錢宗玨
錢宗玨，信息產業部主任高工。1952、1965年畢業于重慶大學電機系電信組和北京電視大學數學系，曾從事電纜研制與工程科技攻關。歷任郵電部儀表研究所所長兼總工，郵電部科技司總工；參加主持引進“長飛”光纜廠，曾是國家通信科技攻關技術總負責人、國家通信“863”創始人之一；北京郵電大學特聘教授、博導。
國際通信信息業遭受泡沫經濟的沖擊后，越過了寒冬，正在逐漸復蘇。光纖通信曾經有過輝煌的時期，今后能否再創輝煌？答案應該是肯定的，這是因為通信信息業對全人類的影響與日俱增，人們對多業務的需求日益迫切，光通信高、新技術不斷突破，光通信網絡特別是城域網和接入網還存在很大市場空間。
在最新的光通信國際論壇上，城域/接入網技術發表論文的篇數正在迅速增加，這充分說明了在世界范圍內城域網和接入網將有很大的發展。中國的巨大市場必將成為世界通信信息網絡中最有開發潛力、在未來發揮作用最大和最有效益的一塊“綠地”。我國的通信信息和光通信企業已經對此加以注意，相信在未來的發展中民族企業必將發揮主要的作用。
城域網與接入網的概念
在通信網絡結構中ITU-T將干線網與本地中繼網歸為核心網，而另一類為接入網。分為核心網和接入網兩大部分是因為干線網和本地中繼網的主要功能都是傳送，是要保質保量和高效地傳送大量的信息流，它們的職責功能和服務對象都是一致的。可靠性和生存率是這類網絡首要考慮的問題。在網絡行政、監測、維護、管理等方面都必須成為整體。核心網就其性質而言是屬于傳送網（TransportorTransitNetwork）。接入網則不同，它除了按用戶等級分類以一定的質量和可靠性來傳送信息外，還必須面向廣大用戶和多類應用系統的眾多不同的需求來進行服務。在多種業務服務的靈活性，用戶驅動的適應性和計費管理的多樣性等各種功能方面與單純的傳送網很不相同。它屬于用戶應用網(User Application Network)。 核心網（包括干線網與本地中繼網）一般業務量大，傳送的通路多。因此對傳送 的質量和可靠性要求高。因為一旦出現故障，其危害和造成的損失都是比較大的，因此在建設核心網時花費較大的建設維護費用也在所不惜。還因為核心網的基礎設施包括系統設備數量比較少，而每一單元所承載的業務量大，因此按通路成本來分攤后其費用相對來說比較低。但接入網的基礎設施則不同，其系統設備和每線承載的業務量小，而設備系統的數量相對來說要多得多，其建設費用將大大超過核心網建設所需費用。因此接入網系統設備除了要保證一定的質量和可靠性要求外，系統設備的造價和每戶成本是建設、規劃、設計時主要考慮的問題。
接入網（AccessNetwork，AN）按窄義來理解，是業務節點接口（ServiceNode Interface， SNI）和用戶網絡接口(User Network Interface， UNI)之間的一系列傳送的實體所組成的為傳送通信信息業務提供所需傳送承載能力的實施系統。而廣義的接入網(它包括駐地網在內)是指除核心網外的所有有線、無線、通信廣播、移動通信等能傳送語音、數據、視像等多種業務和需求服務的全業務接入網。 隨著技術的發展，廣義的全業務接入網將在未來通信信息網絡中發揮巨大作用。
在計算機網絡中一般按廣域網（WAN）、城域網（MAN）和局域網（LAN）來區分網絡的地位的，城域網的名稱因此而來。城域網原來的地位大致相當于電信網絡中的本地中繼網，而接入網實際包含了局域網，其功能和作用遠大于局域網，因而也就出現了城域網和接入網。城域網與接入網的功能、作用雖不盡相同，但關系非常密切。在IP普及到各個領域的今天，城域網和接入網的性質正在發生演變，它們除繼續保持傳送功能外，還增加了控制和管理等多種功能。城域/接入網名稱的出現說明兩者已相互依存、互相融合，新型的網絡即將問世。隨著下一代網絡(NGN)，下一代互聯網(NGI)，IPv6， 軟交換技術等通信信息網絡新技術不斷出現，下一代城域網、接入網也正邁向以多業務為目標和以IP和光為主導技術方向的新紀元。新技術的出現必然促進網絡向前發展，城域/接入網新技術發展趨向如下：
