作者：浙江大學(xué) 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(luò)的發(fā)展動向”。乍一看這真是一個(gè)很大的標(biāo)題，通常使用這種標(biāo)題的文章，要么就是內(nèi)容空洞的泛泛之談，要么則是高瞻遠(yuǎn)矚的傾力之作。但看到作者單位，相信我們會認(rèn)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(jì)劃局。而作者Adel A. M. Saleh更是該部門網(wǎng)絡(luò)研究方面的項(xiàng)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(shí)質(zhì)性的內(nèi)容并不多，所以限于篇幅，本期只能把側(cè)重點(diǎn)放在這里。首先，縱觀全文，作者反復(fù)強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前迫切需要突破的三項(xiàng)技術(shù)：（1）傳輸網(wǎng)調(diào)制格式的改進(jìn)；（2）交換粒度（這是一個(gè)反映光交換業(yè)務(wù)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(gè)層次）的升級；（3）邊界業(yè)務(wù)疏導(dǎo)（邊界是指僅在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)入口或出口位置疏導(dǎo)）。下面我我們再從內(nèi)容上來簡單概括一下這篇文章：

1. 應(yīng)用要求：（1）在下一代光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用角度，作者首先談到的是容量這個(gè)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(yīng)用的迫切。而對普通用戶而言，使用上升最快的應(yīng)該是和視頻相關(guān)的業(yè)務(wù)。作者提到在美國近兩年要實(shí)現(xiàn)的是100Mb/s的單用戶接入速度，部分地區(qū)將要達(dá)到1Gb/s；（2）為了滿足更高的用戶服務(wù)質(zhì)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(luò)業(yè)務(wù)，作者重點(diǎn)提到了VPLS（虛擬專用局域網(wǎng)服務(wù)）的意義，這是一種充分結(jié)合了以太網(wǎng)和MPLS核心技術(shù)的多用戶服務(wù)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(kuò)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(shí)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(gè)光網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域是網(wǎng)格計(jì)算，通常這是一種專門針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)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(gè)虛擬的超級計(jì)算機(jī)，每臺機(jī)器相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)不清的節(jié)點(diǎn)鋪成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這樣可以有效利用每臺計(jì)算機(jī)的閑置資源，增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力，比較著名的實(shí)例如TeraGrid等。作者談到在未來幾年，這樣的網(wǎng)格計(jì)算將不再僅僅局限于科學(xué)計(jì)算，而將進(jìn)一步擴(kuò)展到商業(yè)領(lǐng)域和軍事應(yīng)用。而對某些特殊應(yīng)用，如天體物理學(xué)的計(jì)算，作者提到通常需要幾個(gè)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(jì)算作者提到了兩個(gè)實(shí)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(xiǎn)突襲等情況進(jìn)行快速分析，識別；其二就是著名的“全球信息柵格”計(jì)劃，這是美國國防部耗資幾十億美元的一個(gè)大計(jì)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(luò)框架：這一部分作者的思路還是圍繞著網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)化的角度敘述的。也就是說先陳述了第一代光網(wǎng)絡(luò)（典型的O-E-O）模式的特性，然后回顧了現(xiàn)在光網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展（當(dāng)然最主要的還是拋棄了光電轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)）。最后再展望了下一代的光網(wǎng)絡(luò)情況。前一部分，我們將略過不談，只從近期網(wǎng)絡(luò)框架發(fā)展說起。作者提到近期的商用光網(wǎng)絡(luò)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(bǔ)償?shù)闹匾�性，并指出使用色散補(bǔ)償光纖不僅價(jià)格昂貴，而且由于是靜態(tài)補(bǔ)償，不能達(dá)到精確的補(bǔ)償效果。這里作者特別指出在發(fā)射接收端，對每個(gè)通道采用電子色散補(bǔ)償將會是一種很有應(yīng)用潛力的技術(shù)。

3. 當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)的研究：這部分里，作者以所在部門正在研究的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)為例，并強(qiáng)調(diào)這是北美地區(qū)最典型的預(yù)研網(wǎng)絡(luò)框架。該光網(wǎng)絡(luò)共有55個(gè)節(jié)點(diǎn)和70多條鏈路，所有節(jié)點(diǎn)中，大概60%具有兩個(gè)交叉度，25%有三個(gè)交叉鏈路，15%有四個(gè)交叉。平均鏈路長度是470km，其中最短25km，最長1110km。該網(wǎng)絡(luò)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(diào)制速率從2.5到640Gb/s內(nèi)變化，通道保護(hù)方面，40%的鏈路采用了一對一的保護(hù)方案，而剩下的鏈路是沒有保護(hù)的。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有并行的OADM功能。該網(wǎng)絡(luò)也承擔(dān)者有關(guān)CSRZ-DPSK調(diào)制格式信號在長距離應(yīng)用效果的測試工作。從目前的測試情況來看，作者認(rèn)為在這樣的網(wǎng)絡(luò)里，以1000km的工作距離來看，實(shí)現(xiàn)單通道640Gb/s的傳輸速率是完全可行的。但從經(jīng)濟(jì)的角度來看，作者也承認(rèn)這樣的傳輸容量暫時(shí)是沒有使用價(jià)值的。最后再來看類似網(wǎng)絡(luò)的成本分配問題。如果要實(shí)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(luò)元件、疏導(dǎo)/路由單元、收發(fā)機(jī)和3R器件所占的成本比例分別為40%、17%、17%、23%和3%。而要實(shí)現(xiàn)100Tb/s的總傳輸容量，這一比例分配相應(yīng)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(qiáng)，也意味著發(fā)生阻塞的概率增大，因此相應(yīng)的信號再生以及業(yè)務(wù)疏導(dǎo)系統(tǒng)就會變得更復(fù)雜，成本自然也就更高。

