李日高
引言
谈到网络的未来发展多数观点都是从通信网络技术研究的角度提出的，这些观点包括：未来网络是基于ＩＰ和ＤＷＤＭ的多业务网；单根光纤将可传送１Ｔｂｉｔ／ｓ以上的业务；ＩＰ路由器和ＡＴＭ交换机将采用２．５Ｇ和１０Ｇ接口，并在２．５Ｇ以上趋于统一，很快取代ＳＯＮＥＴ和ＳＤＨ；ＯＡＤＭ和ＯＸＣ将提供接入网和网络的保护／恢复和重新配置；利用ＯＸＣ实现环状网或网状网，在光层具有网管功能。
从运营商的角度分析，则趋向于从层次结构上构造通信网络的未来模型。首先，从横向划分，通信网络从内到外分为两层核心网络和接入网络，这两个层次的网络通过一系列的网关媒体网关ＭＧ、应用网关ＡＧ等相连。其次，从纵向划分，通信网络从下向上分为三层基础承载层、核心控制层和业务应用层。基础承载层同时作为核心网络和接入网络的传输层，也是当前光网络技术研究和发展的重点领域。
一、接入网络技术对光网络的影响
从现实的通信网络向未来网络发展是一个渐进的演变过程，在未来网络的核心控制层真正形成之前，光传输网络将是一个多业务传输网络，必须提供在核心网和接入网之间传送各种不同业务的接口和能力。实际上，光传输网的发展将更多地受到接入网的影响，因为接入网的发展正是与核心网提供的业务和应用一一对应的。
接入网的分类方法有很多，在网络规划和建设中应用最多的是根据带宽和承载的业务来分，即分为窄带接入网和宽带接入网两种基本类型。窄带接入网以承载话音业务普通电话、ＩＳＤＮ、传真、音频专线等和窄带数据业务ＤＤＮ、帧中继、分组交换、拨号上网等为主，传输介质为双绞线；宽带接入网以承载宽带多媒体业务宽带上网、视频会议、网络互联、虚拟专用网等）为主，传输介质有普通双绞线（对应的接入技术为ｘＤＳＬ）、五类双绞线（对应的接入技术为ＬＡＮ）、同轴电缆（对应的接入技术为ＨＦＣ）和光纤。
窄带接入技术经过前几年的充分发展，已经非常成熟，接入成本急剧下降，网络性能日益改善，为社会提供了优质的通信服务。随着话音业务由时分话音逐步向分组话音转移，基于时分复用（ＴＤＭ）的窄带接入技术，也基本上走完其发展历程。
与窄带接入相适应的光传输技术的发展顶峰是ＳＤＨ。它以同步传送模块（ＳＴＭ－１，１５５Ｍｂｓ）为基本概念，其模块由信息净负荷（ｐａｙｌｏａｄ）、段开销（ＳＯＨ）、管理单元指针（ＡＵ）构成，其突出特点是利用虚容器方式兼容各种ＰＤＨ体系。ＳＤＨ传输网具有智能化的路由配置能力、上下电路方便、维护监控管理能力强、光接口标准统一等优点。在组网应用上，ＳＤＨ设备可以组成环形、星形、链形等各种拓扑结构以及这些基本形状的组合，并且可以通过分插复用（ＡＤＭ）和交叉连接（ＤＸＣ）灵活实现电路调度。
尽管ＳＤＨ以同步传送模块ＳＴＭ－１为基本概念，以承载窄带业务为特征的整个光传输网络，电路调度的基本单位仍然是遵从Ｇ．７０３协议的２Ｍｂｓ。
随着数据通信业务的迅速发展，特别是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务量爆炸式的增长，数据传输对带宽的要求越来越高。尤其是未来数据网络承载的业务将以宽带ＩＰ业务为主，所以未来网络首先要考虑如何更好地适应ＩＰ业务的需求。与此相适应的接入网络将是目前蓬勃发展起来的宽带接入网，其中最具代表性的是城域网。城域网是介于ＩＰ骨干网和最终的用户引入手段之间区域性网络，在网络规划中属于接入网的范畴。城域网将是以宽带光传输为开放平台，通过各类网关实现话音、数据、图象、多媒体、ＩＰ接入和各种增值业务及智能业务，并与各运营商长途网和ＰＳＴＮ互通的本地综合业务接入网络。城域网是多种技术、产品、网络的融合体，需要以业务需求主导网络建设。因此，与城域网相对应并且能够兼顾窄带接入需求的传输网络，将是一个具备综合业务传输能力的网络。
