光纤传输网的发展及其新的分层结构

光纤传输网的发展及其新的分层结构

根据全球信息基础设施（GII）基本框架结构对信息网络层次的描述，信息网络分为传送层、业务层和应用层；传送层包括物理媒质层和通道传输层。按照这个定义，传送层由物理介质（光纤、微波）和利用介质以不同速率传送光电信号的节点设备组成，支持业务层网及其以上的各类应用。随着ATM、帧中继等高速业务层网和电信级IP业务网的飞快发展，要求传送层网提供大容量的高速传输通道。在这种情况下，以光纤为主要载体的、可提供高速信息通道的光纤网络已成为目前传输网的要组成部分，得到广泛的应用。

一、SDH光纤传输网

1988年，CCITT综合美国和欧洲关于SDH光纤传输网的不同技术体制，形成了有关SDH光纤传输网网间接口协议的首批建议，即G.707，G.708和G.709，由此带来了SDH传输网的迅速发展。 SDH传输网具有智能化的路由配置能力，上下电路方便，维护、监控、管理功能强，光接口标准统一等优点。SDH传输技术体制的出现是光纤通信传输网技术的一次革命，是现阶段信息高速公路的主干道。 SDH传输技术的主要特点大体可以归纳为以下几点：

① SDH具有统一的网络节点接口规范，包括数字速率等级、帧结构、复接方法、光线路接口、网络监控管理等。

② SDH体系为兼容北美、欧洲现有的PDH体系设计了虚容器，各种速率的PDH信号均可以净荷的方式装入虚容器，复接到SDH的155 Mbit／s（STM-1）信号帧内，确保PDH向SDH的顺利过渡。

③ SDH的光接口速率有155Mbit／s，622Mbit／s，2．5 Gbit／s以及更高速率，其中前两种接口速率与宽带ISDN的用户网络接口（UNI）相同，支持宽带ISDN的业务交换层面――ATM。

④ SDH传输网中的分插复用器（ADM）和数字交叉连接设（DXC）是组网的关键设备。ADM可以通过软件的方式上下电路，省去了大量的复用设备，还具有一定的交叉能力。DSC是网络节点的重要设备，具有一定的智能；DXC可在软件的控制下完成电路的交叉、调度，在电路出现阻断时，通过交叉方式进行路由迂口，实现网络恢复功能。ADM和DXC网管功能较强，可以通过网管信道在远距离对其进行配置。

⑤ 与PDH网的点对点网络拓扑相比，SDH传输网常使用环网拓扑结构，这是SDH网络拓扑的特点之一。SDH环网结构常用于局域网和接入网，也用于干线网。SDH环网中由ADM作为节点设备，可以灵活地配置电路。SDH环网可以提供通道保护和复用段保护方式，也称为自愈环。

⑤ SDH技术体制的出现和SDH传输网的应用，使人们对传输网的观念发生了变化：首先，由于SDH体制中对于传输网的分层概念有了明确的定义，网络的分层给业务的引入、业务通道的设计和分层管理等方面带来了便利；其次，SDH体制的引入给传输网的拓扑结构和保护方式带来了创新， SDH环网及其多种保护方式、SDH格状网及其应用DXC的网路恢复方式都具有新意；最后，目前兴起的信息基础设施建设，需要高速的传输网来支持，SDH传输网的使用可以满足这种需要。

二、密集波分复用（DWDM）技术

随着Internet和Extranet等数据网络的迅速发展，以及传统电信业务的不断扩容和各种电信增值业务的开展，对于传输网带宽的需求日益增加。从总体上看，增加网络容量可以有三种方法： 一是敷设更多的光缆；二是继续采用TDM方式提高容量；三是采用DWDM技
术。显然，增加光缆的办法不但非常昂贵，而且周期长。 而对于TDM方式：当速率达到10 Gbit／s时，由于电子器件的限制，进一步提高速率将十分困难。因此，采用DWDM技术，以2.5 Gbit／s或10 Gbit／s为基本复用单元扩容，就成为一种比较可行的选择。 WDM就是将不同波长的光信号同时通过一根光纤传送。当每个波长的间距不到1m时，这种技术就称为DWDM技术。DWDM的技术特点基本可以概括为以下几点：

①可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。

②N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节省光纤；对于芯数不多的光缆，利用WDM技术，也可以实现较大幅度的扩容。

③在同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因此可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号。

