作者：浙江大學 宋軍 博士
   本期有一篇特邀論文，名字叫做“下一代核心光網(wǎng)絡的發(fā)展動向”。乍一看這真是一個很大的標題，通常使用這種標題的文章，要么就是內容空洞的泛泛之談，要么則是高瞻遠矚的傾力之作。但看到作者單位，相信我們會認為它屬于后者。這篇特邀論文來自于美國國防部下屬的高級研究計劃局。而作者Adel A. M. Saleh更是該部門網(wǎng)絡研究方面的項目主管。因此他的文章通常能代表著美國政府支持下的光通訊研究方向，也許是能反映全球光通訊發(fā)展的趨勢。因此本期我們著重看一下這篇文章，其篇幅很長，有二十頁。再考慮到本期其他論文有實質性的內容并不多，所以限于篇幅，本期只能把側重點放在這里。首先，縱觀全文，作者反復強調了當前迫切需要突破的三項技術：（1）傳輸網(wǎng)調制格式的改進；（2）交換粒度（這是一個反映光交換業(yè)務靈活度的參數(shù)，粗略的看可以分為波長交換、波長組交換和光纖交換三個層次）的升級；（3）邊界業(yè)務疏導（邊界是指僅在網(wǎng)絡節(jié)點入口或出口位置疏導）。下面我我們再從內容上來簡單概括一下這篇文章：

1. 應用要求：（1）在下一代光網(wǎng)絡的應用角度，作者首先談到的是容量這個詞。對容量提升的動力要求作者提到主要來自不斷增長的用戶數(shù)量以及超帶寬應用的迫切。而對普通用戶而言，使用上升最快的應該是和視頻相關的業(yè)務。作者提到在美國近兩年要實現(xiàn)的是100Mb/s的單用戶接入速度，部分地區(qū)將要達到1Gb/s；（2）為了滿足更高的用戶服務質量要求，作者提到基層協(xié)議更新的重要性。例如，對快速發(fā)展的企業(yè)局域網(wǎng)絡業(yè)務，作者重點提到了VPLS（虛擬專用局域網(wǎng)服務）的意義，這是一種充分結合了以太網(wǎng)和MPLS核心技術的多用戶服務解決方案，可以將分散的用戶直接聯(lián)系起來，即相對廣域網(wǎng)所有用戶位置是透明的。因此它除了具有以太網(wǎng)的優(yōu)勢，還具有更好的擴展性、可靠性及QoS等能力。最后作者談到對美國，未來五年左右實現(xiàn)100Gb/s的以太接入也是很可能的。（3）接下來作者提到的一個光網(wǎng)絡快速發(fā)展的應用領域是網(wǎng)格計算，通常這是一種專門針對復雜科學計算的新型計算模式，伴隨互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可以把分散的電腦組成一個虛擬的超級計算機，每臺機器相當于一個節(jié)點，數(shù)不清的節(jié)點鋪成一個網(wǎng)絡，這樣可以有效利用每臺計算機的閑置資源，增強數(shù)據(jù)處理能力，比較著名的實例如TeraGrid等。作者談到在未來幾年，這樣的網(wǎng)格計算將不再僅僅局限于科學計算，而將進一步擴展到商業(yè)領域和軍事應用。而對某些特殊應用，如天體物理學的計算，作者提到通常需要幾個Tbit/s的處理能力。面向這些要求，必須采用更加靈活，更加動態(tài)的鏈接模式，例如使用波長網(wǎng)格等。而在軍事上這種網(wǎng)格化的計算作者提到了兩個實例，其一是傳感器網(wǎng)格，即在海陸空放置大量的有源、無源傳感器，對敵軍位置，危險突襲等情況進行快速分析，識別；其二就是著名的“全球信息柵格”計劃，這是美國國防部耗資幾十億美元的一個大計劃，采用因特網(wǎng)協(xié)議為全球軍事部門間提供安全、高速的保密和非保密信息傳輸，系統(tǒng)通過光纖鏈接提供10Gb/s的傳輸速度。

