[通信工程电子信息工程信息工程论文]光互联网络的现状与发展

[通信工程电子信息工程信息工程论文]光互联网络的现状与发展内容摘要：

是由于低用户密度区数字用户线接入复用设备（ DSLAM）的敷设缺位或 DSL 的传输距离和速率限制而只能支持大约 50％的用户。 而 B－ DLC 可以增加 DSL 的可用性，在所有有业务需求的地区都可以按需提供 DSL 业务。 B－ DLC 也是推动接入网灵活点（交接箱处）融合的理想平台 ，可以按需以用户线为基础逐步实现向软交换的平滑过渡。 7 这种技术在较低 DSL 密度下是比较经济的解决方案，转折点大约为 25％左右，对于大规模高密度 DSL 敷设，则 DSLＡＭ是更理想的解决方案。 然而， B－ DLC 技术作为有源设备仍然无法完全摆脱电磁干扰和雷电影响以及有源设备固有的维护问题，尽管在近中期会有发展，但不是接入网的长远解决方案。 点到点同步数字系列 /多业务传送平台系统 在接入网中应用点到点同步数字系列（ SDH）的主要优势在于可以提供理想的网络性能和业务可靠性。 SDH 的最新发展趋势是支持以 太网等业务接口的映射，于是 SDH 逐渐发展成为多业务传送平台（ MSTP）。 基本思路是将多种不同业务直接或经过处理后再通过虚电路（ VC）级联等方式映射进不同的 SDH 时隙，而将 SDH 设备与二层乃至三层分组设备在物理上集成为一个实体，构成业务层和传送层一体化的 SDH 多业务节点，定位于网络的边缘。 具体实施时相当于将 SDH 复用器、数字交叉连接器（ DXC）、 WDM 终端、二层交换机乃至 IP 边缘路由器等多个独立的设备集成为一个 MSTP 网络设备，统一控制和管理。 当然，这种融合不是一步到位的，随着业务的发展和技术的进步，近期可以 首先实现物理融合，中长期再走向完全的功能融合，成为名副其实的融合节点。 特别是集成了 VC 级联、通用成帧协议（ GFP）、动态链路容量调整机制（ LCAS）三种标准功能的新一代 MSTP，不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力，而且可以将核心智能光网络的智能特征扩展到网络边缘，增强整个网络的智能范围和效率。 最新的发展则是将具有很好汇聚特性和优化数据接入能力的弹性分组环（ RPR）功能集成进来，最适合于城域网的接入层应用，特别是以太网业务带宽需求占绝对优势的场合。 然而，由于 RPR 没有跨环标准，独立组大网的能力较 弱，若利用与 MPLS 相结合的方法可以使跨环业务流配置成同一个 MPLS 的标记交换通道，从而实现多个 RPR 环业务的互通和端到端业务调度。 利用 MPLS 还能提供基于全网的流量工程，实现空间重用和带宽保证，提供有 QoS 保证的端到端的业务连接，加强了支持数据灵活联网的能力，应用范围则可以扩展到网状网等复杂的拓扑结构。 鉴于这种方案基于同步工作，抖动要求严格，设备成本较高，而且灵活生成业务的能力不足，因此主要适用于局间或汇接点（ POP）间，以及大型企事业用户的点到点通信。 8 点到多点系统 无源光网络技 术 无源光网络（ PON）是一种很有吸引力的纯介质网络，其主要特点是避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统的可靠性，同时节省了维护成本，并能比较经济地支持模拟广播电视业务，即具备三重功能（ trIPleplay）。 据美国贝尔运营公司报道，采用 PON 技术每年每线可节约 50 美元的维护费用，是电信维护部门长期期待的技术；其次， PON 的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号；最后，由于其光发送机和光纤由用户共享，因而线路成本较其他点到点通信方式低。 特别是随着 光纤向用户日益推进，其综合优势越来越明显。 PON 的灵活组网能力和经济适用能力使其最适合于分散的小企业和居民用户，特别是那些用户区域较分散，而每一区域用户又相对集中的小面积密集用户地区。 PON 的主要缺点是一次性投入成本较高，因为局端光线路终端（ OLT）很贵，光纤和分路器等无源基础设施又必须一次到位，这样当用户数较少或用户分布超过某一限定距离时，单用户成本就很高。 另外，其树形分支拓扑结构使用户不具备保护功能或保护功能成本较高，影响了其大规模发展。 ATM 无源光网络和宽带无源光网络 早期的窄带 PON 是基于 TDM 的，性能价格比低，已经自然消亡。 