光纖通信技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探討

郭斌

摘要：本文分析了光纖通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r以及趨勢(shì)，研究了光纖通信技術(shù)在核心網(wǎng)、城域網(wǎng)以及接入網(wǎng)當(dāng)中的最新應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù);發(fā)展;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）12-0028-02

當(dāng)代電子通信領(lǐng)域當(dāng)中，光纖通信技術(shù)是非常重要的一門(mén)技術(shù)，它對(duì)于推動(dòng)我國(guó)成為網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)有著非常重要的作用。光纖即光導(dǎo)纖維，光纖通信就是以光波為載體，以光纖為媒介的一種通信方式，其具備通信容量大、安全性好、抗干擾能力強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，這使得光纖通信技術(shù)成為當(dāng)代電子通信領(lǐng)域的主流技術(shù)之一[1]。

1 光纖通信技術(shù)的發(fā)展

1.1 光纖通信技術(shù)發(fā)展近況分析

光纖通信是一個(gè)必然的趨勢(shì)，在目前已經(jīng)成為通信領(lǐng)域非常重要的一項(xiàng)技術(shù)，其應(yīng)用非常的廣泛。比方說(shuō)現(xiàn)在的城域網(wǎng)核心骨干網(wǎng)就是光傳送網(wǎng)，即OTN[2]。從早期單通道2.5Gbit/s的速率發(fā)展到40Gbit/s以上的速率，這樣飛躍式變化，只用了30年時(shí)間，而且400Gbit/s的速率基本實(shí)現(xiàn)了商業(yè)營(yíng)業(yè)。在這一階段的發(fā)展中，光纖通信技術(shù)中發(fā)展出了高速光探測(cè)、高速電光調(diào)制、相干檢測(cè)、光數(shù)字處理、偏振復(fù)用、超通道等技術(shù)，其中超通道技術(shù)可以使光纖單通道速率達(dá)到甚至超過(guò)1Tbit/s。

1.2 光通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著三網(wǎng)融合進(jìn)程的推進(jìn)，以及用戶對(duì)寬帶業(yè)務(wù)需求的變化，要求寬帶速率必須更快，帶寬容量必須更大，特別是目前5G第一階段全功能標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)完成，商用即將到來(lái)的當(dāng)下，5G、4K/8K視頻、VR/AR、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、端用戶服務(wù)控制等新興應(yīng)用及服務(wù)將進(jìn)一步的推動(dòng)光通信技術(shù)的快速發(fā)展[3]。實(shí)際上僅就5G而言，未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)的是光纖通信必將朝著低延時(shí)、超帶寬、高可靠性、開(kāi)放協(xié)同以及業(yè)務(wù)快速發(fā)放等五個(gè)方向上演進(jìn)，而與之相對(duì)應(yīng)的光纖通信技術(shù)，同樣會(huì)發(fā)展得與之匹配，具體而言會(huì)在網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、傳輸、管控以及器件四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。其中十分顯著的一個(gè)趨勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)單波速率還將進(jìn)一步提升。當(dāng)然，從近期的狀況來(lái)看，以城域網(wǎng)為例，城域網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中OTN和PTN在逐步朝著融合的趨勢(shì)邁進(jìn)，具體而言就是在過(guò)渡向POTN，所謂POTN是OTN與PTN深度融合的一種光網(wǎng)絡(luò)，在三網(wǎng)融合背景下，POTN可能成為新一代網(wǎng)絡(luò)融合的希望之光。進(jìn)一步的，隨著5G的即將到來(lái)，OTN的SDH（軟件定義光網(wǎng)絡(luò)）化也將是主要趨勢(shì)之一。

2 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

光纖通信技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，以目前來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+行動(dòng)、高清視頻、云計(jì)算、自動(dòng)化控制等等領(lǐng)域均有光纖通信技術(shù)的應(yīng)用。為此基于上一節(jié)對(duì)光通信技術(shù)發(fā)展近況以及發(fā)展趨勢(shì)的簡(jiǎn)單分析，在本節(jié)中筆者擬從核心網(wǎng)、城域網(wǎng)以及接入網(wǎng)三個(gè)方面來(lái)分析光纖通信技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 核心網(wǎng)

2.1.1 OTN組網(wǎng)關(guān)鍵

目前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的骨干網(wǎng)絡(luò)是OTN，它是一種剛性帶寬通道，網(wǎng)絡(luò)接口固定速率，但是其可擴(kuò)展性非常理想，可提供大寬帶，而且其本身網(wǎng)絡(luò)延時(shí)就比較低，在5G即將來(lái)臨的當(dāng)下，OTN的上述特點(diǎn)基本滿足5G的要求。OTN網(wǎng)絡(luò)的定位是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的骨干傳送網(wǎng)，其網(wǎng)元包含光終端復(fù)用站（OTM），光線路放大站（OLA），光分插復(fù)用站（OADM其中包括兩種模式FOADM和ROADM）以及電中繼站REG。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式可以是鏈形，也可以是星型、環(huán)形等。

