徐林，葉小華, 張林濤，冒曉平
摘 要：專網(wǎng)通信容量需求的增長及近期專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的火熱建設(shè)帶動了對下一代專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案和傳輸技術(shù)的思考。本文介紹了慧方公司基于其最新光傳輸技術(shù)而推出的新型專網(wǎng)通信無中繼傳輸組網(wǎng)方案，通過比較傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、傳輸性能、系統(tǒng)穩(wěn)定度和成本優(yōu)化等方面分析了這種新型組網(wǎng)方案的優(yōu)勢，并且概述了該系統(tǒng)產(chǎn)品的核心技術(shù)及其工程應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：無中繼傳輸；專網(wǎng)通信；成本優(yōu)化；組網(wǎng)方案
1. 引言
IT時代的大中型企業(yè)在發(fā)展主流業(yè)務(wù)的同時，也必須同步進(jìn)行作為IT支撐的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。作為專網(wǎng)領(lǐng)域的代表，電力、石油、煤炭、安全和大型金融機(jī)構(gòu)等都需要自有網(wǎng)絡(luò)供內(nèi)部通信使用。早期專網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)主要是64kb/s的調(diào)度語音和低速數(shù)據(jù)信號，后來逐漸升級到以2Mb/s為業(yè)務(wù)訪問顆粒，然后進(jìn)一步過渡到155Mb/s，視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏡像等近期需求對專網(wǎng)鏈路的帶寬要求達(dá)到了2.5Gb/s[1]。企業(yè)專網(wǎng)的迅速發(fā)展對應(yīng)用于專網(wǎng)領(lǐng)域的傳輸技術(shù)以及組網(wǎng)方式提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須從建設(shè)維護(hù)成本、建設(shè)周期、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架前瞻性和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定等方面做綜合評估。
就通信容量而言，大部分專網(wǎng)的確低于電信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)。但是，專網(wǎng)所承載的是精品信息，比如指揮調(diào)度、公司財(cái)務(wù)以及銀行客戶信息等，這需要等同于電信級別的網(wǎng)絡(luò)來保障傳輸?shù)臅惩�。出于安全、保密和�?shí)時性等因素的考慮，很多企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)都是自建的，而不是租用電信的鏈路，這樣就從物理上做到與公網(wǎng)隔離。鑒于專網(wǎng)的特殊性，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方和系統(tǒng)供應(yīng)商都面臨一個嚴(yán)峻的問題：如何把高端的電信級的傳輸技術(shù)[2-4]移植到專網(wǎng)領(lǐng)域，催生出因地制宜的高性價比的解決方案。
本文首先提出一種基于慧方公司最新光傳輸技術(shù)，面向專網(wǎng)領(lǐng)域的新型無中繼傳輸組網(wǎng)方案，然后比較傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、成本優(yōu)化、傳輸性能和系統(tǒng)穩(wěn)定度等方面分析了這種新型組網(wǎng)方案的優(yōu)勢，最后概述該系統(tǒng)產(chǎn)品的核心技術(shù)及其工程應(yīng)用。
2. 新型無中繼傳輸組網(wǎng)方案
對于絕大多數(shù)專網(wǎng)而言，通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，就是由若干個點(diǎn)對點(diǎn)鏈路組成的鏈型或星型拓?fù)湟约皫в袠I(yè)務(wù)保護(hù)的環(huán)狀拓?fù)�，網(wǎng)絡(luò)層的交換功能在各主節(jié)點(diǎn)或中心節(jié)點(diǎn)通過IP路由器或交換機(jī)完成。而網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點(diǎn)就是要論證各個點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸鏈路的距離、實(shí)現(xiàn)方式以及技術(shù)上的可行性。
