傳送網(wǎng)光纖通信技術(shù)研究

李 鑫

（61623部隊，北京 100869）

1 光纖通信技術(shù)簡述

光纖指的就是光導(dǎo)纖維，這是一種新型的信息傳播媒介，信息在傳輸過程中可以將光纖當作載體，能夠大幅提高信息傳輸效率，使信息以最快的速度傳送到接收終端，同時，光纖這種傳播媒介具有很強的安全性，在傳輸過程中基本上不會出現(xiàn)信息泄露問題。正因如此，這種新的傳播媒介在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用都越來越廣泛，為社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展提供有力的支撐。光纖是由華裔、學者、高 于20世紀六十年代發(fā)明的，自光纖被發(fā)現(xiàn)之后，光纖通信技術(shù)步入了快速發(fā)展階段，發(fā)展范圍迅速擴散到了全球各地。相較于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，光纖通信技術(shù)主要擁有以下幾種優(yōu)勢。一是傳播效率快。在傳統(tǒng)的通信技術(shù)中，通常都是將銅線當作傳輸媒介，這種材料的信息傳播速度非常緩慢，而在光纖通信技術(shù)中采用光纖，在傳播速度上有著絕對的優(yōu)勢。二是實用性強。相較于傳統(tǒng)的銅線，光纖使用成本更低，在生產(chǎn)過程中不需要在材料采購方面投入過多的資金，同時，光纖的線路結(jié)構(gòu)非常緊密，比起之前的傳輸線路更加簡單輕巧，所以，其實用性是非常強的[1]。三是雙向網(wǎng)絡(luò)。在光纖通信技術(shù)的支持下，用戶和用戶之間的互動更加便捷，可以實現(xiàn)實時互動，而這也在很大程度上優(yōu)化了用戶的使用體驗。四是抗干擾能力強。由于光纖本身的特殊性，在使用光纖通信技術(shù)來進行信息傳輸?shù)臅r候，不需要擔心被其他信號源所干擾，同時，其安全性也非常高，基本不會出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)泄漏的問題。雖然光纖通信技術(shù)擁有著非常多的優(yōu)勢，但是其應(yīng)用弊端也是有很多的，其中主要包括機械強度低、容易損壞以及安裝難度較大等。相較于其他通信材料，光纖通信材料更加脆弱，在安裝過程中，對安裝人員的技術(shù)水平有非常高的要求，同時，對生產(chǎn)設(shè)備的精密度要求也非常高，且生產(chǎn)設(shè)備需要定期維護保養(yǎng)，維保成本相對較高。

2 光纖通信技術(shù)發(fā)展近況分析

目前，光纖通信已經(jīng)是一種至關(guān)重要的通信技術(shù)，在很多網(wǎng)絡(luò)項目建設(shè)時被應(yīng)用。比如，當前城域網(wǎng)的核心骨干網(wǎng)，在建設(shè)過程中采用的就是光傳送網(wǎng)，也就是OTN，使速率從原來的2.5 Gbps提升到了40 Gbps，信息傳輸速度得到了大幅度的提升[2]。在數(shù)十年的發(fā)展歷程中，光纖通信技術(shù)還發(fā)展出了高速電光調(diào)制、光數(shù)字處理、超通道以及相干檢測等技術(shù)，速率更是得到了進一步的提升，其中超通道技術(shù)更是可以將光纖通信的速率提升到1 Tbps。

3 傳送網(wǎng)中的光纖通信技術(shù)

3.1 從DWDM到OTN

密集波分復(fù)用（DWDM）是一種光載波合成與分離技術(shù)，利用該技術(shù)可以將光纖1550 nm低損耗窗口劃分為若干單獨通道，再使用光合波器把若干通道中的信號合成為一路，然后再使用光分波器將光載波分離，從而使信號能夠以最快的速度從發(fā)出端到達接收端。DWDM發(fā)展趨勢：該技術(shù)的最高通道傳輸速率已經(jīng)達到了40 Gbps，波長復(fù)用數(shù)量達到了160波，同時，采用該技術(shù)來進行傳輸，傳輸距離可達到2000 km以上。DWDM技術(shù)已經(jīng)朝著全光網(wǎng)絡(luò)（OTN）的方向發(fā)展，未來，通信傳輸速率將更高且傳輸距離也進一步增加。

