城域粗波分復用技術的應用分析

摘 要：本文是從城域光網絡的網絡結構和技術特點以及業務市場的基礎上，對粗波分復用技術進行詳細的分析，對粗波分復用技術在城域光網絡中的應用進行了分析。

關鍵詞：城域光網絡；波分復用；粗波分復用；應用分析

由于數據業務的快速增長和業務模式的日益多樣化，簡化網絡、提高容量和效率的需求正在推動城域網從現在的基于SDH的網絡結構演變為動態的、智能的多業務光網絡。城域光網絡是一種新興的組網方案，使業務提供者在擁有靈活的高容量網絡的同時，避免頻繁的網絡升級或敷設更多的光纖，從而經濟地升級為具有未來安全性的網絡。

WDM技術和隨之而來的帶寬爆炸式增長正在促進新的電信網絡結構的出現。波分復用技術是目前滿足急劇增長傳輸容量需求的有效技術，WDM系統已經在長途網中得到廣泛應用，由于業務需求的提高和業務特性的變化，WDM正在從網絡核心向城域和接入領域擴張，目標是給終端用戶帶來光組網的成本效率和網絡效率。

1 城域光網絡的網絡結構和技術特點

1.1 城域光網絡的網絡結構

通常，城域光網絡（MON）是指跨度為幾百公里的光網絡，一般為大型的、用戶比較集中的城市地區提供服務。MON在長途網和接入網之間提供橋梁，將接入網中企業/個人用戶的各種客戶協議互聯到骨干業務提供者的網絡。

在MON中，光業務節點應具備幾個基本的結構特征，以滿足MON的網絡要求。多協議傳送是MON必備的特征。理想的MON的結構本質上就應該能夠傳送ATM信元、IP分組、以太網的幀和TDM電路等，將相應的業務流傳送到POP的ATM交換機、IP路由器和DCS等。

光業務節點必須支持環形拓撲，以保證現有的網絡基礎設施有序地升級，并保持TDM應用所需要的保護和恢復功能，而且光業務節點必須能夠在點到點星型拓撲中開展，因為星型結構在為高速Internet接入或類似的非電路應用而優化的接入網中越來越流行。最后，光核心網要求網狀拓撲和保護支持，這在局間設備和POP互聯的情況下經常使用。獲得運營效率的關鍵是開展和管理一個支持混合拓撲配置的網絡能力。

光業務節點采用WDM技術來滿足網絡對擴容性的要求，此時應考慮兩個關鍵因素。首先，WDM的使用必須全方位擴展到網絡的邊緣，傳送高端接入業務。對于業務只占用波長容量的一部分的接入環境來說，光業務節點需要在各節點間有效地共享容量，否則采用WDM技術就不夠經濟。其次，運營者必須能夠靈活地、有選擇地開展WDM技術。當單個波長的容量用盡時，有時“點亮”另外一根光纖比采用WDM更為簡單和經濟。光業務節點的結構應該能夠根據運營者的特殊需要靈活地擴展容量。

1.2 城域光網絡的技術特點

城域光網絡與現在的長途光網絡明顯不同。在長途網中，容量最為重要，采用DWDM技術來提高給定光纖傳輸鏈路的信號承載容量。設備制造商的開發重點是復用的密度，使每條光纖達到最高的波道數，為運營公司最大限度地節省成本。

城域光網絡則互聯一個城市或地區內的LEC的中心局4、ISP的POP、數據網集中和集成站，IXC的POP以及大型企業等。現在的城域WDM市場已安裝了大量的低比特率同步和異步傳輸設備、短環、小型交叉連接設備和對帶寬要求各異的用戶設備，因此對系統的靈活性、透明性、動態配置能力有更高的要求。在城域光網絡中，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、ESCON和Fiber Channel等各種數據信號格式的能力；⑵擴容性：迅速支持對點到點鏈路容量的需求的能力，更為重要的是支持對現有SDH環網的各跨距容量需求的能力；⑶動態配置：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務的能力。

