城域粗波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：本文是從城域光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)以及業(yè)務(wù)市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)粗波分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)粗波分復(fù)用技術(shù)在城域光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：城域光網(wǎng)絡(luò)；波分復(fù)用；粗波分復(fù)用；應(yīng)用分析

由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)和業(yè)務(wù)模式的日益多樣化，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)、提高容量和效率的需求正在推動(dòng)城域網(wǎng)從現(xiàn)在的基于SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變?yōu)閯?dòng)態(tài)的、智能的多業(yè)務(wù)光網(wǎng)絡(luò)。城域光網(wǎng)絡(luò)是一種新興的組網(wǎng)方案，使業(yè)務(wù)提供者在擁有靈活的高容量網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，避免頻繁的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)或敷設(shè)更多的光纖，從而經(jīng)濟(jì)地升級(jí)為具有未來安全性的網(wǎng)絡(luò)。

WDM技術(shù)和隨之而來的帶寬爆炸式增長(zhǎng)正在促進(jìn)新的電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。波分復(fù)用技術(shù)是目前滿足急劇增長(zhǎng)傳輸容量需求的有效技術(shù)，WDM系統(tǒng)已經(jīng)在長(zhǎng)途網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，由于業(yè)務(wù)需求的提高和業(yè)務(wù)特性的變化，WDM正在從網(wǎng)絡(luò)核心向城域和接入領(lǐng)域擴(kuò)張，目標(biāo)是給終端用戶帶來光組網(wǎng)的成本效率和網(wǎng)絡(luò)效率。

1 城域光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)

1.1 城域光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通常，城域光網(wǎng)絡(luò)（MON）是指跨度為幾百公里的光網(wǎng)絡(luò)，一般為大型的、用戶比較集中的城市地區(qū)提供服務(wù)。MON在長(zhǎng)途網(wǎng)和接入網(wǎng)之間提供橋梁，將接入網(wǎng)中企業(yè)/個(gè)人用戶的各種客戶協(xié)議互聯(lián)到骨干業(yè)務(wù)提供者的網(wǎng)絡(luò)。

在MON中，光業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備幾個(gè)基本的結(jié)構(gòu)特征，以滿足MON的網(wǎng)絡(luò)要求。多協(xié)議傳送是MON必備的特征。理想的MON的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上就應(yīng)該能夠傳送ATM信元、IP分組、以太網(wǎng)的幀和TDM電路等，將相應(yīng)的業(yè)務(wù)流傳送到POP的ATM交換機(jī)、IP路由器和DCS等。

光業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)必須支持環(huán)形拓?fù)?，以保證現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施有序地升級(jí)，并保持TDM應(yīng)用所需要的保護(hù)和恢復(fù)功能，而且光業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)必須能夠在點(diǎn)到點(diǎn)星型拓?fù)渲虚_展，因?yàn)樾切徒Y(jié)構(gòu)在為高速Internet接入或類似的非電路應(yīng)用而優(yōu)化的接入網(wǎng)中越來越流行。最后，光核心網(wǎng)要求網(wǎng)狀拓?fù)浜捅Ｗo(hù)支持，這在局間設(shè)備和POP互聯(lián)的情況下經(jīng)常使用。獲得運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵是開展和管理一個(gè)支持混合拓?fù)渑渲玫木W(wǎng)絡(luò)能力。

光業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)采用WDM技術(shù)來滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)擴(kuò)容性的要求，此時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)關(guān)鍵因素。首先，WDM的使用必須全方位擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，傳送高端接入業(yè)務(wù)。對(duì)于業(yè)務(wù)只占用波長(zhǎng)容量的一部分的接入環(huán)境來說，光業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)需要在各節(jié)點(diǎn)間有效地共享容量，否則采用WDM技術(shù)就不夠經(jīng)濟(jì)。其次，運(yùn)營(yíng)者必須能夠靈活地、有選擇地開展WDM技術(shù)。當(dāng)單個(gè)波長(zhǎng)的容量用盡時(shí)，有時(shí)“點(diǎn)亮”另外一根光纖比采用WDM更為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。光業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠根據(jù)運(yùn)營(yíng)者的特殊需要靈活地?cái)U(kuò)展容量。

1.2 城域光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)

城域光網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)在的長(zhǎng)途光網(wǎng)絡(luò)明顯不同。在長(zhǎng)途網(wǎng)中，容量最為重要，采用DWDM技術(shù)來提高給定光纖傳輸鏈路的信號(hào)承載容量。設(shè)備制造商的開發(fā)重點(diǎn)是復(fù)用的密度，使每條光纖達(dá)到最高的波道數(shù)，為運(yùn)營(yíng)公司最大限度地節(jié)省成本。

