张煦 上海交通大学电子工程系
摘要 首先简述国际上对发展未来通信网的普通想法，认为应该重点看待近年数据通信业务的迅速增长趋势，因而有必要提出通信网应当优先考虑建设光传送网和光数据网。于是，文中对光传送网近年发展趋向作一综合概述。
关键词 数据通信 通信网 光传送网 光数据网
1 对发展通信网的普通想法
我们经常谈论：当今通信建设的形势有两个明显的迹象，一是电话虽然继续增长使用，但数据通信快速兴起，一跃而成为主要的发展对象。所以，通信网建设正在从电路交换的电话网进化为分组交换的，以数据为中心的新型通信网。第二个迹象是环绕着数据通信，用户的需求正出现各种各样形式的多业务（multiservice），而且业务量正以前所未有的飞跃速度不断增长。相应地，新型通信网必须及早地加强其提供通信业务种类的能力，并且按前所未有的飞跃速度加大其能够承担有相当宽裕度的通信容量。
值得注意：数据通信业务的快速增长，主要是由Internet开放公用，适合众多用户计算机的通信需要所引起。从此，数据通信的传送总是带有“互联网规约”IP的使用，因则新型通信网的特点之一是：“每种都用IP，而IP又在每种通信设施广泛使用，everything over IP，IP over everything”。新型通信网传送电话也要用IP，即所谓VoIP(Voice on IP)，原有通信网的较好设施可以利用IP，例如，ATM用IP，即所谓IP over ATM。由此，新型通信网的设计和运用势必密切依靠互联网规约IP及其附带的“传输控制规约TCP”。就是说，IP到处都有使用，十分重要，在许多场合，IP和TCP一同使用，保证传输无误。而IP的规约本身，也在不断发展和进步，原来第4版本已进货为第6版本，即IP V.4进货为IP V.6，还在不断修改，补充和发展，以符合越来越广泛众多的用户提出的新要求。
关于通信网提供通信容量的快速增长问题，应该从两方面分别说明：一是传输线路，幸而有光纤的应用，它蕴藏着巨大的潜在传输容量能力，尤其是单模光纤NZDF运用在1550nm波长窗口，其低损耗、低色散的波段至少有80nm宽度可供通信充分利用。又幸而有波分多路WDM技术是应用成功和发展顺利，每根光纤装用WDM/DWDM系统，仅仅几年时间，已发展至密集的几十路，在新世纪初曾报道几百路实验成功，一根光纤的传输容量加大至1Tb/s。又估测再隔几年或十年，有把握使每根光纤装上DWDM一千路，以致光纤传输容量再加大至10Tb/s。任何人如有兴趣，可以粗算一下：数字速率的单位从kb/s至Mb/s，又至Gb/s和Tb/s，现时电的时分多路TDM的最高速率为10Gb/s，几年后将升高为10Tb/s，以每路电话64kb/ts，那末一根光纤能够传输10Tb/s，意味着能够同时传输多少路电话呢？这样高达10Tb/s数字速率的系统于制作时虽然需要新颖复杂的复接/分接器（multiplexer/demultiplexer）等器件和组件，但通信科技工作者却有能力想出巧妙精致的办法，能在短时期内制成应用。
从上面可以看得很清楚：利用电来提高信号传送速率或容量是有一定限度的，而利用光却有可能大大地提高传送速率和容量。因此，提高通信网容量的第二方面应该促使传送网内部从电进化为光通信网。现时流行的打算是采用以WDM为基础的光传送网，其内部各种光器件包括光插分复接器OADM、光交叉连接系统OXC等，都是由光波长控制。每一个光波长代表一个光通路，所以OADM就是按业务调度需要，用来分下某些光波长，即分下某些光通路供业务使用，同时又按业务需要，插上某些光通路或插上相应的光波长，即插上下分下相同的光波长，但不是与分下相同的光通路。同样OXC就是光波长交叉连接或经过波长转换后连接。传送网内部都是光的各种连接，所以是“透明”的。现在这样以WDM为基的光传送网要用来传送按IP规约的数据信号，这就引起推想采取IP用于WDM，即IP over WDM。
2 光数据网近年发展概况
上面讲到未来的光通信网将是IP over WDM。这意味着，IP分组按照以TDM排列，于是向光载波进行调制、在装置WDM的光纤线路上传送。如果完全依靠SDH用于DWDM系统，必须妨碍IP分组按ATM和Gb-Ethernet(GbE)等制式在光纤上DWDM系统的应用。现在也可以另行考虑，因为每一数据网可以各自独特的，又因为光传送网OTN将是各种网的网，应能传送各种不同格式的用户信号。