ATM 化的无源光网络 /宽带无源光网络（ APON/BPON）可以利用 ATM 的集中和统计复用功能，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使性能价格比有很大改进，目前在美国和日本等国已经开始商用，在日本已经敷设了约 50 万线。 然而，目前实际 APON/BPON 的业务适配提供却很复杂，业务提供能力有限，数据传送速率和效率不高，成本较高，其市场前景由于 ATM 的衰落而变得很不确定。 从长远的业务发展趋势看， APON 的可用带宽仍然不够。 以 FTTC 为例，尽管 典型主干下行速率可达622Mbit/s，但分路后实际可分到每个用户的带宽将大大减小。 按 32 路计算，每一个分支的可用带宽仅剩 ，再按 10 个用户共享计算，则每个用户仅能分到约 2Mbit/s。 显然，这样的性能价格比无法满足网络和业务的长远发展需要。 9 ATM 无源光网络图 以太网无源光网络 /千兆以太网无源光网络 近几年随着 IP 的崛起和发展，有人提出了以太网无源光网络（ EPON）的概念，即在与 APON 和 BPON 类似的结构和 的基础上，设法保留其精华部分 —— 物理层 PON，而以以太网代替 ATM 作为链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更宽业务能力的新的结合体 —— EPON。 这一思想在以太网界得到了积极响应，在 的旗帜下已经形成了初步标准千兆以太网无源光网络（ GEPON）。 在实际中， EPON 和 GEPON 的基本差别就是标准化，前者往往指非标设备，后者指符合 规范的设备。 另外， GEPON的传输距离和分路比均比 EPON 有所减小。 从 EPON/Ｇ EPON 的结构看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重叠网络结构，主要特点有： 消除了 ATM 和 SDH 层，从而降低了初始成本和运行成本； 下行业务速率高达 1Gbit/s，允许支持更多用户，每用户带宽可以更高，并能提供视频业务能力和较好的 QoS； 硬件简单，无须室外电子设备，使安装部署工作得 以简化； 改进了电路的灵活指配以及业务的提供和重配置能力。 10 千兆无源光网络 2020 年，在 IEEE 积极制订 EPON 标准的同时，全业务接入网络（ FSAN）组织开始发起制订速率超过 1Gbit/s 的 PON 网络标准 —— GPON。 随后， ITUT 也介入到这一新标准的制订工作中来，并于 2020 年 1 月通过两个有关 GPON 的新标准 和 （速率提高到 ）。 按照这一最新标准的规定， GPON 可以提供 的下行速率以及所有 标准的上行速率，传输距离至少达到 20 km，具有高速高效传输的特点。 而且， GPON 还在传输汇聚层采用了一个全新的标准 GFP，这是一种可以透明高效地将各种数据信号封装进现有网络的、开放的、通用的标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式，全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求，而APON/BPON和 EPON/GEPON对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。 由于采用 GFP映射，GPON 的传输汇聚层本质上是同步的，并使用标准 SDH 的 125μ s 帧，因而使得 GPON 可以直接支持 TDM 业务。 从提供的业务看， GPON 不仅可以提供 10/100MBit/s、 1Gbit/s 的业务，而且可以提供VLAN 业务和语音业务，事实上可以适应任何现有业务和未来新业务的适配要求。 由于三种 PON 技术的主要成本都是来自光接口的成本，因而其硬件成本相差不多，传输效率是关键。 GPON 在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和业务适配效率等方面都是最高的，因此其总效率最高，等效系统成本最低。 GPON 和 EPON/GEPON 面临的共同挑战有：首先怎样才能在以太网 /GFP 上有效承载 TDM业务并能提供电信级的服务质量 ；其次，由于 GPON 和 EPON/GEPON 是点对多点的星形或树形网络，需要通过一个 \1＋ 1\并经过不同路由的光网络来实现电信级的保护恢复要求，网络成本将非常高；第三，目前 GPON 和 EPON/GEPON 设备的成本主要受限于突发光发送 /接收模块以及核心的控制模块 /芯片。 