摘要:該文首先對(duì)光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,主要包括四個(gè)方面:相干檢測(cè)及光數(shù)字處理、可軟件定義收發(fā)器和彈性波分網(wǎng)絡(luò)、電層及光層技術(shù)、高速光電器件技術(shù)。之后對(duì)光纖通信系統(tǒng)未來發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力以及挑戰(zhàn)進(jìn)行了闡述。然后對(duì)光纖通信系統(tǒng)未來發(fā)展的演進(jìn)趨勢(shì)進(jìn)行了探討,主要包括四個(gè)方面:骨干網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)、軟件定義傳送網(wǎng)絡(luò),其中軟件定義傳送網(wǎng)絡(luò)又可以分為三個(gè)方面:自動(dòng)控制化、開放協(xié)同化、物聯(lián)智慧化,之后從八個(gè)方面介紹了物聯(lián)智慧化。通過以上幾個(gè)方面的研究和探討,希望能夠?yàn)橐院蟮难芯抗ぷ魈峁┮恍﹨⒖肌?/p>
關(guān)鍵詞:光纖通信;發(fā)展現(xiàn)狀;挑戰(zhàn)機(jī)遇
中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-3044(2019)36-0246-02
人類社會(huì)邁人信息時(shí)代的重要工具之一就是光纖通信,它促進(jìn)了信息革命的進(jìn)一步發(fā)展。相比于傳統(tǒng)的通信模式光纖通信的優(yōu)勢(shì)非常明顯:速度快、保真度高等等,正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)使得各個(gè)行業(yè)都廣泛地應(yīng)用了光纖通信,這也在很大程度上影響了全世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步。不過光纖通信技術(shù)的發(fā)展過程并不順利,曾經(jīng)遭遇了很多的艱難險(xiǎn)阻,因此我們除了要對(duì)光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和思考之外,還要對(duì)其面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇進(jìn)行深入的探究,同時(shí)應(yīng)該采取合理有效的方法解決發(fā)展道路上的阻礙,從而能夠緊緊地抓住發(fā)展機(jī)遇,實(shí)現(xiàn)突破。
1光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1相干檢測(cè)及光數(shù)字處理
早期的光通信系統(tǒng)在發(fā)展過程中要實(shí)現(xiàn)光的傳輸,采用的是簡(jiǎn)單的強(qiáng)制調(diào)制/直接檢測(cè)技術(shù)。40 Gbit/s時(shí)代的波分系統(tǒng),差分二相位和四相位調(diào)制在直接檢測(cè)的基礎(chǔ)上具有相當(dāng)?shù)谋容^優(yōu)勢(shì)。在100 Gbit/s時(shí)代的波分系統(tǒng),在高速光通信系統(tǒng)中則普遍采用了相干光技術(shù)。當(dāng)前,我國(guó)已經(jīng)大規(guī)模部署了100Gbit/s相十,同時(shí)已經(jīng)開始商用400Gbit/s,而整個(gè)產(chǎn)業(yè)界目前的發(fā)展趨勢(shì)是Tbit/s量級(jí)。另外,就目前的實(shí)際情況來看超低損光纖+拉曼放大技術(shù)、超強(qiáng)DSP技術(shù)等等都有可能在未來助推光通信系統(tǒng)傳輸能力不斷地向前發(fā)展。除此之外,在光通信系統(tǒng)傳送技術(shù)中ODSP技術(shù)非常的重要,主要表現(xiàn)在這種技術(shù)引領(lǐng)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了數(shù)字光時(shí)代,這時(shí)對(duì)以往光網(wǎng)絡(luò)模擬光時(shí)代的顛覆性改變。在相十通信系統(tǒng)剛剛興起再到快速發(fā)展的過程中,ODSP技術(shù)也發(fā)展得十分迅速,這種技術(shù)一方面能夠補(bǔ)償信道損傷,例如:相位噪聲和非線性、色散等等;另一方面,還能夠?qū)邮諜C(jī)、發(fā)射機(jī)等的器件損傷進(jìn)行補(bǔ)償。
1.2可軟件定義收發(fā)器和彈性波分網(wǎng)絡(luò)
就當(dāng)前的ODSP技術(shù)來說,其flex調(diào)制方式多種多樣可以靈活變化,可以依據(jù)場(chǎng)景和傳輸距離不同,采用不同的調(diào)制格式和不同的通道間隔,從而使大容量的光傳輸能夠更加的高效。利用通道間隔可以把50 GHz的波長(zhǎng)間隔大大降低,可以降到37.5 GHz,有些甚至能夠降到33GHz,這樣就大大增加了C波段的波長(zhǎng)數(shù)量。截至目前,采用十六納米的ODSP能夠?qū)?00 Gbit/s QPSK、400 Gbit/s 64QAM等等提供有效的支持,傳輸距離不同、所采用的調(diào)制技術(shù)不同,但是能夠兼容到同一個(gè)硬件之中,就頻譜的效率來說,從QPSK到64QAM效率得到了大幅提高,后者大概是前者的兩倍到三倍。由于ODSP同時(shí)應(yīng)用到了發(fā)送器和接收器中,因此可以軟件定義收發(fā)器,從而實(shí)現(xiàn)彈性波分網(wǎng)絡(luò)[1]。
