论光网络的发展现状以与未来趋势.docx

目 录一、光网络概述2（一）通信网络的发展21电网络32. 光电混合网络33. 全光网络3（二）通信网络分层模型3二、光网络结构的演进3（一）业务的基本情况4（二）产业结构41城市之间新增加的互连光网络42新增加的本地网络53Web宿主和运营商酒店5（三）OTN技术的进步和发展51SONET/SDH最新动态52. 光传送系统63. 智能光网络8三、光网络的未来发展趋势和方向8四、结束语10论光网络的发展现状以及未来趋势摘要：鉴于光纤通信在近30年间的巨大发展，给人们的网络世界带来的巨大便利，本文探讨光网络的发展现状和未来趋势，通过对光网络技术和产业的分析，估计其未来的趋势，尽可能地为人类提供更加快捷的网络路径。关键词：光网络；全光网络；WDM引言：本文先阐释了光网络的基本概念，以便读者能对光网络有一个较为全面的认识，进而对其的发展现状进行分析，其中包括技术、相关业务、相关产业的发展。最后对光网络的未来的发展趋势全光网络展开论述，预测和估计了全光网络的发展趋势和方向，对其作为未来通信网络的核心从理论和技术角度进行了较为透彻的剖析。一、 光网络概述光网络是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信网络结构。换句话说，光网络是一种基于光纤的电信网。光网络并不仅仅是简单的光纤传输链路，它是在光纤提供的大容量、长距离、高可靠的传输线路的基础上，利用光和电子控制技术实现多结点网络的互连和灵活调度。（一） 通信网络的发展通信网络的发展经历了现在已开始逐渐淘汰的电通信网络、目前正在广泛使用的光电混合网络，正朝着全光网络迈进。1电网络电网络采用电缆将网络结点互连在一起，网络结点采用电子交换，是一种相当成熟的网络通信。 作为电信号承载信道的电缆有同轴（大、中、小）电缆和对称电缆之分，是一种损耗较大、带宽较窄的传输信道，主要采用了频分复用（FMD）方式来提高传输容量。2光电混合网络光电混合网在网络结点之间用光纤取代了传统的电缆，实现了结点之间的全光化。这是目前广泛采用的通信网络。光电混合网采用了时分复用（TMD）来充分挖掘光纤的带宽资源实现信息的大容量传输，采用时分交换网络（结合空分）实现信息在网络结点上的交换。TMD有两种复接体系即基于点到点准同步复接体系（PHD）和基于点到点、与网络同步的同步复接体系（SDH），由于SDH由于PHD，因而目前广泛用SDH取代PDH。3全光网络全光网络以光结点取代电结点，并用光纤将光结点互连在一起，实现信息完全在光域的传送和交换，是未来信息网的核心。全光网络最突出的优点是它的开放性。全光网络本质上是完全透明的，即对不同速率、协议、调制频率和制式的信号兼容，并允许几代设备（PHD/SDH/ATM）共存于同一个光纤基础设施。全光网的结构非常灵活，因此可以随时增加一些新结点，包括增加一些无源分路/合路器和短光纤，而不必安装另外的交换结点或者光缆。全光网络与光电混合网络的显著不同之处在于它具有最少量的电光和光电转换，没有一个结点为其他结点传输和处理信息服务。（二） 通信网络分层模型通信网络分层模型主要由业务应用层、电交换复用层、光传送网层和网络管理组成。业务应用层包括窄带业务（如电话，传真等）和宽带业务（如付费电视、数字图像、IP业务、高清晰度电视、可视电话等）。电交换包括数字电话程控交换、ATM交换、交叉连接和IP路由分组交换等，复用主要指TMD。光传送网为上层业务如PHD/SDH/ATM/IP等提供了统一的传输平台。二、 光网络结构的演进经过一个多世纪的演进，电话网络已成为全球网络，由不同运营商向几亿用户提供可以信赖的话音业务连接。另一方面，数据网络以其独特的模式发展，其目的在于在能在最短的时间里以最低代价实现一些终端的连接进而满足一些需求，可靠性固然重要却还不是头等大事。电话运营商为适应城市间的应用而采用光传送网（OTN）。OTN由一系列网元（NE）连接而成，结合网关系统，为上层业务提供相应的服务。