随着技术的进步、电信管理体制的改革及电信市场的逐步全面开放,特别是IP的爆炸式发展带来的对带宽的巨大需求,使宽带高速传送网呈现了蓬勃发展的新局面。本文旨在对世纪之交的宽带高速传送网的最新发展作一简要介绍和展望。

　　迄今为止,全球宽带高速传送网主要是由同步数字体系(SDH)支撑的。SDH传输体制是一种新型的、完整严密的传送网技术体制,它有全世界统一的网络节点接口,简化了信号的互通以及信号的传输、复用和交叉连接过程:它安排有丰富的开销比特用于网络的管理和维护:它有统一的标准光接口,能够在基本光缆段上实现横向兼容性:采用SDH组网技术还可以构成具有高度可靠性的自愈环结构,确保实现业务的透明性,这对金融、政府机要和国防安全方面的某些业务应用十分重要。

　　这种技术体制一诞生就获得了广泛的认可,我国从1995年开始就在干线网上全面采用SDH体制,目前已建成世界第一大SDH网络,干线网上大约90%的业务量由SDH系统所携带。

　　但另一方面必须看到,随着数据业务逐渐成为全网的主要业务,传统的电路交换网将逐渐向分组网特别是IP网演进。作为支持电路交换方式的SDH TDM结构将越来越不适应未来业务的发展,独立的SDH设备的命运正受到严重的挑战。然而,SDH在中近期仍将继续发展。主要原因可以归结如下:考虑到我国的电路交换网在5年左右的时间内仍将继续发展,作为支持电路方式的SDH自然信息产业部电信研究院韦乐平会继续发展:SDH本身具备高低端的继续发展潜力(高于40Gb/s,低于155Mb/s):未来的超大容量的核心光传送网需要更多的SDH接入设备来汇集业务量:近期SDH仍然是可靠性与生存性最高的传送网技术:SDH的级联功能增强了支持ATM/IP能力:SDH正在融合路由交换功能,支持以太网透明传输:在城域网应用环境,综合考虑技术成熟程度、成本和可靠性后,以SDH为基础的多业务平台解决方案仍将在可以预见的未来扮演主要角色。

　　随着数据业务日渐成为网上的主导业务,SDH的市场将逐步缩小,并将逐渐退出核心骨干网,转移到网络边缘。独立的SDH设备将渐少,其主要功能将逐渐融合到光传送网(OTN)中,少量功能则融合到路由器中。

　　从过去20多年的电信发展史看,光纤通信发展始终在按照电的时分复用(ETDM)方式进行,每当传输速率提高4倍,传输每个比特的成本大约下降3040%,因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。

　　目前10Gb/s系统已开始大批量装备网络,全球已敷设了5000多网元。不少电信公司实验室已开发出40Gb/s的系统,预计一年后即可商用,有的甚至己在进行160Gb/s的试验。近来阿尔卡特公司进行了一系列N×40Gb/s的传输试验,其中包括40路40Gb/s,配置为5×25dB的试验,采用了拉曼放大器,误码率可达10-l5:除了试验室试验外,阿尔卡特公司还在实际网络现场进行了8×40Gb/S的演示试验,该演示系统共两段,每段20dB(80km)。此外,160Gb/sETDM和640Gb/s0TDM(光时分复用)的传输试验也已获成功,前者己经在新一代的低色散斜率真波光纤上传了200l册,但离实用化尚有很长距离。

　　总体看,单路波长的传输速率是有上限的,主要受限于集成电路硅材料和嫁肺材料的电子迁移率:其次还受限于传输媒质的色散和极化模色散:最后还受限于所开发系统的性能价格比是否合算,是否有商用经济价值。因而唯一现实的进一步扩容出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种,但目前只有波分光复用(WDM)方式已进入大规模商用阶段,而其他方式尚处于试验研究阶段。

　　如前所述,采用ETDM系统的扩容潜力己尽,然而光纤的全部可用带宽资源仅仅利用了不到1%,99%的资源尚待发掘。如果采用WDM技术,则可望大幅度提高系统传输容量并带来一系列其他好处:在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器,从而大大降低传输成本:与信号速率及电调制方式无关,是引入宽带新业务的方便手段:利用WDM选路实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。

　　目前320Gb/s(32x10Gb/s)WDM系统已开始大批量装备网络,北电等公司的1.6T b/s(160x10Gb/s)WDM系统也已经开始商用,朗讯公司则采用80nm谱宽的光放大器创造了波长数达1022波的世界记录。近来,西门子公司在实验室已完成7.04Tb/s的传输试验,创造了传输总容量最高的新的世界记录,显示了WDM技术的巨大发展潜力。

