摘要:描述了光网络世界多姿多彩的局面，分别阐述了光网络家族各系列的核心技术，讨论了光网络产品对IP业务的适应，并提出了融合节点和智能光网络技术。
关键词:同步数字系列SDH、基于SDH的数字交叉连接设备S-DXC、密集波分复用DWDM、光分插复用器OADM、光交叉连接器OXC、波长路由器Wavelength Router、波长转换Wavelength Conversion、掺铒光纤放大器EDFA、拉曼放大器RFA、光信噪比OSNR、光传送网OTN、数字包封Digital Wrapper、多协议标记交换MPLS、多协议波长交换MPLmS、基于SDH的链路接入协议LAPS、简化数据链路协议SDL、连续级联Contiguous Concatenation、虚级联Virtual Concatenation、电时分复用ETDM、光时分复用OTDM、光孤子O-Soliton
一、多姿多彩的光网络世界
作为电信网的基础设施,光传输网得到了长足的发展。从光纤线路上来看,传送的都是光信号,但从尾纤进入到具体的设备或系统后,有些系统需要进行光电转换处理,有些则是直接进行光信号处理。对于大型系统来说,全光的处理难以实现(至少控制或管理信号不可能),所以目前的光传输系统可以分为“以电信号处理为主”的系统和以“以光信号处理为主”的系统。
目前,比较成熟的光传输技术主要是“以电信号处理为主”的SDH和S-DXC系统,代表电时分复用ETDM制式；同时还有“以光信号处理为主”的密集波分复用系统,代表着DWDM制式。受网络业务的驱使,SDH继续向高比特率发展,而DWDM继续向超密集波长数演进。
现在的电信业务主要由SDH和S-DXC来承载,而DWDM主要用来组建点对点(Point-to-point)的透明传输通道,这种方式存在着调度迟缓、效率不高的缺点。如果“以光信号任意处理为主”的OADM、OXC或波长路由器(Wavelength Router,简称WR)等技术成熟的话,一个崭新的“光传送网”OTN会逐渐搭建起来,届时,大部分电信业务会交付给OTN来承载。立足于未来,我们迫切地把光传输家族改称光网络家族。
中兴通讯最近提出一种分类方法,就是把光网络产品分为单波长解决方案SWS(Single Wavelength Solution)、多波长解决方案MWS(Multiple Wavelength Solution)和自由波长解决方案FWS(Free Wavelength Solution)。SWS的代表还是SDH和S-DXC,MWS的代表就是基于点对点组网的DWDM,而FWS的代表就是逐步商用化的“以光信号任意处理为主”的OADM、OXC和WR。
不可忽视的是,属于SWS系列的光时分复用OTDM技术、光孤子O-Soliton技术甚至光码分复用OCDM技术,同样有希望成为光网络家族的成员,只是这些技术还没有走出实验室。有专家预测：采用OTDM实现的4×40 Gb/s系统将会先于ETDM的 160 Gb/s率先投入商用。
二、单波长解决方案(SWS)
1．SDH技术的演进
目前,世界范围内的SDH 2.5Gb/s及以下系统相对成熟；10Gb/s系统正在规模商用、方兴未艾；40Gb/s系统曙光在前,已正式进入ITU-T建议；160Gb/s系统看来也并非“天方夜谭”。
(1)微电子技术的突破
绝大多数SDH厂商都同时致力于微电子技术的研究和实用,支路映射、低阶复用、开销处理等技术较为成熟,但交叉连接、高阶复用等技术面临考验,相应的ASIC推出相对缓慢,而这也正是产品竞争的焦点所在。目前,商用的SDH 10Gb/s ADM在VC-4级别的交叉能力达768×768,下一步就会突破1024×1024。对于S-DXC系统来说,通过Clos技术可以顺利地扩展交叉矩阵,再利用强大的网管系统控制就能实现超强、灵活的的交叉连接功能。对于40Gb/s系统来说,磷化铟InP材料和高电子活动度晶体管HEMT的发展将使之走出实验室,进而让ETDM技术再一次发扬光大,并让“电子瓶颈”之说暂时变成“危言耸听”。
(2)光信噪比OSNR问题