在組網(wǎng)當(dāng)中重點(diǎn)要把握如下幾個(gè)應(yīng)用要點(diǎn)。

（1）OTN設(shè)備組網(wǎng)必須要考慮光功率。在組網(wǎng)之前必須要針對(duì)光功率進(jìn)行預(yù)算。（2）必須要考慮色散，因?yàn)镺TN組網(wǎng)當(dāng)中，色散的影響較大，當(dāng)傳輸距離超過(guò)色散容限，必須要進(jìn)行色散補(bǔ)償。（3）OTN組網(wǎng)中光信噪比是限制光傳輸距離的重要因素之一，在OTN組網(wǎng)中，按照光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南的說(shuō)法，光信噪比稱OSNR值，該值的大小將決定光網(wǎng)絡(luò)最終信號(hào)的質(zhì)量。按照10GOTU來(lái)看，OSNR值最好25dB。（4）考慮非線性效應(yīng)的抑制問(wèn)題，特別是kerr效應(yīng)必須要抑制，否則會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)串?dāng)_和功率代價(jià)。

2.1.2 基于5G的OTN演進(jìn)

基于本文第一節(jié)中的分析，軟件定義光網(wǎng)絡(luò)是非常重要的一個(gè)趨勢(shì)，基于該趨勢(shì)，伴隨SDN的引入，OTN可以演進(jìn)為SDON網(wǎng)絡(luò)。而基于SDON來(lái)看，現(xiàn)在的應(yīng)用方案尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，要實(shí)現(xiàn)商用還需要突破一些技術(shù)難點(diǎn)，包括可擴(kuò)展技術(shù)，如何實(shí)現(xiàn)以用戶請(qǐng)求為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接服務(wù)，如何跨管理域?qū)崿F(xiàn)OVPN控制和端到端業(yè)務(wù)鏈接，如何保證端到端鏈接低抖動(dòng)、低延遲，如何協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)資源等等。但是SDON是5G時(shí)代不可忽視一大光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，為此也有必要針對(duì)目前已有的SDON應(yīng)用方案進(jìn)行分析。以目前的SDON方案來(lái)看核心點(diǎn)在于SDN controller和可編程的SDN傳送層。

SDN controller是SDN系統(tǒng)的大腦，目前其實(shí)現(xiàn)方式上有三個(gè)研究的方向。（1）SDN與OpenFlow協(xié)議，它取代ASON與GMPLS和PCE架構(gòu)，是對(duì)現(xiàn)有分布式控制架構(gòu)的一種顛覆。（2）直接運(yùn)用PCE機(jī)制，在PCE中統(tǒng)一信令等分布式控制功能，使用PCEP協(xié)議。（3）SDN和OpenFlow兼容ASON與PCE相關(guān)功能，從而實(shí)現(xiàn)SDON的順利過(guò)度。

可編程的SDN傳送層，其重要特性就是可編程，而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就需要基于SDN Controller。并基于SDO以及Flex Grid器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。SDO（software defined optical）能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償算法與頻譜效率可編程，前者意味著FEC類型與格式與損傷補(bǔ)償算法可變，后者意味著子載波復(fù)用與調(diào)制方式可變，從而適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)場(chǎng)景與業(yè)務(wù)的變化。Flex Grid（Tunable Mux/Demux，WSS）能夠?qū)崿F(xiàn)柵格寬度與光譜形狀可編程。

2.2 城域網(wǎng)

從城域網(wǎng)的角度來(lái)看，現(xiàn)在主要追求的是用一張網(wǎng)解決所有問(wèn)題。目前比較可行的應(yīng)用方案在于OTN+PTN融合為POTN網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)槟壳俺怯蚓W(wǎng)匯聚層面臨著設(shè)備成本高、運(yùn)維成本居高不下、設(shè)備利用率低、機(jī)房空間不足，功耗等挑戰(zhàn)。在解決城域網(wǎng)問(wèn)題中，POTN是非?？尚械囊环N方案。目前POTN的主要應(yīng)用模式如下。