2. 核心網(wǎng)絡框架：這一部分作者的思路還是圍繞著網(wǎng)絡框架進化的角度敘述的。也就是說先陳述了第一代光網(wǎng)絡（典型的O-E-O）模式的特性，然后回顧了現(xiàn)在光網(wǎng)絡的進展（當然最主要的還是拋棄了光電轉換的環(huán)節(jié)）。最后再展望了下一代的光網(wǎng)絡情況。前一部分，我們將略過不談，只從近期網(wǎng)絡框架發(fā)展說起。作者提到近期的商用光網(wǎng)絡均以提供10Gb/s的傳輸速率為主，并且一般具有向40Gb/s兼容的能力，而現(xiàn)在單光纖可利用的帶寬一般在0.8–3.2 Tb/s左右。而對高速傳輸，作者也提到了色散補償?shù)闹匾�性，并指出使用色散補償光纖不僅價格昂貴，而且由于是靜態(tài)補償，不能達到精確的補償效果。這里作者特別指出在發(fā)射接收端，對每個通道采用電子色散補償將會是一種很有應用潛力的技術。

3. 當前光網(wǎng)絡的研究：這部分里，作者以所在部門正在研究的一個網(wǎng)絡為例，并強調這是北美地區(qū)最典型的預研網(wǎng)絡框架。該光網(wǎng)絡共有55個節(jié)點和70多條鏈路，所有節(jié)點中，大概60%具有兩個交叉度，25%有三個交叉鏈路，15%有四個交叉。平均鏈路長度是470km，其中最短25km，最長1110km。該網(wǎng)絡可以支持1, 5, 10, 20, 50, 和 100 Tb/s六種傳輸速率，而單一波長的調制速率從2.5到640Gb/s內變化，通道保護方面，40%的鏈路采用了一對一的保護方案，而剩下的鏈路是沒有保護的。整個網(wǎng)絡具有并行的OADM功能。該網(wǎng)絡也承擔者有關CSRZ-DPSK調制格式信號在長距離應用效果的測試工作。從目前的測試情況來看，作者認為在這樣的網(wǎng)絡里，以1000km的工作距離來看，實現(xiàn)單通道640Gb/s的傳輸速率是完全可行的。但從經(jīng)濟的角度來看，作者也承認這樣的傳輸容量暫時是沒有使用價值的。最后再來看類似網(wǎng)絡的成本分配問題。如果要實現(xiàn)1Tb/s的總傳輸容量，在總成本中，光放大器、終端光網(wǎng)絡元件、疏導/路由單元、收發(fā)機和3R器件所占的成本比例分別為40%、17%、17%、23%和3%。而要實現(xiàn)100Tb/s的總傳輸容量，這一比例分配相應變?yōu)?%、1%、40%、35%和15%。很容易理解，傳輸速率的提高意味著系統(tǒng)受色散非線性的影響變強，也意味著發(fā)生阻塞的概率增大，因此相應的信號再生以及業(yè)務疏導系統(tǒng)就會變得更復雜，成本自然也就更高。