3.2 從ASON到WSON

自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）技術(shù)的主要作用就是在光網(wǎng)絡(luò)傳輸平面與管理平面的基礎(chǔ)上增加控制平面，該平面在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著優(yōu)化傳輸鏈路帶寬配置的重要作用，通過應(yīng)用ASON技術(shù)，可以使光傳輸網(wǎng)絡(luò)的智能化水平得到大幅提高[3]。ASON技術(shù)在開發(fā)過程中充分結(jié)合了WDM光網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上進行了技術(shù)層面的改善，ASON光網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量非常高，且傳輸成本也比其他光傳輸網(wǎng)絡(luò)更低，具有經(jīng)濟性較好的優(yōu)勢。波長交換光網(wǎng)絡(luò)（WSON）是針對控制平面開發(fā)的技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對信號指令、鏈路管理以及光層損傷的控制。其中，信號指令的控制主要擴展了原有的GMPLS協(xié)議，進而實現(xiàn)波長層面的連接管理。

3.3 從PTN到IPRAN

分組傳送網(wǎng)（PTN）是一種把光傳輸信號分組，然后以分組為單位來進行信號傳輸?shù)募夹g(shù)，該技術(shù)的分組架構(gòu)充分融入了MSTP以及MPLS等技術(shù)優(yōu)勢，能夠兼容更多的業(yè)務(wù)類型，其中，電信級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)對這項技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。PTN的分組管道在設(shè)定過程中采用了QoS技術(shù)來支撐，具有著非常高的可靠性與穩(wěn)定性，適用于復(fù)雜程度較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。IPRAN技術(shù)是城域網(wǎng)為了優(yōu)化基站回傳場景而采用的一種技術(shù)，IPRAN的核心技術(shù)就是路由技術(shù)，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無線連接。另外，還包含了如標記技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、調(diào)度技術(shù)、擁塞控制技術(shù)[4]。

4 光纖通信技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用

作為我國通信領(lǐng)域中一個核心技術(shù)，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅可應(yīng)用在了物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+以及高清視頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域，在云計算、大數(shù)據(jù)以及自動化控制等方面也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)。本節(jié)主要從核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)等幾個方面來對光纖通信技術(shù)的應(yīng)用進行深入分析。

4.1 核心網(wǎng)

4.1.1 OTN組網(wǎng)關(guān)鍵

就目前來看，在核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，OTN組網(wǎng)是最為關(guān)鍵的一部分，是一種剛性帶寬通道，通道的數(shù)據(jù)傳輸速率是相對固定的，但是可以根據(jù)實際需求，對通道帶寬進行適當?shù)恼{(diào)整，帶寬越大通道的數(shù)據(jù)傳輸速率也就越高，所以，其具有非常好的可擴展性。同時，OTN組網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)延非常小，基本可以忽略不計，因此，在5G網(wǎng)絡(luò)即將大范圍普及的背景下，OTN組網(wǎng)能夠很好地滿足5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求。在核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，OTN組網(wǎng)的的主要作用就是負責光信號的傳輸，因此，OTN組網(wǎng)被定位為核心網(wǎng)的骨干傳送網(wǎng)。OTN組網(wǎng)中的網(wǎng)元主要包括光線路放大站（OLA）、電中繼站（REG）以及光終端復(fù)用站（OTM）。該組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是固定的，可以呈現(xiàn)出鏈形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時也能呈現(xiàn)出環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在OTN組網(wǎng)應(yīng)用過程中需要注意以下幾個要點[5]。一是要充分考慮光功率。在進行OTN組網(wǎng)工作之前，需要對OTN運行過程中需要使用的光功率進行準確測算，確保光功率設(shè)定的合理性。二是要重點考慮色散問題。對于OTN組網(wǎng)來說，色散是影響該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正常運行的一個關(guān)鍵因素，所以，需要采取相應(yīng)的措施來解決色散問題。三是要考慮光信噪比問題。這一問題是影響光信號傳輸距離的一個主要因素，光信噪比是否合理直接關(guān)系著OTN組網(wǎng)光信號傳輸距離的長短，所以，在OTN組網(wǎng)階段需要重點考慮這一問題。

