1.城域網

通常，我們把城域光網定義為跨距從幾十公里到上百公里的光傳輸網，一般服務于大的、業務量集中的城市地區。城域光網橋接于長途網和接入網之間，把接入網中企業網、校園網的各種業務連接到運營商的骨干網。近幾年來，隨著長途傳輸骨干網的大規模建設、用戶接入及局域網的寬帶化技術的普及，網絡的瓶頸逐漸轉移到了城域網，原先以承載話音為主的城域傳輸網絡，已無法適應城域數據業務的快速增長，城域網絡環境也發生了很大變化。

1.1用戶對供應速度的要求

速度不僅僅指帶寬，而且也指提供服務的速度，而且兩者都日趨重要。用戶所需要的是大容量帶寬和及時地提供服務。因此，剩下的問題是誰能夠提供和什么時候能夠提供這些業務。

在局域網中帶寬持續增長，已經由10/100Base-T發展到了G比特級以太網，很快又發展到10G以太網，同時在長途骨干網中，也從傳統的SONET業務發展到了支持T比特傳輸速率的大容量DWDM系統。但是由于城域網(MAN)的容量有限，用戶仍然在為通過城域網將地理上分散的局域網連接起來。

隨著互聯網/數據業務、高速緩存業務、應用業務提供商(ASP)的引入、存儲區域網絡(SAN)和其他業務的增加，城域網的業務將持續爆炸式地增長。
在帶寬爆炸式增長的情況下，基于單波長環形結構的傳統SONET網絡很快就過時了。SONET非常適合于傳輸TDM業務，但它的幀結構和工作方式對于M比特和G比特數據業務的傳輸而言，已經證明是沒有效率的。再者，城域SONET結構的設計初衷是將本地業務量送到長途骨干網，并向長途交叉連接器饋送環間業務量。第二代DWDM城域網開始解決特定環網上的容量需求，并采用靜態光分插復用器(OADM)提供基于波長的點對點業務。但是，新涌現的網絡要求采用大端口(例如，1000×1000或以上)全光交叉連接器(OXC)來完成環間交換。這充其量只是一個耗資巨大的臨時性解決方案。

使網絡自身具有分布式交換能力，并且能夠支持環形或者邏輯格形體系結構將極大地減少對OXC的需求，并且可以使網絡對不斷變化的業務模式進行優化。光纖不再是專門為干線傳輸提供服務，交換式主集線器所需的端口數也將大大減少。

1.2城域網的新面貌

仔細觀察一下當前的城域網業務市場，不難發現本地業務提供商的收入來源正在發生巨大的轉變，從傳統的本地交換運營商(ILEC)的端局到電信運營綜合樓和網絡接入點(NAP)。一個典型的電信運營綜合樓在同一幢建筑物內能容納多個業務提供商、互聯網業務提供商(ISP)、有線電視網前端以及其它許多潛在的用戶。從目前大搞網絡接入點(這些接入點將服務于眾多的運營商和互聯網業務提供商)不難看出這個趨勢。

1.3技術、體系結構的選擇

過去，只有SONET技術能滿足業務提供商的要求。現在，DWDM技術也能提供許多與SONET相同的功能(保護倒換、業務恢復及承載話音和數據等)，并具有較強的網絡擴展能力。而且，DWDM城域網還能透明地承載更大范圍的業務——SONET/SDH、ATM、IP、GbE(吉比特以太網)。大多數DWDM城域網采用了所謂的光域上的UPSR(單向通道倒換環)保護倒換技術。該倒換機理類似于SONETUPSR技術，能提供同等級別的網絡生存能力。DWDM技術也能支持電路插板的備份，與線形和環狀拓撲結構一樣。DWDM城域網還能進一步演進，為運營商提供一個格形光網絡。

對于開放系統互連模型(OSI/RM)中第3層(網絡層)的IP路由網絡而言，格形網并不是一個什么新東西，但是在物理層(第1層)上實現該拓撲則相當新穎。格形光網絡為用戶提供多種業務等級協議(SLA)供選擇。另外，業務提供商還能根據電路級別來提供相應保護和制定不同的收費標準。