4. 研究重點：（1）單通道速率。（a）作者首先還是從網(wǎng)絡成本的角度來看這個問題，從研究結果來看，對特定的總網(wǎng)絡容量，存在一個最佳的單通道速率，使得系統(tǒng)成本最低。例如當總的傳輸容量分別為1、5、10、20、50和100Tb/s的時候，作者認為最佳的單通道調制速率分別應為2.5（或10）、10、10（或40）、40、40（或160）和160Gb/s。（b）作者接著又從傳輸容量和調制格式的角度來看這個問題，認為對確定的單通道調制速率，要讓系統(tǒng)性能可靠，也存在一個最大波長使用數(shù)量（對應的也就是存在一個最大網(wǎng)絡容量）。例如，如果單通道調制速率為2.5Gb/s時，可用的波長數(shù)量應該低于482個。調制格式方面，作者主要談到了DPSK，而至于高調制速率容易收到色散損傷等問題以前多次提到這里就略過了。（c）對較高的單通道調制，在網(wǎng)絡里使用3R單元是必需的，且希望實現(xiàn)全光3R功能，這也要求具有靈活快速的波長轉換功能。（d）作者提到了多光纖傳輸?shù)母拍�，說這樣可以降低單光纖傳輸容量要求，放大波長間隔，但也提到了它的劣勢，最明顯的是必需對每個光纖單獨放大等。（2）交換粒度：（a）波長交換，顯然這是粒度較精細的交換方式，但也是最復雜的交換模式，如果外部有n個光纖接頭，而單根光纖內使用了m個波長，那交換面陣的維度就達到了n*m。作者指出，最大可供交換的波長數(shù)量其實是直接受到單通道調制速率影響的，例如對160Gb/s的單通道調制速率，可以供交換的波長數(shù)應該小于650個。（b）波長組交換，這是對波長交換的粒度放寬，例如可以將4個40Gb/s傳輸?shù)牟ㄩL作為一個組，和一個160Gb/s的波長一起進行交換。（3）業(yè)務疏導：為了應對網(wǎng)絡阻塞，作者強調了業(yè)務疏導的重要性。（a）邊界疏導，也就是只在在網(wǎng)絡節(jié)點接入端和輸出端來疏導業(yè)務，這樣能夠采用電子元件來實現(xiàn)相關功能，降低系統(tǒng)成本，但顯然靈活性并不好。（b）與之相對的當然是帶間業(yè)務疏導，顯然其靈活性好，但也更復雜。

5. 光交換網(wǎng)：作者提到未來網(wǎng)絡交換以及全光OADM功能，都將是一種波長選擇性的交換，對特定的交換模塊，均包含本地端口和一些網(wǎng)絡端口。所有的光收發(fā)機都可以和任何網(wǎng)絡端口取得連接，以便增強其可重構性。此外，未來的光交換系統(tǒng)也應該承擔一些附帶功能，比如應該能讓一個光收發(fā)機的信號廣播式的進入多個網(wǎng)絡端口（但同一時刻一般端口數(shù)也只有兩三個，因此分束功耗不會很大），也需要能提供性價比更高的光學層保護。因為未來光交換網(wǎng)能具有更加靈活的接入與切換模式，所以通常網(wǎng)絡端口數(shù)會遠多于本地端口數(shù)目，作者認為兩者可以維持在3:2的比例上。且作者暗示在光交換系統(tǒng)內也應該含有信號再生功能，并且認為可以采用兩個背靠背的雙工光收發(fā)機通過合適的連接來完成這樣的功能。

6. 鏈路保護：隨著光網(wǎng)絡的不斷升級，鏈路連接變得越來越復雜，因此作者強調必須在光學層以上提供鏈接的保護。通常光學層的保護已經(jīng)可以提供至波長粒度的保護，但作者認為這并不足夠，因為僅在光學層有保護是很難對IP路由的鏈接失敗進行恢復的。而在這點問題上作者也并沒有給出更有趣的解決方法，只是談到了專注保護和共享保護兩種保護的比較，甚至談到為了避免多重鏈路失�。ㄒ簿褪钦f在一個鏈路斷了，使用備用的，可由于維修時間一般要幾個小時，因此期間可能再次產生鏈路失敗）而采用兩個備用光纖的內容，此外，作者似乎并不贊成共享式的保護方案，只羅列了一大堆它的缺點。但對我而言也許并不會認為這種多重備用的方法是一個讓人信服的解決方案，無論從成本還是系統(tǒng)資源利用上來看，這都太浪費了。

最后作者還提到了光學控制等方面的內容，強調了實現(xiàn)智能化控制的必要性。但這部分內容相對空泛，也比較簡單，就不再這里介紹了。