大數(shù)據(jù)時代背景下的透明電力通信網(wǎng)建設(shè)探究

王文娟　　陳露

1 透明光網(wǎng)絡(luò)

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和用戶高帶寬需求的持續(xù)增長，網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量也在急劇增長，不斷給網(wǎng)絡(luò)容量提出新的挑戰(zhàn)。WDM 技術(shù)的發(fā)展使得人們可以充分利用光纖巨大的帶寬資源進(jìn)行光信號的長距離傳輸，而且單根光纖的容量也在不斷的增長。

未來的光網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)該盡量避免復(fù)雜而昂貴的光電光轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)端到端的全光傳輸，即建立一個“透明”的光網(wǎng)絡(luò)。

事實上，透明光網(wǎng)絡(luò)和全光網(wǎng)絡(luò)其實是不同的概念。在透明光網(wǎng)絡(luò)中，邏輯器件和信號處理的透明度必須被犧牲掉。然而，數(shù)據(jù)傳輸和交換等仍然在光域進(jìn)行。由于光器件技術(shù)的不成熟，包括光緩存和光邏輯器件的不成熟，限制了光信息的處理，從而限制了全光交換（特別是信息頭的處理），使得在可預(yù)見的時期內(nèi)實現(xiàn)真正的全光網(wǎng)絡(luò)仍然不夠現(xiàn)實。因而相比之下，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，透明光網(wǎng)絡(luò)則成為未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展最可行的方向。

何謂透明？理想上，我們希望信號的輸出和輸入是一樣的，除了一定的時延和強(qiáng)度上的衰減。然而光在光纖中傳輸是有色散和非線性效應(yīng)的，同時，強(qiáng)度衰減也是影響信號長距離傳輸?shù)闹饕?。色散補(bǔ)償、特殊光纖、光放大器等技術(shù)和器件的發(fā)明使得光在光纖中的透明長距離傳輸成為可能。尤其是摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Optical FiberAmplifier，EDFA）的發(fā)明和應(yīng)用使得 WDM 系統(tǒng)的透明化成為可能。EDFA 不僅放大倍數(shù)高，而且放大頻譜范圍寬，可以同時對光纖中所有的波長信道進(jìn)行高倍數(shù)放大，很好地支持了 WDM 系統(tǒng)長距離的全光透明傳輸。

在光交換和路由上，網(wǎng)絡(luò)的透明性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)包的交換全光性。然而這一點(diǎn)十分困難，由于全光邏輯器件和光緩存的不健全，要在核心節(jié)點(diǎn)讀取入口數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析和頭處理就需要進(jìn)行必要的電處理。

2 建設(shè)透明電力通信網(wǎng)

2.1 業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入和傳輸

建設(shè)新型電力通信網(wǎng)首先應(yīng)該考慮業(yè)務(wù)接入的問題。由于大數(shù)據(jù)下，業(yè)務(wù)種類和數(shù)據(jù)類型不斷增加，不同的數(shù)據(jù)流有不同的格式，因而電力通信網(wǎng)必須能夠為其提供統(tǒng)一的接口，支持多種流的接入，并將不同的數(shù)據(jù)按同樣的標(biāo)準(zhǔn)打包組幀以統(tǒng)一傳輸。而透明光網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)類型和速率透明的特性則很好地支持了這一點(diǎn)。

2.2 高帶寬長距離全光傳輸

光纖通信最大的優(yōu)勢就在于其巨大的可用帶寬，而衰減是限制光信號長距離傳輸?shù)闹饕蛑?。EDFA 的引入使得數(shù)據(jù)能夠被全光放大，從而延伸光信號的傳輸距離。建設(shè)透明電力通信網(wǎng)需要充分開發(fā)光纖的傳輸帶寬，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速遠(yuǎn)距傳輸。

2.3 大粒度光交換

如果在電力通信網(wǎng)中推廣透明光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的全光大粒度交換，省去了大量數(shù)據(jù)的光/電/光轉(zhuǎn)換和電處理，保證了數(shù)據(jù)的端到端全光傳輸和交換。

