光传输的发展
2023-06-12 10:38:18
我国的社会科学技术正处于一个飞速发展的时期，人们的生产和生活越来越离不开先进技术了，尤其是电子信息以及网络技术，所以通信工程系统的作用便更加的重要，通讯工程的核心技术就是光传输技术。
本文主要讲述光传输的发展历史。
由于光电话没有可靠、高强度的光源，也没有稳定的、低损耗的传输媒质，导致光在大气中传输损耗太大，远距离通信困难，在有遮挡物时甚至无法通信。为了解决光电话面临的问题，科学家们坚持不懈地实验研究。
解决了光纤和激光器的问题后，PDH技术推动光传输网进入迅速发展的阶段。
早在1972年，ITU-T（国际电信联盟电信标准分局）前身CCITT（国际电信咨询机构）就提出了第一批PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字体系）建议。
PDH是传输网最初采用的传送技术，但PDH没有世界性的电接口和光接口标准，无法直接将低速信号分离或插入高速信号，这导致在高速信号中分离和插入低速业务的处理流程过于繁琐，效率低下。
在传送业务时，PDH就像铁路运输的散装列车，货物是杂乱堆在车厢内的，若想把特定的货物在某站点取下，需要把所有货物先卸载下来，找到你所需要的货物，再把剩下的货物及需要在该站点新装的货物搬上列车，再运走。这样，每分离或插入一次货物，就要翻箱倒柜的折腾一次！
即同步数字体系，是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络
在传送业务时，SDH就像集装箱列车，各种货物贴上标签后装入集装箱。然后多个小箱装入大箱，一级套一级，且每次装箱前都会贴上能识别货物的标签。这样通过标签查询就可以准确的知道某一包货物在哪个集装箱的哪个箱子内，能在列车上快速的找到目标货物，直接取出。再也不需要翻箱倒柜的折腾了，效率大大提高！
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SDH传输系统在国际上有统一的帧结构、数字传输标准速率和标准的光路接口。
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SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了DXC，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性。
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由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。
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由于SDH多种网络拓扑结构，其所组成的网络非常灵活，能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化。
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SDH有传输和交换的性能。它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活。
是指基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台。
21世纪初期，短信、彩信、电子商务、实时视频等多种IP业务快速发展，促使基于SDH的MSTP在2002年诞生了。
PDH和SDH主要都是传送语音业务，但MSTP可以传送图像、视频等更大容量的业务。因为MSTP的实现基于“SDH+以太网+ATM”，其中ATM支持语音、数据、图像、视频等的传输。
又称异步转移模式、异步传递模式。ATM是一种面向连接的，基于信元的，具有服务质量保证的，综合通信网的传输、复用和交换的网络技术，可满足带宽网所要求的高速、高效和综合等要求。ATM虚电路分永久虚电路（PVC）和交换虚电路（SVC）两种。通常PVC用于通讯流量固定的客户；SVC主要用于局域网ATM交换的环境。
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继承了SDH技术的诸多优点：如良好的网络保护倒换性能、对TDM业务较好的支持能力等。
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支持多种物理接口：由于MSTP设备负责业务的接入、汇聚和传输，所以MSTP必须支持多种物理接口，从而支持多种业务的接入和处理。常见的接口类型有：TDM接口（T1/E1、T3/E3）、SDH接口（OC－N/STM-M）、以太网接口（10/100BaseT、GE）、POS接口。
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支持多种协议：MSTP对多业务的支持要求其必须具有对多种协议的支持能力，通过对多种协议的支持来增强网络边缘的智能性；通过对不同业务的聚合、交换或路由来提供对不同类型传输流的分离。
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支持多种光纤传输。
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提供集成的数字交叉连接交换：MSTP可以在网络边缘完成大部分交叉连接功能，从而节省传输带宽以及省去核心层中昂贵的数字交叉连接系统端口。
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支持动态带宽分配。
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链路的高效建立能力：面对城域网用户不断提高的即时带宽要求和IP业务流量的增加，要求MSTP能够提供高效的链路配置、维护和管理能力。
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协议和接口的分离：一些MSTP产品把协议处理与物理接口分离开，可以提供“到任务端口的任何协议”的功能，这增加了在使用给定端口集合时的灵活性和扩展性。