有的用戶愿意選擇具有全網質量保證的服務，而其它用戶可能寧愿選擇低成本、采用盡力而為機制的服務。盡力而為機制，意思是指如果網絡還有可用帶寬，當主要路由失效時還能重新選擇路由，其最長的倒換時間通常在幾百毫秒之內。然而，如果沒有可用帶寬，用戶將無法得到服務。這有點類似于ATM網絡的業務等級(CoS)制，即對不同等級的業務指定不同的優先權。基本上，格形光網絡允許一個電路交換網絡仿效一個分組或信元交換網絡的一些優點。在格形光網絡上傳送IP業務能進一步優化帶寬。

在城域網(MAN)和局域網(LAN)中，雖然帶寬和網絡容量持續地增長，但是在市區內人們仍然面臨著嚴重挑戰。在這里，為了提供G比特級帶寬和靈活的網絡配置，業務提供商不得不采用傳統的SONET設備和第二代DWDM設備。基于全光DWDM設備的第三代網絡將能夠動態地配置和管理網絡，為業務提供商提供迫切需要的解決方案。

提供動態全光波長管理的下一代網絡將有更多的優勢，動態管理會帶來許多好處：完全上下路能力、保護和恢復功能、波長路由以及性能監測功能，所有的業務都可以波長為單位提供。采用第三代系統允許在每根光纖上提供高一個數量級的帶寬，大大地提高業務速度，改善光層的保護和波長級業務質量，所有這些將會帶來很大的經濟收益。

2.DWDM技術的發展

WDM在20世紀80年代開始出現，早期使用間隔很大的兩個波長1310nm和1550nm(或者850nm和1310nm)區域，有時被稱為寬帶WDM。20世紀90年代早期，出現了第二代WDM,有時也被稱為窄帶WDM,使用2個到8個信道。這些信道在1550nm窗口的間隔為400GHz。到了90年代中期，帶16到40信道，間隔為100到200GHz的密集波分復用器(DWDM)出現了。90年代末，DWDM系統已經發展到有64到160平行信道，間隔為50甚至25GHz。可以看到技術是朝著波長數越來越多而波長間隔在不斷縮小的方向發展的。由于提高了波長的密度，系統在結構的形式上越來越靈活。

DWDM技術不斷地提高信道的密度，這對光纖的負載能力帶來了巨大的影響。在1995年，當首個10Gbps出現的時候，容量增加的速率從每4年增加4倍增到每年增加4倍。

2.1DWDM系統功能

DWDM包含少量的物理層功能。每個光信道傳輸一定的波長。波長以電磁頻譜中的絕對值來表示。有效光波是在其中心波長周圍很窄的窄帶。系統執行以下主要功能：

2.1.1產生光信號;固體激光器必須發出穩定的，特定窄帶的光信號，同時攜帶被模擬信號調制的數字信息。

2.1.2合并光信號;現在的DWDM系統使用多路復用器合并光信號。在合復用和解復用的過程中會有固定的損耗。這種損耗與信道數有關，但是可以通過放大器來彌補。放大器可以同時將所有波長一起放大而不需要預先轉換為電的形式。

2.1.3傳送信號;在光纖傳輸中必須考慮到串擾效應和信號能量的損失。這些影響可以通過控制一系列因素而被減小，如信道空間、波長公差和光能量大小。在傳輸鏈上，還需要對光信號進行放大。

2.1.4分離接收到的信號;在接收端，合并了的信號必須被分離出來。盡管這比合并信號顯得簡單一些，但是實際上有很多技術難題。

2.1.5接收信號;光電探測器接收分離了的信號。

除了這些功能以外，DWDM系統還必須裝備客戶界面以接收輸入信號。這項功能由收發機來實現，DWDM的傳輸界面是和DWDM系統相連的光纖。

光網絡不同于SONET/SDH，它不依賴于電形式的數據處理。因此，它的發展更多地依賴于光學的發展。在上面所述的早期形式中，WDM可以攜帶兩個寬帶波長信號，并傳輸相對較短的距離。要將這種初始的形式更進一步，WDM需要提高現有的技術和發明新的技術。光濾波片的改進和窄帶激光的出現使DWDM能夠在光纖上合并更多的信號。增益平坦放大器的發明，結合傳輸光纖發送光信號，大大提高了DWDM傳輸更遠距離的能力。