城域光網絡是在短期和長期都具有競爭實力的組網方案，具有擴容性、多業務提供能力、透明性和靈活性等特點，網絡平臺能夠滿足不斷變化的市場需求，即具有未來安全性。

2 粗波分復用城域網的應用分析

傳統的城域傳輸網絡完全伴隨業務網絡的產生而產生，這在前幾年電信業務還只是話音業務、運營商也只是中國電信一家時還是可行的。而在新時期數據業務（特別是IP業務）呈爆炸式增長，電信市場也處于多家運營商競爭的形勢下，城域傳輸網絡已經不再是純粹作為業務網絡的載體而存在。由于近幾年傳輸技術的發展，傳輸網絡和業務網絡的界限也趨于模糊。因此運營商應該改變原有的傳輸網絡的經營思路，光傳輸網絡必須從單純的業務傳輸網向混合的服務提供網絡的方向發展，客戶化、服務差異化和網絡智能化日趨明顯。

2.1 波分復用在城域網的建設策略

城域傳送網通常分為骨干、匯聚、接入層。建設層次清晰，功能明確的城域網將成為運營公司在日后的網絡擴容、升級、運維節省可觀的投入。城域傳送網可以分三層建設，也可以分兩層即骨干/匯聚層、接入層來建設。前者適合于大城市或運營公司的優勢區域，后者適合于中小型城市或新興運營區域。兩層結構部署簡單、快捷，能快速增強運營的競爭力，但網絡的擴展性相對較差。

⑴骨干層。骨干層由于省會大城市的用戶眾多。昂貴的DWDM設備可以由城域網內所有用戶分攤，凈成本/bit可以達到一個較低的水平，因此在業務量特別大且預計未來業務流量將保持較高增長速度的區域新建城域核心傳輸網時，建議優先采用DWDM技術。其優勢在于可以將當前單獨組網的IP寬帶網和城域傳輸網的核心層統一到一個城域波分物理平臺上，由此平臺提供的波長資源分別承載SDH、MSTP和IP寬帶業務，這樣不僅有利于網絡的統一管理，而且還可通過靈活調度波長資源，快速滿足IP網迅速增長的帶寬要求，解決光纖直連方式對光纖資源的快速消耗問題，以提高網絡資源的利用率。

⑵匯聚層。匯聚層負責將本地交換局或者具有AAA功能、完成接入、流量控制的數據網匯聚節點連接到骨干節點，匯聚層以多業務匯聚、傳送、調度和處理為核心，對帶寬需求的多樣化，要求匯聚層可擴展性高、成本低，匯聚層設備對組網能力、業務匯聚特別是分組業務的匯聚內陸要求高。因此，對于匯聚層來說，當城域全范圍或局部區域業務量很大且光纜緊張，傳輸需擴容時可以使用CWDM技術甚至DWDM技術。

⑶接入層。接入層由于CWDM技術還存在成本偏高的問題，暫時還不會是接入層的主流技術，但對于光纖資源缺乏的局部區域，可考慮采用低成本的CWDM技術。一般認為，對于較大的城域網，在核心層和匯聚層，傳輸網與IP網宜分別組網，即少量使用MSTP技術，IP網的承載可通過光纖、DWDM/CWDM的波長直連，也可通過傳輸網的帶寬通道提供。

2.2 粗波分復用技術特點

粗波分復用技術（CWDM）最初用于多模光纖中傳輸數字視頻信號。而隨著城域網市場的發展，粗波分復用技術正逐漸顯現出其在系統成本、性能及可維護性等方面的優勢。目前，該技術被定位于城域網傳輸平臺中的業務匯聚層，它與密集波分復用DWDM的區別主要是：CWDM載波通道間距較寬，其波長間隔為20nm；DWDM的波長間隔在1.6nm以下，同一根光纖上CWDM復用的波長數要少得多。由于目前城域網的業務靈活多樣，帶寬顆粒分布幾乎沒有嚴格的規律及可預見性，因此對傳輸系統的適應性要求很高；同時，城域網中的業務特別是數據業務，需要在光層全面考慮其業務的可靠性及QoS保障，因而波分復用技術引入城域網已是大勢所趨。隨著寬帶需求遍及邊緣網絡，低價傳輸系統對于接入網和城域網業務提供商而言就顯得非常迫切。CWDM為城域網和截然網提供了一種可升級的體系結構，且越來越被廣泛地接受。ITU認為CWDM特別適合50km以內容量不是特別大的短距、高帶寬、接入點密集的應用場合，因為這樣可以有效降低運營成本。