随着技术的不断进步，OTN的结构会不断发生变化。不过，对OTN的结构产生重大影响的因素还是OTN所传送的业务，尤其是因特网业务的增长和发展，以及通信产业商业模式的变化。 电信产业结构和服务融合过程的变化和趋势，决定了今后的OTN结构。（一） 业务的基本情况图 1图1给出了美国主要电信运营商的长途业务分布情况。图中左边两条给出了1997年和1999年业务的分布情况，而右边那条是当时各种业务的增长情况。在1999年底，语音业务仍然占有绝对的份额。从图中可以明显看出，因特网业务增长迅猛，据估计语音业务量年平均增长约为10%，而因特网业务的年平均增长率为100%，专线业务的增长率为30%。注意到，在19911999期间，主要有因特网业务来驱动网络的增长。1999年以后，因特网的增长已经成为主导。从整体角度看，这意味着新的投资将不断增加以满足因特网业务的需要。在大楼和校园网络中，以太网协议具有统治地位，且大部分数据业务由以太网承载。以太网的演进速度非常快，具有大容量的优势，光纤端口成本极低，并且不断向城域网甚至长途网络渗透，因此它可视为长途网潜在业务驱动因素的技术。甚至，对于某些长途应用它还具有一定的竞争优势。（二） 产业结构美国电信产业的变化正深刻影响着OTN结构。1城市之间新增加的互连光网络20世纪90年代中期，美国主要有三个全国规模的OTN网络，每个网络都可垂直归为某个主要的城间服务提供商（SP）如AT&T、MCI和Sprint。这三个OTN网络占了所有城市之间光纤配置的3/4。到20世纪90年代末期，这个比例已经减少到不足1/3，而另外39个新兴的全国性运营商就占据了相等比例。据同一消息来源估计，1999年中，长途网总共包含40万英里的传输光纤，平均每根光缆中有46根光纤。从结构角度，这一趋势具有许多含义：（1）对于没有设备的ISP以及其他SP，新兴的OTN运营商可以为他们提供基本条件。如果垂直集成SP要维持其OTN单位成本的竞争优势，这种服务竞争给他们施加压力，例如需要加快引入新技术。（2）购买、出售、或交换光纤的机会更多，甚至相互竞争的OTN运营商可以共享相同方向的光纤，甚至共享光缆。2新增加的本地网络成百上千个新崛起的本地电话公司（CLEC）都在为“小贝尔公司（Baby Bell）”提供服务，尤其是在通信集中区域如纽约曼哈顿地区，这些公司都在为许多关键的客户提供光连接服务。3Web宿主和运营商酒店那些满足运营商、ISP和因特网内容提供商（ICP）需求的设备正在改变整个行业的地理结构： （1）“运营商酒店”是由第三方经营的大楼，可以满足某些城市中新运营商驻地的需求，能够提供电信级别的基础设施。因此，可以满足他们所有管道、供电、环境和安全性方面的需求；可以提供一个成本分担的机会；可以方便CLEC、ISP和城市之间运营商之间的互连。（2）网页宿主站点也为ICP的大容量服务器和路由器提供类似的设备。（三）OTN技术的进步和发展趋势1SONET/SDH最新动态SONET/SDH对光网络之所以重要，涉及以下几点：（1）长途OTN基本采用SONET或SDH设备；（2）OTN许多方面采用了SONET/SDH的概念。SONET是20世纪80年代中期主要由贝尔通信研究所（Bellcore）发展的北美网络标准,并由美国国家标准协会（ANSI）予以标准化。该标准定义了两个SONET网元之间的接口。而SDH则是由国际电联（ITU）发展的类似于SONET的标准。SONET的实体是同步传送信号STS-1，其工作速率为51.84Mbit/s，其中49.5Mbit/s带宽用于承载净负荷，其余部分为开销。STS-1的帧结构是“面向字节”的，包含9行90列，其中4列是开销信息。帧速率为8000帧/s即周期为125s/帧。通常情况下，所有SONET信号都是双向，且每个方向的速率相同。STS-N信号（n1）是由n个STS-1信号经过字节间插而成。