光傳輸發(fā)展史

  ICC訊 利用光進(jìn)行信息傳輸的方式可以說(shuō)歷史悠久。遠古時(shí)代的“烽火戲諸侯”就已讓人們體驗了通過(guò)光來(lái)傳遞信息的便捷。然而，這種原始的光通信方式比較落后，可靠性不強。社會(huì )信息傳遞的發(fā)展需要促進(jìn)了現代光通信的誕生。

  現代光通信的開(kāi)端

  1880年，貝爾發(fā)明了第一個(gè)光電話(huà)系統，通話(huà)距離為213米。這標志著(zhù)現代光通信的開(kāi)啟。那光電話(huà)是如何實(shí)現的呢?

  1.利用太陽(yáng)光或弧光燈作為光源，將光束經(jīng)過(guò)透鏡后，聚焦于話(huà)筒的震動(dòng)片上。2.隨著(zhù)人的講話(huà)，震動(dòng)片反射的光會(huì )產(chǎn)生強弱的變化，從而將語(yǔ)音信息承載在光波上。

  3.接收端通過(guò)拋物鏡把光信號聚焦到硅光電池上，將光電池電流變化轉化為聲音信號。

  4.聲音信號送到受話(huà)器，就可以聽(tīng)到從發(fā)送端送過(guò)來(lái)的聲音了。

  由于光電話(huà)沒(méi)有可靠、高強度的光源，也沒(méi)有穩定的、低損耗的傳輸媒質(zhì)，導致光在大氣中傳輸損耗太大，遠距離通信困難，在有遮擋物時(shí)甚至無(wú)法通信。

  為了解決光電話(huà)面臨的問(wèn)題，科學(xué)家們堅持不懈地實(shí)驗研究。

  1966年，英籍華人高錕提出了光纖傳輸理論，但當時(shí)光纖損耗高達3000 dB/km。

  1970年，石英光纖和半導體激光器技術(shù)的研發(fā)，使得光纖損耗降低到20 dB/km，且激光強度高、可靠性強。

  1976年，光纖技術(shù)的繼續發(fā)展，使得損耗已減小至0.47 dB/km，這意味著(zhù)傳輸媒質(zhì)的損耗問(wèn)題已解決。

  解決了光纖和激光器的問(wèn)題后，PDH技術(shù)推動(dòng)光傳輸網(wǎng)進(jìn)入迅速發(fā)展的階段。

  PDH

  早在1972年，ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準分局)前身CCITT(國際電信咨詢(xún)機構)就提出了第一批PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，準同步數字體系)建議。PDH是傳輸網(wǎng)最初采用的傳送技術(shù)，但PDH沒(méi)有世界性的電接口和光接口標準，無(wú)法直接將低速信號分離或插入高速信號，這導致在高速信號中分離和插入低速業(yè)務(wù)的處理流程過(guò)于繁瑣，效率低下。

  在傳送業(yè)務(wù)時(shí)，PDH就像鐵路運輸的散裝列車(chē)，貨物是雜亂堆在車(chē)廂內的，若想把特定的貨物在某站點(diǎn)取下，需要把所有貨物先卸載下來(lái)，找到你所需要的貨物，再把剩下的貨物及需要在該站點(diǎn)新裝的貨物搬上列車(chē)，再運走。這樣，每分離或插入一次貨物，就要翻箱倒柜的折騰一次!

  SDH

  1988年，國際電信組織通過(guò)了第一批SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系)建議。到1990年以后，SDH成為光纖通信的基本傳輸方式。

  SDH定義了規范的業(yè)務(wù)數據結構，解決了PDH沒(méi)有標準接口的問(wèn)題，使得低速SDH信號在高速SDH信號中的位置是有規律的，易查詢(xún)的，可直接在高速信號中分離/插入低速信號。

  在傳送業(yè)務(wù)時(shí)，SDH就像集裝箱列車(chē)，各種貨物貼上標簽后裝入集裝箱。然后多個(gè)小箱裝入大箱，一級套一級，且每次裝箱前都會(huì )貼上能識別貨物的標簽。這樣通過(guò)標簽查詢(xún)就可以準確的知道某一包貨物在哪個(gè)集裝箱的哪個(gè)箱子內，能在列車(chē)上快速的找到目標貨物，直接取出。再也不需要翻箱倒柜的折騰了，效率大大提高啦~