　　WDM系统除了波长数和传输总容量不断突破以外,为了尽量减少电再生点的数量以及随着光层联网能力的引入,全光传输距离(即无电中继传输距离)也在大幅度扩展。不久前美国Conk公司在芝加哥到西雅图的nookm的路由上成功地实现了160X2.5Gb/s信号的传输,创造了波长数最多、无电再生传输距离最长的现场传输世界记录,而且正在将单路传输速率提高10Gb/s。按照这一新传输架构,可以将美国东西海岸的再生点减少90%、运行成本减少70%、带宽配置时间减少95%,大大减少网络总成本。近来,美国Qtera公司宣布其最新产品ULTRA系统可以将10Gb/s为基础的WDM系统的全光传输距离进一步扩展到400Km之远。阿尔卡特公司近期也进行了一系列全光超长传输试验,其中包括在普通G.652光纤上实现48×10Gb/s传输4000Km的试验。

　　从技术角度看,再过5年左右,实用化的最大传输链路容量有可能达到5～10Tb/s。网络的容量将不会受限于传输链路,焦点将集中在节点容量上。近年来超大容量密集波分复用系统的发展不仅彻底发掘了无穷无尽的光传输链路的容量,而且也成为IP业务爆炸式发展的催化剂和下一代光传送网灵活光节点的基础。

　　除了光传输链路的发展,光传送节点的发展也呈现了新的发展趋势,即融合的多业务节点。已有人将传送节点与各种业务节点融合在一起,构成具有更大融合程度,业务层和传送层一体化的下一代网络节点,称为全融合的网络节点或多业务节点,即所谓0ne Box解决方案。例如可以将ATM交换机、IP边缘路由器、数字环路载波系统、分插复用器(ADM)、数字交叉连接器(DXC)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(OA DM/()XC)光传送节点结合在一个物理实体内,进行统一控制和管理,从而可减少大量独立的业务节点和传送节点设备,大大简化了节点结构,缩短了设备安装开通时间和业务提供时间,降低了节点设备和网络的成本,节省了大量机房空间和连接电缆以及设备功耗。下面分别以Cerent454和ECI的XDM为例进行说明。

　　Cerer1t454是一种集ADM、DXC、ATM、IP和W D M五位一体的新型节点设备,其机框容量为240Gb/s,传送接口可以为155Mb/s、622Mb/s、2.4Gb/s直至10Gb/s的SDH或WDM接口,还支持10/100/1000Mb/s以太网接口,每块卡支持1.2Gb/s的交换容量,具奋2048个MAC地址和64个VLAN。其内部有一个3/3/1的交叉连接矩阵,可以互联多个自愈环,还能支持以太网/I P交换、ATM交换乃至视频编解码器,用一个多业务节点设备代替了多个独立的业务节点成本。可以大大降低节点成本。ECI的XDM则是一种集ADM、DXC4/3/1和WDM三位一体的新型节点设备,将来计划将IP路由器、DXC1/0和ATM SW功能也集成进来。其机框容量为30Gb/s,可扩展到500Gb/s,可以处理VC12、VC2、VC3和V归以及级联的VC4。接口可以为924个2Mb/s、192个155Mb/s、24个2.4Gb/s、6个10Gb/s和40路WDM接口,还支持10/100/1000Mb/s以太网接口。用一个节点代替多个独立的传送节点,可减少70%网络成本、80%的机房空间、70%的设备功耗以及大量连接电缆和配线架,维护运行成本低,可用性高(99.9999仙,代表了传送网节点设备的新发展方向。

　　随着技术的进步和业务的发展WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展。当然,这种扩展不是直接了当的,需要针对城域网的特定环境进行改造。适用于城域网领域的WDM系统称为城域网WDM系统,其主要特点和要求可以归结如下。首先,低成本是城域网WDM系统最重要的特点,特别是按每波长计其成本必须明显低于长途网采用的WDM系统,幸运的是由于城域网范围传输距离通常不超过100km,因而长途网必须用的外调制器和光放大器可以不必使用。其次,由于没有光放大器也就不需要任何形式的通路均衡,从而减少了分波器和合波器的复杂性,也不会遭受与光放大器有关的非线性损伤,光放大段的设计仅仅是光损耗的设计,十分简单明了。最后,波长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制,可以容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件,使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降,从而降低了整个系统的成本。应用城域网WDM系统容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务。这样用户可以灵活地传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。特别是对于应用在城域网边缘的系统,直接与用户接口,需要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务,因而要求其光接口可以自动接收和适应从10Mb/s到2.5Gb/s范围的所有信号,包括SDH、ATM、IP、ESCON、FDDI,千兆位以太网和光纤通路等。而对于应用在城域网核心的系统,则将来有可能还会要求其支持10Gb/s的SDH信号和10Gb/s的以太网信号。

　　城域网WDM系统还应具备波长可扩展性,新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。这样,系统可以通过简单地增加波长而迅速提供新的业务,可大大地增强运营者的市场竞争能力。

