传输网络技术发展趋势--大家探讨探讨~

牧然

3.1传输网络技术发展趋势
3.1.1光缆光纤技术
随着信息传送需求的不断增长，传输设备和系统技术的飞速发展，下一代电信网需要支持更大容量、更长距离和更宽频谱带宽的传输，基于40Gb/s甚至更高速率的传输系统的运用也成为一种趋势，这也必将对光纤这一最基础的传输物理媒质提出更高的要求。
光纤特性直接影响到传输系统的质量，不同的光纤对于传输系统的影响不同，除衰减的因素外，光纤影响传输系统的传输距离和传输性能另外的因素一个是色散（包括色度色散和偏振模色散），另一个是光纤的非线性。目前已开发出不同特性的光纤以适应不同的应用，常用的光纤种类有常规单模光纤G.652、色散位移光纤G.653和非零色散位移光纤G.655。对于10Gb/s以上高速率的传输系统来说，偏振模色散（PMD）对其传输距离的影响极大。ITU-T于2003年1月针对未来传输系统的特点，如传输速率、信道数目、工作波长范围、光接口类型、传输距离等，对原有G.652及G.655光纤标准进行修订，希望全面提高各种光纤的特性。新标准将G.652光纤再次细分为G.652A、G.652B、G.652C、G.652D，而G.655光纤标准也扩展为G.655A、G.655B、G.655C。
（1）G.652单模光纤
G.652单模光纤是目前我国传输网中敷设最为普遍的一种光纤。G.652光纤目前的发展方向是将其应用带宽由C、L波段拓宽至S波段，并减小光纤的色散斜率。G.652光纤在克服光纤的非线性效应特性上有较大优势，但它在Ｃ波段和Ｌ波段的色散较大，系统速率达到2.5Gb/s以上时，需要进行色散补偿。一般在开通高速率系统如10Gb/s和40Gb/s的WDM系统时，可采用色散补偿光纤来进行色散补偿。色散补偿光纤DCF具有负色散斜率，可补偿长距离传输引起的色散，使整个线路上1550nm处的色散减小，使G.652光纤既可满足单通道10Gb/s和40Gb/s的TDM信号，又可满足WDM的传输要求。但色散补偿光纤DCF同时引入较大的衰减，因此它常与光放大器一起工作，置于EDFA两级放大之间。目前常用的G.652光纤色散斜率较大，在超长距离WDM传输的情况下，需要进行色散斜率补偿，从而延长传输距离和传输带宽。
经过调整后的各类G.652光纤的特性为：G.652A光纤支持10Gb/s系统传输距离可达400km，10Gb/s以太网的传输达40km，支持40Gb/s系统的距离为2km；G.652B光纤必须支持10Gb/s系统距离可达3000km以上，40Gb/s系统的传输距离为80km；G.652C光纤基本属性与G.652A相同，但在1550nm的衰减系数更低，而且消除了1380nm附近的水吸收峰，其工作波长得到扩展，允许使用在1360～1530nm波长以外；G.652D光纤除能支持G.652B所支持的应用外，同时其衰减系数与G.652C相同。
（2）G.653色散位移光纤
G.653色散位移光纤在1550nm是零色散，系统速率可达到20Gb/s和40Gb/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。在Ｃ波 段和Ｌ波段的色散一般为－1～3.5psnm•km，但是，正由于其零色散的特性，在采用WDM扩容时， 会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四波混频FWM，要开通WDM系统只有采取不等距波长间隔、减小入纤光功率等方法以牺牲系统性能为代价。在基于WDM系统的全光网的发展过程中，该类光纤并不具有优势，今后长途传输网新敷设的光缆也不应再采用此类光纤。
（3）G.655非零色散位移光纤
G.655非零色散位移光纤在Ｃ波段和L波段色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频FWM，可采用于WDM扩容，也可以开通高速系统。第二代的G.655光纤即大有效面积光纤和小色散斜率光纤，前者可以使有效面积扩大到一般光纤的1.5-2倍，有效面积增大可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应；后者具有更合理的色散规范值，简化了色散补偿，更适合于Ｌ波段的应用。第三代的非零色散光纤即色散平坦型的大有效面积G.655光纤，这是适应WDM应用最先进的光纤。其PMD值极低，可以使现有传输系统的容量方便地升级至10～40Gbit/s，并便于在光纤上采用分布式拉曼效应放大，使光信号的传输距离延长，并简化了色散补偿的方案，在长距离无再生的传输中表现出很好的性能。
经过调整后的各类G.655光纤的特性为：G.655A可以支持以10Gb/s为基础的200GHz及以上间隔的DWDM系统在C波段的应用；G.655B可以支持以10Gb/s为基础的100GHz及以下间隔的DWDM系统在C和L波段的应用；G.655C光纤除了要求PMDQ为0.2ps/km外，其它的属性和G.655B是一样的，这种新型光纤既能满足100GHz及其以下间隔的DWDM系统在C、L波段的应用，又能使Nx10Gb/s系统传送3000km以上，或支持Nx40Gb/s系统传送80km以上。　　
（4）结论
在光纤的选择上，G.652光纤和G.655光纤对于单通路速率为2.5Gb/s、10Gb/s的WDM系统都适用 ，根据设备制造商的系统设计不同，均可达到较好的性能。对于波道间隔小的WDM系统，G.652光纤对于非线性效应的抑制情况较好，而G.655光纤对于非线性效应的抑制较差，此时G.652光纤具有较大的优势。综合这两种光纤应用的成本来看，采用G.652光纤开通基于2.5Gb/s的WDM系统是最经济的选择。对于基于10Gb/s的WDM系统来说，G.652光纤需要进行色散补偿，不可避免地要增加系统成本，而G.655光纤开通基于10Gb/s的WDM系统时也需要进行少量的色散补偿，但色散补偿成本相对较低。
因此，对于基于2.5Gb/s及其以下速率的WDM系统，G.652光纤是一种最佳选择；对于基于10Gb/s及更高速率的WDM系统，G.652和G.655光纤均能支持。
鉴于目前关于光纤选型存在较多争论，从网络的经济性出发，本规划建议在规划期内，应考虑以建设G.652光纤为主。待技术明朗后，在价格合理的情况下，也可适时选择新型光纤作为下一代以40Gb/s为基础的WDM系统使用。