对于2.5Gb/s速率以上的SDH系统,目前比较流行的办法是采用前向纠错FEC,能在接收端光信噪比OSNR较低的情况下依然获得较佳的误码性能指标。新版G.707建议中利用 SDH的段开销 SOH中空余字节P1、Q1以BCH－3码方式增加了FEC选项,应用到高速SDH系统上预期可获得 2dB的误码性能改善。如希望得到更多的改善,则可使用带外FEC,这种措施来源于海缆系统。现在不少公司开发的SDH系统都采用了带外FEC,有些甚至宣称在10Gb/s系统上能改善8dB。但到目前为止ITU-T尚未确定何种纠错码适用于陆上系统的带外FEC,各厂家都是按照自己的方式进行ASIC和系统设计,在互通方面存在着极 对 40Gbit/s系统还可以考虑利用拉曼技术来提高 OSNR,即在 EDFA输入端之前加入l450nm波长的拉曼泵,对靠近 EDFA输入端的上游区段光纤上的光信号进行放大,在 1550nm窗口有望获得 23dB的拉曼峰值增益。
(3)色散补偿问题
10 Gb/s以上ETDM系统走向实用还需解决色散补偿问题,G.655光纤相对G.652光纤所需的色散补偿量可以较少,采用色散补偿光纤DCF是比较成熟的补偿方法,但引入的损耗需放大器额外的增益来补偿。对40Gb/s系统而言,不仅要补偿色散,还要补偿色散斜率。针对这一应用,与常规光纤相比具有负色散及相反斜率的反色散光纤应运而生。光纤光栅补偿是一种有潜力的应用,但目前急需解决的是温度稳定性和宽波长范围问题。
在单模光纤中传播的光波,实际上包含两个电磁场方向,是互相垂直的偏振模。由于光纤制造过程产生的纤芯的椭圆度、非对称机械热应力以及外部弯曲或扭曲影响,这两个偏振模以不同的速度传播,群延时不同,导致光信号失真或脉冲展宽,即传输的速率和距离受到限制,这就是所谓的偏振模色散PMD。对信号来讲,因为PMD值很小,对速率为2.5Gb/s的光信号,影响不大,但对10Gb/s速率及以上的光信号影响较大。对于光纤来说,由于G.653和G.655光纤的剖面设计比较复杂,折射率差大,易受外界因素影响,其PMD比G.652光纤要略差。总体说来,因PMD产生的随机性和不确定性,需要自适应补偿,现在也有厂家宣称研制出相应的PMD补偿器。
(4)网络保护问题
a．常规保护方式
SDH经典的保护倒换已得到普遍认同。类型包括二纤环/四纤环、单向环/双向环、通道环/复用段环,还有子网连接保护SNCP的多种组合。对一般复用段环网来说,保护倒换时间可以控制在50ms以内,但对几千公里超长距离、上下业务节点数较多的环网来说,一些先进的SDH系统通过快速电开关桥接、快速时隙交换Fast-TSI以及高效APS协议/算法处理等,可以保证最终倒换恢复时间低于100ms。
对于跨环业务保护,G.842中典型的双节点互联DNI方式值得推荐。但是,如果跨环的业务量太大,DNI也力不从心,这时需要DXC来实现业务的转接和保护。DNI中需要关注的问题包括错连阻错、拖延时间Hold-off Time以及等待恢复时间WTR能通过网管设置等。
b. 逻辑子网保护
传统意义上的子网是以“物理拓扑”为基础来分割网络,可以称作“物理子网”,而逻辑子网则是以“逻辑拓扑”为基础来分割网络、以电路层的业务和功能特征为依据来对通道层和段层进行水平分割后形成的子网。SDH逻辑子网由若干较低等级的SDH逻辑子网、通道、段开销和链路组成。单个通道或段开销可以组成最小的SDH逻辑子网。SDH逻辑子网的分割遵循以下原则：
● 以电路层的业务功能特征作为分割依据,以保证电路层的业务完整性；
● 逻辑子网的网络结构应尽量简单,同时必须符合网络拓扑的基本类型；
● 段开销、高阶通道和低阶通道都是逻辑子网分割的基本元件,推荐以高阶通道作为分割的基本元件,以减少逻辑子网包含的元件数；
● 从网络管理和保护角度出发,把相同业务功能的基本元件应该尽量分配在同一个逻辑子网内,以避免网络分割过于零碎。
采用逻辑子网的方法可以很容易实现保护功能,比如,那些包含段开销的逻辑子网可以利用成熟的APS协议对业务实行共享保护,而那些不包含段开销的逻辑子网可以实行通道保护,同时,不同逻辑子网之间还可以进一步提供子网连接保护SNCP。
(5)同步定时问题
按照一些新兴网络运营商的要求,SDH网络不但是同步网的使用者,而且可能是同步网的承载者。在SDH网络中,被承载的定时信号不能和其它业务信号等同处理,因为SDH的指针调整机制可能会导致某种程度的抖动(Jitter),也就是会带来传输损伤,从而影响定时精度。所以定时信号需要透明地、不受损伤地从源站点到达目的站点。
目前多数SDH厂商利用SSM机制,通过软件设置S1字节的不同状态来表示定时优先级和定时可用性,一定程度上可以保证定时路由的优化和可重构性,以及防止定时环路(两站点互相抽取定时)这种最坏的情况。