其他技術包括采用低損耗和更好傳輸特性的光纖、EDFA，和諸如在光上下路復用器中采用光纖布拉格光柵，這些對DWDM的發展同樣重要。

    2.2組成和操作
    
    DWDM是光網絡的核心技術。DWDM的主要組成可以依據它們在系統中的位置區分為以下這些：
    
    2.2.1在發送端，激光必須發射精確穩定的波長。
    
    2.2.2在鏈路中，光纖在相應的波長頻譜內需要有低損耗和良好的傳輸性能，除此之外增益平坦放大器可以在更遠的跨度對信號進行放大。
    
    2.2.3在接收端，是光電探測器以及使用薄膜濾光片或衍射器的解復用器。
    
    2.2.4光上下路復用器和光交叉連接器件。
    
    這些和其他的一些器件，包括它們潛在的技術，其中的很多，尤其是正面和反面的競爭性技術，對于系統設計者比對終端用戶或網絡設計者或許更加重要。
    
    2.3第一代和第二代DWDM系統
    
    第一代DWDM設備已經成為長途網的首選技術。這些相對簡單的點對點系統已經由OC-48的幾個波長迅速擴展到OC－192的100個以上波長的系統，提供的總容量相當于每纖960Gb/s。由于容量有限而且鋪設新光纖的費用很高，業務提供商安裝了點對點的DWDM設備，以最大限度擴大每光纖公里的單位容量。這種方法雖然能暫時解決光纖用盡的問題，但是由于增加了不少設備而導致了網絡成本的上升。
    
    近來，第二代DWDM設備準備為MAN的業務提供商提供DWDM的容量。在城域網中引入小容量的第二代DWDM設備可以如同在長途傳輸中一樣幫助解決光纖用盡的問題。更為重要的是，當今第二代DWDM的網絡結構能支持有保護的環形結構，并且提供多種業務接口，例如：G比特以太網、Escon、Ficon、光纖通道和從OC-3到OC-48的各種接口。
    
    雖然這些改善與SONET網絡相比，看起來好像是巨大的，但即使是第二代的容量（如每對光纖80Gb/s）也估計只能維持12到18個月。第二代DWDM網絡仍然存在三個問題：成本、可擴容性和可管理性。
    
    為了迎接這個挑戰，業務提供商現在非常需要具備遠程配置、激活和糾錯功能的端到端管理系統。備用設備的花費也是相當大的，這是由于激光器和過濾器都是靜態的而不得不保留相當數量的備用資源，例如容量為40波長的節點必須準備40個備用轉發器。
    
    在第二代網絡中，其中的一個主要瓶頸就是OXC節點。由于人們對OXC的研發和投資方面所作的付出很大，迫使制造商繼續大量生產交換能力很強的OXC產品。如今，由于在光波長連接方面缺乏多廠商產品互通的標準，故大多數OXC節點仍然采用光電光（OEO）設備。OEO交換機的可擴容性有限，而且非常昂貴。OEO要求對DWDM系統的光束進行解復用，然后轉換成電信號，經交換，再把它們還原成光信號重新送到復用器進行傳輸。
    
    網絡容量從M比特到數百G比特以至T比特持續爆炸式增長，只有采用全光交換才能提供所需求的容量和相應的投資保護。最近，在網絡結構方面的改進已經減少了城域網所需要的OXC。
    
    2.4第三代DWDM結構
    
    第三代DWDM網絡提供可升級的、全光的、分布式的波長交換。同第二代結構相比，主要的區別是，第三代光網絡在成本、可擴容性和可管理性方面作了很大改進。而且，第三代網絡可以使業務提供商從新的有特色的服務中獲取最大利潤，同時降低運營成本。在城域網和地區網情況下，應用全光的波長交叉連接器（WXC）、可動態配置的OADM、可調激光轉發器以及可動態控制光層的高級管理軟件，可以對環間互連和邏輯格形網進行優化設計。
    
    業務提供商能夠動態地將任意波長插入任意鏈路的任意節點上，從而把DWDM系統從一種光纖耗盡的解決方案轉換為一個商業系統。具有波長配置靈活性的第三代網絡排除了網絡交換中心所需要的大型OXC節點，直接面對互連環或者格形網中的波長路徑。
    
    動態選路可以支持許多不斷出現的業務，例如視頻節目、SAN和虛擬專用網絡。例如，在市區內，一個ASP可以向一群用戶提供數據儲存和災難恢復業務。當轉移數據時，每個用戶只需短時間與ASP連接。ASP只利用單一波長就可以把它的連接從公司A轉移到公司B。不斷涌現的信令協議，如多協議波長交換將會使這種想法成為可能。
    