3.1.2超长距离无电中继传输技术
随着技术的不断发展，大多数厂商已经推出容量达到1.6T/1.76T传输容量的第二代WDM系统，并具有2000km以上无电中继传输的能力，内置自适应线路控制技术，可精确在线控制和调整各波长的光功率，实现各波长的光功率均衡，从而保证系统的性能指标。这些产品包括富士通的FLASHWave OADX、北电的OPTera LH 6000、西门子的MTS 2.1、朗讯的LambdaXtreme1.28T等。本规划建议对于10Gb/sWDM系统应全部选用160波x10Gb/s WDM设备制式，可减少光再生站的设置，节省系统的运行维护费用和系统扩容升级费用，但传输容量可根据业务发展的需求进行安排。
目前，光纤喇曼技术较为成熟，已经具有一定的工程应用。但考虑到光纤喇曼放大器入纤功率较高，泵浦激光器的APSD功能有待进一步完善，对维护操作和工作环境具有一些特殊的要求。因此，本规划建议在一些特殊地段可采用光纤喇曼放大器，但目前不宜大量使用。

3.1.3光分插复用设备（OADM）技术
OADM是在光域上实现支路信号的分插和复用，即可从WDM传输线路上选择性地分插和复用某些光通道，而不影响其他光通道的透明传输的一种设备。对于长途干线网上业务需求不大的非省会站，可设置成OADM站，可以节省工程投资。虽然长途WDM系统的OADM设备技术日趋成熟，但目前大部分厂家提供的长途干线用的OADM设备多为固定波长的OADM，并且上下波长数量有限，一般可以实现4或8个业务波长的上下，这不利于灵活组网，应变能力稍差，但随着技术的不断进步，部分厂商已经可以提供100%上下波长的OADM设备。因此，可以说在工程中应用OADM的条件已经成熟，并需要根据业务发展情况有选择地配置OADM设备。在工程规划阶段暂按8波上下波长进行OADM设备的配置，并建议设备选型时选择具有可升级到50%～100%上下波长能力的OADM设备。