圖1（a）表示一個由3個節(jié)點(diǎn)組成的鏈型網(wǎng)，其包括了兩條點(diǎn)對點(diǎn)鏈路，每條鏈路的光纜長度約200到300公里。如果用傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)，各個鏈路上必須設(shè)置中繼設(shè)備，大約每50至80公里需要一個中繼站。中繼設(shè)備主要提供光功率放大、色散補(bǔ)償或電信號終結(jié)和再生等功能。
慧方公司提出的新型無中繼方案如圖1（b）所示，通過采用最新的光傳輸技術(shù)，無中繼距離大幅度提高。和傳統(tǒng)方案比較最鮮明的對比在于，新方案去除了所有的在線設(shè)備，無需建設(shè)中繼站。這種新型無中繼方案大幅度簡化了傳輸鏈路和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，有效地抑制初期投資，大幅度減少運(yùn)營費(fèi)用，減少通信故障源、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低備品備件的種類和數(shù)量，方便日常維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)容。下面通過與傳統(tǒng)方式比較，我們進(jìn)一步詳細(xì)討論新型無中繼方案的綜合優(yōu)勢。
3. 無中繼方案的優(yōu)勢
從圖1可以很直觀地發(fā)現(xiàn)無中繼方案大幅度提高了無中繼傳輸距離，從傳統(tǒng)的50至80公里提高到300多公里，在線設(shè)備全部撤除，從而大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對于大多數(shù)專網(wǎng)用戶而言，200至300公里是最常見的長途距離，廣泛適用于數(shù)據(jù)中心和備份中心的連接，大中型城市的環(huán)城線路，西電東輸和西油東運(yùn)等跨省傳輸以及近海島嶼的海纜系統(tǒng)。
1）低成本
無論是專網(wǎng)還是公網(wǎng)，建設(shè)方最密切關(guān)注的莫過于低成本，而本無中繼方案在簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和減少設(shè)備數(shù)量的基礎(chǔ)上，在保證電信級通信質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)初期建設(shè)成本主要包括設(shè)備成本和工程成本，而其中往往容易被忽視的工程成本在很多情況下占了初期投資的很大比重。以中繼站的建設(shè)費(fèi)用為例，根據(jù)各企業(yè)類型不同其所需的中繼站的規(guī)模和級別也不同，其費(fèi)用可以為幾十萬至幾百萬元。海纜系統(tǒng)無法修建中繼站，但其水下中繼設(shè)備也需要幾十甚至上百萬美元，對于普通的近海路由而言是根本無法承受的。除了中繼站費(fèi)用之外，所有中繼點(diǎn)的施工、設(shè)備安裝和測試等工程費(fèi)用也是重要的一環(huán)。
無中繼方案從根本上解決了上述所有問題，由于去除了中繼站和在線設(shè)備，所有與中繼相關(guān)的費(fèi)用都不會發(fā)生。此外，就我們對市場的了解，我們對傳統(tǒng)方案的設(shè)備成本進(jìn)行了估價，我們發(fā)現(xiàn)由于中繼設(shè)備的減少和新技術(shù)帶來的集成優(yōu)勢，我公司提出的無中繼方案和傳統(tǒng)方案即使在單純的設(shè)備成本上也有很強(qiáng)的可比性。在設(shè)備成本可比而工程成本大量節(jié)約的情況下，無中繼方案在專網(wǎng)通信領(lǐng)域的價格競爭力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式。
2）建設(shè)周期短
投資少見效快是立項(xiàng)的根本要求之一。大量資金投入建設(shè)，自然希望盡快建成并使用該通信網(wǎng)絡(luò)，這是對縮短減少周期的自然預(yù)期。采用無中繼方案后，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡單化，基礎(chǔ)建設(shè)和設(shè)備數(shù)目大量減少，施工難度和工程量也線性地降低，建設(shè)周期也隨之縮短。中繼站的基建時間不一而足，工期從一天到一周甚至更長都有可能。中繼設(shè)備的安裝配置和測試等工程環(huán)節(jié)也帶來可觀的時間消耗。我們保守地估計(jì)，同傳統(tǒng)組網(wǎng)方式相比，無中繼方案的建設(shè)周期至少能縮減三分之一。