这些模块要么是技术不成熟无法商用，要么就是价格昂贵难以适应市场需要；第四， GPON 和 EPON/GEPON 的一次性投入成本较高，不太适合逐步投资扩容的传统电信建设模式，最适合完全新建或改建的密集用户区域。 随着 Inter 用户数量和 Web 数 量的急剧增长， Inter 对带宽的需求也急剧增长，据统计，每 6 到 9 个月，主要 ISP 的 Inter 骨干链路的带宽增长一倍。 近年来， TDM(SONET/SDH)线路速率增长较慢，预计几年内将不能满足数据业务量增长的需要，而波分复用 (WDM)技术是近年来出现的一种新的技术，可以增加光纤的容量，WDM 系统使用不同的波长 (在 1550nm 附近 )，可以承载多个通路的信息，每条通路速率可 11 以高达 或 10Gbps。 光互联网络的概念光互联网络 (Optical Interworking) 光互联网络 又称为 IP 优化网互联网络或 IP Over Optical 网络是数据网络，它的底层使用光传送网作为物理传输网络。 在数据网络中，它的组成设主要是 ATM 交换机、路由器等；在光传送网络中，它的组成设备主要是 WDM 终端、光放大器以及光纤等；而在光互联网络中，高性能的数据互联设备 (如交换机和路由器等 )通过光网络技术互连，这些设备既可能直接连接在光纤上，也可能连接在向各种客户提供光波长路由的光网络层上，这里的客户包括数据互联设备和 SDH/SONET 网络单元。 在这两种情况下，交换机或路由器可以充分使用光纤或光波 长的容量，对数据分组或信元进行复用。 光互联网络的参考模型光互联网络的分层模型 光互联网络的参考模型光互联网络的分层模型 包括数据网络层、光网络层和层间适配和管理功能。 数据网络层提供数据的处理和传送，光网络层负责提供传送通道，层间适配和管理功能用于适配数据网络和光网络，使数据网络和光网络相互独立。 光互联网络的协议模型包括客户层 (IP 层 )协议、 IP 适配协议、光通路协议以及 WDM光复用段、 WDM 光传输段等。 客户层协议包括 IPv4, IPv6 等协议， IP 适配层协议用于 IP多协议封装、分组定界、 差错检测以及 QoS 控制等功能，光通路协议包括数字客户适配和带宽管理 (比特率和数字格式透明 )、连接性证实等功能，光复用段功能包括带宽复用、线路故障分段和保护切换以及 其它传送网维护功能，光传输段功能包括高速传输 (色散补偿 )、光放大器故障分段等功能。 OUNI 是指数据网络单元与光网络的接口 OUNI 是指数据网络单元与光网络的接口 ，它是一个开放的接口。 OUNI 的主要研究目标包括：物理接口规范、光通道管理、保护和恢复以及状态交换等。 OIF 的主要任务是加速光互联网络技术的发展，推动光互联网络技 术标准化进程，负责实施各厂家光互联网络设备之间的互操作性测试和兼容性测试等。 目前，光互联网络论坛由 100 多个成员组成，包括互联网络设备主要供应商、光传输设备供应商、大型 ISP、传统电信运营商等。 12 光互联网络的研究课题 光互联网络论坛认为，目前对光互联网络的研究应主要集中在下列几个方面：光互联网络的参考模型、体系结构、数据网络层与光网络层的适配技术、光互联网络的物理接口以及数据层与光通路层之间的管理功能等。 光互联网络的参考模型 光互联网络的参考模型、 体系结构对于光互联网络的研究首先应 定义一个正确的参考模型和体系结构，作为整个技术的基础。 数据网络层与光网络层的适配 在光互联网络中，应在数据网层与光传输网络层之间加入适配功能，使得数据网络发展与光网络发展之间能相互独立，使公共的光传送网络能支持多种数据客户 (协议 )，使公共的基础设施能支持优化的话音 /数据网络，数据网的 OAM 适配到光网络的 OAM 以及数据网中协议特定呼叫映射到信令消息。 光互联网络的物理接口 光互联网络的物理接口目前，光互联网络的物理接口可以使用现有的物理接口，如SONET/SDH 接口、 ATM 信元接口 、千兆比以太网接口以及并行接口等， SONETSDH 接口速率可以高达 OC48c/STM16 或 OC192c/STM64 随着数据设备对光网络层所要求的带宽越来越高，需要新的物理接口，因此在数据网络层和光网络层之间需要定义新的多通路物理接口，光互联网络的新的物理接口正在研究当中。 定义光互联网络的新的物理接口时，应满足下列要求：即成本低廉、速率高、数据传输效率高以及具有互操作性等，因此需要对新物理接口的比特率、协议、帧结构、开销字节、同步以及光纤媒质特性等物理接口特性进行定义。 层间管理数据 网络层与光网络层之间的层间管理功能 层间管理数据网络层与光网络层之间的层间管理功能是光互联网络研究的一个重要内容，层。