低成本的設計使CWDM系統可以采用較為簡單的控制電路，在單個模塊中就可以實現多路光收發器。DWDM系統的激光器尺寸大約是CWDM系統激光器的尺寸體積的5倍；CWDM設備可以設計結構緊湊的臺式或盒式設備，以方便維護。一個完成8路匯聚的DWDM系統需要4個2.6m機架、24個機盤；而CWDM系統可以是僅為1U高的標準19英寸機盒，大大節省了空間資源。所以，CWDM技術充分適應了城域傳輸網傳輸距離短的特點：即不必使用長途DWDM必須使用的外調制器和光放大器，波長數的增加和擴展不必受光放大器頻帶的限制，允許使用波長間隔較寬、波長精度和穩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的整個光纖傳輸窗口上，可以以比DWDM系統寬得多的波長間隔進行波分復用。

CWDM技術的不足之處在于在單根光纖上支持的復用波長個數較少，直接導致日后擴容成本較高。此外，要想完全利用其近400nm的光纖工作帶寬范圍，建設一個如16波的CWDM系統，其中包括1380nm的高損耗區，普通的光纖根本就無法適應，需敷設損耗“平坦”的全波光纖才能滿足要求。考慮到成本、開通系統速率、傳輸距離等多方面的因素，一般城域網內只采用G.652光纖，全波光纖能否推動CWDM技術的推廣還需實踐檢驗。

2.3 CWDM在城域網的應用

在城域網范圍內，網絡成本主要來源于接入端設備的成本而非傳輸線路成本。目前適合城域網的DWDM還存在長途網的特點，且為端到端的邏輯連接，拓撲結構不靈活，還不能適應城域網內復雜機動的多邏輯拓撲。

CWDM系統延續了DWDM技術的優勢，具有DWDM技術所不具備的低成本、低功耗、小尺寸等一些優點，在0～80km內實現了較高的性能價格比，解決了困擾城域網建設的性價比問題，并利用了現有城域光纖基礎設施，滿足了未來小型城域網及大型城域網匯聚、接入層業務所需要的帶寬。

CWDM技術在城域網中適用與點對點、以太網、SDH環等各種流行的網絡結構，特別適合短距離、高帶寬、接入點密集的應用場合，如大樓內或大樓之間的網絡通信。CWDM系統和DWDM系統一樣能夠支持多業務接口，具有廣泛的適應性。CWDM系統在城域網中的應用優勢如下：⑴CWDM傳輸系統可以和路由器結合組織匯聚層網絡，構成寬帶IP城域網。CWDM系統可為路由器和ATM交換機提供光纖直連接口，實現IP over optical。在IP over CWDM的環境下可以與百兆比特或GE以太網無縫連接，中間不需要格式轉換。可以將CWDM系統直接與路由器相連，直接驅動CWDM設備以傳輸多路千兆以太網光信號，并可根據需要逐步增加波長通道。⑵CWDM系統允許運營商提供透明的以波長為基礎的業務，可以兼容在城域網中已得到廣泛應用的1310nm的SDH系統，提供SDH接口，實現IP over SDH。⑶CWDM系統也可以通過使用OUT和OADM接入DWDM骨干層，各波長和數據流都可以進行分/插，與使用標準波長的DWDM系統互聯或成環。⑷在寬帶拉曼放大環境下，CWDM技術好具有應用于長途傳輸的能力。⑸CWDM可與PON搭配使用。PON是一種廉價的、一點對多點的光纖通信網絡，通過與CWDM相結合，每個單獨波長信道都可作為PON的虛擬光鏈路，實現中心節點與多個分布節點的寬帶數據傳輸。

3 結束語

WDM技術一直在高速發展，也將在未來較長的一段時間作為傳輸的主要技術。它向兩個方向發展。一是更多的通道數更大的通信容量；二是更低的成本。DWDM和CWDM分別是這兩個方向的典型技術。

作為網絡的物理層傳輸平臺，CWDM發展的趨勢是高帶寬和低成本，這和DWDM技術所努力的方向是一樣的，但這兩個發展趨勢對兩者來說優先順序是不同。與長途DWDM把盡可能通過帶寬作為首要目標不同，CWDM必須把降低成本放在首位。目前短途波分復用設備并沒有像預測那樣大量裝備，主要原因是CWDM成本還沒有低到讓大多數網絡服務提供商心動。波分復用技術繼WAN之后，將在城域網，甚至局域網發揮巨大作用。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，實現未來理想的光網絡。