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发表于 2004-12-3 15:30:00 |只看该作者 |倒序浏览

用低成本光纤基础设施满足城域网容量需求

作者：Ray Boncek, Paul Dickinson, Sanlanu Das

CWDM和DWDM技术都在用于城域网基础设施，
当两种技术一起用于适当的光纤时，
就可以降低系统成本。

虽然难以量化，但有迹象表明网络基础设施很可能在03年下半年到04年出现某种程度的增长。网络容量的利用率正达到历史最高水平。全世界互联网的通信流量每年翻一番，02年为180Pbits/天，预计到2007年将上涨到5175Pbits/天。
城域网和接入网的基础设施增长最快，所用的各种协议和体系结构也是最复杂的。WDM正成为城域网应用的一种主要技术，相对宽带IP（高速以太网、GBE）以及其它数据应用（光纤信道、DV6000）而言在成本上更具竞争力。WDM网络不依赖于传输速率和协议，所以这些基础设施能够同时承载速率不同的各种类型数据流，这对城域网系统至关重要。这种技术还可以与下一代SONET/SDH及弹性分组环协同工作。
CWDM和DWDM技术在现有及正在建设的城域网基础设施中都有各自的应用空间。应用这些技术的同时再配合使用合适的光纤就能降低系统成本，带来可观的经济效益。适于城域网应用的特殊光纤，如零水峰光纤（ZWPF）和非零色散位移光纤（NZDSF）能够提高WDM带来的效益。当前，服务提供商的资本支出仍旧非常少，因此任何网络扩容方案都将面临严格的审查，更加强调尽可能降低系统成本。
最初考虑将DWDM解决方案应用于城域网，因为这项技术在长途传输中已得到了应用。由于长途传输需要使用掺铒光纤放大器（EDFA）来弥补损耗，因此需要在EDFA能放大的波段挤进尽可能多的信道。这就要求精确的光学复用/解复用滤波器能够提供200GHz或更低的信道间隔，还要求控制得很好的激光器能保持波长稳定，防止波长漂移出给定信道。如此精确的波长控制带来的额外费用，对于短途城域传输是不可接受的。
在城域网中，由于传输距离短，所以不需要光放大器，因此WDM信道可以不受波段的限制。这种自由使得信道的间隔可以更宽，比如CWDM系统的信道间隔就有20nm（ITU-T G.694.2）。宽信道间隔有助于消除波长控制带来的附加成本。如果在CWDM系统中使用ZWPF，就不会牺牲信道数和传输距离，在不使用放大器的情况下，16信道的CWDM系统在ZWPF上可以传输75km。
CWDM的成本与信道间隔直接相关。在DWDM系统中，窄信道间隔需要更加昂贵的元器件。由于激光器的波长漂移与温度成正比，所以DWDM系统中需要使用制冷激光器，以便将波长保持在复用/解复用滤波器所确定的狭窄波长范围内。使用CWDM可以节省30%-65%的成本。

单模光纤新标准
除了传输设备外，光纤对系统性能的影响也很重要。如果铺设光纤时能考虑到未来的需求，就能降低成本。在大城市及人口密集地区必须考虑获得挖掘和安装许可证的成本，这种考虑非常重要，因为获取挖掘和安装许可会增加网络建设的费用。大多数分析表明：工程一旦开始，所铺设的光纤光缆本身只占整个系统成本的一小部分（大约2%-5%）。
城域网的本地和接入部分使用的光纤必须是绝对通用的。同一类型的光纤既可以连接远在几十公里之外的交换中心，也可以连接距离交换中心不到100米的商业大楼。城域网使用的光纤应满足以下一些关键要求：

‧支持传统的1310nm SONET/SDH系统以及低成本的10Mb/s─10Gb/s以太网系统。

‧支持1550nm DWDM系统。支持16信道CWDM系统。而常规单模光纤在S、C和L波段一般只能承载八个信道。

‧适用于多种接入方案，如FTTH-无源光网络增强波段。
ZWPF正成为一种标准，因为相对于传统单模光纤，ZWPF不仅能满足上述所有要求，而且在成本方面也很有竞争力。从技术角度来看，这些要求中最具挑战性的一条是支持16信道CWDM系统，因为该系统需要使用整个光谱。波长越短则损耗越大，这就是全波段CWDM系统只使用1310-1610nm波段中16个信道的一个原因。传统单模光纤很难应用于全波段CWDM，因为传统单模光纤存在由氢氧根离子引起的高吸收峰，这些氢氧根离子源于生产过程中混入的水气，对大多数城域网应用而言，实际只要消除1400nm区域吸收峰的光纤即可满足要求（图1）。