4. 研究重點(diǎn)：（1）單通道速率。（a）作者首先還是從網(wǎng)絡(luò)成本的角度來看這個(gè)問題，從研究結(jié)果來看，對特定的總網(wǎng)絡(luò)容量，存在一個(gè)最佳的單通道速率，使得系統(tǒng)成本最低。例如當(dāng)總的傳輸容量分別為1、5、10、20、50和100Tb/s的時(shí)候，作者認(rèn)為最佳的單通道調(diào)制速率分別應(yīng)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(diào)制格式的角度來看這個(gè)問題，認(rèn)為對確定的單通道調(diào)制速率，要讓系統(tǒng)性能可靠，也存在一個(gè)最大波長使用數(shù)量（對應(yīng)的也就是存在一個(gè)最大網(wǎng)絡(luò)容量）。例如，如果單通道調(diào)制速率為2.5Gb/s時(shí)，可用的波長數(shù)量應(yīng)該低于482個(gè)。調(diào)制格式方面，作者主要談到了DPSK，而至于高調(diào)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(diào)制，在網(wǎng)絡(luò)里使用3R單元是必需的，且希望實(shí)現(xiàn)全光3R功能，這也要求具有靈活快速的波長轉(zhuǎn)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(gè)光纖單獨(dú)放大等。（2）交換粒度：（a）波長交換，顯然這是粒度較精細(xì)的交換方式，但也是最復(fù)雜的交換模式，如果外部有n個(gè)光纖接頭，而單根光纖內(nèi)使用了m個(gè)波長，那交換面陣的維度就達(dá)到了n*m。作者指出，最大可供交換的波長數(shù)量其實(shí)是直接受到單通道調(diào)制速率影響的，例如對160Gb/s的單通道調(diào)制速率，可以供交換的波長數(shù)應(yīng)該小于650個(gè)。（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(gè)40Gb/s傳輸?shù)牟ㄩL作為一個(gè)組，和一個(gè)160Gb/s的波長一起進(jìn)行交換。（3）業(yè)務(wù)疏導(dǎo)：為了應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)阻塞，作者強(qiáng)調(diào)了業(yè)務(wù)疏導(dǎo)的重要性。（a）邊界疏導(dǎo)，也就是只在在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接入端和輸出端來疏導(dǎo)業(yè)務(wù)，這樣能夠采用電子元件來實(shí)現(xiàn)相關(guān)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(dāng)然是帶間業(yè)務(wù)疏導(dǎo)，顯然其靈活性好，但也更復(fù)雜。

5. 光交換網(wǎng)：作者提到未來網(wǎng)絡(luò)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(luò)端口。所有的光收發(fā)機(jī)都可以和任何網(wǎng)絡(luò)端口取得連接，以便增強(qiáng)其可重構(gòu)性。此外，未來的光交換系統(tǒng)也應(yīng)該承擔(dān)一些附帶功能，比如應(yīng)該能讓一個(gè)光收發(fā)機(jī)的信號廣播式的進(jìn)入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口（但同一時(shí)刻一般端口數(shù)也只有兩三個(gè)，因此分束功耗不會很大），也需要能提供性價(jià)比更高的光學(xué)層保護(hù)。因?yàn)槲磥砉饨粨Q網(wǎng)能具有更加靈活的接入與切換模式，所以通常網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)會遠(yuǎn)多于本地端口數(shù)目，作者認(rèn)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(nèi)也應(yīng)該含有信號再生功能，并且認(rèn)為可以采用兩個(gè)背靠背的雙工光收發(fā)機(jī)通過合適的連接來完成這樣的功能。

6. 鏈路保護(hù)：隨著光網(wǎng)絡(luò)的不斷升級，鏈路連接變得越來越復(fù)雜，因此作者強(qiáng)調(diào)必須在光學(xué)層以上提供鏈接的保護(hù)。通常光學(xué)層的保護(hù)已經(jīng)可以提供至波長粒度的保護(hù)，但作者認(rèn)為這并不足夠，因?yàn)閮H在光學(xué)層有保護(hù)是很難對IP路由的鏈接失敗進(jìn)行恢復(fù)的。而在這點(diǎn)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(hù)和共享保護(hù)兩種保護(hù)的比較，甚至談到為了避免多重鏈路失�。ㄒ簿褪钦f在一個(gè)鏈路斷了，使用備用的，可由于維修時(shí)間一般要幾個(gè)小時(shí)，因此期間可能再次產(chǎn)生鏈路失�。┒�采用兩個(gè)備用光纖的內(nèi)容，此外，作者似乎并不贊成共享式的保護(hù)方案，只羅列了一大堆它的缺點(diǎn)。但對我而言也許并不會認(rèn)為這種多重備用的方法是一個(gè)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(fèi)了。

最后作者還提到了光學(xué)控制等方面的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)智能化控制的必要性。但這部分內(nèi)容相對空泛，也比較簡單，就不再這里介紹了。