未来光传送网核心技术展望

吴谦　广东省广电集团深圳供电分公司

　　摘要：介绍光传送网技术的发展历程和现状，简述光传送网技术发展的一些观点，展望未来光传送网发展的核心技术。

　　关键词：超密集波分复用；同步数字系列；多业务传送平台；弹性分组环；光分插复用器；先进的前向纠错技术；自由空间光通信

　　0前言

　　20世纪80年代以来，光纤以其独特的宽带和抗干扰特性作为新型通信传输介质出现后，基于点对点传输的PDH（准同步数字体系）光纤数字通信，迅速在通信网中被推广应用，但随着通信网络的发展，PDH已暴露出一些固有的不足。同步数字体系（SDH）的出现弥补了PDH的一些不足，SDH推出不久就在全球获得了巨大的发展，SDH的出现被通信界认为是光传送领域的一次革命。

　　SDH就是在发送端将信息净负荷装入虚容器中，插入一定的开销和指针、按一定的复用映射结构进行同步复用后进行传输，接收端进行同步解复用的过程。

　　SDH作为一种全新的传输体系，较以往其他的传输体系相比，SDH具有信息净负荷的透明性和定时透明性，它采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，使上下业务十分方便，也使数字交叉连接设备（DXC）的实现大大简化。同时，SDH采用了标准化的信息等级结构，并兼容了T1和E1两大数字体系，使他们在STM-1等级上获得统一。此外，SDH具有网络自愈功能和强大的网管功能，使业务通道可靠性大大提高，网络管理维护变得非常简单、便携。

　　基于SDH技术的成熟性和先进性，在推出后不久就被各大运营商认可，基于SDH的光纤通信很快就成为当时光传送核心技术，相继在各大传送网、中继网中使用。

　　随着Internet的迅速发展，IP数据以每年100％-800％的速度递增，使主要处理语音通信的电路传输网络，逐步成为一个以处理IP数据为主的传输网络。这种以IP为主的非定时网络数据业务大量涌现，对传送网提出了新的要求，原SDH光通信传送网暴露出带宽供给不足、动态带宽分配功能欠缺、多业务接入能力和自适应能力不足等问题。

　　1　未来光传送网核心技术展望

　　面对迅速增长的多种实时、非实时的数据业务对传送网提出的网络带宽、多业务接入、组网灵活性、网络多样性、网络稳定性、网络投资收益率等多方面要求，许多通信新技术、新的解决方案相继被提出。其中光传送网方面的核心技术主要有超密集波分复用（OADM）、先进的前向纠错技术（Advanced FEC）、自由空间光通信技术（FSO），这些技术是为解决光传送网向宽带化、业务接入多元化和低成本化、网络构建灵活化的发展趋势而出现的，将成为未来一段时间内光传送网组网的核心技术。

　　（1）超密集波分复用

　　超密集波分复用是为进一步提高传输网带宽，解决纤芯资源而提出的新技术，指在一条光纤中通过减小波长间隔复用成百上千个波道，以进一步提高光纤容量。目前一般的厂商都能在常用的C波段支持80-96个波道，在i波段也能支持同样数量的波道，现在它们正在试图通过减小波长间隔把波道数提高到几百个。有些公司已成功推出25GHz的光纤光栅，这样就能在C波段提供160个波道，如采用12.5GHz或6.25GHz间隔，波道数还将成倍增加，如果把它运用到L和S波段的话，系统容量还可进一步提高。

　　（2）基于SDH的MSTP技术

　　针对SDH在多业务接入灵活性方面的局限，基于SDH的支持多业务接入的MSTP应运而生，MSTP是SDH在多业务接入应用方面的发展。MSTP就是对所支持的以太网、ATM等多种业务经过处理后按一定的格式（或协议）封装在一个或多个SDH VC中进行传输。MSTP采用了目前最为成熟的SDH组网和保护技术，保留了固有的TDM交叉能力和传统的SDH/PDH业务接口，继续满足话音业务的需求，同时又吸收了ATM和IP自身所具有流量控制与保护属性，实现了多业务的高效传输。

　　第1代MSTP技术主要通过在SDH设备上增加支持EoS或ATM交换的板卡来支持数据业务；通过PPP或X.86，连续级联方式实现以太网帧到SDH VC容器的映射，即实现以太网数据的透传；支持ATM VP交换和保护。

　　第2代MSTP技术主要通过对IP数据、ATM数据采用802.3MAC交换达到对以太网业务的带宽共享，对以太网虚拟环采用SDH层保护或生成树保护；通过GFP实现以太网帧到SDH VC容顺的映射，采用虚级联和LCAS技术增强虚容器带宽分配的灵活性和可靠性；支持ATM VP交换和保护。

　　第3代MSTP技术将实现Ethernet L3的交换功能，提供一个同步的、分组化的网络，可实现统计复用技术和空间复用技术，所有业务可进行服务质量等级分类。第3代MSTP技术的出现将使多业务的接入、网络的构建变得更加灵活，同时可在一定程度上减少Ethernet端口接入设备方面的投资，实现更经济、灵活的组网。

　　（3）弹性分组环技术RPR

　　弹性分组环RPR（Resilient Packet Ring）是基于IEEE802.17协议的技术，是IEEE802.3以太网技术的扩展，它是面向数据网（特别是以太网）的一种光环新技术，使用双环同时传送业务的工作方式。

