NTT等六機構成功實驗彈性光匯聚網未來網絡將更加靈活

特約撰稿人|宋向東

隨著FTTH服務的普及，光纖接入網除了要承載傳統的FTTH服務、高清視頻等傳輸業務以及移動業務外，還要承載物聯網等各種服務。同時，用戶對網絡安全性、靈活性、智能化、業務流量平衡等諸多方面也都有了更高的要求。在此情況下，彈性光匯聚網絡應運而生。

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

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

EλAN就是在使用自適應OFDM調制技術的同時，在城域網局所與用戶之間的用戶接入網中接入波長選擇開關，用來傳輸光信號的網絡。此次由6個機構組織的實驗對EλAN的實用性和可靠性進行了驗證。預計該技術可以適應各種服務，目標是2030年前實現普遍應用。

OFDM正交頻分復用技術把信道分成若干個正交子信道(副載波)，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到每個子信道上進行傳輸。在EλAN中，通過使用能夠實現優異光頻譜效率數字相干光的OFDM傳輸方案，并利用自適應調制技術，可以進行大規模、多業務收容，并可實現通信速度自由伸縮（彈性）和進行光頻帶分配。此外，這是世界上首次完成在數字相干自適應調制OFDM傳輸的方式上，通過OLT的內部動態帶寬分配算法，在不依賴從城域網局所到用戶家中ONU的距離情況下，通過波長選擇開關，實現了可對任何用戶公平分配傳輸速度。

NTT開發出OLT動態帶寬分配算法

目前用戶光纖接入網中，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PON）、G-PON（吉比特PON）等。現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以廣播方式發送帶有地址的幀，但每個ONU通過用戶網絡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生沖突，OLT對各ONU發送定時信號進行控制，ONU根據來自OLT發送的許可才能發送自己的幀。通過這種機制，PON實現了一對多的連接。此外，為了有效使用上行鏈路帶寬，在OLT中搭載了稱為DBA（動態帶寬分配）的機能，OLT計算出每個ONU所需要的帶寬，進行動態分配。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中推出了彈性光匯聚網絡。目前，用戶光通信網絡中，因為收容的ONU與局所的距離有所不同，靠近城域網局所的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，又可以通過動態分配副載波的數量(達到動態分配帶寬)，NTT研發出了新的算法，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的數量，單一OLT可連接512個ONU。NTT開發的OLT動態帶寬分配算法是在數字相干自適應調制OFDM傳輸方式上實現的，與傳統方式有很大不同，詳見圖2。

日立開發出自適應調制解調OFDM系統的控制技術

日立公司在OLT的原型機上，在OLT插板上開發的邏輯電路附有通信控制技術軟件，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，能自動發現與自適應調制解調OFDM傳輸方法相對應的ONU，而且對ONU可自動設定各種光信號參數，并開發出與其相匹配的ONU通信控制協議。當發生災害時，光傳輸路徑被斷開，常規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設定，在OLT控制下，ONU通信控制協議能夠自主將通信恢復。

OKI開發出自適應調制/解調(OFDM)傳輸方式的光收發端機

O K I開發的光端機主要有兩部分——光調制解調器基板和數字信號處理基板。光調制解調器基板通過信號處理電路高速切換，把光信號參數進行動態變更，而數字信號處理基板根據傳輸路徑條件選擇最佳的光信號參數，從而得出一種自適應調制解調算法。結合這些技術，可以構建一個高效的網絡，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開發的OLT動態帶寬分配算法

慶應科學技術學院開發出OLT間的動態帶寬分配算法

慶應科學技術學院開發的OLT間的動態帶寬分配算法流程是當資源控制器收到業務量信息、設備狀態信息后，對OLT進行邏輯(電路)配置/帶寬分配，OLT間按動態帶寬分配算法進行運行。當發生災害時，例如OLT＃2中的＃4邏輯電路中斷，資源控制器與光開關控制器聯動，對OLT參數進行設定，對OLT＃2發出插槽遷移指令，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中設定的業務每個功能進行邏輯定義，并基于多個OLT中的災難恢復和節能要求，對多個OLT進行邏輯配置（轉移目的地）以及在帶寬分配的基礎上，開發出多個OLT之間的動態帶寬分配算法。把本算法軟件安裝在對OLT進行監控的資源控制器上，并與光資源控制器聯動，完成對OLT之間的動態帶寬分配。

KDDI研究所開發出用波長選擇開關組成的光傳輸路徑控制技術

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

在光纖傳輸線路網絡中放置波長選擇開關，冗余的光信號路徑可自主改變，用來替補受損光信號路徑，以確保網絡可靠性。此外，因不需要光/電/光轉換，預計整個網絡能夠實現低傳輸延遲和低功耗的優點。為了適應不同業務形態所要求的通信速度、傳輸質量和時延而對最佳路徑和使用頻段進行計算，基于該計算結果，由光開關控制器控制波長選擇開關，完成波長設置。光開關控制器的作用是當城域網局所的建筑物、設備和光傳輸路徑出現災害時，依據對恢復目標探索和波長選擇開關對波長實施選擇，以恢復故障的光通道。

古河電工開發出多端口波長選擇開關

為了適應光網絡建設的需要，古河電工開發了30個以上多輸出端口和頻帶可變的波長選擇開關原型機。此外，為了促進多端口技術的發展，古河電工還使用二氧化硅平面光波導技術開發出多端口最佳輸出陣列，而且還對輸出端口數達93個端口的波長選擇開關進行驗證實驗，取得了多端口和低損耗的成績。

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

實驗結果是，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，在10秒內就能自主地重新將中斷的業務成功恢復，實驗系統網絡連接圖見圖2。

圖2 EλAN實驗系統示意圖

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