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OTN----未来信息社会的承载平台

2/14/2005来源:光纤通信人气:7833

OTN----未来信息社会的承载平台(张劲松) 摘要:为实现高速、大容量、多业务、全透明的光传送两,目前人们正在集中研究光交 叉、光放大、光电集成、光无源器件以及全光信号处理等方面课题。同时以DWDM技术为 基础的OTN组网也从点到点形式发展到了具有OADM和OXC节点的网状网结构,而网络生存 性的需要又衍生出各种网络自愈技术。文中还提到了OTN中存在的技术难点,指出了OTN 技术发展中需要研究的课题。 主题词:先传送网 光器件 密集波分复用 网络结构 网络保护 OTN的关键技术研发状况 在最近的OFC’2000会议上,对OTN的研究主要集中在宽带放大技术、光交叉和波长 转换、光光源器件和光电集成器件、高速脉冲产生技术。光信号损伤管理以及全光信号 处理等方面。 1.光交叉 从目前不断涌现的技术方向看,MEMS成为大容量交换技术研究的主流。朗讯已经宣 布了112×112的MEMS交叉连接系统的Lambda Router全光系统,该系统中所有的12544种 连接均通过测试。这种MEMS是一种受静电控制的二维器件,安装在机械底座上。典型的 结构尺寸是10cm。该系统中任何交叉连接的时间小于10毫秒。光部分的插损在1550nm附 近是7.5±2.5dB。光纤/透镜阵列上的衍射透镜在1525-1565nm内的连接损耗变化量为 ±1dB,任何一个光输出口的串扰<-50dB。另外一新型公司Xros用硅片做成的MEMS镜面 可沿两条轴旋转,利用扭转实现光交换。扭转部分的传感器可控制交叉连接方向。Xros 的X-1000最大容量可达1152×1152。一个由两组6"×6"的MEMs级联而成的交换单元从输 入口到输出口的连接延迟不超过50ms。 2.光滤波器 目前几种主要流行的光波长滤波器技术有以下几种。 介质薄膜干涉滤波器是使用最广泛的一种滤波器,主要应用在200GHz到100GHz频率 间隔的中、低通道波分复用系统中。这种技术十分成熟,可以提供良好的温度稳定性、 通道隔离度和很宽的带宽。供货商包括国外的SCHOTT、NSG及国内的武汉烽火、中科院成 都光电所等。 平面波导滤波器主要是一种阵列波导光栅(AWG)。这种器件的优点在于集成性,频 率间隔可以达到100GHz甚至50GHz,可以同时对多个波长进行滤波。缺点是温度稳定性不 好,而且插损较大。供应商有KYMATA等。 基于光纤的滤波器主要是长周期或短周期的光纤光栅以及熔融Mach-Zehnder干涉仪 型的结构。这些器件特别是后者可以提供非常窄的频率间隔。最好可以做到2.5GHz (0.04nm),在理论上 C波段就可以容纳1600个通道复用。插损一致性也非常好。 另一趋势是可调滤波器技术。这一技术能实现灵活的波长选择和自由的上下。其实 现的主要手段,一是利用液晶非常光折射率随外加电压变化而变化的特性,二是利用声 光效应来制作。 3.光放大 最早商用化的光放大器是EDFA,放大带宽只有约35nm(1530-1565nm),限制了能 够容纳的波长信道数。随着人们对光纤带宽资源的不断挖掘,对宽带放大器的需求增加, 从C波段到L波段直到全波段。 目前比较引人注目的是光纤拉曼放大器。石英光纤中的拉曼增益谱宽度为40THs, 主峰在13THz附近。利用这一特性,光纤可以用作宽带放大器。但受激拉曼效应的泵浦阈 值较高,实现拉曼放大器的关键是高功率泵浦,如400mw。光纤拉曼放大器的优点是:只 要能得到所需的泵浦波长就可以在任何波长处提供增益;增益介质是光纤,可以制成分 布式的放大器;噪声低。目前很多报道将拉曼放大器与EDFA组合起来用,可以得到带宽 高于100nm的光放大器。 EDFA掺杂宽带放大器方面,据报道掺饵氟化物光纤放大器(EDFFA)可以实现75nm的 放大带宽,增益为18dB,增益平坦度为±1.8dB;碲化物EDFA,带宽达76nm,增益差别小 于±1dB;另外还有增益平移接饵光纤放大器(GS-EDFA),它控制接饵光纤的粒子数反 转程度,放大1570-1600nm波段。 