1.3電層及光層技術(shù)
自進(jìn)入21世紀(jì)以來,不斷加強(qiáng)的光網(wǎng)絡(luò)功能,使系統(tǒng)日趨復(fù)雜,導(dǎo)致具有多個(gè)環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn),在這種情況下就需要多個(gè)維度的光交換。不過,隨著近些年來大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,與光交換技術(shù)相比電層交換技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先,并由此出現(xiàn)了一種光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)是電層交換技術(shù),也就是OTN。并且對(duì)于通信傳輸網(wǎng)的發(fā)展要求OTN技術(shù)在很短的時(shí)間內(nèi)就已經(jīng)完全適應(yīng)。在之后的發(fā)展中特別是2010之后,光網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜,OTN技術(shù)也在不斷地完善和改進(jìn),之后為了對(duì)mesh網(wǎng)帶來的架構(gòu)和技術(shù)變遷以及更加復(fù)雜的環(huán)網(wǎng)能夠進(jìn)行充分的適應(yīng),在原有OTN技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了OTN技術(shù)的增強(qiáng)型。2013年,CCSA牽頭制定了與OTN技術(shù)相關(guān)的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在增強(qiáng)型OTN設(shè)備中納入了分組交換以及SDH交叉等等,對(duì)OTN/SDH/PKT3種業(yè)務(wù)調(diào)度功能進(jìn)行了有效的集成。如今,已經(jīng)比較成熟能夠商用的100 Gbit/s光傳送技術(shù)剛剛開始,相關(guān)的業(yè)界已經(jīng)開始投入大量的人力、物力以及財(cái)力去研究和探索超100 Gbit/s的光傳送技術(shù)。以后的OTN技術(shù)其承載能力要達(dá)到可以接受任何業(yè)務(wù)的水平,與此同時(shí)隨著光層通道間隔技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新,OTN技術(shù)的靈活性必將在未來得到大幅的提升,在對(duì)載波數(shù)量、光調(diào)制方式等參數(shù)的選擇上能夠依據(jù)傳送的距離和業(yè)務(wù)流量進(jìn)行非常靈活的選擇,從而使網(wǎng)絡(luò)配置能夠達(dá)到最高效的狀態(tài)[2]。
1.4高速光電器件技術(shù)
要使光通信系統(tǒng)一直保持著比較高的性能,那么首先就要保證光器件的性能以及設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)工藝,而且這三個(gè)方面也是整個(gè)光通信產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)。對(duì)于傳統(tǒng)的光器件來說,必須要使用不同的材料來實(shí)現(xiàn)其不同的功能,在這種情況下光器件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)繁多,并且很多的校驗(yàn)和調(diào)試還要依靠人工去完成,這就導(dǎo)致光器件的生產(chǎn)效率十分低下并且價(jià)格一直居高不下。但是利用光子集成技術(shù)則能夠有效地打破以上的種種瓶頸,不僅能夠使成本大幅降低,還能夠有效地提高光器件的集成度,同時(shí)使制造光器件的能耗大大下降。
2光纖通信系統(tǒng)未來發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力以及挑戰(zhàn)