城域網（MAN）新技術的發展及其趨向
隨著時代的進步和業務需求的發展，近年來，城域網出現了不少新技術。
1．彈性分組環（ResilientPacketRing，RPR）
在城域網中人們首先推廣應用了以SDH為基礎的多業務傳送平臺MSTP（MultipleServicesTransportPlatform）。但SDH主要是面向低速、電路交換的話音業務的技術，而MSTP光纖城域網方案的網絡帶寬的利用率比較低，不能適應以IP為主體的信息流的需要。由光纖組成環形拓撲結構的彈性分組環（RPR）技術將是解決下一代城域網的新方案之一。RPR是一種基于數據的媒體訪問控制（MAC）的技術。RPR采用了統計帶寬復用技術、空間重用協議和帶寬公平分配算法可以保證共享帶寬的高利用率，可充分利用環網的資源，能實現快速的保護倒換和恢復，提供區分業務類型的保證等。它集成了環形拓撲結構快速恢復性能和以太網高效、簡單和低成本等優點。RPR不僅能支持數據業務，也能支持話音和視頻等實時性強的業務。它能嵌入MSTP并和MPLS、DWDM等技術結合在一起提供寬帶多業務平臺。RPR的缺點在于沒有跨環標準，因而信息難于跨環傳遞，獨立組大環的能力較差等。
2．光突發交換（OpticalBurstSwitch，OBS）
網絡中突發（BURST）可以看作是由多個分組組成的超長分組，而這個超長分組的分組頭為突發的控制分組BHP（BurstHeaderPacket）。在BHP中包含數據突發的有關信息，如偏移時間、突發長度、數據通道等。BHP與突發數據在物理通道上是分離的。在傳輸系統中，可以采用一個專門波長作為控制通道，用以傳送BHP，而把其它波長作為數據通道。在OBS的信息的源節點處，由OBS節點將信息匯聚成數據突發包或光突發包，隨后在OBS網絡的光域中傳輸、交換并在宿節點處被還原成信息流。OBS系統統計復用帶寬資源，網絡資源利用率高，帶寬分配的顆粒較細，業務接入比較靈活，是下一代城域網發展中很有前途的新技術。
3．自動交換光網絡（AutomaticSwitchingOpticalNetwork，ASON）
1998年ITU-T提出了光傳送網（OTN）的概念，2000年提出G.807（G.astn）自動交換光網絡建議。2001年提出的G8080(G，ason)建議定義了自動交換光網絡（ASON），至此，光通信網絡已不再僅僅是傳送網而包括了交換和控制功能。ASON引入了動態交換的概念和業務層與傳送層之間協同工作的機制。ASON分為三個平面，即網絡傳送平面、控制平面和管理平面。其中傳送平面是ASON的基礎，它直接涉及業務信號的傳輸、分插和交換，主要包括接口適配、交叉連接（包括分插）等功能單元設置了控制代理和管理代理，以接受其他兩個平面的控制和管理。控制平面是核心，它通過用于光層處理的開銷通道、光層控制信令與管理信息對光網絡進行有效的控制和管理，如邊緣節點的帶寬請求，網絡拓撲、帶寬資源、路由信息的傳遞，動態路由選擇和波長分配，網絡保護、恢復、重新配置以及對光設備和光通道進行監測等。它的實現技術主要包括接口技術、信令技術、路由技術、發現技術和網絡恢復技術等。管理平面是保障，它實現對ASON節點設備及其組網的配置、管理和維護，主要包括兩大部分。即對傳送平面的管理，主要由配置、故障、性能、安全、計費等五大功能組成。另一大部分是對控制平面的管理，與傳統的網管系統不同，通過NMI-A接口與控制平面交互作用，從而實現對控制平面的配置管理、故障管理、性能管理、策略管理、發現管理和連接管理。ITU-T提出了針對ASON架構的G.807、G.8080、G.7712、G.7713、G，7715等建議，IETF提出了適用于ASON控制平面的通用多協議標簽交換（GMPLS）協議。ASON這種創新的體系結構代表了新一代光網絡的重要發展趨勢，它將首先在城域網中推廣應用。
接入網（AccessNetwork，AN）技術的新發展趨向
隨著用戶的增多和IP及視象業務的迅速發展，傳統的DSL技術發展空間將日益縮小，而未來的巨大市場必將由新技術來占領。美、日、韓和部分歐洲國家早已在為下一代接入網技術作積極準備。接入網的新技術包括：