　　RPR吸收了SDH、ATM、千兆以太网的一些特性，采用分布式的管理、拥塞控制与快速保护倒换机制，它利用了大部分数据业务的实时性要求不高的特点，对不同IP和其他分组数据服务进行优化和等级分类。RPR在基于保证服务质量和预留带宽的基础上，对在两个光环传输方向上的全部可用带宽进行动态分配和统计复用各类业务，能比SDH更有效地分配带宽和处理数据，降低了运营商的成本。同时，RPR采用了快速的保护倒换机制，在环路切换时保证了高优先级业务的快速倒换。

　　较传统的SDH网不同，RPR在正常运行时双环都同时使用，并作反方向传输。如果一个环断开，所有业务就全部转到另一环上，同时，RPR在正常运行时双环都同时使用，并作反方向传输。如果一个环断开，所有业务就全部转到另一环上。同时，RPR引入了QoS保证机制，解决因环路业务切换时可能出现的拥塞，使优先权较高的业务优先获得它所需的带宽而不受环断开的影响，就像在SDH中一样，但优先权低的业务可能会蒙受时延影响。所以针对话音等实时性较强、服务质量等级较高的业务，RPR仍可提供较好的服务质量。

　　（4）光分插复用技术OADM

　　光分插复用技术OADM是指通过传输光通路中上下业务波长或直通波长的直接光复用、解复用处理来实现业务提供的一种光通信技术。OADM技术很早就被提出，但发展一直较慢。随着城域网建设的全面展开，针对城域网建设中的带宽瓶颈、光纤资源不足、业务的多元接入不够灵活等问题，人们重新提出应用于城域网的OADM技术。由于其初期有一定的制约。但随着技术的发展，凭借其灵活的组网特性，在未来的城域网建设中终将会获得认可和大规模的应用。

　　城域OADM系统应可提供自适应的OTU单元，包括100Mbit/s、CE、Fiber channel、2.5Bbit/s以及10Gbit/s等。实现系统间、网络间的灵活互联互通，某些接口属性应可通过软件的方式进行设置，而不必更换硬件电路。这样，在接口升级或修改配置时，就十分方便和灵活，并且最大程度地节省了运营商的投资。

　　城域OADM应可实现子速率汇聚功能，例如将16个155Mbit/s速率合并到一个2.5Gbit/s波长通道，或将4个2.5Gbit/s合并到一个10Gbit/s波长通道等。这样，最大程度地节省带宽，保护了运营商的投资。

　　城域网OADM应可以实现二纤双向光通道共享保护、二纤单向光复用段保护和二纤双向光复用段共享保护等，提高网络及服务的可靠性。

　　（5）先进的前向纠错技术

　　前向纠错（FEC）是延长光网络传输距离、降低系统误码率的一项重要技术。应用在光传送网中，是当传输速率为吉比特每秒级时，仍能实现低误码率的数据传输。

　　FEC的采用，在信号再生之前可将传输距离延长近3倍。评价FEC的性能优劣，关键在于如何使用较少的开销，获得较高的编码增益。多年以来，FEC的标准（即ITU-T G.975）使用Reed-solomon算法，在光网中运用时需要增加大约7％的光信号开销，能获得6dB的编码增益。
　　现在，有些芯片厂商正在推出新的经过改进的非标准FEC，一般称其为先进的FEC或高增益的FEC（Advanced FEC），因为它用近乎相等的光信号开销，能获得近9dB的编码增益，从而进一步延长了光信号的传输距离，方便光传送网的组网。

　　（6）自由空间光通信技术

　　自由空间光通信技术FSO（Free Space Optical）是以小功率红外激光束通过大气而不是光纤传送光信号，是光纤通信与无线通信的结合。FSO的出现解决了许多企业和机构因不具备光纤线路，而又需要较高带宽接入的难题，FSO可以取代固定无线接入，提供2.5Gbit/s甚至更高速率的带宽接入。

　　FSO技术即能提供类似光纤的速率，又无需申请频率资源；另外，激光技术的进步已经使耐用可靠的器件变得非常便宜，大大降低了FSO设备的造价。

　　与光纤线路相比，FSO系统不仅安装灵活，组网快，成本也低得多，大约是FTTB（光纤到大楼）成本的1/6-1/2。但FSO像固定无线接入一样，易受雪天、雨天、雾天、闪电等环境因素影响。其他还有传输距离短、小鸟阻挡、大楼漂移等问题。

　　FSO的出现，丰富了光通信网的组网方式。FSO已经在许多机构、公司和多住户单元市场得到应用，用来组建小范围宽带网或作为“最后1km”的网络接入，STRATEGIS Group预测至2005年FSO设备的全球销售额将达到20亿美元。

　　2　结束语

　　上述光传送网技术只是为解决光通信满足某一方面特定需求而提出的。在实际组网时，经常会同时采用或融合其中某几种技术，例如采用FSO的MSTP光通信网，就是FSO与MSTP技术的同时采用。弹性分组环RPR是跟SDH和MSTP全面竞争的一种技术，但MSTP可实现在一定程度上融合RPR技术，比如将RPR设计成为MSTP的一种功能模块，来实现带宽的统计复用、公平的带宽分配、严格的业务分级CoS和QoS等功能。

　　在未来一段时间内，光传送网络将朝着智能、高效、灵活、经济、稳定的趋势发展，而上述光传送网技术正是为了使光传送网实现这一目标而提出的，将成为未来一段时间内光传输网技术发展的目标和趋势，在未来的光传送网建设中获得广泛应用。

　　业务需求决定技术发展方向，随着新型业务种类的出现，必定要对过去一些技术进行改进、综合或提出新的技术来满足用户、运营商、设备制造商等对网络新的需求。因此，随着通信网络和通信技术的发展，上述光传送网技术仍需进一步发展，在不能满足时代对网络的需求时，将被新的技术所取代。

摘自　电力系统通信2003.7