  MSTP

  21世紀初期，短信、彩信、電子商務(wù)、實(shí)時(shí)視頻等多種IP業(yè)務(wù)快速發(fā)展，促使基于SDH的MSTP(Multi-Service Transport Platform，多業(yè)務(wù)傳輸平臺)在2002年誕生了。PDH和SDH主要都是傳送語(yǔ)音業(yè)務(wù)，但MSTP就可以傳送圖像、視頻等更大容量的業(yè)務(wù)了。因為MSTP的實(shí)現基于“SDH+以太網(wǎng)+ATM”，其中ATM的全稱(chēng)是Asynchronous Transfer Mode，即異步傳輸模式，支持語(yǔ)音、數據、圖像、視頻等的傳輸。

  MSTP傳送業(yè)務(wù)的方式，和SDH一樣，也是將各貨物打包貼上標簽后，放入標準大小的集裝箱進(jìn)行傳輸。只是MSTP多了以太網(wǎng)和ATM接口，可以傳輸的貨物類(lèi)型更多啦~

 WDM

  早在90年代，就有研究人員提出了WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復用)的概念。而直到90年代后期甚至21世紀，WDM才被廣泛建設和使用。WDM解決了前面PDH、SDH和MSTP資源浪費的問(wèn)題。PDH/SDH/MSTP時(shí)代，一根光纖只有一個(gè)波長(cháng)，不同業(yè)務(wù)之間時(shí)分復用，業(yè)務(wù)占用固定時(shí)間段，如果該時(shí)間段無(wú)業(yè)務(wù)，就浪費了。相當于一條高速公路只有一條車(chē)道，然后該車(chē)道按時(shí)間段租給貨運公司使用，而不管該貨運公司是否有貨物運輸。那么當貨運公司沒(méi)有貨物運輸時(shí)，就造成了資源浪費。

  提倡環(huán)保，節約資源，WDM應運而生。WDM時(shí)代，一根光纖可傳輸多個(gè)波長(cháng)，相當于高速公路可以提供多條車(chē)道，整體帶寬或業(yè)務(wù)承載能力提升了。但其每個(gè)車(chē)道可能還是提供給PDH/SDH/MSTP使用，即每個(gè)車(chē)道還是按時(shí)間段租給貨運公司使用的，只是車(chē)道變多了，可以同時(shí)傳送多個(gè)貨物了。

  而根據車(chē)道間距大小，WDM又可分為兩類(lèi)：

  CWDM：稀疏波分復用。車(chē)道間隔較大，一般為20 nm，劃分的車(chē)道較少。

  DWDM：密集波分復用。車(chē)道間隔較小，小于或等于0.8 nm，劃分的車(chē)道較多。DWDM是后續被廣泛應用的傳輸方式。

  OTN

  21世紀，數字電視、遠程會(huì )議、網(wǎng)絡(luò )直播等業(yè)務(wù)遍地開(kāi)花，這些新興業(yè)務(wù)對傳輸網(wǎng)絡(luò )的帶寬及可靠性都有了更高的要求。相對于WDM技術(shù)，OTN(Optical Transport Network，光傳送網(wǎng))網(wǎng)絡(luò )能提供更大帶寬、更可靠的傳輸。WDM，特別是DWDM技術(shù)通過(guò)劃分多個(gè)波道后，能輕松的成倍增加傳輸帶寬。但是WDM在不斷擴展帶寬的時(shí)候，卻忽略了需同步加強對它的監管，導致WDM在傳送中調度很不靈活。比如一個(gè)貨物要從成都運到深圳，預先分配的車(chē)道是8車(chē)道(第8波)，那么從成都到深圳全程都是第8車(chē)道，就算第8車(chē)道因故堵塞也不能換道。除非你經(jīng)過(guò)了高速口(光再生段)，如成都-廣州、廣州-深圳，那么你在廣州可以有一次更換車(chē)道的機會(huì )，而且這種更換車(chē)道的代價(jià)是為你這次的行為專(zhuān)門(mén)修一條路(布放光纖)。但是SDH遇到這種情況時(shí)，就統一在廣州修一個(gè)調度中心，在調度中心換成需要的車(chē)道就好。