3.1.4带宽管理设备
带宽管理设备可以实现网络节点间各种业务颗粒的通道调度、疏导、管理、指配、保护和恢复作用。它包括传统的交叉连接设备（DXC4/4、DXC4/1）以及新一代的大容量交叉连接带宽管理设备。
采用传统的交叉连接设备（DXC）实现网络的调度功能和网络保护是提高网络服务水平的重要手段。目前DXC4/4设备的容量达到几百个等效STM-1，可在近期内满足电路的灵活调度，但无法在未来的大容量WDM环境下承担电路的灵活调度功能，更无法承担全网电路的保护和恢复。
而新一代的大容量带宽管理设备可实现对高速信号的交换，交叉矩阵容量可从数百Gb/s到几个Tb/s，交叉颗粒一般为VC-4和VC-4-XC，对于同一厂家设备支持多个环的互联和多种保护方式，不需要专门的网管系统进行管理。
大容量的带宽管理设备除了具有传统的DXC设备的一切优点之外，还具有集成度高，容量大，效率高，调度灵活等优点。在省际光传送网引入大容量的交叉连接设备后，可提高核心节点的带宽管理能力。而当网络演进为环网与网状网相结合的结构时，则提高了网络的生存性。由于交叉连接设备具有超大容量的交叉连接能力、大量的各种速率光接口、完备的网络保护及恢复功能等特性，所以在网络中起着十分重要的作用。
目前推出商用产品的有朗讯的Lambda Unite、北电网络的Optera HDX、CIENA的CORE DIRECTOR、SYCAMORE/SIEMENS的SN16000和ALCATEL的1674LG等。在全光网技术成熟之前，带宽管理设备可用来组成智能光网络，它是实现网络节点的灵活调度管理与指配的重要手段。该设备可逐步由节点调度设备向环网节点设备的应用过渡，逐步替代环间ADM设备，使环间的电路调度在一个节点内实现，进而增加控制平面，赋予其ASON功能，逐步完成网络由环状网向网状网的过渡。

3.1.5光交叉连接设备（OXC）技术
随着全光技术的不断发展，在光层面实现保护和恢复的OXC技术成为业内十分热门的话题。开放式WDM系统与OXC的结合，构成新形式下的富有生命力的全光网络，已成为传输技术发展到今天业界所取得的共识。
OXC是未来全光网络的核心，具有速度快、功耗低、频带宽、光互连能力强等优点。OXC基于波长带宽管理，可自动或通过管理系统人工对光通道进行调度和保护，设备本身具备重要构件的冗余保护。
OXC设备技术是光传输网最难解决的瓶颈问题之一，其实现方式包括微电机开关（MEMS）、气泡（Bubble）等多种技术。目前大型的OXC 已经作到1152×1152阵列，容量上和端口上都有重大突破，总容量已经比传统电交叉连接器提高了约两个量级。尽管许多厂商声称已经掌握了相关的技术，并具有相应的产品，但OXC尚处于试验阶段，在实际网络中应用的例子也不多。同时，OXC的性能监测和故障定位较差。从目前情况看， OXC技术的发展还不是很成熟，设备性能有待进一步完善。本规划暂不考虑OXC设备的应用。