3）高可靠性
對于承載精品信息的專網(wǎng)而言，其服務(wù)對象是企業(yè)的核心資訊，通信網(wǎng)的功能就如同人體運(yùn)載血液的動脈一樣，重要性可見一斑。所以，系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和設(shè)備的低故障率是最基本的指標(biāo)。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性主要通過選取高性能器件和提高芯片板卡的集成度的方式，這是系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商的必修課。同時，一個不可回避的事實(shí)是，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障率為零的唯一辦法是沒有設(shè)備。也就是說，再完美的設(shè)備都有故障幾率，減少設(shè)備數(shù)目是對系統(tǒng)穩(wěn)定性的最直接的貢獻(xiàn)。無中繼組網(wǎng)方案可以減少設(shè)備數(shù)量大概1/6至1/3，相應(yīng)的帶來故障源減少和穩(wěn)定性的提升。此外，由于系統(tǒng)所有的設(shè)備都在終端機(jī)房，發(fā)現(xiàn)故障、定位故障以及故障修復(fù)的時間就能大大縮短。相比較而已，對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的在線設(shè)備故障，僅僅工程車開赴現(xiàn)場就需要幾個小時的時間，故障修復(fù)時間是個無法確定的因素。
4）低成本維護(hù)升級方便
取締中繼站和相關(guān)的中繼設(shè)備對維護(hù)人員也是利好消息。中繼站的供電、溫控濕控以及例行維護(hù)工作都是很大的開銷，同時占據(jù)了大量維護(hù)人員和維護(hù)工具等資源。從維護(hù)的角度，無中繼組網(wǎng)方案帶來巨額的維護(hù)費(fèi)用和相關(guān)人力的節(jié)約。此外，當(dāng)系統(tǒng)容量需要擴(kuò)容的時候，所有的擴(kuò)容和調(diào)試工作都只需在終端機(jī)房進(jìn)行，無需野外作業(yè)，這是縮短工期、保障質(zhì)量和降低成本的有力保障。最后，新方案大力削減了設(shè)備的種類和數(shù)目，使備品備件的管理更加容易，這也帶來維護(hù)的便利。
4. 無中繼傳輸技術(shù)
慧方公司的無中繼傳輸系統(tǒng)產(chǎn)品Arasor Anyhaul ULS將電信級的長距光傳輸技術(shù)移植到專網(wǎng)領(lǐng)域，其中包括色散管理型光發(fā)射器技術(shù)（CML）、光發(fā)射/接收端的前向糾錯編/解碼技術(shù)（FEC）、高增益型摻鉺光放技術(shù)（EDFA）、分布式拉曼放大技術(shù)（DRA）、窄帶光濾波技術(shù)等。
在ULS產(chǎn)品中，我們采用獨(dú)有的啁啾參數(shù)設(shè)計(jì)，對調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)頻（加啁啾）再調(diào)制光源，將光脈沖壓窄，從而有效地提高光脈沖抗光纖色散的能力，并通過嵌入的光濾波實(shí)現(xiàn)AM-FM 的交叉轉(zhuǎn)換，保證2.5Gb/s速率信號傳輸數(shù)百公里的色散容限。此外，通過特有的相位相關(guān)技術(shù)，使相鄰的“1”信號間具有π相位差別，減小 碼間串?dāng)_（ISI）效應(yīng)，并獲得高非線性（自相位調(diào)制及受激布里淵散射）閾值。實(shí)驗(yàn)表明，自相位調(diào)制效應(yīng)閾值為19dBm，而受激布里淵散射閾值上升為20dBm。非線性閾值增大有利于在系統(tǒng)中采用更大的信號傳輸功率，從而獲得更遠(yuǎn)的無中繼距離。
前向糾錯編碼采用標(biāo)準(zhǔn)RS(255,239) 編碼（GFEC）格式時，編碼增益為 6.2dB；而當(dāng)采用特有的增強(qiáng)型 FEC（EFEC）時的編碼增益可達(dá)9dB。此外，F(xiàn)EC功能可以通過軟件設(shè)置來選取5種工作模式，分別為OC-48至GFEC雙向轉(zhuǎn)換，OC-48至EFEC雙向轉(zhuǎn)換，GFEC雙向再生以及EFEC單向再生和不使用FEC等，適于不同的傳輸需求。