在电域传送时STS-N信号被称为“EC-n”；在光域传送时被称为“OC-n”，其中EC和OC分别表示“电载波”和“光载波”。SDH与SONET基本相似，其差异在于SDH的基帧传输速率是SONET的3倍，对应于SONET的STS-3，称为“STM-1”，其中STM表示同步传送模块。SONET的功能可以分解成3层，对于每个SONET网元，不必执行全部3层功能。各层及主要功能为：（1）通道层（path）：将特定的业务映射到SONET净荷中；端到端错误和状态监测；通道保护倒换；添加通道开销。（2）线路层（line）：将多个通道复用成一个STS-N信号；同步；错误和状态监测；线路保护倒换；添加线路开销。（3）段层（section）：成帧、扰码、其他物理层传输相关的预处理功能；添加段开销。（4）物理层（physical）：电光转换；完成实际光传输。2.光传送系统（Optical Transport Systems）(1)容量趋势光传送系统（OTrS）的容量增长非常迅速，据估计，该容量增长速度明显快于电子器件的摩尔定律。如图2所示的增长曲线，图中横坐标为时间，纵坐标为实际和预测的商业配置容量。图中给出10年之内，容量增加近256倍。这种容量的迅猛增长，来源于每通道速率的增加、波长间隔的减少以及总可用宽度的增加，是三者的综合影响的结果。图 2从这些趋势中可以推断推断出OTN体系结构的变化：随着波长数目增加，如果需要控制运行成本和复杂度，就有必要引入某种的机械式交叉连接设备。相对于容量的增长速度，OTrS总的成本上升速度更慢，因此单位成本（美金/吉比特）在下降。随着容量的快速增长以及单位成本的快速下降，它们已于快速增长的因特网形成了相互的促进关系。因特网的增长使得新技术更加经济合理而容量的快速增长和成本的下降，又极大地促进因特网业务的增长。（2）超长距离系统（Ultra Long Haul Systems）前面描述的OTrS系统要求每个波长信号传输500km左右，就需进行昂贵的光电光（OEO）再生处理。如果在OTrS中的每个波长多设置配备一只转发器，这样的转发器成本就可能超过所有复用/解复用器和OA的成本总和。因此，延长再生距离成为很吸引人的方向，拉曼放大、超强前向纠错（FEC）、以及动态功率管理上的技术进步，都是强有力的支持者。这些“超长距离（ULH）”技术使得OTrS能够支持几十个80km跨距的传输，将再生距离延时到3000km以上。然而，这也会带来成本问题：为了获得更长的再生距离，复用、解复用和放大的单波长成本明显会超过常规系统的成本。相对于传统系统，如果由再生器数量减少带来成本优势可以平衡每波长上的成本增长，ULH系统才有竞争优势。（3）更复杂的透明域转发器在光学上将透明域隔开，它被视为透明域的边界。图 3图3的配置中没有“环路（loop）”，如果再添加一条U-Y之间的链路，图中的配置就从任意两点之间仅存一条通路的“树”型拓扑变成更为通用的“网格网或网状网（mesh）”结构。不同的通道可以用于网络保护恢复，当然，损伤管理会更复杂一些。3.智能光网络（Intelligent Optical Networks）一直以来，光传送系统都在致力于加强软件功能的开发，然而，软件很难互通，不过这种现象正在改变。所有的系统集成商都可获得组成光传输系统所需的基本元器件，因此，硬件上的差别并不大。为了保持产品的特色，他们开始转向开发智能组网和管理软件。网络运营商利用智能软件来减少其运行费用，并且更好地为终端用户提供个性服务。智能特性主要体现在以下几个方面：（1）独立系统内部的“软光学”技术可以支持诸如动态功率均衡以及光学子系统的自动发现和重新配置等功能。（2）“网络就是数据库”的功能，可以减少网络运营者确定网络状态时所需的费用；同时可以提供网络的状态信息供用户查询。（3）借助于设备商提供的软件 图形用户界面（GUI），通过自动“点击式”的指配操作实现新的连接。对于网络运营商，这些发展具有很大的潜在吸引力，且受到很多关注。三、光网络的未来发展趋势和方向前文已经提到，目前广泛采用的通信网络是光电混合网络，但是，基于全光网络以下特点：1.