不久前我们还在谈论ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ等，正当人们还在讨论不休时，传送多业务的光网络，已经从基于ＳＤＨＳＯＮＥＴ的多业务传输平台悄然过渡到基于ＤＷＤＭ的多业务传输平台。
ＤＷＤＭ技术以其大容量、支持多业务、可扩充性好等优点将成为未来传输网的主体，且已被广泛应用于国际和国内长途干线传输网。随着局域网业务量迅速地膨胀，ＤＷＤＭ在城域网中的应用也将越来越广泛。
二、光通信网络发展规划模型
随着对未来网络模型看法渐趋统一，传输网络的规划建设也由过去分立的骨干网传输和接入网传输转向统一的基础传输，进而过渡到统一的光网络，最终形成全光通信网。传输网络逐步走向统一的过程，充斥着光缆网络与光通信设备的交替发展、互相促进。与此对应，光网络的规划建设也呈现层次化的特点。从通信建设实践的观点来看，一个完整的光通信网络，从下往上包括三层：物理介质层、光层和业务接口层。
１、物理介质层
物理介质层即光缆层，其主要功能是规范在该层中使用各类光缆介质的技术规范和组网要求，需要考虑的因素主要有两方面：光缆的类型和光缆网络的拓扑结构。
光缆的选择包括光纤的类型和成缆技术，光纤类型主要由光层面上采用的技术、设备和传输距离决定，成缆技术的选择则取决于光缆网络的拓扑结构和使用区域。
光通信在整个通信网中的发展是由核心向边缘逐步扩展的，最初是骨干传输，目前发展到光纤接入网，逐步迈向全光通信网这个发展目标。而我们的网络向这一目标进发不可能一步到位，必须逐步光纤化，尤其在通信网末端的用户引入部分，在很长一段时间内将是光缆与铜缆并存。
骨干传输部分的光缆网络拓扑结构的规划相对比较简单，尽管光通信网络由点对点传输向以环形为主的复杂结构转变，光缆网络也只需在一些传输枢纽节点之间布放一定芯数的光缆即可。关于光接入网的发展，我们常听到光纤到路边ＦＴＴＣ、 光纤到大楼ＦＴＴＢ、光纤到户ＦＴＴＨ的提法，这三种方式对应着光接入网的三个发展阶段，也对应着接入部分光缆网络拓扑结构的不同的复杂程度。在未来光网络中，实现ＦＴＴＣ，需要使用大对数带状光缆，拓扑结构以环形为主实现ＦＴＴＢ，通常使用芯数适中的普通光缆，采用以ＦＴＴＣ节点为中心的星形结构，重要结点可以通过设备配置形成环形网实现ＦＴＴＨ，主要采用芯数较少的光缆，在楼内布线中，软光缆将被大量使用。
２、光层
光层的主要功能是考虑光通信网络中采用的光传输、交换、路由、控制等技术标准和组网规范，向下与光缆网络结合，组成各种拓扑结构的光网络，向上与各种业务和应用系统、接入系统连接，提供各种业务接口。
在计算机网络、电信网络以及有线电视网络逐步融合的进程中，三个网络在光层的融合将起到关键的作用。目前在长距离的传输系统中，ＳＤＨ逐渐被ＤＷＤＭ所代替，透明光通道可以承载不同的业务，标志着通信网中的光层已经形成。
光层作为一个单独的层面提出来，在网络规划中也形成了以ＤＷＤＭ为基础的完整的光网络模型。ＤＷＤＭ与光缆物理网络互相配合，可以构建各种拓扑结构的具有完善的自愈保护和配置功能的网络，既可以在光缆层面实现物理路由保护，也可以在光层面上实现自愈保护，与业务系统结合，还可以在业务层面实现逻辑路由保护。