就目前來說,驅(qū)動(dòng)光纖通信系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的是不斷出現(xiàn)的各種新興業(yè)務(wù)??梢哉f,21世紀(jì)潛力最大的產(chǎn)業(yè)就是信息產(chǎn)業(yè),從信息產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展趨勢(shì)來看,有三個(gè)方面是光纖通信產(chǎn)業(yè)未來重要的支撐,即5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、超寬視頻業(yè)務(wù)以及云互聯(lián)業(yè)務(wù),這三個(gè)方面的業(yè)務(wù)在未來的快速發(fā)展,必將徹底的轉(zhuǎn)變光纖通信產(chǎn)業(yè)的架構(gòu),同時(shí)也對(duì)光通信網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了明確,那就是極簡(jiǎn)化。下一代的光通信網(wǎng)絡(luò)要想對(duì)未來的發(fā)展要求進(jìn)行更好地適應(yīng),就需要具備低延時(shí)、超寬帶以及業(yè)務(wù)可靠性高、能夠快速發(fā)放等一系列特征[3]。
3光纖通信系統(tǒng)未來發(fā)展的演進(jìn)趨勢(shì)
3.1骨干網(wǎng)絡(luò)
一,進(jìn)一步提高單波速率并顯著提升其性能;二,廣泛應(yīng)用的應(yīng)用大容量和高緯度的光交換;三,IP能夠和光協(xié)同;四,高密度光芯片集成更加的成熟。
3.2城域網(wǎng)絡(luò)
一,不斷探索新技術(shù)使收發(fā)器的成本降低,同時(shí)還要使收發(fā)器的體積最大限度地減小,并使功耗大大降低;二,將ODSP和簡(jiǎn)單的強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)有效地結(jié)合起來,從而使單波100Gbit/s非相十光收發(fā)器的成本大大降低;三,網(wǎng)絡(luò)將得到進(jìn)一步優(yōu)化并向簡(jiǎn)化方向發(fā)展;四,普及應(yīng)用企業(yè)專線[4]。
3.3接入網(wǎng)絡(luò)
一,使移動(dòng)前傳和回傳的成本大大降低;二,實(shí)現(xiàn)高容量微波傳送;三,每家每戶都接人高速光纖;四,建立現(xiàn)代企業(yè)專線;五,數(shù)據(jù)中心互聯(lián)。
3.4軟件定義傳送網(wǎng)絡(luò)
3.4.1自動(dòng)控制化
21世紀(jì)之前網(wǎng)管的人工管理配置系統(tǒng)是SDH光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。進(jìn)入到21世紀(jì),不斷增長(zhǎng)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),使得光網(wǎng)絡(luò)越來越IP化,同時(shí)大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也在我國(guó)如火如荼地展開。產(chǎn)業(yè)也開始將ASON控制平面技術(shù)應(yīng)用到光網(wǎng)絡(luò)之中,從而使光網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)自動(dòng)化技術(shù)得以實(shí)現(xiàn),主要包括自動(dòng)資源發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)放等。這樣光網(wǎng)絡(luò)就從以往的人工管理成功的轉(zhuǎn)變成了自動(dòng)控制。
3.4.2開放協(xié)同化
引入并應(yīng)用的ASON等各種自動(dòng)管控技術(shù)雖然使運(yùn)維的復(fù)雜性問題得到了有效的緩解,但是依然很難進(jìn)行多域間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,例如跨層網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)作等都還難以實(shí)現(xiàn),特別是有OTT挑戰(zhàn)時(shí),目前的傳送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只能勉強(qiáng)維持。2008年,美國(guó)產(chǎn)業(yè)界將SDN這個(gè)概念提了出來,開啟了網(wǎng)絡(luò)向智能化方向發(fā)展的新紀(jì)元。對(duì)于光網(wǎng)絡(luò)來說,T-SDN技術(shù)的誕生使其有了新的希望,已經(jīng)基本上形成了新一代的傳送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu),這種系統(tǒng)架構(gòu)以控制器為核心,目前已經(jīng)得到了產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)可。
3.4.3物聯(lián)智慧化
只有具備對(duì)業(yè)務(wù)的深度感知,未來T-SDN技術(shù)才能夠進(jìn)行進(jìn)一步的演化。各種業(yè)務(wù)中包含有大量的流量數(shù)據(jù),系統(tǒng)通過分析和預(yù)測(cè)這些數(shù)據(jù)信息,對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整優(yōu)化,從而使網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)的變化能夠進(jìn)行更好地適應(yīng),最終使人工智能的T-SDN解決方案得以實(shí)現(xiàn)。但是在萬物互聯(lián)的背后,承載網(wǎng)絡(luò)的變化也將更加的頻繁,而這必將影響到它的控制管理系統(tǒng)。