充分利用了光纤的带宽资源，有极大地传输容量和极好的传输质量。WDM技术的采用开发了光纤的带宽资源，光域的组网减少了电光、光电转换，突破了电子瓶颈。2.全光网最重要的优点是其开放性。全光网本质上海斯完全透明的，即对不同的速率、协议、调制频率和制式的信号同时兼容，并允许几代设备（PDH/SDH/ATM）甚至与IP技术共存，共同使用光纤基础设施。3.全光网不仅扩大了网络容量，更重要的是易于实现网络的动态重构，可为大业务量的结点建立直通的光通道。利用光分插复用器可实现在不同的结点灵活地上、下波长，利用光交叉连接实现波长路由选择动态重构、网间互连、自愈功能。4.采用虚波长通道技术，解决了网络的可扩展性，节约网络资源（光纤、结点规模、波长数）。5.网络的吞吐量大、网络结构简化等。通信网络未来的发展趋势必然是全光网络，所以光网络的未来发展趋势和方向也必是全光网络，进而更好的为通信网络服务，为广大的用户服务。换言之，光网络的未来其实就是全光网络的未来。全光网络作为未来信息网的核心已经发展了几十年，创造了重大的成果，也有可喜的进步。从1980年以来的30年间，随着光器件的发展和光系统的演进，光传输系统的容量已从Mbit/s发展到Tbit/s，提高了近10万倍。我们能清楚地看到采用WDM系统改变了光传输系统容量的增长方式，突破了电子瓶颈或电子极限的限制。虽然图4中没有涉及到光空分复用、光时分复用和光码分复用等复用技术，但上述的复用技术分别从空间域、时间域和码字域的角度拓展了光通信系统的容量，丰富了光信号交换和控制的方式，开拓了全光放大和全光网络的新篇章。 从理论上讲，全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现，而不需要经过光/电、电/光变换。也就是说，信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内。 在光网络协议标准方面，同步数字序列（SDH）、异步传递模式（ATM）、传输控制协议/因特网协议（TCP/IP）以及近期确定的多标记协议交换（MPLS），都是最近十几年来具有里程碑意义的技术成果，是目前人们组建全光网络的主要依据。 在波分复用技术提出以后，波长本身成为组网（分插、交换、路由）的资源。一旦组网成功，光通信技术将不仅仅提供巨大带宽，同时衍生出一系列的可优化使用这些带宽的组网资源。这种组网资源目前集中在波长上，将来会细化到光时隙上或光分组上。 WDM全光网络是基于WDM技术，以波长作为组网资源，灵活可靠、性能稳定的光网络，它可以划分为长途骨干网、区域网和城域网三个等级。本地数据业务通过本地节点提供的业务接口，如以太网接口、SDH接口、ATM接口等，接入WDM全光网络。WDM全光网络通过波长路由机制实现路由选择，具有良好的可扩展性、可重构性和可操作性。 当然，从具体技术角度看，WDM全光网络还存在着许多亟待解决的问题。首先，还没有光逻辑器件，这就使得电层的许多结论和应用方案必须要加上许多限制条件才能用到光层上；其次，光集成技术可以说刚刚起步，还很难预测其发展速度和对光网络建设的影响力；第三，光节点技术本身的稳定性、成本还是个难于确知的问题；第四，技术竞争和市场竞争都是复杂的事情，网络功能的增强一般是以增加复杂性和成本为代价的，要取得较好的性价比不是容易的事情；最后，兼容现有网络、充分利用已铺设的光纤资源和开拓全新的建网思想，两者之间还具有许多冲突。随着这些问题的解决，未来的全光网络将进入Tbit/s容量的网络时代，同时为用户提供速率透明、性能可靠的多业务（包括IP业务）接入。 据统计，IP业务每年翻一番，而语音业务每年增长7%；2000年，北美地区的IP业务已超过语音业务。光纤通信系统为宽带网络提供了更高速率、更高可靠性的链路传输，同时光网络提供的组网能力进一步提高了现有网络和协议的灵活性和可扩展性。 随着在光域进行的信息处理能