1．波分復用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）技術
DWDM/CWDM將在城域/接入網中發揮越來越大的作用。如所周知，密集波分復用（DWDM）已經在干線網中普遍采用，它也將在城域網中發揮重要作用。具有業務透明、連接靈活、功耗低、體積小、價格低等一系列優點的稀疏波分復用（CWDM）將在城域/接入網，特別是在未來的接入網中，發揮巨大的作用。ITU-T的G.694和G.695分別定義了CWDM技術的波長分配和光接口規范。CWDM波長間距為20nm，每個波長有13nm光譜波長容限，在整個O，E，S，C，L（1271nm～1611nm）光譜的帶寬內，一般無需采用制冷的和高波長穩定度和高色散容限的高價激光器，不采用成本昂貴的密集波分復用器/ 解復用器。低價的激光器和粗分濾波器件，大大降低了成本。CWDW便于實現多業務通信，便于透明靈活組網，可承載SDH，ADSL，PON，HFC，LAN，IPv6，IPTV等多種業務，功耗小，維護費用低，易于擴容。雖然CWDM的波長數和傳輸距離有限，每根光纖一般可容納16個波長，最遠約可達100公里，但成本比DWDM低很多，因此在接入網中將有很大的發展空間。
2．無源光網絡（PassiveOpticalNetwork，PON）
1988年，基于電話業務的TPON設想首先在英國被提出。1995年，由某些電信運營商組建的（FullServiceAccess Network，FSAN）國際研究組共同研究了全業務接入網技術。1997年，根據FSAN建議，ITU-T提出了以ATM為基礎的，上下行速率均為155Mbps 的APON標準G.983.1。在2001年，有關規范又被修正為上行155Mbps和下行622Mbps的不對稱傳輸系統和上、下行均為622Mbps的對稱系統被稱為Broadband PON即BPON。鑒于數據流量的劇增，APON和BPON所采用的物理層結構其速率己難以提高，而且它們在傳送IP流量時效率很低，因此FSAN致力于推出一種速率大于Gbps的PON，并以采用通用組幀程序（Generic Framing Procedure，GRP）的方法來提高效率。GFP允許可變長度的幀與ATM單元混合組幀。2003年，在FSAN的建議基礎上，ITU-T提出了有關Gigabit-capable PON（GPON）的G.984.1和G.984.2建議。GPON的上、下行速率提高到了2.5Gbps，效率也大為提高。在以太網基礎上發展起來的EPON，是遵循IEE802.3工作組規范的無源光網絡。IEEE802，3ah工作組還規范了Gbps速率以上（e. g. 10Gbps etc.）EPON。與電信運營商不同，他們認為保持IP以太網沒有拘束、無所不在和低成本等優點，不過度規范其標準的作法，將使EPON更有發展前景。在未來的廣播TV節目、IP多播技術、VOD、單線Karaoke、IP電話、DVD級多播及登錄、電子旅游、電子游戲等充分普及后，究竟GPON還是EPON是贏家，現在還難以預料。WDM-PON采用波分復用與無源光網技術組合而成。它具有可采用不同波長作為上、下行通道并可綜合利用GPON與EPON等技術組織多種業務的優點，因此受到了人們的青睞。隨著成本的不斷降低，在未來全業務光接入網的發展中WDM-PON將發揮巨大作用。
3.垂直腔面發射激光器件（VerticalCavitySurfaceEmission Laser series， VCSELs）