3.1.6 SDH的发展
（1）SDH传输系统容量的发展
目前各厂家SDH 2.5Gb/s设备比较成熟，在WDM平台上组网克服了再生段、复用段等距离因素的限制，组网灵活，接口丰富，技术成熟，在网上已大量应用。SDH系统本身具有强大的管理能力，对所承载的业务信号在传输层面上可提供比较完善的QoS保证。2.5Gb/s系统只能对622Mb/s带宽以下的数据业务在传输层面上实施保护，而10Gb/s系统可对2.5Gb/s带宽以下的数据业务在传输层面上实施保护。
近年来各设备制造厂商在竞相研发40Gbit/s的器件和系统， 40Gb/s传输需要更精确的色散补偿，对于400公里的目标传输距离来说，光纤的PMD链路值应该下降到0.125 ps/√km以下，而目前敷设的光纤很难达到这种要求，必须采取PMD补偿措施。另外，40Gb/s传输系统对器件、模块和系统的可靠性和成本有更高的要求。总之，40Gb/s传输系统要实现商用对器件、模块和系统的可靠性和成本有更高的要求。新的技术需要使用新的处理过程和新的材料来实现，同时利用先进的封装技术来解决散热的问题，只有在关键领域的技术革新才能最终实现可应用的40Gb/s光电器件。随着PMD色散补偿技术的逐渐成熟，同时采用新型材料与先进的封装技术，40Gb/s系统将最终走向商用化。
由于40Gb/s的SDH传输系统技术还不太成熟，而且基础速率为10Gb/s和2.5Gb/s的WDM和SDH系统完全可以满足当前的业务需求，因此本规划期内暂不考虑40Gb/s系统的建设。
（2）MSTP技术的发展
目前随着通信的发展，业务种类越来越多样化，随着多种业务相融合，接口类型越来越复杂，传统的SDH接口已经不能完全满足用户的要求。而多业务传送平台MSTP技术的出现，解决了这个问题。MSTP是一个基于多业务网络的传输平台，它能有效地支持数据、语音和图像业务交换。基于SDH的MSTP是指在SDH的平台上，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入处理和传送，提供统一网管的多业务节点设备。在MSTP中，各种技术的引入是为了更高效地进行业务传输，而不是取代原有的数据IP/ATM网进行业务的处理。
新一代的MSTP技术，加强了SDH交叉连接能力，提高了组网能力，并支持在TDM、IP、ATM之间的带宽灵活指配。由于MSTP设备能较好地解决10/100M以太网业务和其他大量的低速数据业务的汇聚，支持以太网业务的带宽共享、业务汇聚及以太网共享环等功能，提高带宽利用率。
采用MSTP技术，可以利用传统的网络体系，支持多种物理接口。并简化网络结构，支持多协议处理，保证多种协议高效地复用传输，有效地利用光纤带宽。同时在MSTP系统中，接口与协议相分离，可以实现对新业务的灵活支持，避免运营商对新业务的新设备投资。MSTP技术还具有传输的高可靠性和自动保护恢复功能，实现运营商的低成本扩容。
MSTP技术一般应用在城域网中，在长途传输网上应用MSTP设备将可能对现有的维护方式、管理体制和网络结构等方面带来一定影响，因此建议联通公司对在长途传输网上应用MSTP设备的组网方式、接口使用等问题进行专门研究，应谨慎使用。