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提供综合网络管理功能：MSTP提供对不同协议层的综合管理，便于网络的维护和管理。
波分复用，将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
PDH/SDH/MSTP时代，一根光纤只有一个波长，不同业务之间时分复用，业务占用固定时间段，如果该时间段无业务，会造成资源浪费。相当于一条高速公路只有一条车道，然后该车道按时间段租给货运公司使用，而不管该货运公司是否有货物运输。那么当货运公司没有货物运输时，就造成了资源浪费。
提倡环保，节约资源，WDM应运而生。
WDM时代，一根光纤可传输多个波长，相当于高速公路可以提供多条车道，整体带宽或业务承载能力提升了。但其每个车道可能还是提供给PDH/SDH/MSTP使用，即每个车道还是按时间段租给货运公司使用的，只是车道变多了，可以同时传送多个货物了。
而根据车道间距大小，WDM又可分为两类：
CWDM：稀疏波分复用。车道间隔较大，一般为20 nm，划分的车道较少。
DWDM：密集波分复用。车道间隔较小，小于或等于0.8 nm，划分的车道较多。DWDM是后续被广泛应用的传输方式。
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充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。
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具有在同一根光纤中，传送2个或数个非同步信号的能力，有利于数字信号和模拟信号的兼容，与数据速率和调制方式无关，在线路中间可以灵活取出或加入信道。
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对已建光纤系统，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原系统有功率余量，可进一步增容，实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动，具有较强的灵活性。
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由于大量减少了光纤的使用量，大大降低了建设成本、由于光纤数量少，当出现故障时，恢复起来也迅速方便。
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有源光设备的共享性，对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。
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系统中有源设备得到大幅减少，这样就提高了系统的可靠性。
网络的一种类型，是指在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择、监控，并且保证其性能指标和生存性的传送网络
WDM，特别是DWDM技术通过划分多个波道后，能轻松的成倍增加传输带宽。但是WDM在不断扩展带宽的时候，却忽略了需同步加强对它的监管，导致WDM在传送中调度很不灵活。
比如一个货物要从成都运到深圳，预先分配的车道是8车道（第8波），那么从成都到深圳全程都是第8车道，就算第8车道因故堵塞也不能换道。除非你经过了高速口（光再生段），如成都-广州、广州-深圳，那么你在广州可以有一次更换车道的机会，而且这种更换车道的代价是为你这次的行为专门修一条路（布放光纤）。但是SDH遇到这种情况时，就统一在广州修一个调度中心，在调度中心换成需要的车道就好。
于是，对WDM和SDH综合考虑，取长补短，试图将两者的优势都全力发挥，进而诞生了OTN。OTN=WDM+SDH
OTN基于WDM的大容量传输，借鉴SDH的强大监管功能（OAM功能），实现了灵活调度的大容量传输，并且还具备了SDH的完善保护机制。
21世纪新兴业务的兴起，特别是IP业务的快速发展，催生了PTN和IPRAN两种高效传送IP数据的方式，它们解决了MSTP面临的问题。
PTN/IPRAN技术正好能解决MSTP的浪费问题。PTN/IPRAN相当于所有货运公司共用列车所有车厢，有多少货物就发多少货物，只要总货物量不超过整个列车的能力即可。同时，货物包装时，可根据货物大小量身定制相应尺寸的箱子。使得运输空间得到最大程度的利用。
IPRAN和PTN主要区别在于给货物贴标签的方式不同。PTN就像传统的手工方式填写快递单，IPRAN则可通过机器自动打印快递单。
01 兼容性强，成本低
具有强大的兼容性，具有兼容以太网、ATM、SDH、PDH、PPP／HDLC、帧中继等各种技术的统一传送平台，能够最大限度保护现有网络，降低组网成本。此外，对现有网络高投资、建设难度大的部分进行改造，如中国移动TD-SCDMA基站的GPS天线模块，在PTN网络中，采用基于IEEE1588v2时间同步技术，避免了安装GPS困难问题，节省了成本，便于维护。
02 PTN资源共享，效率高
PTN设备针对分组业务流的突发性，采用统计复用的方法进行传送，在保证各优先级业务的CIR(Committed InformationRate)前提下，对空闲带宽按照优先级和EIR(Excess Information Rate)进行合理的分配，既能满足高优先级业务的性能要求，又能尽可能的充分共享未用带宽，解决了TDM交换时代带宽无法共享，无法有效支持突发性业务的根本缺陷。
03 PTN流量明确，保护强
它的业务流量和流向都比较明确，有定点规则，不像城域内互联网的需求，是路由型的。在保护方面，PTN支持1+1和1：1线性保护，能够根据自动保护倒换(APS)条件启动1：1子网连接(SNC)路径保护，支持Wrapping和Steering环网保护，采用基于折回等机制，根据段层的缺陷监视或APS协议信息传送执行业务的保护，实现与SDH相同的<50ms的保护效果；同时在标准中也定义了基于自动交换光网络(ASON)的智能保护与恢复功能，提高抗多点故障的能力及不同级别安全要求。
综上所述，光传输技术的演进方向是：带宽越来越大、时延越来越低、支持的业务类型越来越多。
目前已进入5G新时代，传输网通过引入多个5G新技术，提供超大带宽、超低时延和灵活互联，从而有力支撑eMBB、URLLC和mMTC三大应用场景的实现，为我们带来更美好的明天！