4.1.2 基于5G的OTN演進

在光纖通信技術(shù)發(fā)展過程中，軟件定義光網(wǎng)絡(luò)是十分重要的一個發(fā)展趨勢，所以，基于這一趨勢，需要引入SDN，從而將OTN轉(zhuǎn)變成SDON網(wǎng)絡(luò)。就目前來看，SDON網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用仍然處于初步的實驗階段，并沒有真正地實現(xiàn)大范圍的應(yīng)用，該網(wǎng)絡(luò)要想實現(xiàn)全方位的推廣與應(yīng)用，還需要突破很多的技術(shù)難點，其中主要有以下幾種技術(shù)難點：怎樣跨區(qū)域?qū)崿F(xiàn)OVPN控制、怎樣確保光信號傳輸過程中的低抖動、怎樣減少光信號傳輸過程中的延時以及怎樣對網(wǎng)絡(luò)資源進行合理配置等。雖然SDON網(wǎng)絡(luò)還沒有實現(xiàn)大范圍的應(yīng)用，不過其仍然是5G網(wǎng)絡(luò)時代的一個重要的發(fā)展趨勢，所以，對SDON網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進行分析是非常有必要的。從SDON網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案來看，其主要核心就是SDNController，其實現(xiàn)方式主要分為以下三個研究方向：SDN與OpenFlow協(xié)議、SDN與OpenFlow兼容ASON功能、直接運用PCE機制[6]。

4.2 城域網(wǎng)

在城域網(wǎng)建設(shè)人們希望用一張網(wǎng)來解決所有的問題，實現(xiàn)功能的集中化，將所有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都集中到一個網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)如今，城域網(wǎng)建設(shè)中最常用一個方案就是OTN+PTN融合，形成POTN網(wǎng)絡(luò)。相較于其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，城域網(wǎng)對設(shè)備的要求更高，設(shè)備的采購和維護成本都非常高，同時，設(shè)備還存在利用率較低的問題，在設(shè)備運行過程中需要投入非常多的成本。為了使這些問題得到有效解決，減少城域網(wǎng)的建設(shè)和運營成本，POTN是最適合的一種解決方案。通過POTN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可以使設(shè)備成本和維護成本大幅度降低，使城域網(wǎng)的經(jīng)濟性得到有效提高。目前，POTN在應(yīng)用過程中，通常都被設(shè)置在城域網(wǎng)的匯聚層或者核心層。在匯聚層應(yīng)用POTN的時候，需要充分考慮OTN有沒有下沉到匯聚層，如果OTN沒有下沉到匯聚層，那么應(yīng)采用OLT來連接PTN，從而使網(wǎng)絡(luò)升級為POTN。如果OTN下沉到了匯聚層，應(yīng)采用OLT連接OTN，并由PTN來負責移動業(yè)務(wù)。如果寬帶需求為100GE，PTN無法滿足寬帶需求，需要對PTN進行升級，可以使用POTN設(shè)備來搭建平臺，進而提高寬帶容量。在POTN設(shè)備中，100GE是最基礎(chǔ)的一個接口，另外，設(shè)備中的（OTU4）NNI接口、UNI/NNI接口在分組業(yè)務(wù)上的承載能力更強，可以承載對寬帶要求更高的LTE業(yè)務(wù)[7]。在POTN網(wǎng)絡(luò)中，專線業(yè)務(wù)可以使用L2VPNOVERMPLSTPOVERODUK模式來進行承載，而CBR業(yè)務(wù)，則應(yīng)使用L1OVERODUK模式來進行承載。

