编者按:为了在现有的光网络中成功地引入波长交换技术,系统设计者需要找到一条平滑升级的路径,以允许运营商利用现有的网络投资。但是将波长交换技术集成到现有网络中需要面临一些重大问题。
波长交换技术如果要在商业上取得成功,就必须能够以低成本引入到现有的光网络中,但现有网络在设计之初并没有考虑到这种相对较新的技术。
现在许多技术都可以实现光波长交换,每种技术都有其各自的优缺点。波长交换技术可以嵌入在独立网元中,如光交叉连接器；也可以被嵌入在子系统中,如可远程配置的光分插复用器(OADM)。不过,尽管这些技术已经被成功证实,但现有光网络中一些值得注意的传统问题已经妨碍、甚至阻止了它们的成功商用化。
今天的光网络使用固定的OADM交换波长。这些固定OADM有选择地被部署在终端之间的光线路中。系统以预先确定的方式选择OADM,以便上路(add)或下路(drop)特定的波长或波带,同时允许其它波长作为“特快”波长通过。
虽然这种配置的确是一种鲁棒且低成本的解决方案,但它不允许动态交换,因为作为交换器件的无源OADM本身是固定的。
上路或下路的波长需要根据预测的流量需求来事先确定,但因为流量需求总是变化的,所以这样做将导致网络设计有可能欠优化。不过,在大多数情况下,无源OADM能够很好地满足运营商的需要,尤其是与鼎盛时期相比,如今的流量增长率更趋于平稳、易管理和可预测。
目前,实现波长交换有两种显而易见的方法。一种是使用无源OADM+可调的终端发射器,但这要求重新设计复用/解复用滤波器。另一种是使用固定的发射器+业已部署的无源复用/解复用滤波器,这时波长交换将发生在沿光线路的某一动态供应设备中。
后者是更明智的选择,因为它只要求增加交换单元本身的成本和复杂度,而不会涉及所有的终端发射器和复用/解复用滤波器。既然现有的固定发射器和复用/解复用滤波器仍可以继续使用,所以它还允许平滑升级到波长交换网络。这将可以利用大量已经部署的设备,而不是抛弃它们。
事实上,在转向波长交换网络的过程中,需要解决的问题与光交换技术本身并没有多大关系,反而是现有网络的初始设计方式导致了升级问题。
从波长交换的观点来看,现在使用的大多数光网络在本质上都是无源的。换言之,某一给定波长的光路径是根据当前和预测的网络流量而事先确定的。实际上,决定波长路径选择的模块(复用/解复用滤波器、发射器波长和OADM)都是预先确定的(或固定的)。现在虽然采用了可调激光器,但这主要是为了用于设备备份或提高多端口光接口卡的灵活性。
集成的障碍
为了在不同的光路径上有效地实施波长交换技术,我们需要克服已部署的庞大网络带来的某些障碍。在当今财务紧张的电信行业,如果现有网络不能得到充分利用,运营商将不会选择基于尚未证实的技术建造新的网络。相反,他们的首选是要利用现有的网络投资,因为这种策略风险较低。但是将波长交换技术集成到现有网络中需要面临一些重大问题。
*均衡: 网络的鲁棒性要求光线路必须是均衡的,即每个传输波长到达接收机时的光信噪比要大致相等。由于掺饵光纤放大器的非线性特性,这意味着必须调整发射机的输出功率或者光线路中的放大器。为了迅速且动态地上路/下路从给定光线路中输出或输入的交换波长,这需要比现有光控制机制更先进、更复杂的解决方案。
*硬件优化:要在任何两个网络节点之间交换波长,其前提是所需的接收机已经被部署在所有允许的终端点上。这要求运营商购买许多不会被使用的接收机,从而浪费了宝贵的资本开支。在电信行业投资受限的现状下,如何在光交换网络的灵活性与成本之间作出抉择是运营商面临的重大挑战。
*网络管理系统(NMS):NMS应该能够实时地全面监控所有可能的端到端交换通道,包括主动和被动方式。要实现这一点需要彻底审查NMS是如何设计和部署的。作为最基本的功能,升级的NMS必须避免把某个波长交换到已经使用该波长的光线路上。
*流量模式:为了经济地优化给定的光网络,系统设计师需要采用最高的线速率,以便将发射机和接收机的数量减至最少。目前,10Gbps是商用的最高线速率,这使它成为任何成对的网络入口/出口端之间的理想速度。大多数终端用户并不需要10 Gbps的速率,这导致众多用户要共享相同的10Gbps波长。为了最高效地利用波长,设计师目前在网络中采用了带宽疏导交换机。
*互操作性:随着网络越来越“光”化,它们也变得越来越专有化,因为缺乏统一的光层标准。尽管波长间隔已经得到标准化,但如何监控和管理它们仍是一个问题。为了进一步推动波长交换技术的商业化,同时降低器件和系统的生产成本,业界需要开发更多的全球标准。
*保护机制:目前,许多用户共享一个给定的10Gbps波长,因此从光交换保护的角度看,他们也接受相同级别的服务。在很多情况下,这样做是可以的,但它不允许运营商提供不同等级的服务。在电子层的带宽管理和保护允许用户共享同一个10Gbps波长,但根据不同的价格享受不同的保护机制。
综上所述,这些是否意味着光交换不可能实现呢？答案当然是否定的。问题不在于光交换能否实现,而在于何时以及怎样实现。
尽管许多应用有利于促进波长交换技术的发展,但主要是那些与按需供应的动态波长服务、线速率带宽管理以及增强保护机制相关的应用。
按需动态波长交换允许根据特定的需求将波长从一个网络节点动态地交换到另一个网络节点。对于共享网络出入口的用户,线速率带宽管理允许波长单纯地在光域中路由。在给定的网络基础设施中,增强保护机制可以动态地为故障节点所涉及的波长信道重新选择路由。
这三大主要应用可以使用光-电-光(OEO)交叉连接交换机或下一代服务交换机在电子层以低成本实现。如果波长交换要想在市场中站稳脚跟,它必须加以扩展和完善,并降低传输流的总成本。无论目标应用是什么,波长交换必须能够低成本、平滑地集成到现有的光网络中,这也是运营商所期望的。
总结
在过去几年,由于风险投资大举介入光网络工业,波长交换技术取得了显著进步。随着终端用户的流量需求接近现有网络的10 Gbps线速率,波长交换变得越来越令人向往。
然而,大多数用户的流量仍小于10Gbps,这使得面向带宽管理的波长交换还不具备足够的吸引力。这种现实令运营商只好使用OEO交换机来执行带宽管理,并保护在相同网元内的交换。
如果波长交换技术要获得商业上的成功,它首先必须根据现有光网络的设计,找到一条低成本的移植路径,同时降低整个网络的成本。
作者:Brian Lavallee
光系统工程部高级经理
北电网络公司
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