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ROADM现状一:光网的结构与演化

归档日期:11-29       文本归类:光纤通信      文章编辑:爱尚语录

  为适应现代社会对信息的海量需求,光纤已经逐渐取代电缆成为最主要的通信媒介。在上个世纪的最后十年,随着美国“国家信息基础设施计划”(NationalInformationInfrastructure,NII)的实施及其对全世界的带动,光缆得到大量敷设,骨干通信网已经完全实现光纤化,并留下大量的冗余容量,使得光纤通信行业的发展,在2000年达到高峰之后转入低谷,经历了大约三年的调整期之后,随着)为主导,首先在日本得到迅猛发展,目前北美和欧洲的业已启动,发展态势良好,国内的还在酝酿之中,有望在未来的数年内发展起来。网的发展,为用户提供了充足的通信带宽,促进了各种通信业务的发展,而通信业务的增长,特别是多媒体之类比较耗带宽资源的业务,反过来促进对骨干网容量的需求,带动骨干网进入新一轮发展。

  1966年,后来被誉为“光纤之父”的英籍华人高昆和他的同事Hockman,在论文《光频的电介质纤维表面波导》中首次提出利用玻璃纤维传导激光的概念,并且明确指出通过材料提纯光纤的损耗可以降到20dB/公里以下;1970年美国康宁公司的Maurer等人拉制出第一条损耗低于20dB/公里的光纤,当时的传输波长是633nm;至今1550nm波段的光纤损耗已降至0.2dB/公里以下,最近几年发展起来的全波光纤,消除了1383nm附近的OH-吸收峰,使光纤通信波段扩展到1260~1625nm,可容纳近千个波长信道。

  1962年美国通用电气公司的Hall和Fenner制造了第一台工作于超低温下的半导体激光器,另外三个小组几乎同时独立制造出了类似的半导体激光器;1970年前苏联Loffe物理技术研究所的Alferov和美国贝尔实验室的Hayashi各自独立研制成功第一台能够在室温下连续工作的半导体激光器[21-24]。前面提到的第一条低损耗光纤也是在这一年拉制成功,因此1970年被称为光纤通信的元年,而第一个商用的光纤通信系统于1977年由美国通用电话和电子设备公司与贝尔在芝加哥合作建成。

  1987年,英国南安普敦大学的Payne等人发明EDFA,被视为光纤通信发展的另一个里程碑,EDFA具有增益高、噪声小、偏振不敏感、输出功率大、与传输速率无关及放大区域正好对应于光纤的最低衰耗窗口1550nm等特点,能够补偿光纤的衰耗,延长传输中继距离。单个波长信道的电子时分复用(TimeDivisionMultiplexing,TDM),加上DWDM+EDFA技术,使单根光纤的通信容量达到太比特量级。

  目前的光纤通信还处于点到点传输阶段,如图1.1所示,DWDM信号在第一个节点被复用,经过一段光纤线路和数个光放大器,在第二个节点被解复用和接收。光放大器分为功率放大器、线路放大器和前置放大器,其中线路光放大器可以有多个,每个光放大器可延长无中继距离大约80公里。

  在点到点传输系统中,目标地址为其他节点的信号,需经第二个节点转发,转发信号也需要先用光探测器转换为电信号,解读其协议格式和地址信息,再用半导体激光器转换为光信号,进行转发。光-电-光转换的缺点是:

  通信网络中存在SDH、ATM、MSTP等各种协议格式的信息流,信息速率和调制方式也各不相同,光-电-光转换过程对协议格式和通信速率不透明,使得转换设备非常复杂;

  光纤通信的发展趋势是由点到点传输向动态、智能化的全光通信网发展,全光通信网的网络结构如图1.2所示,它由广域网(LongHaulNetwork)、城域网(MetroNetwork)和接入网(AccessNetwork)三级组成,其中广域网为全互连的网格结构,节点采用N维光交叉互连设备(OpticalCrossConnect,OXC);城域网和接入网为双向光纤环网结构,节点分别采用二维可重构光分插复用器(ReconfigurableOpticalAdd/DropMultiplexer,ROADM)和复用/解复用器;从接入网到终端用户的分配网络即光纤到户(FibertotheHome,FTTH),采用光分路器(Splitter)实现。广域网与城域网之间通过一个二维ROADM节点连通,城域网与接入网之间通过一个四维OXC节点连通,分配网通过一个复用/解复用器与接入网的光纤环连通。此处ROADM和OXC的维数指的是用于节点之间互连的端口数,不包括本地上/下载端口,考虑光纤线路保护,两个节点之间往往采用一对光纤相对传输,仅算作一个互连端口。

  现代社会的通信业务呈现多样化,特别是数据业务和多媒体业务的发展,对带宽资源的需求大大增加,而且业务量的预测也越来越困难,采用ROADM和OXC的动态全光通信网,可以根据通信业务的发展灵活配置网络结构。在全光通信网中,发展最快的是城域网,其业务量持续增加,网络结构也在不断演化。

  考虑到器件的级联特性,光信号能够无需再生而透明通过的节点数量是有限的,一般为16~24个,而城域网中的总节点数量往往达到100~150个,因此城域网一般被分成数个互联的环网,其中一个为核心环网,其他为分配环网。而一个新建的城域网,其初始节点数量一般只有20~50个,因此初始的城域网结构相对比较简单,但是需要为将来的升级扩容作好准备,如图1.3(a)所示。随着新用户的加入和业务量的增长,初始环网中的光放大器可以直接被网络节点设备取代,成为新的业务汇聚点,在核心环网的周围也可以增加新的分配环网,如图1.3(b)所示。随着用户数和业务量继续增长,节点数和分配环网数继续增加,城域网演化出更复杂的网络结构,如图1.3(c)和图1.3(d)所示。

  由于城域网中演化出更多互联的分配环网,需要更多和更高维数的OXC和ROADM设备。2006年9月,专业咨询公司HeavyReading发布ROADM设备市场研究报告,对前两年的市场额度进行统计,并对未来五年内的市场发展进行预测,如图1.4所示,预计2011年较2006年增长246%,市场总额将达到9.2亿美元。

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