現(xiàn)階段POTN主要運(yùn)用在匯聚層和核心層。其中在匯聚層中運(yùn)用時(shí)，應(yīng)考慮OTN是否下沉至匯聚層。此時(shí)可以將OLT直接連接PTN，然后基于PTN演進(jìn)為POTN，這可不用重復(fù)建設(shè)OTN。如果說(shuō)OLT上聯(lián)業(yè)務(wù)緊張的區(qū)域，而且OTN已下沉至匯聚層，那么此時(shí)可以將OLT與OTN相聯(lián)，用PTN來(lái)承載專線和移動(dòng)業(yè)務(wù)。若需求100GE的寬帶，那么匯聚層的PTN在目前存在瓶頸，要升級(jí)最好的方式就是用POTN設(shè)備搭建統(tǒng)一的平臺(tái)。因?yàn)樵赑OTN中100GE的PTN是一個(gè)子集，在POTN中100GE是必須具備的接口[（OTU4）NNI接口、UNI/NNI接口]在分組業(yè)務(wù)以及CBR業(yè)務(wù)綜合承載上效果好。100GE的PTN在城域網(wǎng)中作為純PTN設(shè)備存在于核心層中，用于承載LTE業(yè)務(wù)。對(duì)于LTE向下兼容的無(wú)線回程網(wǎng)業(yè)務(wù)如2G/3G用MPLS-TP over ODUK承載，當(dāng)接入POTN節(jié)點(diǎn)后，使用100GE/40GE/10GE接口接入核心層OTN，并以此為節(jié)點(diǎn)調(diào)度至其他PTN節(jié)點(diǎn)。LTE業(yè)務(wù)，用MPLS-TP over ODUK模式、使用L2/L3橋接，接入POTN后用100GE級(jí)以下節(jié)后與OTN連接實(shí)現(xiàn)L3VPN業(yè)務(wù)，OTN調(diào)度至出口干線PTN節(jié)點(diǎn)。專線業(yè)務(wù)使用L2VPN OVER MPLS-TP OVER ODUK的方式進(jìn)行承載，如果需要CBR業(yè)務(wù)，則用L1 OVER ODUK方式。而OLT業(yè)務(wù)，使用L1OVER ODUK方式，接入POTN節(jié)點(diǎn)。

2.3 接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是直接面對(duì)用戶一側(cè)的網(wǎng)絡(luò)，目前隨著三網(wǎng)融合以及光纖到戶的推動(dòng)，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)FTTH。以目前來(lái)看要實(shí)現(xiàn)FTTH有兩種方案，包括GPON和EPON，二者都是在PON技術(shù)上演進(jìn)出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)族。其中GPON的優(yōu)勢(shì)要更加明顯，在業(yè)界是被公認(rèn)的未來(lái)FTTH的主流技術(shù)。下文則基于GPON分析FTTH的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。

GPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和PON近似，即局端OLT引出一條主干光纜，經(jīng)ODN后分光連接用戶側(cè)多個(gè)ONU或者ONT。FTTH是一條光纖直達(dá)用戶側(cè)，用戶獨(dú)享一條光纖，而帶寬容量則需要用戶向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)相應(yīng)的帶寬容量，現(xiàn)在最大是100M獨(dú)享帶寬。在FTTH接入當(dāng)中要著重考慮好用戶的需求。家庭用戶主要的需求就是有線電視和上網(wǎng)，這兩個(gè)業(yè)務(wù)為占據(jù)帶寬的較大部分。為此在設(shè)計(jì)中需要提前估算好帶寬容量，分類考慮各業(yè)務(wù)所需帶寬要求。以最低要求來(lái)論，互聯(lián)網(wǎng)接入至少需要4M下行帶寬，1M上行帶寬，帶寬并發(fā)比例約1.25，VoIP下行帶寬約0.1M，上行約0.1M，帶寬并發(fā)比例約0.2，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)下行帶寬需求0.01M，上行1M，帶寬并發(fā)比例1（業(yè)務(wù)申請(qǐng)比例約30%）。IPTV（2高清、1標(biāo)清）下行帶寬需求至少19M，帶寬并發(fā)比例1，VOD至少下行需要8M，上行0.1M，帶寬并發(fā)比例0.5（業(yè)務(wù)申請(qǐng)比例按30%）總計(jì)需要下行帶寬31.11M，上行2.2M。據(jù)此計(jì)算100線上行帶寬占用至少58.5M，下行222.3M（均不含IPTV組播）。基于對(duì)帶寬占用的計(jì)算，即可以比較容易的規(guī)劃GPON光纖的上下行帶寬。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，光纖通信技術(shù)是目前電子通信領(lǐng)域的主流技術(shù)之一，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。而隨著4G應(yīng)用深入以及5G的到來(lái)，以太網(wǎng)專線以及家庭寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展迅猛，對(duì)更加強(qiáng)大的光網(wǎng)絡(luò)需求會(huì)越發(fā)旺盛，這必將會(huì)推動(dòng)光纖通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。本文對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，可能存在不足，但希望能夠與業(yè)內(nèi)同人共同探討，為推動(dòng)光纖通信技術(shù)的進(jìn)步而做出一定貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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Application and Development Trend of Optical Fiber Communication Technology

GUO Bin

（Yangzhou Wanfang Electronic Technology Co.， Ltd. ， Yangzhou Jiangsu? 225006）

Abstract：In this paper the development status and trend of optical fiber communication technology are analyzed， and the latest applications of optical fiber communication technology in core network， metropolitan area network and access network are studied for reference only.

Key words：optical fiber communication technology; development; application