  于是，對WDM和SDH綜合考慮，取長(cháng)補短，試圖將兩者的優(yōu)勢都全力發(fā)揮，進(jìn)而誕生了OTN。OTN基于WDM的大容量傳輸，借鑒SDH的強大監管功能(OAM功能)，實(shí)現了靈活調度的大容量傳輸，并且還具備了SDH的完善保護機制。

  PTN/IPRAN

  21世紀新興業(yè)務(wù)的興起，特別是IP業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，催生了PTN和IPRAN兩種高效傳送IP數據的方式，它們解決了MSTP面臨的問(wèn)題。MSTP最初是為了解決IP業(yè)務(wù)在傳輸網(wǎng)的承載問(wèn)題，但是它的改進(jìn)不徹底，因為MSTP只提供幾種固定大小的箱子，發(fā)貨時(shí)根據自己需要的最大箱子來(lái)運輸，這會(huì )存在大箱子裝小尺寸貨物的情況，而且不管有沒(méi)有貨物，都要發(fā)一個(gè)固定大小的箱子。相當于某貨運公司承包了一節火車(chē)車(chē)廂，有多少貨就發(fā)多少貨，最多發(fā)滿(mǎn)一車(chē)廂，沒(méi)有貨就發(fā)空車(chē)廂。很明顯，這其中造成了2大浪費：大箱子裝小尺寸貨物;運輸空箱子。比如：你要給女友快遞一份七夕禮物，一支口紅、一盒巧克力、或是一個(gè)布偶，它們可能會(huì )用同樣大的箱子打包，那么裝口紅、巧克力的箱子就浪費了極大的空間。

  PTN/IPRAN技術(shù)正好能解決MSTP的浪費問(wèn)題。PTN/IPRAN相當于所有貨運公司共用列車(chē)所有車(chē)廂，有多少貨物就發(fā)多少貨物，只要總貨物量不超過(guò)整個(gè)列車(chē)的能力即可。同時(shí)，貨物包裝時(shí)，可根據貨物大小量身定制相應尺寸的箱子。那么在運輸時(shí)，就會(huì )根據口紅、巧克力和布偶的自身大小，定制相應尺寸的包裝箱，使得運輸空間得到最大程度的利用。

  IPRAN和PTN主要區別在于給貨物貼標簽的方式不同?？梢赃@么理解，PTN就像傳統的手工方式填寫(xiě)快遞單，IPRAN則可通過(guò)機器自動(dòng)打印快遞單。

  總結和展望

  傳統的光傳輸技術(shù)主要就是這些啦，我們一起回顧一下光傳輸發(fā)展史。

  我們清晰的看到，光傳輸技術(shù)的演進(jìn)方向是：帶寬越來(lái)越大、時(shí)延越來(lái)越低、支持的業(yè)務(wù)類(lèi)型越來(lái)越多。目前即將進(jìn)入5G新時(shí)代，傳輸網(wǎng)通過(guò)引入FlexE、FlexO、SR、IPv6、ROADM、高精度同步、網(wǎng)絡(luò )切片等多個(gè)5G新技術(shù)，提供超大帶寬、超低時(shí)延和靈活互聯(lián)，從而有力支撐eMBB、URLLC和mMTC三大應用場(chǎng)景的實(shí)現，為我們帶來(lái)更美好的明天!

  文中涉及的縮略語(yǔ)：

  PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，準同步數字體系)

  SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系)

  MSTP(Multi-Service Transport Platform，多業(yè)務(wù)傳輸平臺)

  WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復用)

  OTN(Optical Transport Network，光傳送網(wǎng))

  PTN(Packet Transport Network,分組傳送網(wǎng))

  IPRAN(IP Radio Access Network，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)IP化)

  eMBB(Enhanced Mobile Broadband，增強移動(dòng)寬帶)

  URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication，超高可靠超低時(shí)延通信)

  mMTC(Massive Machine Type of Communication，海量機器類(lèi)通信)

  FlexE(Flexible Ethernet，靈活以太網(wǎng)技術(shù))

  SR(Segment Routing，分段路由)

  FlexO(Flexible Optical Transport Network，靈活光傳送網(wǎng))

  ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，可重構光分插復用器)