3.1.7基于自动交换光网络（ASON）的保护恢复技术
由于IP业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切，传统的主要靠人工配置网络连接的原始方法耗时费力，不仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适应市场竞争的需要。而自动交换光网络将克服以上缺陷。该技术将交换的概念引入传输层面，对传输网络体系结构进行了根本的变革，最终使网络电路的连接由静态永久性或半永久性连接向全动态连接方式转变。引入ASON智能节点的好处主要有：允许将网络资源动态地分配给路由；使网络具有恢复能力，在网络出问题时仍能维持一定水准的业务，特别是分布式恢复能力，可以实现快速业务恢复；将光网络资源与数据业务分布自动联系在一起，可以形成一个响应快和成本低的光传送网；可以提供新的业务类型，诸如按需分配带宽业务和光层虚拟专用网(VPN)等。
ASON在传输的光传送平面和管理平面基础上增加了控制平面，将IP技术与电信技术完美结合，使整个传送网出现了前所未有的分布式智能，所有的网元将作为对等的实体在网络中智能地建立所需的光通道，通道的建立和恢复将在秒级范围内。在此基础上，还可以实现分布式网络恢复，确保各种业务的快速恢复。
应用ASON技术的硬件包括3.1.4节所述基于光电光技术的带宽管理设备和3.1.5节所述基于全光技术的OXC设备。现阶段部分设备生产商已经将ASON的技术移植于其带宽管理设备中，在网元中增加一个控制层（Control Plane），提升其智能化程度，作为纯光OXC成熟之前进行网络恢复和保护的过渡解决方案。另外，基于SDH环的保护自身存在着两点故障下，网络无法恢复的情况。因此，迫切需要另外的辅助手段，在环形网两点故障后进行网络恢复，提高网络的可靠性。目前，部分厂商的自动交换光网络（ASON）设备已经可以实现环形网络与网状网的结合，提高网络的可靠性，并可以实现由环形网向未来智能光网络的过渡。
目前虽然国际上关于ASON标准的主要架构已经形成，但许多细节尚未确定，特别是目基于GMPLS的网络协议栈还需进一步扩展、移植、修改和标准化，需要全世界的设备生产厂商和标准化组织的参与。虽然目前有些设备生产商宣称已开发出用于网络指配的链路管理和信令协议，但大多为私有协议，离全光网络所要求的在多厂商环境下的快速指配、寻路、监视及快速恢复等目标实现有一定差距。因此，开发出通用的控制层目前最紧迫和最重要的工作，通用的NNI、UNI接口标准也还在研究之中。预计未来2-3年内将会在网络中应用。
因此，本规划建议在城域网或省内干线网中进行现场测试和应用，最好不要选用长途骨干网，摸索应用经验。然后，可利用现场试验的结果，考虑选择节点进行组网试验，可先在长途骨干传输网上北京、上海等五个节点采用具有ASON功能的带宽管理设备进行环间互连，提高网络的可靠性和灵活性。

3.2传输网的演进
环网结构虽然具有组网简单、保护快捷等优点，但在也存在一些缺点：一是在两节点故障情况下，保护能力丢失；二是环网结构需要100%的冗余带宽，承载大量宽带业务时，必然造成冗余带宽的大量增加；三是环间电路转接时容易产生瓶颈现象。网状网在两点甚至多点故障情况下，可通过节点设备实现网络恢复；网状网可以利用较小的冗余带宽，通过网络恢复形式对业务进行保护，不必需要100%的冗余带宽。因此传送网向基于格形网的全光网络演进已成为必然，未来的光网络结构将由目前的垂直结构趋向扁平化，而中间层也将薄化或淡出，届时SDH以及其他业务设备将作为边缘设备主要起业务汇聚作用，同时借助于交叉连接设备实现基于光层面的网络保护。
网络结构的演进总是随着网上承载的业务量、业务种类和传输技术的发展而进行的。在中长期的光缆传输网的建设过程中，可从以下几个方面加以考虑，以期逐步过渡到超大容量、灵活高效、安全可靠、经济适用的智能长途光通信网络。
1） 适度发展现有SDH环网的规模，适当建设省会至省会的SDH 1+1 MSP高速传输系统，满足仍在不断增长的话音业务的需求；
2） 完善点到点链型WDM系统的建设，在骨干路由上应优先采用超长或亚超长距离的WDM系统。加密传输网网格，向网状网靠拢。在重点路由上，可首先引入基于单路光信号保护的光通道保护（OCHP），提高网络的安全性；
3）在较大的业务节点引入带宽管理设备作环间互联，以节省宝贵的网络资源，实现环间业务的自动调度，并逐步实现向ASON的过渡，该节点设备可作为网关接入未来的全光网络，可以与全光网络进行一段时间的并存；
4）限制入网设备厂家，以利于加快WDM网管系统统一平台的开发和更新，培养网管人才，为将来构筑完善的网络自动维护系统打好基础。
总之，中长期的光缆网络应稳定发展SDH，大力发展WDM光传输系统，积极采用超长距离大容量的WDM技术不断完善WDM网络结构，加密网格，引入带宽管理设备，逐渐将现有WDM平台引向网状的智能光网络。