电子科技大学宽带光纤传输与通信系统技术国家重点实验室 王晟
当前网络业务的数据化趋势日益明显，网络容量压力越来越大，预计未来10年骨干网所需的容量将是现在的数十倍甚至上百倍，容量问题将成为二十一世纪网络的最大挑战，超大容量将成为下一代网络的基本特征。骨干网的宽带化不仅涉及传输链路，而且涉及交换节点技术。目前的光交换节点技术正是解决节点交换瓶颈的关键。本文分别讨论光传输设备、光交换节点设备以及智能光网络技术的发展现状。
一、光传输系统及设备
由于通信新技术的发展，导致人们对带宽的需求呈爆炸性的增长，而单位比特传输成本的降低则成为人们努力追求的目标，随着光电子技术的进步而迅速发展起来的密集波分复用(DWDM)技术是目前实现这一目标最有效的手段。世界各国的研究机构和设备公司都在积极研究超高速DWDM系统，并取得了重大进展。表1是目前全球领先的一些DWDM系统速率及通道数。
目前光传输技术主要发展方向和发展趋势如下：
扩展传输光纤的可用带宽。随着光纤制造技术的进步和激光源制造技术的发展，可用于光通信的波长带已经由最常用的C波带发展到L波带乃至S波带。
压缩相邻光波长之间的间隔。大容量密集波分复用系统相邻波长间的间隔在短短的几年时间内经历了由200GHz(约1.6nm)、100GHz、50GHz乃至25GHz的演变，每前进一步系统可容纳的波长数就可以增加一倍。然而对光无源器件（如光滤波器的滤波带宽、通道隔离度）、有源器件（如激光器的波长稳定性）以及系统设计方面（如光纤非线性效应的克服、光放大器的增益均衡和锁定）都带来极大的挑战。
单波长传输速率不断提高。电时分复用的速率在短短的不到10年的时间内经历了155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s、10Gbit/s乃至40Gbit/s的发展过程。从而使得大容量密集波分复用系统的单波长速率也提高到10Gbit/s乃至40Gbit/s。
无再生中继距离成倍延长。随着直接光放大技术、色散补偿及色散管理技术的发展，光传输系统的无再生中继距离持续延长。从最初的五、六百公里到一千多公里直至现在的三、四千公里，如此长的无再生中继距离，大大降低了长途光传输系统的成本，提高了系统的稳定性和可靠性。
向城域传输平台发展。密集波分复用技术的重要特点之一就是对客户信号透明，而在城域传输网中，各种客户信号如数据、图像、话音等种类繁多，而且要求业务调度灵活、带宽管理方便等，目前密集波分复用技术正在向城域多业务传输平台方向发展。在这方面比较突出的国外公司有德国的ADVA公司以及美国的Zaffire、Sorrento及Sycamore等。
目前商用DWDM系统最高速率已达1.6Tbit/s, Worldcom已在其达拉斯的光纤网络上开始测试西门子3.2Tbit/s的DWDM系统，系统共80波道、每波道速率40Gbit/s，测试长度250公里。表2对目前现有的高速DWDM系统及特点进行比较。
二、光交换设备
光网络目前已开始进入面向业务、服务于业务的阶段。网络业务的发展，对现有光网络所能提供的业务与功能提出新要求，如要求光网络能够快速、高质量的为用户提供各种带宽服务与应用；要求光网络能够进行实时的流量工程控制；要求光网络具有更加完善的保护和恢复功能；要求光网络设备具有更强的互操作性和网络可扩展性；要求光交换节点成为智能化的光节点。这些功能要求现有光网络有更多的智能，使其发展成为一个具有自动交换的光网络。
2000年6月，Lucent公司宣布它的Wavelength LambdaRouter由于技术创新获得了Discovery Magazine Award。Wavelength LambdaRouter是Lucent全光网中的核心产品，它的交换矩阵是基于贝尔实验室的OMEMS专利技术，使用256个光反射镜精确地对信号进行路由。LambdaRouter能够传输任何话音、数据和视频信息，256个信道支持SONET/SDH标准，每个接口速率最高可达40Gbit/s，并且整个系统可以进一步升级。
2000年7月，Cisco公司宣布了ONS15900系列波长路由器。组网时无需使用ATM交换机和SONET设备，直接使用ONS15900就可以建立起高效的核心网络。ONS15900系统支持256个OC-48接口，交换矩阵采用了光/电/光结构，容量为640Gbit/s，并声称可以升级到160Tbit/s。此产品引人注目的功能之一是其声称在网状网中波长通道恢复时间可以控制在50ms之内。
Nortel公司推出的OPTera Connect PX是一个全光的交叉互连平台，它的交换矩阵也基于3维的OMEMS技术，是1008×1008的严格无阻塞的结构。单端口的速率可以达到40Gbit/s，并且可以扩展到80Gbit/s，支持SONET/SDH的信号监测功能。
Avici公司的Terabit路由交换系统TSR具有可扩展的体系结构，目前的交换能力为几十Gbit/s，可以扩展到几十Tbit/s，最多可以支持2240个OC-48或560个OC-192连接。TSR具有以下的特点：对于大容量网络负载的高速、智能管理；不影响网络性能情况下的可扩展性；电信级可靠性，支持QoS功能；与现有的网络设备在多协议层次的互操作性。
Sycamore推出的SN16000交换平台可提供512×512波长交换，其传送平台支持160波1.6Tbit/s 800km的全光传输。网元具有智能，支持OSPF动态路由协议，光路的建立采用了CR-LDP。
从国外的各种产品来看，未来光交换设备发展的趋势为：
大容量。交换能力达到256×256，甚至声称1024×1024。
高速率。单端口速率不断提高，普遍达到了10Gbit/s，部分产品支持40Gbit/s.