３、业务接口层
业务接口层是实现光网络与各种业务系统连接、实现光网络对各种业务的承载的重要环节，业务的多样化决定了光网络业务接口的多样化。光网络既要连接业务系统，又要连接用户，这两端的接口关联度很高。
前面提及，在多种业务以及相应的接入网络的影响下，不久的未来将盛行起来的光网络将是一个以ＤＷＤＭ为基础的多业务传送平台。目前国内已经商用化的多业务传输系统是华为公司的Ｍｅｔｒｏ ＤＷＤＭ，该系统采用光分插复用器（ＯＡＤＭ），与光交叉连接设备（ＯＸＣ）一道构成全光传输网，直接在光层面上解决类似ＳＤＨ的分插复用和交叉连接，将ＤＷＤＭ巨大的容量和灵活的业务调度结合起来，增强了联网能力。下一步，Ｍｅｔｒｏ ＤＷＤＭ将会融合传输节点与各种业务节点，如将ＡＴＭ交换机、ＩＰ边缘路由器、数字环路载波系统、分插复用器、数字交叉连接器节点、波分复用设备乃至最终将光分插复用器光交叉连接器、光传送节点结合在一个物理实体中，统一控制和管理，减少了大量独立的业务节点和传送节点设备。
最近，由武汉邮科院提出并被ＩＴＵ－Ｔ接受的城域网多业务环（ＭＳＲ）方案，有可能成为一种更有价值的城域网组网和应用模式。ＭＳＲ是一个双向对称二纤环，主要的光传送机制采用ＧＥ和１０ＧＥ中廉价的广域接口子层（ＷＩＳ）或ＳＤＨＳＯＮＥＴ，提供多业务分插复用，集传输和数据交换于一体。ＭＳＲ既可支持以太网、千兆以太网、数字视频广播（ＤＶＢ）、ＡＴＭ、ＰＯＳ、Ｘ．８５和Ｘ．８６等支路业务，又可以象路由器一样支持数据包的转发。
从上面对光网络层次结构的分析可知，ＤＷＤＭ在光网络规划建设中处于关键地位。ＤＷＤＭ技术能够从骨干传输逐步进入城域网，主要是由市场需求、技术发展及运营成本这三个因素所决定。这三个因素也是网络规划建设要考虑的主要内容。
ＤＷＤＭ从骨干传输网渗透到城域网，目前现实的应用方案有两个。
（１）ＤＷＤＭ光复用方案
ＤＷＤＭ作为复用技术引入骨干传输网和城域网核心，仅将光波长作为虚光纤以解决光纤紧张的局面。由于在ＷＤＭ光层缺少选路、监控和生存性处理的功能，这种方案在骨干传输中仍以ＳＤＨ为综合传送网络平台，在城域网中则提供以太网、千兆以太网等接口。
（２）ＤＷＤＭ可配置光环方案
随着ＤＷＤＭ光复用系统在城域核心中的不断引入和可配置ＯＡＤＭ的实用化，将可配置ＯＡＤＭ 与ＤＷＤＭ系统相结合可组成ＤＷＤＭ可配置光环的城域核心方案。这种方案使ＷＤＭ光层的功能大大增强，可配置ＯＡＤＭ能够选择性地上、下或直通光波长，实现快速的保护倒换和配置。这种方案使ＤＷＤＭ取代ＳＤＨ成为多业务平台，通过一个基于ＤＷＤＭ的单一的、公共的城域核心综合传送平台，支持多种协议和业务，并具有前向兼容如ＳＤＨ ｏｖｅｒ ＷＤＭ、减少成本通过简化网络层次结构、减少设备和提高传送效率、简化网络管理和提高网络配置的灵活性等诸多优点。
三、运营商对技术发展的需求预测
从运营商的角度看，全光网是通信网发展的目标。这个目标的实现，大致分为两个阶段。第一个阶段为全光传送网，即在发端与收端之间的光纤传输系统中，全程不需要任何光电和电光的转换，完全靠光波沿光纤传播来完成。第二个阶段为完整的全光网，即除了端到端的光传输以外，通信中的信号处理、储存、交换以及多路复用分用、进网出网等功能都要由光子技术完成。
由此可以推测，实现全光网大致有以下几种关键技术。为了补偿传输上的光功率损耗，需要光放大器；为了实现从传输设备中上下路某个波长信号，需要光分插复用器；为了直接在光域内实现路由选择、网络恢复等，需要使用光交叉连接器件；等等。