　　总之,城域网WDM系统是一种十分灵活通用的新型WDM系统,己有不少产品问世。

　　普通的点到点WDM通信系统尽管有巨大的传输容量,但只提供了原始的传输带宽,需要有灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力。然而现有的EDXC系统十分复杂,其系统开发和改进的速度要慢于半导体芯片性能改进的摩尔定律(每18个月翻番),其节点容量大约为每两年翻番,显然从发展看是无法跟上网络传输链路容量每9个月翻番的增长速度的。于是业界的注意力开始转向光节点,即0ADM和0XC,靠光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题,其带宽颗粒可以从STM-l增加到一个波长。同样1000个端口的节点容量可以从155Gb/s增加到2.5～10Tb/s。

　　目前具有固定波长上下的0ADM己经商用,具有软件可配置的0ADM也即将商用,而0XC尚处于试验阶段,主要问题是尚未有性能价格比好、容量可扩展、稳定可靠的光交换矩阵。光交换矩阵的核心是光开关。从原理上讲,光开关可分为3类,即电光开关、热光开关以及光机械开关。尽管光机械开关是最成熟的技术,性能优良、设计配置简单、成本较低,对环境要求不高而获得广泛的应用,但其体积庞大、开关速度慢、可靠性不理想、矩阵规模小,不适于大规模0XC应用:而热光开关和电光开关和开关速度快(达毫秒和亚毫秒级)、结构紧凑,但插入损耗和串音大。从总体趋势看,光开关正从光机械开关向热光开关的电光开关方向发展。随之其开关速度也从looms减少到5IIls乃至数百微秒量级,结构变得紧凑,开关矩阵规模得到扩大,但性能不够理想,矩阵规模仍不够大。近来,一种称为微电机开关(M E M S)的新型光开关己显示了巨大的发展前途,这种机电一体化的开关器件结合了机械光开关和固体波导开关的特点,结构紧凑、集成度高、性能优良、矩阵规模大、便于批量生产,正成为实用化大型0XC的主要开关技术之一。朗讯公司采用MEMS技术实现了256×256的全光交叉连接器,称为波长路由器,可节约25,她的运行费用和99%的能耗。美国～Xros公司利用两个相对放置的各有1152个微镜的阵列实现了1152×1152的大型0汇,容量上和端口上都有重大突破,其总容量已经比传统EXC提高了约两个量级。目前已有人在研究4000×4000的大型0XC。

　　为了进一步改进OXC系统的连接效率,阿尔卡特公司正在开发多粒度OXC系统。与普通0XC系统不同的是这种新型系统不仅具有普通的以单个波长为基本交叉连接粒度(WX C)的交叉连接能力,而且可以实现按若干个波长为一组作为交叉连接粒度的交叉连接(BXC)和按光纤为交叉连接粒度的交叉连接(BXC)和按光纤为交叉连接粒度的交叉连接(FXC)。一个256端口设备的交换实体在上述3种情况下分别为10Gb/s、40～160Gb/s以上、320～1600Gb/s以上。而相应的总吞吐量在WXC模式时为2.5Tb/s、BXC模式时为10～40Tb/s以上、FXC模式时为80～400Tb/s以上。按照实际欧洲网络为例所作的计算显示未来网络的总交叉量为41378Tb/s,分插容量为101 12Tb/s,光纤数量为460。采用上述多粒度OXC系统后可以减小设备的尺寸,使所需的波长数大为减少。

　　当然,除了关键的光节点结构外,光层联网还需要解决稳定的高效恢复算法、超长全光传输以及与业务层的交互和协调等一系列技术问题后才能真正实用化。特别是近来,将MPLS应用于光层(M P L m S)实现一体化控制的思路正受到广泛关注,这种方法可以使业务层上的路由器、ATM交换机或ADM动态地要求传送网提供所需的波长,实现统一的网络控制和快速业务供给,简化了IP层与光层的集成以及网络管理,降低了网络运行和业务拓展成本,消除了厂家专用的网络岛,有利于大规模网络敷设。IP层与光层的融合正展现出前所未有的前景。

　　鉴于光传送联网具有上述潜在的巨大优势,发达国家投入了大量的人力、物力和和财力进行预研,特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目:在欧洲和日本,也分别有类似的项目在进行。

　　综上所述,光传送联网已经成为继SDH电联网以后的又一次新的光通信发展高潮。其市场容量有可能在2005年稍后一点时间超过普通点到点的WDM系统。建设一个最为透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络不仅可以为未来的国家信息基础设施奠定一个坚实的物理基础,而且对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全具有极其重要的战略意义。我国863高科技项目——中国高速信息示范网(CainoNet)项目组正在对其中的关键技术奋力攻关。 　　　　　　　　　摘自《建筑智能化》2001/4