城域光網(wǎng)絡(luò)則互聯(lián)一個(gè)城市或地區(qū)內(nèi)的LEC的中心局4、ISP的POP、數(shù)據(jù)網(wǎng)集中和集成站，IXC的POP以及大型企業(yè)等?，F(xiàn)在的城域WDM市場(chǎng)已安裝了大量的低比特率同步和異步傳輸設(shè)備、短環(huán)、小型交叉連接設(shè)備和對(duì)帶寬要求各異的用戶設(shè)備，因此對(duì)系統(tǒng)的靈活性、透明性、動(dòng)態(tài)配置能力有更高的要求。在城域光網(wǎng)絡(luò)中，下列因素比鏈路容量更為重要：⑴透明性：支持TDM和ATM、千兆比特以太網(wǎng)、ESCON和Fiber Channel等各種數(shù)據(jù)信號(hào)格式的能力；⑵擴(kuò)容性：迅速支持對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路容量的需求的能力，更為重要的是支持對(duì)現(xiàn)有SDH環(huán)網(wǎng)的各跨距容量需求的能力；⑶動(dòng)態(tài)配置：快速（以天而不是以月為單位）提供VPN和帶寬專線等高帶寬業(yè)務(wù)的能力。

城域光網(wǎng)絡(luò)是在短期和長(zhǎng)期都具有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的組網(wǎng)方案，具有擴(kuò)容性、多業(yè)務(wù)提供能力、透明性和靈活性等特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)能夠滿足不斷變化的市場(chǎng)需求，即具有未來安全性。

2 粗波分復(fù)用城域網(wǎng)的應(yīng)用分析

傳統(tǒng)的城域傳輸網(wǎng)絡(luò)完全伴隨業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，這在前幾年電信業(yè)務(wù)還只是話音業(yè)務(wù)、運(yùn)營(yíng)商也只是中國(guó)電信一家時(shí)還是可行的。而在新時(shí)期數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（特別是IP業(yè)務(wù)）呈爆炸式增長(zhǎng)，電信市場(chǎng)也處于多家運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)的形勢(shì)下，城域傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再是純粹作為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載體而存在。由于近幾年傳輸技術(shù)的發(fā)展，傳輸網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的界限也趨于模糊。因此運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該改變?cè)械膫鬏斁W(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營(yíng)思路，光傳輸網(wǎng)絡(luò)必須從單純的業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)向混合的服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，客戶化、服務(wù)差異化和網(wǎng)絡(luò)智能化日趨明顯。

2.1 波分復(fù)用在城域網(wǎng)的建設(shè)策略

城域傳送網(wǎng)通常分為骨干、匯聚、接入層。建設(shè)層次清晰，功能明確的城域網(wǎng)將成為運(yùn)營(yíng)公司在日后的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容、升級(jí)、運(yùn)維節(jié)省可觀的投入。城域傳送網(wǎng)可以分三層建設(shè)，也可以分兩層即骨干/匯聚層、接入層來建設(shè)。前者適合于大城市或運(yùn)營(yíng)公司的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，后者適合于中小型城市或新興運(yùn)營(yíng)區(qū)域。兩層結(jié)構(gòu)部署簡(jiǎn)單、快捷，能快速增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性相對(duì)較差。

⑴骨干層。骨干層由于省會(huì)大城市的用戶眾多。昂貴的DWDM設(shè)備可以由城域網(wǎng)內(nèi)所有用戶分?jǐn)?，凈成?bit可以達(dá)到一個(gè)較低的水平，因此在業(yè)務(wù)量特別大且預(yù)計(jì)未來業(yè)務(wù)流量將保持較高增長(zhǎng)速度的區(qū)域新建城域核心傳輸網(wǎng)時(shí)，建議優(yōu)先采用DWDM技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)在于可以將當(dāng)前單獨(dú)組網(wǎng)的IP寬帶網(wǎng)和城域傳輸網(wǎng)的核心層統(tǒng)一到一個(gè)城域波分物理平臺(tái)上，由此平臺(tái)提供的波長(zhǎng)資源分別承載SDH、MSTP和IP寬帶業(yè)務(wù)，這樣不僅有利于網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，而且還可通過靈活調(diào)度波長(zhǎng)資源，快速滿足IP網(wǎng)迅速增長(zhǎng)的帶寬要求，解決光纖直連方式對(duì)光纖資源的快速消耗問題，以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。

⑵匯聚層。匯聚層負(fù)責(zé)將本地交換局或者具有AAA功能、完成接入、流量控制的數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)，匯聚層以多業(yè)務(wù)匯聚、傳送、調(diào)度和處理為核心，對(duì)帶寬需求的多樣化，要求匯聚層可擴(kuò)展性高、成本低，匯聚層設(shè)備對(duì)組網(wǎng)能力、業(yè)務(wù)匯聚特別是分組業(yè)務(wù)的匯聚內(nèi)陸要求高。因此，對(duì)于匯聚層來說，當(dāng)城域全范圍或局部區(qū)域業(yè)務(wù)量很大且光纜緊張，傳輸需擴(kuò)容時(shí)可以使用CWDM技術(shù)甚至DWDM技術(shù)。