智能化。交换和路由日趋智能化，支持多种协议如OSPF、MPLS等。
透明性。支持多种数据速率，从STM-1到STM-64；支持多种数据格式如IP、FR、ATM、SDH等。
三、智能光网络业务量工程技术现状
目前，许多业务提供商、设备供应商以及国际性的标准化组织都在讨论和酝酿智能光网络的相关协议和体系结构。讨论的焦点集中在两个问题上。
首要问题是光网络控制面的引入。要建设自动交换光网络，实现光网络的智能化，引入控制面是必须的。通过引入控制面协议和相应软件，不仅可以大大缩短上述人工配置方式所需的时间，而且可以更好地适应数据业务的突发特性。这种控制面应该具有自动的拓扑发现、更新能力；按某种原则计算最佳路径，并满足特定约束能力；将计算路径的结果自动通知网络中的相关节点，并完成相应的资源配置工作的能力。因此，整个控制面协议族应包括路由协议（实现拓扑的自动发现以及约束路由的计算）和信令协议两大部分。
依此可见，光网络控制面所应具备的几个功能在IP/MPLS控制面中都具备。因此，采用基于IP/MPLS的控制面实现光网络控制，就是很自然的思路了。从目前各标准化组织所进行的工作中不难发现，这一思路已达成共识，没有实质性分歧。
与上述问题相关的另一个讨论焦点是如何在光网络中实现业务量工程。在光网络中实现业务量工程的目标是明确的，即在满足用户要求的前提下尽量合理地分配资源，最大限度地降低网络拥塞的可能性。但是，既然光网络的控制面是基于IP的，为什么不对IP层和光层实施统一的业务量工程，并进行统一的控制呢？正是在这个问题上，存在两派意见。一派意见认为，光层和客户层（Client）应分别进行控制，独立实施业务量工程。理由是这样有利于光层和客户层技术的各自独立发展，而且多种不同的客户层业务在未来会一直存在（如ATM、帧中继、IP、电路业务、甚至模拟信号），光层应对所有这些业务都提供统一的支持接口。另一派意见认为，未来的客户层必然聚合为统一的IP层，光层的服务对象是单一的，不存在多种客户层同时需要光层来支持的问题，应该而且能够针对IP业务特点进行光层资源的优化配置，因此，采用相同的控制面对光网络和IP网络进行统一控制，并统一地进行业务量工程，不仅是完全可行的，而且具有分别进行业务量工程所不具备的优点。
概括起来，可以从两个方面总结目前自动交换光网络和光网络业务量工程方面国内外研究的主要成果。
第一， 光网络的体系模型。目前提出的主要有叠加模型、对等模型两种。
叠加模型下，IP/MPLS层的路由、拓扑信息发布及信令协议与光层完全独立。这意味着，在客户层和光层之间是完全的分层关系，由光层向客户层提供高速、大容量的通信管道——光路。客户层通过定义完备的UNI（User Network Interface）接口向光网络提出服务申请，光网络内部根据这些申请进行相应的光路创建、监测维护及拆除工作。
对等模型下，IP/MPLS网络和光网络都采用同一个控制面。网络中所有节点（包括路由器和光交叉连接等），都被当作可对等互通的LSR，在统一的控制下进行路由选择、链路状态信息发布等分布式的操作。此时任何一个路由器（不必与光网络邻接）都可以自动以源路由方式创建LSP（Label Switch Path，标记交换路径），该LSP所经过的光节点设备被同样看作是可按照“标记”进行转发的LSR，尽管实际上光节点与路由器对“标记”的理解不同。为此，网络中的所有LSR必须统一编址，并且原有的链路状态协议必须作一定的扩展，以适应光网络特点。
第二，有关的标准化工作。
IETF在光网络控制方面的工作归结为GMPLS，此前称为MPLambdaS。这是一整套协议族，可以帮助运营商实现对整个网络的统一控制，不仅光网络的拓扑状态信息发布和光传输通路的创建是自动进行的，而且可以支持光通路的保护/恢复。同时，GMPLS由于采用基于IP/MPLS的方式控制光网络，大大方便了光网络设备和LSR之间的互联。GMPLS控制面适应于对等模型。
OIF（Optical Internetworking Forum）作为一个工业标准化组织要正式得多。于1998年由Cisco Systems Inc.和Ciena Corp.创建。其主要目的是制定相关的光网络规范，以提高光网络设备的互操作性以及光网络设备与数据通信设备间的互联性能。目前其UNI1.0标准已经正式发布。
ITU的13和15工作组以及美国ANSI的T1X1委员会正在进行有关ASON（Automatic Switched Optical Networks，自动交换光网络）方面的标准化工作。G.8080是一个框架性的建议，其中主要定义了UNI、INNI（Internal Network－Network Interface）和ENNI（External Network－ Network Interface）之间的功能区别，描述了整个控制面的结构和功能模块。该框架主要针对的是叠加模型。
关于未来光网络技术和设备，还有许多新的发展方向。比如目前学术界的研究热点之一——光突发交换和光分组交换。这类新的交换技术突破了现有的光网络基于线路交换（Circuit Switching）的固有思路，直接在光层实现分组交换（突发交换可以看作粒度较大的分组交换），对带宽进行统计复用。如果这类设备能够商用化，不仅给运行商提供了新的交换设备选择，而且可以大大简化网络的管理和运行维护，节省网络改造的费用，实现真正的IP over WDM。
----《通信世界》
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