(1)寬帶大。調(diào)度超大帶寬,會(huì)嚴(yán)重沖擊到網(wǎng)絡(luò)新資源分配的合理性,這就需要從全局視角出發(fā)對(duì)局部進(jìn)行調(diào)整,而這將會(huì)使管控系統(tǒng)的處理能力受到極大的考驗(yàn)。
(2)變化頻繁。未來瞬息萬變的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)處理能力和優(yōu)化能力以及對(duì)預(yù)測(cè)未來網(wǎng)絡(luò)變化的能力產(chǎn)生很大的考驗(yàn)。
(3)響應(yīng)快。未來很多業(yè)務(wù)將會(huì)有大量的“零等待開通”等方面的需求,在這種情況下如果有突發(fā)網(wǎng)絡(luò)事件,那么網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)要能夠快速的反應(yīng)。
(4)類型多。未來將是萬物互聯(lián)的時(shí)代,而不同的人對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求也將越來越多樣化,在這種情況下能夠按照用戶的實(shí)際需求并在線加載新網(wǎng)絡(luò)的功能網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)一定要具備,這也是對(duì)軟件平臺(tái)在線編程能力的考驗(yàn)。
(5)要求高。在未來的生產(chǎn)生活中,網(wǎng)絡(luò)的重要性就像空氣和水一樣,因此如果有突發(fā)事件中斷了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù),那么必將對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,所以未來的網(wǎng)絡(luò)一定要具備更高的安全性,使網(wǎng)絡(luò)能夠更加的可靠,同時(shí)還要提前制定好突然斷網(wǎng)后的應(yīng)對(duì)措施,從而使斷網(wǎng)造成的損失和對(duì)人們生活的影響能夠最大限度地降低。
(6)管理與控制在軟件上深度融合。深度融合的下層物理設(shè)備管理和上層業(yè)務(wù)的控制將在未來實(shí)現(xiàn),在這個(gè)“有機(jī)的生命體”中,網(wǎng)絡(luò)控制功能的模塊化等將得以實(shí)現(xiàn),并通過軟件交互使各個(gè)功能模塊能夠進(jìn)行緊密的配合。
(7)自學(xué)習(xí)和人工智能。網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)在未來,一方面要在空間維度深度的感知業(yè)務(wù)信息、底層物理信息等,另一方面還要在時(shí)間維度全面的了解網(wǎng)絡(luò)的歷史數(shù)據(jù),之后通過深入的分析這些“四維”立體數(shù)據(jù)以及自學(xué)習(xí)的不斷積累,可以使運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)行預(yù)測(cè)和決策時(shí)更加的快速準(zhǔn)確。
(8)云計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)未來的發(fā)展方向必然是云化和并行儲(chǔ)存。同時(shí),在云化控制器中將廣泛的運(yùn)用“全息”軟件計(jì)算,這樣網(wǎng)絡(luò)管控就不會(huì)受到任何服務(wù)器或者儲(chǔ)存設(shè)備故障的影響,這將使管控系統(tǒng)的可靠性大幅提高。
4結(jié)束語
綜上所述,在信息產(chǎn)業(yè)中光纖通信的領(lǐng)導(dǎo)地位可以從其發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)中得到充分的顯現(xiàn)。光纖通信之所以能夠取得領(lǐng)導(dǎo)地位主要是因?yàn)槠浒l(fā)展會(huì)涉及非常廣泛的范圍,并對(duì)眾多產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生影響。而光纖通信在未來的發(fā)展和演變與信息產(chǎn)業(yè)和電信網(wǎng)未來的發(fā)展有著十分密切的聯(lián)系,并且光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展也必將深刻的影響未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
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【通聯(lián)編輯:代影】
收稿日期:2019-08-27
作者簡(jiǎn)介:郝建平(19 81-),女,天津人,通信線路主管,學(xué)士,研究方向?yàn)橥ㄐ啪€路。