从网络规划的层次结构来看，未来光网络涉及的关键技术可以分为以下几类：
１、光纤技术
（１）广谱光纤
很多城域网厂商和运营商都在致力于增加容量和降低成本。广谱光纤提供完整的光谱频段，提供的性能更多，衰减更少，损失也更少。广谱光纤能够支持ＣＷＤＭ（粗波分复用），是ＤＷＤＭ的替代品。因为波长间隔甚远，ＣＷＤＭ对激光器的精确度要求不高，从而可以降低成本，比ＤＷＤＭ更为便宜。
与广谱光纤相结合的可调激光器可以大大提高光网络的性能。它们不需要冷却设备，可以数字控制，并且能够在１０秒内在八个波长中切换。这些激光器置放在城域网的边缘，通过改变波长调整流量。不久以后，它们就可以取代交叉连接和波长复用器，通过调整光谱波段来使用广谱裸光纤。
（２）空心光纤
现在光纤的中心是用玻璃纤维的混合物构成的，其实在处理大型数据和超远程传输时还是会碰到很多问题。目前，光纤网络技术已经发展到了制造空心光纤的水平，这种光纤比目前所采用的实心光纤的数据传输速度要快上许多倍。
制造空心光纤的关键在于覆层设计。研究认为，配备高规格气囊的光纤覆层会像晶体一样，能将特殊的光波反射回光纤核心，这种覆层设计可能导致所有的光波都从空的核心中传播出去。由于覆层采用了全新的几何设计，使空心光纤远距离传输光线的能力变为现实，所以Ｃｏｒｎｉｎｇ等一些公司开始大批量的生产这种光纤。Ｃｏｒｎｉｎｇ官方认为空心光纤将在２１世纪取代实心光纤，成为通信业的主心骨。
（３）软光缆
我国随着接入网向用户侧的推进，ＦＴＴＨ（光纤到户）、ＦＴＴＤ（光纤到办公桌）接入方式逐步实现，室内软光缆将会大量使用。软光缆使用的光纤主要是多模光纤，如目前研究较多的ＰＯＦ塑料光纤。
多模的塑料光纤在ＩＥＣ中定为Ａ４光纤，可用于ＦＴＴＤ。日本在软光缆研制方面处于领先水平，目前已经使ＧＩ ＰＯＦ技术商品化，采用全氟化聚合物ＣＹＴＯＰ制造ＧＩ光纤，其衰减可达１．５～２．５ｄＢ１００ｍ，传输速率可达３Ｇｂｓ，带宽＞２００ＭＨｚ。该光纤在７００～１３００ｎｍ宽带围内表现出低衰减。此种塑料光纤可用于短距离光通信和室内传输线（含家庭用和办公自动化）。预计，在解决全光纤化通信的最后一段（１００ｍ或３００ｍ），可能就是这类ＧＩ ＰＯＦ光纤了。ＫＭＩ研究报告指出，ＰＯＦ是一个有增长潜力的领域。朗讯也开始进军ＧＩ ＰＯＦ，国内也有厂商开始制造软光缆。
２、光纤传输系统技术
全光网中光纤传输系统的主要技术有ＳＤＨ、ＷＤＭ、ＯＸＣ、无源光网技术、光纤放大器技术等。在传输方面，掺铒光纤放大器、波分复用和光纤色散补偿技术是建立全光通信网的核心技术。
（１）光波分复用与光放大技术
ＷＤＭ在本质上讲是在光纤上实行的ＦＤＭ，即光域上的ＦＤＭ技术，根据每一个信道光波频率（或波长）的不同而将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤内可实现多路光信号的复用传输。
光纤放大器技术就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素（如铒、钕、镨等），通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。光纤放大器有掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）和掺镨光纤放大器（ＰＤＦＡ）两种，其中ＥＤＦＡ是主流。
