS)和自动交换光网络(ASON)标准。

GFP是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的通用标准信号适配映射技术，简单灵活，开销低，效率高，有利于多厂家设备互联互通，能够对用户数据实施统计复用，还有QoS机制。此外，利用简化任意字节块每次的处理过程，GFP降低了对数据链路映射和去映射过程的处理要求。利用现代光通信的低误码特性，GFP还进一步降低了接收机实施复杂性、设备尺寸和成本，使GFP特别适合于高速传输链路应用，例如点到点SDH链路、OTN中的波长通路以及暗光纤应用。

LCAS则定义了一种可以平滑地改变传送网中虚级联信号带宽的方法，以自动适应有效业务带宽，信令传输由普通的SDH网元和网管系统完成。采用LCAS的最大优点在于有效净负荷可以自动映射到可用的VC上，这意味着带宽的调整是连续的，不仅提高了带宽指配速度，对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入，还可以在保证服务质量的前提下明显提高网络利用率。

ASON可以动态地实施连接建立和管理，使网络具有自动选路和指配功能。若下一代的SDH多业务平台能将上述VC级联，GFP，LCAS和ASON几种标准功能集成在一起，再配合核心智能光网络的自动选路和指配功能，则不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力，而且可以将核心智能光网络的智能扩展到网络边缘，增强网络的智能范围和效率。

最后，由于在城域网领域正面临光以太网的竞争压力，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。

3、光以太网的挑战与新发展

光以太网是一类光纤上运行的新型以太网技术，源于局域网。从结构上看，以太网是一种端到端的解决方案，在网络各个部分统一处理二层交换、流量工程和业务配置，省去了网络边界处的格式变换。其次，以太网的扩展性很好，在网络边缘通过改变流量策略参数即可迅速按需以1Mbit/s的带宽颗粒逐步提供所需的带宽，从10Mbit/s，100Mbit/s，1Gbit/s直至10Gbit/s。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络各个层面上，因此网络管理可以大大简化，新业务可以拓展得更快。

总的看，以太网多业务平台最适合IP/以太网业务量占绝对主导的网络应用场合，也可以在IP/以太网业务量足够大的中小城市作为独立的IP城域网应用，还可以在IP/以太网业务量很大的大中城市作为IP城域网的汇聚和接入层应用，核心则为高端路由器。一些改进的新型光以太网正在逐渐应用于城域网多业务平台。

然而，历史上以太网源于局域网，不必考虑QoS问题，当试图扩展应用到公用电信网时需要提供随用户而异的QoS和服务等级合同(SLA)机制，目前传统以太网还没有可靠的机制能保证端到端的抖动和延时性能，难以提供实时业务所需要的全网范围的标准QoS指配能力和多用户共享节点和网络所必须的计费统计能力。其次，以太网原来是为局域网用户内部应用设计的，缺乏安全机制保证，当扩展到MAN和WAN以后，需要开发新的更可靠的安全机制。第三，源于局域网环境的以太网的OAM&P能力很弱。在公用电信网中，必须有效地运行和维护大规模的地理分散的网络，需要有很强的OAM&P能力和网络级的管理能力和视野乃至商务赢利模式。第四，传统以太网交换机的光口是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，不具备内置的强大故障定位能力和完备的性能监视能力，使以太网中发生的故障难以诊断和修复，特别是复杂的大网很难办。传统以太网主要靠生成树(STP)或快速生成树(RSTP)实施保护，需要至少数秒的时间才能收敛，难以传送电信级的语音数据业务。第五，以太网中光纤线路成本随网络规模的扩大和节点数的增加而迅速增长，其网络成本对于复杂的大型电信级网络是否合算还是个未知数。总之，只有妥善地解决了上述主要问题后，以太网才能作为真正的多业务平台应用于大型公用电信网环境，提供电信级的各类业务。

近来，光以太网的发展很快，一些最新的技术解决方案已经解决或部分解决了某些上述问题，对传统以太网技术进行了较大的改进，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，一些新型光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光以太网技术及其质量改进和保证标准，诸如弹性分组环(RPR)，多业务环(MSR)，MAC in MAC封装，虚拟专用局域网业务(VPLS)等，各有特点。下面简要介绍MAC in MAC封装和VPLS这两种最典型的新型光以太网技术。