長波長單模的垂直腔面或邊發射激光器件是近年來國際光接入網技術中的一顆“新星”。VCSELs與帶狀（Ribbon）光纖結合后將組成廉價和豐富多彩的光纖接入網，它將大大促進城域/接入網的發展。在850nm短波長多模VCSELs問世以后，人們一直在期待著它的出現。國際上，用MOCVD技術在磷化銦基底上生長的長波長單模1310nm和1550nm單片的InAlGaAs/InPVCSELs和在砷化鎵上生長單片的InAlGaAsVCSELs己經研制成功，并即將進入批量生產階段。日本等國正在為進一步降低系統成本而努力。最新進展是采用了單模光纖直接耦合10GbpsVCSEL-TOSA新技術。TOSA是發射部分光輔助裝置的簡稱。低功耗、低損耗、低成本、高效無透鏡的單模光纖耦合和優良的RF特性是TOSA研制的目標。降低激光二極管驅動IC（LDD）功耗也是重要環節之一。LDD與TOSA 將集成在一起以達到進一步降低成本的目的。VCSELs 的實用化將進一步促進國際FTTP、FTTH的發展進程。
城域/接入網中的的光纖、光纜
多年來光纖和器件制造業一直為擴展光纖可用波段而努力。由于紅外、紫外吸收、瑞利散射和氫氧根的影響，光纖中的可用波長帶寬是有限的。除用于短距離傳輸的短波長多模光纖外，單模光纖在800～1250nm之間約190THz是截止波長，1250nm以上至1700nm之間約50THz的波長帶寬才是光通信系統的可用黃金波段。國際上已建設的長距離光通信系統大部分均采用了以1310nm波長為主的常規單模光纖G.652。由于光纖在1500nm處損耗低但色散大，為了有利于通信距離進一步增長，開發了零色散位于1550nm的低損耗色散位移光纖(DSF)G.653。為了克服“四波混頻(FWM)”對密集波分復用光通信系統的影響，光纖制造業又研究開發了非零色散光纖(NZ-DF)G.655。在光纖中1530nm～1565nm通常被稱為C波段，1565～1625nm為L波段，1460nm～1530nm為S波段。人們正在利用激光器件和光纖中的非線性來進一步挖掘、擴展光纖中的有用頻段。一般說來，單模光纖原來1550nm處的可用波長帶寬僅10nm，通過均衡達30nm，在摻鉺光纖放大器(EDFA)、增益遷移摻鉺光纖放大器(GS-EDFA)和拉曼放大等的共同作用下可以進行無縫隙放大，使光網絡的可用波長帶寬跨越C、L波段達到80nm以上。此外，光纖中的S波段可以由增益遷移摻銩光纖放大器(GS-TDFA)和分布式拉曼放大(Distributed Raman Amplification)來進行擴展。在充分利用C、L、S波段的波長帶寬以后，密集波分復用數已達273個以上。在經過各種技術處理后，頻譜效率已能做到小于0.4-bit/Hz，這是實現超大規模密集波分復用所必需的。為了進一步擴大C+L+S帶寬的聯合作用和降低四波混頻（FWM）串音影響，國際光纖制造業還正在研制新的下一代的零色散低于S頻段的中等色散光纖(Medium Dispersion Transmission Fiber)，其色散在5～11ps/nm?km之間，例如己研制成功True Wave REACH光纖，其色散為7.5ps/nm?km。人們稱光纖中1260～1360nm為O波段，1360nm～1460nm為E波段。 由于光纖中最大的水分子峰，亦稱“羥基”，約位于1380～1390nm波長處，在這一波段中光纖損耗很大，為了進一步擴展和利用光纖中的有用波段，國際上開發了“無水峰”光纖。此外，還正在用摻鐠光纖放大器（PDFA）來充分發揮O波段的潛力。如前述，對城域/接入網而言，光纖光譜帶寬中的O、E、S、C、L都是有用的，充分利用好這些波段需要業界共同的努力。為了光接入網的需要，國際上正在積極研制專為光纖到戶（FTTH）設計的具有對彎曲不敏感和低接續損耗性能的低成本的接入網和用戶光纖、光纜。日本、韓國和美國正在研制摻氟的塑料光纖。積極推動FTTH的日、韓、美等國已遇到實用化和可靠性等一系列的實際問題。國際光接入網正在穩步走向家庭。
結語
城域網和接入網在新的世紀里將會有很大的發展。特別是光的城域/接入網高、新技術不斷涌現。在最近的光通信國際論壇上，最后一公里（LastMile）已被改稱為最先一公里（First Mile），他們的用意是明顯的，全業務光接入網將成為光通信技術未來發展的前沿。我國光通信業已經具有一定基礎，希望在未來的發展中，積極主動、開拓創新，為我國城域/接入網的發展作出貢獻。