1）光 傳 送 網(wǎng) 技 術(shù)（OpticalTransport Network，OTN）是 以WDM 為基礎(chǔ)、在光層組網(wǎng)的傳送網(wǎng)技術(shù)，是下一代骨干傳送網(wǎng)技術(shù)。OTN 將 解 決 傳 統(tǒng) WDM 網(wǎng)絡(luò)無波長/子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力差、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問題。OTN 處理的基本對象是波長級業(yè)務(wù)，它將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長光網(wǎng)絡(luò)階段。OTN 可以提供巨大的傳送容量，多種客戶信號封裝，大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置，端到端波長/子波長連接以及電信級的保護(hù)，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務(wù)的最優(yōu)技術(shù)。然而 OTN 技術(shù)畢竟是基于 WDM波長路由的，因而在子波長匯聚和疏導(dǎo)時仍然需要用到光/電/光轉(zhuǎn)換，此時便會破壞傳輸?shù)耐该餍?。?dāng)前電力通信網(wǎng)已經(jīng)在逐步向 OTN 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，這也是近期內(nèi)的電力通信傳送技術(shù)的發(fā)展方向，為完全實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)透明化奠定基礎(chǔ)。

2）為了進(jìn)一步實現(xiàn)電力通信網(wǎng)的透明化，電力通信網(wǎng)中可以引入基于統(tǒng)計復(fù)用的光突發(fā)交換（Optical Burst Switching，OBS）技 術(shù)。 在 OBS 網(wǎng) 絡(luò) 中，多 個 IP分組組成一個較大的數(shù)據(jù)突發(fā)包（Burst），并將突發(fā)包作為網(wǎng)絡(luò)傳輸單元和交換的粒度。對應(yīng)每個突發(fā)包都會產(chǎn)生一個突發(fā)分組頭（Burst Header Packet，BHP），該BHP 不與突發(fā)包共路，而是先于突發(fā)包一段時間使用另外一條信道發(fā)出，目的是提前到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電處理并控制沿路交換設(shè)備的重構(gòu)。BHP 同時還需要明確突發(fā)包的長度以便節(jié)點(diǎn)知道開關(guān)的維持時間，也即預(yù)約這段時間的開關(guān)資源。BHP 和突發(fā)包發(fā)送相隔的這段時間稱為偏置時間（Offset time）。由于偏置時間的存在，當(dāng)突發(fā)包到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)時，BHP 已經(jīng)事先把資源預(yù)約好，因而突發(fā)包只需要按照安排在光域完成交換，而無需光緩存和經(jīng)歷光電光轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)層面的透明傳輸。 隨著光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的技術(shù)層出不窮，實現(xiàn)透明光網(wǎng)絡(luò)的新方案也會不斷被提出，但無論采用何種實現(xiàn)技術(shù)，在大數(shù)據(jù)時代下建設(shè)透明電力通信網(wǎng)一定是未來發(fā)展的重要方向。

3 結(jié)語

大數(shù)據(jù)是未來信息社會發(fā)展的下一個大方向。大量的數(shù)據(jù)處理無疑給信息通信網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn)，而這一問題在信息化程度不斷提高的電力系統(tǒng)中同樣正逐步凸顯出來。隨著智能電網(wǎng)的推進(jìn)和發(fā)展，電力數(shù)據(jù)爆炸式增長，大量數(shù)據(jù)需要存儲、轉(zhuǎn)發(fā)和實時處理，傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)已漸漸無法承載，而建設(shè)透明通信網(wǎng)絡(luò)則成為電力信息化發(fā)展的前進(jìn)方向。實現(xiàn)電力通信網(wǎng)的透明化可以支持大量數(shù)據(jù)的全光高帶寬傳輸和大粒度交換，在性能、成本和效率上都是大的飛躍。逐步提升電力通信網(wǎng)的透明程度、實現(xiàn)多業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)的完美融合應(yīng)成為電力行業(yè)下一步發(fā)展工作的重點(diǎn)。而透明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同樣也是未來信息通信領(lǐng)域的共同發(fā)展方向，研究這一技術(shù)不僅能為電力通信網(wǎng)改造提供完美解決方案，也為其他網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了非常有價值的借鑒意義。