⑶接入層。接入層由于CWDM技術(shù)還存在成本偏高的問題，暫時(shí)還不會(huì)是接入層的主流技術(shù)，但對(duì)于光纖資源缺乏的局部區(qū)域，可考慮采用低成本的CWDM技術(shù)。一般認(rèn)為，對(duì)于較大的城域網(wǎng)，在核心層和匯聚層，傳輸網(wǎng)與IP網(wǎng)宜分別組網(wǎng)，即少量使用MSTP技術(shù)，IP網(wǎng)的承載可通過光纖、DWDM/CWDM的波長(zhǎng)直連，也可通過傳輸網(wǎng)的帶寬通道提供。

2.2 粗波分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)

粗波分復(fù)用技術(shù)（CWDM）最初用于多模光纖中傳輸數(shù)字視頻信號(hào)。而隨著城域網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展，粗波分復(fù)用技術(shù)正逐漸顯現(xiàn)出其在系統(tǒng)成本、性能及可維護(hù)性等方面的優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)被定位于城域網(wǎng)傳輸平臺(tái)中的業(yè)務(wù)匯聚層，它與密集波分復(fù)用DWDM的區(qū)別主要是：CWDM載波通道間距較寬，其波長(zhǎng)間隔為20nm；DWDM的波長(zhǎng)間隔在1.6nm以下，同一根光纖上CWDM復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)要少得多。由于目前城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)靈活多樣，帶寬顆粒分布幾乎沒有嚴(yán)格的規(guī)律及可預(yù)見性，因此對(duì)傳輸系統(tǒng)的適應(yīng)性要求很高；同時(shí)，城域網(wǎng)中的業(yè)務(wù)特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，需要在光層全面考慮其業(yè)務(wù)的可靠性及QoS保障，因而波分復(fù)用技術(shù)引入城域網(wǎng)已是大勢(shì)所趨。隨著寬帶需求遍及邊緣網(wǎng)絡(luò)，低價(jià)傳輸系統(tǒng)對(duì)于接入網(wǎng)和城域網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商而言就顯得非常迫切。CWDM為城域網(wǎng)和截然網(wǎng)提供了一種可升級(jí)的體系結(jié)構(gòu)，且越來越被廣泛地接受。ITU認(rèn)為CWDM特別適合50km以內(nèi)容量不是特別大的短距、高帶寬、接入點(diǎn)密集的應(yīng)用場(chǎng)合，因?yàn)檫@樣可以有效降低運(yùn)營(yíng)成本。

低成本的設(shè)計(jì)使CWDM系統(tǒng)可以采用較為簡(jiǎn)單的控制電路，在單個(gè)模塊中就可以實(shí)現(xiàn)多路光收發(fā)器。DWDM系統(tǒng)的激光器尺寸大約是CWDM系統(tǒng)激光器的尺寸體積的5倍；CWDM設(shè)備可以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊的臺(tái)式或盒式設(shè)備，以方便維護(hù)。一個(gè)完成8路匯聚的DWDM系統(tǒng)需要4個(gè)2.6m機(jī)架、24個(gè)機(jī)盤；而CWDM系統(tǒng)可以是僅為1U高的標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)盒，大大節(jié)省了空間資源。所以，CWDM技術(shù)充分適應(yīng)了城域傳輸網(wǎng)傳輸距離短的特點(diǎn)：即不必使用長(zhǎng)途DWDM必須使用的外調(diào)制器和光放大器，波長(zhǎng)數(shù)的增加和擴(kuò)展不必受光放大器頻帶的限制，允許使用波長(zhǎng)間隔較寬、波長(zhǎng)精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器/分波器和其他元件，使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降。在1270-1610nm的整個(gè)光纖傳輸窗口上，可以以比DWDM系統(tǒng)寬得多的波長(zhǎng)間隔進(jìn)行波分復(fù)用。

CWDM技術(shù)的不足之處在于在單根光纖上支持的復(fù)用波長(zhǎng)個(gè)數(shù)較少，直接導(dǎo)致日后擴(kuò)容成本較高。此外，要想完全利用其近400nm的光纖工作帶寬范圍，建設(shè)一個(gè)如16波的CWDM系統(tǒng)，其中包括1380nm的高損耗區(qū)，普通的光纖根本就無法適應(yīng)，需敷設(shè)損耗“平坦”的全波光纖才能滿足要求。考慮到成本、開通系統(tǒng)速率、傳輸距離等多方面的因素，一般城域網(wǎng)內(nèi)只采用G.652光纖，全波光纖能否推動(dòng)CWDM技術(shù)的推廣還需實(shí)踐檢驗(yàn)。