4.3 接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是直接面向個體用戶的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纖到戶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程也在持續(xù)推進，在接入網(wǎng)中應(yīng)用光纖通信技術(shù)，最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)就是要實現(xiàn)FTTH。當前，F(xiàn)TTH已經(jīng)由有以下兩種實現(xiàn)方法：一種是GPON，一種是EPON，這兩種不同的實現(xiàn)方法都是由PON技術(shù)演變而來的。在這兩種實現(xiàn)方法中，最有效的一種實現(xiàn)方法就是GPON，這是世界通信領(lǐng)域公認的一種FTTH實現(xiàn)方案。GPON與ONT之間存在著諸多的相似之處，都是從OLT中接入一條主光纖通道，然后經(jīng)過ODN端連接到用戶的光信號接收設(shè)備上。FTTH是一種直接連接用戶端的光纖接入方式，每一個用戶使用一條獨立的光纖通道，光纖通道的最大帶寬為100 Mbps。在采用FTTH方式時，必須要充分考慮用戶的實際需求，根據(jù)用戶的需求來對帶寬容量進行合理設(shè)置。就目前來看，大多數(shù)家庭用戶在使用光纖網(wǎng)絡(luò)的時候，都是玩網(wǎng)絡(luò)游戲、看電視等，這兩種業(yè)務(wù)占據(jù)的帶寬是最大的。因此，可以根據(jù)家庭用戶的這一特點，來對帶寬容量需求進行準確估算，并根據(jù)估算結(jié)果來設(shè)置FTTH接入的帶寬容量。互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)的下行帶寬一般可以控制在4 Mbps，上行帶寬可以控制在1 Mbps，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)下行帶寬需求0.01 Mbps，上行1 Mbps，約有30%的用戶申請該業(yè)務(wù)[8]。IPTV下行帶寬需要達到19 Mbps以上，VoD下行帶寬需求至少約為8 Mbps，上行帶寬為0.1 Mbps，約有30%的用戶申請該業(yè)務(wù)。通過對這些帶寬需求的詳細測算得知，下行帶寬總需求約為31.1 Mbps，上行帶寬需求約為2.2 Mbps，可以以此為依據(jù)對GPON光纖帶寬容量進行合理設(shè)置。

5 光纖通信技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代光通信概念是在1880年被提出的，美國的貝爾發(fā)明了“光電話”。原理是用振動的語音聲波調(diào)制陽光，將已調(diào)光波通過鏡面反射入大氣傳輸至終端，終端接收機將連續(xù)語音光信號通過光電池還原。此技術(shù)不能實用的原因有二：一是沒有可靠的、高強度的光源，二是沒有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸介質(zhì)1960年，紅寶石激光器由梅曼發(fā)明，它可產(chǎn)生波長大約694 nm的單色相干光。1970年，損耗為20 dB/km的石英光纖由康寧研制成功。啟動了光纖通信的序幕，所以1970年被稱為光纖通信的元年。我國對光纖通信技術(shù)的研究始于1974年，標志性事件是武漢郵電科學研究院光通信研究室的組建。光纖通信技術(shù)的發(fā)展進程：①開發(fā)階段，從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用。②大發(fā)展階段，提高傳輸速率和增加傳輸距離。③新技術(shù)研究階段，以超大容量和超長距離為目標。④研究光纖通信新技術(shù)和超長距離的光孤子通信技術(shù)等。⑤光纖通信系統(tǒng)的研究和開發(fā)，具備超寬帶寬、超長距離、光交換、智能化的特征。隨著光復(fù)用（OTDM, OFDM, OWDM）技術(shù)和光交換技術(shù)的發(fā)展成熟，光纖通信系統(tǒng)的速率將更高、容量更大，逐步向信源到信宿之間全部采用光交換與傳輸演進。

6 結(jié)束語

作為一種現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)，光纖通信技術(shù)近年來得到了迅速的發(fā)展，并得到了廣泛應(yīng)用，在未來的發(fā)展中，光纖通信技術(shù)必然會朝著超高速、智能化以及分組化的方向發(fā)展。