就是说，新一代通信网将着重考虑“光传送网设计OTN（optical transport networking）”，它将提供统一的最佳化的层，拥有大容量、高可靠性的频带宽度管理，并解决“光数据网的组网”（optical data networking），确保大容量数据业务的通信质量。由此，在光传送网OTN广泛采用密集波分多路DWDM系统时，用户信号将分别沿每一光波长的“光通路OCh（optical channel）”在OTN中传送。通信网将对这种每一光波长的OCh实施“运用、管理、维护OAM（operation、administration、maintenance）”的作用。最近准备考虑使用“数字包套（digital wrapper）”技术，就是说，每一光波长的光通路每一帧各有数字包套，其中有OAM、有效信号负载（payload）和前向纠错码FEC的组合，藉以保证达到规定的误码率指标。其中有效负载将采用互联网规约IP，可能来自SDH、PDH、FDDI、ATM、SDL和GbE等，由光通路的帧结构载荷，其详细安排正在国际标准组织研究和商量中。
这样，在每一光透明的分网内虽利用“光的监测通路OSC（optical supervisory channel）”，但在一个国家甚至全球性的OTN，光波长通路OCh从始端至末端的管理，则必须依靠“数字包套”的作用。至于长距离光纤传输线路，如各个中继站都是利用全光的再生、再整形和再定时3R设备而没有必要采用光/电和电/光转换，那末“数字包套”可以透明地传送经过每一再生中继站，这就对于光传送网OTN发展为数据网非常有利。
在20世纪末期开始发展的数据网，主要是提供传统的IP业务，诸如住家和企业单位用户接入Internet，互通电子信函、数据文件转换和检索网站等业务，都不要求数据网提供特别的QoS，而且对于传送时延不太敏感。但是，接着发展电子商务、“虚拟专用网（VPN）”、以及IP电话，甚至打算发展多媒体IP业务那就要求通信网对相应的QoS提供严格的保证，包括来回全程的最大时延、时延抖动、分组损失概率和能够扩大至更多用户服务等。
当然通信网的结构是与应用种类和覆盖地区范围大小密切有关的。对于覆盖地区最大的全国范围通信网，一般分为用户接入网、城区网和骨干核心网。城区的IP网将采用环形结合星形或格形的网络结构，其数字速率容量可能有622Mb/s，不久就可能发展为2.5Gb/s。骨干网可以连通公用的Internet，数字速率从155Mb/s至10-40Gb/s。
在城市的用户接入网，已经相当普遍地设置数字用户线xDSL和相应的电缆调制-解调器，x可以是H，指高数字速率，或是V，指甚高速数字速率，还可能是A，指不对称的双向数字速率，使中小型业务单位和住家用户得以在任何需要时方便地接入Internet，数字速率高达几个Mb/s。还有企业管理单位各自建立以太网，数字速率容量达Gb/s级，称为GbE(Gb/s Ethernet)，胜过或代替过去的“光纤分布数据接口FDDI（fiber distributed data interface）”。
使用了IP over DWDM技术，通信网结构就可能与以前有所不同。在骨干网和城市网都有一些参考例子，可能由光通路组成网格形（mesh），也可能组成环形（ring），带有保护环，即既有工作用的光通路，又有保护用的光通路。例如骨干网可以是IP over DWDM的格形光网，其中主要是若干个“光波长交叉连接系统OXC（optical cross-connect）”连成格形，许多IP路由器就分别连至各个OXC。又例如城市网可以由光通路连成工作和保护环，环内有若干“光波长插分复接器OADM（optical add-drop multiplexer）”，这样，GbE交换机和ATM交换机都可以分别连接各自的OADM。
上面概述的，是近年来国际上推广使用的IP over WDM以组成光传送网OTN和光数据网的概况。在市场上，每一数据网都是独特的相互间不全相同的。但是，光传送网的结构是若干网的网，可能传送广泛不同的用户信号和不同的格式。这两条基本原则是光数据网组网设计的数据。既然每一数据网各自有独特性，因而对于设计数据网的结构容许考虑各种不同的规约组合和不同的结构选择。看来，由于数据网技术和业务组合的发展有很多的不定因素，在未来若干年内各个数据网的差异可能依然存在，只有看准业务发展趋势，对于光传送网和光数据网作出灵活的考虑，才能满意地适应广泛的要求。
摘自《光通信技术》2003.1
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