NTT等六機構(gòu)成功實驗彈性光匯聚網(wǎng)未來網(wǎng)絡(luò)將更加靈活

特約撰稿人|宋向東

隨著FTTH服務(wù)的普及，光纖接入網(wǎng)除了要承載傳統(tǒng)的FTTH服務(wù)、高清視頻等傳輸業(yè)務(wù)以及移動業(yè)務(wù)外，還要承載物聯(lián)網(wǎng)等各種服務(wù)。同時，用戶對網(wǎng)絡(luò)安全性、靈活性、智能化、業(yè)務(wù)流量平衡等諸多方面也都有了更高的要求。在此情況下，彈性光匯聚網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生。

日前，NTT等6家公司宣布成功進行了彈性光匯聚網(wǎng)絡(luò)(EλAN)的實驗，并成功進行了網(wǎng)絡(luò)自主恢復實驗。

實驗由NTT、日立、OKI、慶應(yīng)大學、KDDI研究所和古河電工等6家機構(gòu)共同進行，各機構(gòu)承擔的研發(fā)課題及成果詳見后面分項說明。

EλAN就是在使用自適應(yīng)OFDM調(diào)制技術(shù)的同時，在城域網(wǎng)局所與用戶之間的用戶接入網(wǎng)中接入波長選擇開關(guān)，用來傳輸光信號的網(wǎng)絡(luò)。此次由6個機構(gòu)組織的實驗對EλAN的實用性和可靠性進行了驗證。預計該技術(shù)可以適應(yīng)各種服務(wù)，目標是2030年前實現(xiàn)普遍應(yīng)用。

OFDM正交頻分復用技術(shù)把信道分成若干個正交子信道(副載波)，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。在EλAN中，通過使用能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異光頻譜效率數(shù)字相干光的OFDM傳輸方案，并利用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)，可以進行大規(guī)模、多業(yè)務(wù)收容，并可實現(xiàn)通信速度自由伸縮（彈性）和進行光頻帶分配。此外，這是世界上首次完成在數(shù)字相干自適應(yīng)調(diào)制OFDM傳輸?shù)姆绞缴?，通過OLT的內(nèi)部動態(tài)帶寬分配算法，在不依賴從城域網(wǎng)局所到用戶家中ONU的距離情況下，通過波長選擇開關(guān)，實現(xiàn)了可對任何用戶公平分配傳輸速度。

NTT開發(fā)出OLT動態(tài)帶寬分配算法

目前用戶光纖接入網(wǎng)中，PON是主要方式，它采用的標準主要有B-PON（寬帶PON）、GE-PON（千兆位以太網(wǎng)PON）、G-PON（吉比特PON）等?，F(xiàn)在最常用的是后兩種。

PON下行通信信號從OLT向其所屬全部的ONU以廣播方式發(fā)送帶有地址的幀，但每個ONU通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口僅能接收屬于自身的幀，并丟棄其余的幀。另一方面，在上行通信信號中，在光傳輸線路上，為了避免各用戶幀之間發(fā)生沖突，OLT對各ONU發(fā)送定時信號進行控制，ONU根據(jù)來自O(shè)LT發(fā)送的許可才能發(fā)送自己的幀。通過這種機制，PON實現(xiàn)了一對多的連接。此外，為了有效使用上行鏈路帶寬，在OLT中搭載了稱為DBA（動態(tài)帶寬分配）的機能，OLT計算出每個ONU所需要的帶寬，進行動態(tài)分配。但目前PON缺點也很明顯，即對用戶通信速度不能自如伸縮和進行光頻帶分配，抗災害能力差，更不能自主恢復中斷的鏈路。

而NTT等公司在用戶光纖網(wǎng)中推出了彈性光匯聚網(wǎng)絡(luò)。目前，用戶光通信網(wǎng)絡(luò)中，因為收容的ONU與局所的距離有所不同，靠近城域網(wǎng)局所的ONU會得到高的通信速度。為了能公平對待ONU，OLT具有動態(tài)帶寬分配功能就很有必要。為了提高效率，既可以考慮信息量需求，又可以通過動態(tài)分配副載波的數(shù)量(達到動態(tài)分配帶寬)，NTT研發(fā)出了新的算法，讓所有ONU都可以得到公平分配通信速度。同時，利用本算法還大大提高了OLT連接ONU的數(shù)量，單一OLT可連接512個ONU。NTT開發(fā)的OLT動態(tài)帶寬分配算法是在數(shù)字相干自適應(yīng)調(diào)制OFDM傳輸方式上實現(xiàn)的，與傳統(tǒng)方式有很大不同，詳見圖2。

日立開發(fā)出自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)OFDM系統(tǒng)的控制技術(shù)

日立公司在OLT的原型機上，在OLT插板上開發(fā)的邏輯電路附有通信控制技術(shù)軟件，并通過插板上的控制信號接口、上行信號接口和下行信號接口對外實施控制。這種邏輯電路與各種接口是它的核心，能自動發(fā)現(xiàn)與自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)OFDM傳輸方法相對應(yīng)的ONU，而且對ONU可自動設(shè)定各種光信號參數(shù)，并開發(fā)出與其相匹配的ONU通信控制協(xié)議。當發(fā)生災害時，光傳輸路徑被斷開，常規(guī)的通信恢復是困難的，而在本方案中，通過光傳輸路徑的光信號參數(shù)設(shè)定，在OLT控制下，ONU通信控制協(xié)議能夠自主將通信恢復。

