特約撰稿人|宋向東

隨著FTTH服務(wù)的普及，光纖接入網(wǎng)除了要承載傳統(tǒng)的FTTH服務(wù)、高清視頻等傳輸業(yè)務(wù)以及移動(dòng)業(yè)務(wù)外，還要承載物聯(lián)網(wǎng)等各種服務(wù)。同時(shí)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性、靈活性、智能化、業(yè)務(wù)流量平衡等諸多方面也都有了更高的要求。在此情況下，彈性光匯聚網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。

日前，NTT等6家公司宣布成功進(jìn)行了彈性光匯聚網(wǎng)絡(luò)(EλAN)的實(shí)驗(yàn)，并成功進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)自主恢復(fù)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)由NTT、日立、OKI、慶應(yīng)大學(xué)、KDDI研究所和古河電工等6家機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行，各機(jī)構(gòu)承擔(dān)的研發(fā)課題及成果詳見后面分項(xiàng)說明。

EλAN就是在使用自適應(yīng)OFDM調(diào)制技術(shù)的同時(shí)，在城域網(wǎng)局所與用戶之間的用戶接入網(wǎng)中接入波長(zhǎng)選擇開關(guān)，用來傳輸光信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)。此次由6個(gè)機(jī)構(gòu)組織的實(shí)驗(yàn)對(duì)EλAN的實(shí)用性和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。預(yù)計(jì)該技術(shù)可以適應(yīng)各種服務(wù)，目標(biāo)是2030年前實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用。

OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)把信道分成若干個(gè)正交子信道(副載波)，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。在EλAN中，通過使用能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異光頻譜效率數(shù)字相干光的OFDM傳輸方案，并利用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)，可以進(jìn)行大規(guī)模、多業(yè)務(wù)收容，并可實(shí)現(xiàn)通信速度自由伸縮（彈性）和進(jìn)行光頻帶分配。此外，這是世界上首次完成在數(shù)字相干自適應(yīng)調(diào)制OFDM傳輸?shù)姆绞缴希ㄟ^OLT的內(nèi)部動(dòng)態(tài)帶寬分配算法，在不依賴從城域網(wǎng)局所到用戶家中ONU的距離情況下，通過波長(zhǎng)選擇開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了可對(duì)任何用戶公平分配傳輸速度。

NTT開發(fā)出OLT動(dòng)態(tài)帶寬分配算法

目前用戶光纖接入網(wǎng)中，PON是主要方式，它采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有B-PON（寬帶PON）、GE-PON（千兆位以太網(wǎng)PON）、G-PON（吉比特PON）等?，F(xiàn)在最常用的是后兩種。

PON下行通信信號(hào)從OLT向其所屬全部的ONU以廣播方式發(fā)送帶有地址的幀，但每個(gè)ONU通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口僅能接收屬于自身的幀，并丟棄其余的幀。另一方面，在上行通信信號(hào)中，在光傳輸線路上，為了避免各用戶幀之間發(fā)生沖突，OLT對(duì)各ONU發(fā)送定時(shí)信號(hào)進(jìn)行控制，ONU根據(jù)來自O(shè)LT發(fā)送的許可才能發(fā)送自己的幀。通過這種機(jī)制，PON實(shí)現(xiàn)了一對(duì)多的連接。此外，為了有效使用上行鏈路帶寬，在OLT中搭載了稱為DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）的機(jī)能，OLT計(jì)算出每個(gè)ONU所需要的帶寬，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。但目前PON缺點(diǎn)也很明顯，即對(duì)用戶通信速度不能自如伸縮和進(jìn)行光頻帶分配，抗災(zāi)害能力差，更不能自主恢復(fù)中斷的鏈路。