2.3 CWDM在城域網(wǎng)的應(yīng)用

在城域網(wǎng)范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)成本主要來源于接入端設(shè)備的成本而非傳輸線路成本。目前適合城域網(wǎng)的DWDM還存在長(zhǎng)途網(wǎng)的特點(diǎn)，且為端到端的邏輯連接，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不靈活，還不能適應(yīng)城域網(wǎng)內(nèi)復(fù)雜機(jī)動(dòng)的多邏輯拓?fù)洹?/p>

CWDM系統(tǒng)延續(xù)了DWDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有DWDM技術(shù)所不具備的低成本、低功耗、小尺寸等一些優(yōu)點(diǎn)，在0～80km內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較高的性能價(jià)格比，解決了困擾城域網(wǎng)建設(shè)的性價(jià)比問題，并利用了現(xiàn)有城域光纖基礎(chǔ)設(shè)施，滿足了未來小型城域網(wǎng)及大型城域網(wǎng)匯聚、接入層業(yè)務(wù)所需要的帶寬。

CWDM技術(shù)在城域網(wǎng)中適用與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、以太網(wǎng)、SDH環(huán)等各種流行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，特別適合短距離、高帶寬、接入點(diǎn)密集的應(yīng)用場(chǎng)合，如大樓內(nèi)或大樓之間的網(wǎng)絡(luò)通信。CWDM系統(tǒng)和DWDM系統(tǒng)一樣能夠支持多業(yè)務(wù)接口，具有廣泛的適應(yīng)性。CWDM系統(tǒng)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：⑴CWDM傳輸系統(tǒng)可以和路由器結(jié)合組織匯聚層網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成寬帶IP城域網(wǎng)。CWDM系統(tǒng)可為路由器和ATM交換機(jī)提供光纖直連接口，實(shí)現(xiàn)IP over optical。在IP over CWDM的環(huán)境下可以與百兆比特或GE以太網(wǎng)無縫連接，中間不需要格式轉(zhuǎn)換?？梢詫WDM系統(tǒng)直接與路由器相連，直接驅(qū)動(dòng)CWDM設(shè)備以傳輸多路千兆以太網(wǎng)光信號(hào)，并可根據(jù)需要逐步增加波長(zhǎng)通道。⑵CWDM系統(tǒng)允許運(yùn)營(yíng)商提供透明的以波長(zhǎng)為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)，可以兼容在城域網(wǎng)中已得到廣泛應(yīng)用的1310nm的SDH系統(tǒng)，提供SDH接口，實(shí)現(xiàn)IP over SDH。⑶CWDM系統(tǒng)也可以通過使用OUT和OADM接入DWDM骨干層，各波長(zhǎng)和數(shù)據(jù)流都可以進(jìn)行分/插，與使用標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng)互聯(lián)或成環(huán)。⑷在寬帶拉曼放大環(huán)境下，CWDM技術(shù)好具有應(yīng)用于長(zhǎng)途傳輸?shù)哪芰?。⑸CWDM可與PON搭配使用。PON是一種廉價(jià)的、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，通過與CWDM相結(jié)合，每個(gè)單獨(dú)波長(zhǎng)信道都可作為PON的虛擬光鏈路，實(shí)現(xiàn)中心節(jié)點(diǎn)與多個(gè)分布節(jié)點(diǎn)的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。

3 結(jié)束語

WDM技術(shù)一直在高速發(fā)展，也將在未來較長(zhǎng)的一段時(shí)間作為傳輸?shù)闹饕夹g(shù)。它向兩個(gè)方向發(fā)展。一是更多的通道數(shù)更大的通信容量；二是更低的成本。DWDM和CWDM分別是這兩個(gè)方向的典型技術(shù)。

作為網(wǎng)絡(luò)的物理層傳輸平臺(tái)，CWDM發(fā)展的趨勢(shì)是高帶寬和低成本，這和DWDM技術(shù)所努力的方向是一樣的，但這兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)兩者來說優(yōu)先順序是不同。與長(zhǎng)途DWDM把盡可能通過帶寬作為首要目標(biāo)不同，CWDM必須把降低成本放在首位。目前短途波分復(fù)用設(shè)備并沒有像預(yù)測(cè)那樣大量裝備，主要原因是CWDM成本還沒有低到讓大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商心動(dòng)。波分復(fù)用技術(shù)繼WAN之后，將在城域網(wǎng)，甚至局域網(wǎng)發(fā)揮巨大作用。隨著器件性能不斷提高，成本不斷降低，CWDM通道越來越密集，DWDM成本越來越低，兩者將合二為一，實(shí)現(xiàn)未來理想的光網(wǎng)絡(luò)。