(图1)

如果需要超过16个信道的容量，那么可以将1-2个C波段CWDM信道升级为DWDM信道。这类混合平台目前已由领先的系统制造企业实现了商用化。重点要注意的是：从CWDM升级为DWDM时，零水峰光纤能以比传统单模光纤更低的价格提供相同的灵活性，整个寿命周期的成本大约少33%。

城域骨干网中的DWDM
ZWPF与全波段CWDM相结合，就可以为城域接入和边缘应用提供最低成本的解决方案，为了满足对更多流量的需求，在城域骨干网中采用其它特殊光纤可以进一步降低成本。目前大多数城域网的传输速率已达到了2.5Gb/s（OC-48），而服务提供商期望将网络传输速率升级到10Gb/s（OC-192）。许多运营商则希望DWDM基础设施能在更长的距离内满足容量增长的需求。
一般说来，激活阶段只会开通少数DWDM信道，因此系统成本不仅由终端设备决定，还由城域骨干网中较长距离传输所需的色散补偿模块（DCM）和放大器决定。尽管ZWPF的性能优于传统单模光纤，但其相对较高的色散（在1550nm处约为17psec/nm‧km）仍旧限制了传输距离，无论是在信道数较少没有进行再生的条件下，还是在信道数较多采用了色散补偿的情况下都是如此。无论是再生还是色散补偿都会增加相当可观的成本。此外，采用色散补偿还会增加损耗，典型的结果就是增加了EDFA的复杂性和系统的偏振模色散。
价格低廉的城域骨干网光纤与长途网络铺设的光纤属于同一类型，即NZDSF（非零色散位移光纤），特别是那些低色散和低色散斜率的光纤。NZDSF的色散比传统单模光纤低3-4倍，因此在不补偿色散且传输速率达到2.5或10Gb/s的条件下能使传输距离增加3-4倍。这一结果已在思科、朗讯及ADVA等开发的商用系统中得到了证实。
NZDSF带有的适度色散不仅能使现有设备传输更远的距离，而且为城域和地区性骨干网传输节约了成本（图2）。事实上，Farr Farhan发表的关于Movaz公司在铺设网络时的发现一文中说：对地区性城域骨干网而言，在DWDM网络中铺设OFS的NZDSF，相比传统单模光纤可以在激活期内节约至少20%的系统成本。如果不进行色散补偿就可以采用简单、低成本的放大器，从而降低了对功率和空间的要求。

(图2)

采用上述缩减成本的方案时，很重要的一点是，新铺设的光纤必须与现有网络和应用兼容。在城域应用中，服务提供商非常希望能够利用1310nm波段。而NZDSF在1310nm处能以10Gb/s的速率传输70km，在没有前向纠错的情况下比特误码率只有10-11。

混合光缆，混合光纤
CWDM不再是一种非主流技术。它为目前和未来的城域/接入带宽需求提供了有力的选择。在G.652.C ZWPF上使用CWDM技术将发挥该技术最大的优势。采用ZWPF就能利用整个光波段，这样信道数就从8扩展到了16，即信道容量翻了一番。
DWDM在城域骨干网和地区性应用中将发挥越来越重要的作用。随更低色散和更低色散斜率NZDSF的使用，DWDM将更加经济实惠和通用，尤其是在比特率达到10Gb/s及更高速率时。
ZWPF和NZDSF可以并入同一根光缆中以获得更大的灵活性，即目前倡导的混合光缆设计方案。这样可以提供最佳的城域网性能：既覆盖了短途接入网和数百公里远的地区网，又互连了遍布各处的楼宇，还能简化设计规则，甚至对高速流量也是如此。另一个方面，采用混合光纤的设备可以提供另一种可行的网络体系结构。无论是哪种方案，这两种光纤给城域网带来的好处都是显而易见的。

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