虽然ＤＷＤＭ和ＥＤＦＡ的结合堪称通信领域的最完美的联姻，但是系统只提供了原始的传输带宽，只有再加上灵活的光节点技术才能实现高效的灵活的组网能力。于是业界的注意力开始转向光节点，即光分插复用器（ＯＡＤＭ）和光交叉连接器（ＯＸＣ），靠光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题。ＯＡＤＭ的引入使得传输系统能直接在光路上对不同波长的信号实现上下，ＯＸＣ通过对光信号进行交叉连接，能够有效灵活地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护恢复以及自动配线和监控的重要手段。
（２）无源光网技术（ＰＯＮ）
无源光网可看作是由无源光器件组成的光分配网，多用于接入网部分。它使用多址接入技术，以点对多点方式为光线路终端（ＯＬＴ）和光网络单元（ＯＮＵ）之间提供光传输媒质，拓扑结构可采用总线形、星形、树形等多种结构。目前使用中的有时分多址接入（ＴＤＭＡ）、波分复用（ＷＤＭ）、副载波多址接入（ＡＣＭＡ）３种方式。
无源光网技术（ＰＯＮ）在现阶段主要应用于接入网中，基于ＡＴＭ的ＰＯＮ即ＡＰＯＮ被认为是实现Ｂ－ＩＳＤＮ最经济、有效的途径。在ＡＰＯＮ中使用ＷＤＭ技术能很容易的引进新业务，代表了接入网发展的一个重要方向。
３、光交换光路由技术
光交换光路由属于全光网络中关键光节点技术，主要完成光节点处任意光纤端口之间的光信号交换及选路，它所完成的最关键工作就是波长变换，因此，更确切地说，光交换光路由应该称之为波长交换波长路由。全光网络的几大优点如带宽优势、透明传送、降低接口成本等都是通过该技术体现的。
光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路交换又可分成三种类型，即空分（ＳＤ）、时分（ＴＤ）和波分频分（ＷＤＦＤ）光交换，以及由这些交换组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。
从功能上划分，光交换光路由、ＯＸＣ、ＯＡＤＭ是顺序包容的。即ＯＡＤＭ是ＯＸＣ的特例，而ＯＸＣ是光交换光路由的特例。由于ＯＸＣ和光交换光路由还在发展之中，目前对光交换光路由的命名比较混乱。有的公司把现有的ＯＡＤＭ、ＯＸＣ都称为光交换系列（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ），有的又称之为光路由器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｏｕｔｅｒ）。所以目前的光交换光路由大多以ＯＸＣ甚至ＯＡＤＭ暂时充当。
如果我们考虑到今后城域网的恢复机制，必须在过去传统的传输网中引入交换信令的概念。ＡＳＯＮ自动交换光网络便是我们目前所能够实现的智能传输网络协议，其实质就是在传输网中引入动态交换，北电等公司已有相关产品问世。
综上所述，光交换技术和光波分复用技术是构建未来全光通信网的基础，但要在全光网络上实现各种业务，还需要使全光网络可以兼容各种业务接口，即依据各种业务的发展情况构建多业务接入、交换和传输平台。换言之，我们还需要发展光联网技术，以便把前面提及的光纤技术、光器件技术和光节点技术组建成为一个完整的网络系统。
----《通信世界报》
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