而NTT等公司在用戶光纖網(wǎng)中推出了彈性光匯聚網(wǎng)絡(luò)。目前，用戶光通信網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)槭杖莸腛NU與局所的距離有所不同，靠近城域網(wǎng)局所的ONU會(huì)得到高的通信速度。為了能公平對(duì)待ONU，OLT具有動(dòng)態(tài)帶寬分配功能就很有必要。為了提高效率，既可以考慮信息量需求，又可以通過動(dòng)態(tài)分配副載波的數(shù)量(達(dá)到動(dòng)態(tài)分配帶寬)，NTT研發(fā)出了新的算法，讓所有ONU都可以得到公平分配通信速度。同時(shí)，利用本算法還大大提高了OLT連接ONU的數(shù)量，單一OLT可連接512個(gè)ONU。NTT開發(fā)的OLT動(dòng)態(tài)帶寬分配算法是在數(shù)字相干自適應(yīng)調(diào)制OFDM傳輸方式上實(shí)現(xiàn)的，與傳統(tǒng)方式有很大不同，詳見圖2。

日立開發(fā)出自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)OFDM系統(tǒng)的控制技術(shù)

日立公司在OLT的原型機(jī)上，在OLT插板上開發(fā)的邏輯電路附有通信控制技術(shù)軟件，并通過插板上的控制信號(hào)接口、上行信號(hào)接口和下行信號(hào)接口對(duì)外實(shí)施控制。這種邏輯電路與各種接口是它的核心，能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)與自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)OFDM傳輸方法相對(duì)應(yīng)的ONU，而且對(duì)ONU可自動(dòng)設(shè)定各種光信號(hào)參數(shù)，并開發(fā)出與其相匹配的ONU通信控制協(xié)議。當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時(shí)，光傳輸路徑被斷開，常規(guī)的通信恢復(fù)是困難的，而在本方案中，通過光傳輸路徑的光信號(hào)參數(shù)設(shè)定，在OLT控制下，ONU通信控制協(xié)議能夠自主將通信恢復(fù)。

OKI開發(fā)出自適應(yīng)調(diào)制/解調(diào)(OFDM)傳輸方式的光收發(fā)端機(jī)

O K I開發(fā)的光端機(jī)主要有兩部分——光調(diào)制解調(diào)器基板和數(shù)字信號(hào)處理基板。光調(diào)制解調(diào)器基板通過信號(hào)處理電路高速切換，把光信號(hào)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變更，而數(shù)字信號(hào)處理基板根據(jù)傳輸路徑條件選擇最佳的光信號(hào)參數(shù)，從而得出一種自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)算法。結(jié)合這些技術(shù)，可以構(gòu)建一個(gè)高效的網(wǎng)絡(luò)，它可以使用比以前更少的光頻譜資源進(jìn)行大容量通信。

圖1 NTT開發(fā)的OLT動(dòng)態(tài)帶寬分配算法

慶應(yīng)科學(xué)技術(shù)學(xué)院開發(fā)出OLT間的動(dòng)態(tài)帶寬分配算法

慶應(yīng)科學(xué)技術(shù)學(xué)院開發(fā)的OLT間的動(dòng)態(tài)帶寬分配算法流程是當(dāng)資源控制器收到業(yè)務(wù)量信息、設(shè)備狀態(tài)信息后，對(duì)OLT進(jìn)行邏輯(電路)配置/帶寬分配，OLT間按動(dòng)態(tài)帶寬分配算法進(jìn)行運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時(shí)，例如OLT＃2中的＃4邏輯電路中斷，資源控制器與光開關(guān)控制器聯(lián)動(dòng)，對(duì)OLT參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)OLT＃2發(fā)出插槽遷移指令，將OLT＃2故障的＃4邏輯電路遷移至OLT＃1，使通信恢復(fù)。

對(duì)各個(gè)OLT中設(shè)定的業(yè)務(wù)每個(gè)功能進(jìn)行邏輯定義，并基于多個(gè)OLT中的災(zāi)難恢復(fù)和節(jié)能要求，對(duì)多個(gè)OLT進(jìn)行邏輯配置（轉(zhuǎn)移目的地）以及在帶寬分配的基礎(chǔ)上，開發(fā)出多個(gè)OLT之間的動(dòng)態(tài)帶寬分配算法。把本算法軟件安裝在對(duì)OLT進(jìn)行監(jiān)控的資源控制器上，并與光資源控制器聯(lián)動(dòng)，完成對(duì)OLT之間的動(dòng)態(tài)帶寬分配。