在光放大方面我們的方案是混合式Raman+EDFA放大技術(shù)，整體上噪聲因子（NF）由拉曼放大器決定，典型的NF為-1～1dB左右，而單純的EDFA的NF有4～6dB，由此可看出NF有5dB的改進(jìn)；此外，在拉曼放大器的安全保護(hù)設(shè)計(jì)方面，我們采用了基于光監(jiān)控通道（OSC）的光纖鏈路監(jiān)控器，功率預(yù)算達(dá)80dB，響應(yīng)時間小于0.2秒，實(shí)時在線監(jiān)測鏈路的暢通狀態(tài)，具有自動激光切斷功能，從而保證人身和設(shè)備安全。
在線路發(fā)射端采用高功率增益的EDFA對信號進(jìn)行功率放大有助于提高發(fā)射功率，補(bǔ)償線路上的功率損耗，獲得更遠(yuǎn)的無中繼傳輸距離。對于多信道WDM傳輸系統(tǒng)，要求EDFA功率放大器提供足夠高的增益系數(shù)以保證各信道的發(fā)射功率滿足長距離無中繼傳輸需求。在ULS中，我們采用了新型的高功率增益EDFA技術(shù)，使最大輸出功率超過23dBm，滿足多信道系統(tǒng)長距離無中繼傳輸?shù)墓β市枨蟆?/P>
在長距離無中繼傳輸中，信號在各放大器和傳輸線路所累積的色散及非線性噪聲將干擾接收器的信號接收靈敏度，造成誤碼并影響系統(tǒng)性能。因此在信號接收端應(yīng)盡可能濾除噪聲的影響。在ULS設(shè)計(jì)中，我們通過合理配置線路上的信號光功率，降低非線性噪聲，通過色散管理技術(shù)減小色散噪聲，并采用窄帶光濾波器技術(shù)，濾除大部分傳輸所累積的噪聲。實(shí)驗(yàn)表明，采用上述技術(shù)手段，能有效提升鏈路信噪比參數(shù)，接收端的信號靈敏度能獲得5dB以上幅度的改善。
5. 工程應(yīng)用
我們在南方某省電力部門對ULS系統(tǒng)進(jìn)行了工程試驗(yàn)，并對各種不同的傳輸鏈路中進(jìn)行了不同的配置，鏈路中的光纖均為G.652型普通單模光纖，采用2.5Gb/s速率的SDH傳輸模式。我們測試了系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)性能，旨在確認(rèn)ULS的傳輸性能，并獲得不同配置情形下所對應(yīng)的最佳傳輸距離。
在300km傳輸測試中，線路總損耗為60.5dB。我們采用了EFEC編碼方式，其編碼增益經(jīng)測試為9dB左右，并開啟了DRA設(shè)備，設(shè)置拉曼泵浦光功率為27dBm。通過對鏈路非線性噪聲及色散的分析，我們發(fā)現(xiàn)單波信號功率必須控制在20dBm范圍之內(nèi)，否則噪聲將顯著影響系統(tǒng)傳輸性能。測試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要的OSNR為9.5dB，系統(tǒng)允許的光功率富裕度為7dB。
在關(guān)閉拉曼放大器的情況下，系統(tǒng)支持250km的無中繼段，線路總損耗為55dB。根據(jù)我們的測試資料顯示，無拉曼系統(tǒng)的極限無中繼功率預(yù)算可高達(dá)59dB。
6. 結(jié)束語
本文介紹了慧方公司的新型專網(wǎng)通信無中繼組網(wǎng)方案，通過和傳統(tǒng)方式的比較，論證了新方案在降低低成本、縮短建設(shè)周期、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、減少維護(hù)費(fèi)用、方便管理和升級等方面的明顯優(yōu)勢。文章還簡單介紹了慧方公司Arasor Anyhaul ULS系統(tǒng)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)及其在工程上的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《電力設(shè)備網(wǎng)》2006年06月28日新聞專稿“國網(wǎng)公司超長站距光通信通過驗(yàn)收”
[2] 于林生 董勝 印新達(dá), “拉曼光纖放大器在國內(nèi)工程中的應(yīng)用”, 郵電設(shè)計(jì)技術(shù), Volume 7, Page(s): 17-20, 2003 [3] Rai, Smita; Mukherjee, Biswanath; etc. “Provisioning in Ultra-Long-Haul Optical Networks”, Proc. of OFC/NFOEC 2007, 25-29 Page(s):1 – 3, March 2007 [4] Rasmussen, J.C., “PMD and chromatic dispersion compensation for 40 Gbit/s optical networks”, Proc. of IEEE LEOS 2005, 22-28 Page(s):704 – 705, Oct. 2005