④WDM通道对数据格式是透明的，即与信号速率和电调制方式无关，可以利用增加一个波长的方法引入任意的新业务及其容量。

⑤利用WDM技术构成的新型通信网，网络结构层次分明，只需调度相应光信号的波长即可实现各种业务的调度。此外，利用DWDM选路来实现网络的交换和恢复，可建立具有高度生存性的光网络。

⑥未来的全光网络中，各种电信业务的交叉连接等都是通过对光信号的改变和调度来实现的，因此，WDM技术将是实现全光网的关键技术之一，WDM系统可与全光网兼容，成为将来全光网的一部分。

目前，DWDM系统主要用来解决扩容问题，特别对于长途网来讲，采用DWDM技术进行扩容在经济上是完全合算的。需要指出的是，对传输线路扩容只是DWDM技术的一种应用方式，即经济有效和现实可行的光网路扩容方式，随着网络的演进和发展，DWDM将进一步承载越来越多种类的信号，支持各种各样的业务。

三、未来全光网和新分层结构

1．全光网

光传输网的速率将不断提高，在这种超高速网络中，如果继续采用原有的网络节点设备，则节点处的电信号处理速度将成为超高速传输的电子瓶颈，这里唯一的出路就是全光网。 DWDM技术与具有简易交叉功能、灵活实现上下波长的光分插复用器（OADM）和提供波长转换与交换功能的光交叉连接器（0DXC）一起就组成了全光网。 全光网是光纤通信技术发展的最高阶段。全光网将在网络的中继站采用光再生中继，在光缆沿途采用OADM上下光路，在交叉节点引入ODXC和光波长转换器，从而形成端到端的虚波长通路，实现用户端到端的全光网络连接。全光网具有可扩展性，允许增加网络容量而不改变拓扑结构；全光网具有透明性，可承载不同体制、不同格式和不同速率的信号，并互联现有和未来的任何通信系统；全光网还具有可重构性，采用OADM和ODXC关键网元，使网络结构
更加灵活。 虽然全光网还处于初期阶段，但是显示了良好的前景。ITU-T正在光组网传送结构、光参数规范、光接口定义、光网元的功能定义、全光网的管理等方面加速标准化进程。从发展趋势看，形成一个真正的、以DWDM技术及OADM和ODXC为基础的光网络层，建立全光网、消除光／电转换的瓶颈，已成为光通信网发展的必然趋势。

2．新分层结构

目前实际应用的DWDM系统是基于SDH的，即N×2．5 Gbit／s的SDH系统，主要用来解决扩容问题。但DWDM并非只承载SDH信号，它的一个最重要的特点是与业务无关，可以承载各种格式的信号，包括PDH，SDH，IP和ATM等。 SDH和DWDM的相同点是都建立在光纤这一物理媒质上，利用光纤作为传输手段。同时，两者有着本质的区别：DWDM是更趋近于物理媒质层的系统，在光域上进行复用；SDH则是在电路层实施的光同步传送网技术。相对于DWDM技术而言，SDH与PDH，ATM信号一样，都只是DWDM系统所承载的业务，SDH和DWDM之间是客户层与服务层的关系。 DWDM现在的发展是基于点对点方式，还没有网的概念。从组网技术的发展来看，下一步
传输网的发展应该是在电信号层面以下建设全光网层面，传输网将在拓扑上分为光。电两个层面。按照这样的分层方式，除了DWDM层面以外，其它的交换、应用层均为电信号层，如SDH，ATM，IP，PSTN，DDN，帧中继等。从理论上讲，ATM，IP等网络完全可以不通过SDH，直接在DWDM平台上构筑自己的逻辑业务网，从而省去层层的包装。因此，全光网的实现具有非常大的影响，它将使通信网从概念到结构发生巨大的变化，同时目前的网络维护、运营体制也将随之变革。 全光网还将带来传送网的进一步分层，其意义在于在各种电路交换层面之下提出新的光网络层，与业务和承载信号真正无关，形成统一的传送平台，支持各种业务应用，这对简化
网络结构、提高网络可靠性具有长远意义。全光网的提出及其巨大潜力将给传输网带来又一次革命。

四、结 语

从PDH技术体制发展到SDH体制，光传输网发生了巨大的变化，适应了电信网、计算机网发展所需求的高速、大容量的要求。而全光网的实现将使传输网产生质的变化，成为超高速的信息通道网。目前，SDH传输网仍是传输网建设的主流，WDM技术也是作为一种
N×2.5 Gbit／s的扩容方式而应用。随着光器件的进步和有关标准的形成，以DWDM为传输系统、OADM和ODXC为光网节点的全光网将会出现。