KDDI研究所開發(fā)出用波長(zhǎng)選擇開關(guān)組成的光傳輸路徑控制技術(shù)

KDDI研究所開發(fā)的用波長(zhǎng)選擇開關(guān)組成的光傳輸路徑控制技術(shù)，其流程是：資源控制器下達(dá)指令，光開關(guān)控制器進(jìn)行計(jì)算，對(duì)波長(zhǎng)選擇開關(guān)進(jìn)行設(shè)定，完成對(duì)光傳輸路徑控制，核心是由KDDI開發(fā)的光開關(guān)控制器。

在光纖傳輸線路網(wǎng)絡(luò)中放置波長(zhǎng)選擇開關(guān)，冗余的光信號(hào)路徑可自主改變，用來替補(bǔ)受損光信號(hào)路徑，以確保網(wǎng)絡(luò)可靠性。此外，因不需要光/電/光轉(zhuǎn)換，預(yù)計(jì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)低傳輸延遲和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。為了適應(yīng)不同業(yè)務(wù)形態(tài)所要求的通信速度、傳輸質(zhì)量和時(shí)延而對(duì)最佳路徑和使用頻段進(jìn)行計(jì)算，基于該計(jì)算結(jié)果，由光開關(guān)控制器控制波長(zhǎng)選擇開關(guān)，完成波長(zhǎng)設(shè)置。光開關(guān)控制器的作用是當(dāng)城域網(wǎng)局所的建筑物、設(shè)備和光傳輸路徑出現(xiàn)災(zāi)害時(shí)，依據(jù)對(duì)恢復(fù)目標(biāo)探索和波長(zhǎng)選擇開關(guān)對(duì)波長(zhǎng)實(shí)施選擇，以恢復(fù)故障的光通道。

古河電工開發(fā)出多端口波長(zhǎng)選擇開關(guān)

為了適應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要，古河電工開發(fā)了30個(gè)以上多輸出端口和頻帶可變的波長(zhǎng)選擇開關(guān)原型機(jī)。此外，為了促進(jìn)多端口技術(shù)的發(fā)展，古河電工還使用二氧化硅平面光波導(dǎo)技術(shù)開發(fā)出多端口最佳輸出陣列，而且還對(duì)輸出端口數(shù)達(dá)93個(gè)端口的波長(zhǎng)選擇開關(guān)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，取得了多端口和低損耗的成績(jī)。

集合6家機(jī)構(gòu)開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)和研制的部件組成了EλAN網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)其可靠性、有用性進(jìn)行了功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。該網(wǎng)絡(luò)最大傳輸距離達(dá)40km，每個(gè)波長(zhǎng)最大通信速度可達(dá)10Gbit/s，在最大終端數(shù)為512的模擬系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以確認(rèn)可伸縮的傳輸速度、光頻帶的分配功能，并假設(shè)某個(gè)城域網(wǎng)的局所房屋被損壞，以此案例進(jìn)行了驗(yàn)證，并在實(shí)驗(yàn)室搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，在距離受災(zāi)影響10公里處的另外局舍對(duì)受災(zāi)害影響的局所鏈路進(jìn)行連接、建立服務(wù)，在10秒內(nèi)就能自主地重新將中斷的業(yè)務(wù)成功恢復(fù)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接圖見圖2。

圖2 EλAN實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

實(shí)驗(yàn)過程是：(1)當(dāng)某個(gè)城域網(wǎng)局所受到災(zāi)害時(shí)→(2)它的業(yè)務(wù)終斷→(3)云資源服務(wù)器與光云資源服務(wù)器聯(lián)動(dòng)，指令由另一個(gè)局站和路經(jīng)去執(zhí)行重新接續(xù)任務(wù)→(4)接到指令的城域網(wǎng)局所的OLT，讓光開關(guān)控制器指令波長(zhǎng)選擇開關(guān)，實(shí)行路由切換→(5)OLT指令ONU開始搜索→(6)完成業(yè)務(wù)恢復(fù)。上述過程都由EλAN網(wǎng)自主完成。