OKI開發(fā)出自適應(yīng)調(diào)制/解調(diào)(OFDM)傳輸方式的光收發(fā)端機

O K I開發(fā)的光端機主要有兩部分——光調(diào)制解調(diào)器基板和數(shù)字信號處理基板。光調(diào)制解調(diào)器基板通過信號處理電路高速切換，把光信號參數(shù)進行動態(tài)變更，而數(shù)字信號處理基板根據(jù)傳輸路徑條件選擇最佳的光信號參數(shù)，從而得出一種自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)算法。結(jié)合這些技術(shù)，可以構(gòu)建一個高效的網(wǎng)絡(luò)，它可以使用比以前更少的光頻譜資源進行大容量通信。

圖1 NTT開發(fā)的OLT動態(tài)帶寬分配算法

慶應(yīng)科學技術(shù)學院開發(fā)出OLT間的動態(tài)帶寬分配算法

慶應(yīng)科學技術(shù)學院開發(fā)的OLT間的動態(tài)帶寬分配算法流程是當資源控制器收到業(yè)務(wù)量信息、設(shè)備狀態(tài)信息后，對OLT進行邏輯(電路)配置/帶寬分配，OLT間按動態(tài)帶寬分配算法進行運行。當發(fā)生災害時，例如OLT＃2中的＃4邏輯電路中斷，資源控制器與光開關(guān)控制器聯(lián)動，對OLT參數(shù)進行設(shè)定，對OLT＃2發(fā)出插槽遷移指令，將OLT＃2故障的＃4邏輯電路遷移至OLT＃1，使通信恢復。

對各個OLT中設(shè)定的業(yè)務(wù)每個功能進行邏輯定義，并基于多個OLT中的災難恢復和節(jié)能要求，對多個OLT進行邏輯配置（轉(zhuǎn)移目的地）以及在帶寬分配的基礎(chǔ)上，開發(fā)出多個OLT之間的動態(tài)帶寬分配算法。把本算法軟件安裝在對OLT進行監(jiān)控的資源控制器上，并與光資源控制器聯(lián)動，完成對OLT之間的動態(tài)帶寬分配。

KDDI研究所開發(fā)出用波長選擇開關(guān)組成的光傳輸路徑控制技術(shù)

KDDI研究所開發(fā)的用波長選擇開關(guān)組成的光傳輸路徑控制技術(shù)，其流程是：資源控制器下達指令，光開關(guān)控制器進行計算，對波長選擇開關(guān)進行設(shè)定，完成對光傳輸路徑控制，核心是由KDDI開發(fā)的光開關(guān)控制器。

在光纖傳輸線路網(wǎng)絡(luò)中放置波長選擇開關(guān)，冗余的光信號路徑可自主改變，用來替補受損光信號路徑，以確保網(wǎng)絡(luò)可靠性。此外，因不需要光/電/光轉(zhuǎn)換，預計整個網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)低傳輸延遲和低功耗的優(yōu)點。為了適應(yīng)不同業(yè)務(wù)形態(tài)所要求的通信速度、傳輸質(zhì)量和時延而對最佳路徑和使用頻段進行計算，基于該計算結(jié)果，由光開關(guān)控制器控制波長選擇開關(guān)，完成波長設(shè)置。光開關(guān)控制器的作用是當城域網(wǎng)局所的建筑物、設(shè)備和光傳輸路徑出現(xiàn)災害時，依據(jù)對恢復目標探索和波長選擇開關(guān)對波長實施選擇，以恢復故障的光通道。

古河電工開發(fā)出多端口波長選擇開關(guān)

為了適應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要，古河電工開發(fā)了30個以上多輸出端口和頻帶可變的波長選擇開關(guān)原型機。此外，為了促進多端口技術(shù)的發(fā)展，古河電工還使用二氧化硅平面光波導技術(shù)開發(fā)出多端口最佳輸出陣列，而且還對輸出端口數(shù)達93個端口的波長選擇開關(guān)進行驗證實驗，取得了多端口和低損耗的成績。

集合6家機構(gòu)開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)和研制的部件組成了EλAN網(wǎng)絡(luò)，并對其可靠性、有用性進行了功能驗證實驗。該網(wǎng)絡(luò)最大傳輸距離達40km，每個波長最大通信速度可達10Gbit/s，在最大終端數(shù)為512的模擬系統(tǒng)中進行了實驗，以確認可伸縮的傳輸速度、光頻帶的分配功能，并假設(shè)某個城域網(wǎng)的局所房屋被損壞，以此案例進行了驗證，并在實驗室搭建了實驗系統(tǒng)。

實驗結(jié)果是，在距離受災影響10公里處的另外局舍對受災害影響的局所鏈路進行連接、建立服務(wù)，在10秒內(nèi)就能自主地重新將中斷的業(yè)務(wù)成功恢復，實驗系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接圖見圖2。

圖2 EλAN實驗系統(tǒng)示意圖

實驗過程是：(1)當某個城域網(wǎng)局所受到災害時→(2)它的業(yè)務(wù)終斷→(3)云資源服務(wù)器與光云資源服務(wù)器聯(lián)動，指令由另一個局站和路經(jīng)去執(zhí)行重新接續(xù)任務(wù)→(4)接到指令的城域網(wǎng)局所的OLT，讓光開關(guān)控制器指令波長選擇開關(guān)，實行路由切換→(5)OLT指令ONU開始搜索→(6)完成業(yè)務(wù)恢復。上述過程都由EλAN網(wǎng)自主完成。