SOA半导体光放大器的噪声指数还比较大,直接用于光放大的还不多。另外平面和光 纤放大器的研究也展现良好的应用前景等。 OTN结构演变 以DWDM技术为基础的OTN随着技术的日益成熟,其结构和层次不断变化,其组网形式 从单跨距段点到点、多跨距段链形结构、灵活的波长通道的分插复用、环行波长通道保 护发展到波长自由交叉的灵活的网状网结构。 OTN的引入使网络层次发生变化,首先光层本身加入了光通道层(OCH)、光复用段 层(OMS)、光传输段层(OTS)三层。业务层的映射方式也发生变化。从ip over ATM/ SDH、ATM over SDH、IP over SDH、发展到IP over ATM/WDM(或OPTICAL)、IP over WDM(或OPTICAL)。 另一发展趋势是OXC技术带来的,由于OXC的波长通道的重选路由能力,网络资源可 以得到充分的利用,OTN为业务提供全透明的端到端虚拟波长传送通道,这条通道由多个 不同波长的链路连接而成。 OTN网络保护 网络生存性居于网络完整性的一部分。网络生存性策略包括恢复技术、控制管理技 术等。恢复技术包括保护切换、重选路由、自愈等。通常将恢复技术统称为自愈技术。 WDM系统线路保护主要是基于光复用段上保护OMSP,在光路上同时对各路信号进行保 护。WDM系统环网的保护有SDH层的和光网络层的环网保护,主要的倒换模式有环倒换和 跨距倒换。 1.光复用段(OMSP)保护 这种技术是在光路上(即光缆和WDM线路系统)进行1+1保护,而不对终端设备进行 保护。在发端和收端分别使用1×2光分路器或光开关,在发送端对台路的光信号进行分 离,在接收端对光信号进行选路。 人们也可以用1:2的耦合器来代替复用器和1:2分路器。相对于1+1的全保护,该 方法减少了成本。光复用段保护只有在独立的两条光缆中实施才有实际意义。 2.二纤共享保护环(OMS/SPRINGs) OTN技术的难点 OTN提出了对各种类型的业务的有综合能力的全透明传输概念,那么OTN的这种综合 能力是建立在IP层还是光通道层呢?首先,如果是建立在光通道层上的,则为业务质量 的监测、保护方式实施和虚波长路由的选择增加了难度,在光网络上传送的有模拟信息、 数字信息、电路信号信息、分组信息、低速信息和高速信息,这些信息共享网络资源。如 果采用统一的保护方式和虚波长路由方案,网络的有效性能可以得到保证,而对设备的灵 活性要求提出了过高的要求。而采用不同的保护方式,网络的有效性能得不到保证。再加 上波长通道的方案网络容量的颗粒性本身就很大,网络资源得不到充分利用。如果这种综 合能力是建立在IP层上,那么OTN的全透明传输的要求我们还需要吗?另外,建立在多波 长传输平台上的IP网,其资源分配的灵活性、时钟的同步和业务的同步问题也有待进一步 的研究。 随着OTN的引人,网络的层次重新划分,各层的功能重新分配,新的光层完成原来SDH 层的部分功能,如对业务通道的性能监测、业务的保护。而在目前,光通信技术和光器件 技术的发展还没有完全成熟,光域上还不能提供象光存储器、光定时器、光逻辑器件、光 域数字处理芯片等全光器件,所以有许多问题不得不在电域上进行处理,如信号的再生、 波长变换、网络OAM&P、开销加载、性能监测。OTN不能映射电通信如SDH、ATM和IP网络 的模式,而应该综合光电各自优势,由全光通信承担发挥其长处、回避其短处的任务。目 前ITU-T倾向于暂时舍弃OTN的透明性要求,但是全光的OTN依然是各研究机构努力的方向。 OTN技术发展展望 在OTN技术发展过程中,首先要定义好规范的光UNI和 NNI接口,解决好网管信息的标 准化和OSC信道的定义和规划。利用OTDM或光孤子与WDM技术的结合,提高OTN传输容量,解 决好波长通道的颗粒性大的问题,进一步提高光通道层带宽利用效率。 采用波长色散自动补偿机制,对不同波长通道进行色散、非线性和噪声的在线监测、 管理和自动补偿,解决好高速长距离全光传输色散积累和噪声对系统性能的影响。 另外,级联的放大器的噪声和光传输非线性的积累也需要监测和管理机制。 网络的规划、管理、保护、网络的互通和网管信息的传递和互通等问题,也是建立高 效统一OTN的阻碍和研究课题。 摘自《世界电信》