    第三代網絡利用前向糾錯（FEC）和數字封裝技術改善了光域的性能，包括對單波長的保護和光性能的監測。光保護能力包括波長級、通道級和鏈路級，允許業務提供商劃分和保證業務等級。同樣，FEC和數字封裝技術給第三代業務提供商帶來了以下兩個好處：
    
    （1）性能檢測，例如，誤碼率和通道/鏈路狀態，可確認的服務水平協議（SLA）。
    
    （2）與比特速率和協議無關的波長業務。所有這些改進以及基本的結構更新，使得第三代業務提供商能夠提供多樣化的特色服務，同時也極大地改善了整體效益。
    
    第三代光網絡引發了三大技術進步：動態波長交換、可調激光器和可調濾波器。利用完全可動態配置的OADM和WXC，波長交換節點能夠將任何波長分配給任何節點。在光域中，利用軟件和高級功率均衡算法可以實時地配置基于波長的業務。
    
    這些基于波長的業務是與協議和比特率無關的，并能支持G比特和10G比特以太網、從OC-3到OC-12、從STM-1到STM-64以及Escon、Ficon和光纖通道，允許在互連的環形網絡或者格形網中和在沒有光電光轉換和OXC中心節點的干預下將任何波長分配給任何節點。
    
    第二個關鍵性技術是可調激光器，在最理想的情況下，一個可調激光器能夠對所有的波長進行調諧，調諧范圍很廣而且調諧速度快，此外它有足夠的傳輸功率從而可減少對摻鉺光纖放大器（EDFA）的依賴性。
    
    可調光濾波器是第三代光網絡所需要的第三個關鍵性技術。可調激光器使發射機能夠選擇一個可用的波長，波長交換機使我們能在發射機和接收機之間建立一條鏈接，可調濾波器允許接收機調諧到所要求的波長上以建立完整的鏈路。
    
    各種各樣的可調濾波器層出不窮，例如可調光纖布拉格光柵，可調腔濾波器和可調多介質薄膜濾波器。
    
    第三代網絡借助于動態可管理的全光DWDM技術，支持以波長為單位的分級式業務。第三代光網絡業務提供商為了滿足用戶對服務速度的要求。必須結合使用動態可管理的OADM和WXC節點、可調激光器、可調濾波器、光性能監測、波長級的保護機制和網絡管理軟件。這樣，在削減運營成本的同時，業務提供商可方便地提供增加收益的新業務。

    3.DWDM技術解析
    
    WDM是將光纖的可用波段分成若干個小信道，每個信道對應一個波長，使單波長傳輸變成多波長同時傳輸，從而大大增加光纖的傳輸容量。例如，如果每個波長的傳輸速率為2.5Gb/s，在一根光纖中同時使用4個波長，則光纖總的傳輸容量可達2.5×4=10Gb/s。
    
    WDM技術過去主要在光纖的C波段（1530～1565nm）使用。最新的技術已將石英光纖在1.3～1.6μm的兩個低損耗窗口打通并連成一個區域，未來的WDM可在1.3～1.6μm的全波段窗口中使用，每根光纖的復用光波長數可達幾千，傳輸容量可高達數十個太比特。因此，完全可以認為WDM技術將為光傳輸網的發展提供幾乎取之不盡的資源。
    
    3.1 WDM的關鍵技術
    
    WDM技術在光傳輸網中的典型系統是由光合波器（光復用器）、光放大器和可以提取獨立光波長的光分波器（光解復用器）組成。發射端的光發射機發出光波長不同且精度和穩定度能滿足一定要求的光信號，經過光合波器、摻鉺光纖放大器，送入光纖中傳輸（光纖線路中可根據需要設置光線路放大器）。到達接收端后，經光纖前置放大器放大，通過光分波器恢復成原來的各路光信號。
    
    分/合波器是一種光學濾波器，其作用是對各路光波長信號進行復用與解復用。對分/合波器的基本要求是：插入損耗低、隔離度高、良好的帶通特性、溫度穩定性好、復用波長數多、較高的分辨率等。
    
    光放大器的作用是對復用后的光信號進行直接光放大，以解決WDM系統的長距離傳輸問題。由于分/合波器的插入損耗較大，因此WDM系統的傳輸距離較短，一般僅為三四十公里，很難滿足實際通信的需要。使用光放大器后，可實現600km以上的無電中繼傳輸。對光放大器的基本要求是：增益高、寬帶、噪聲系數小等。
    
    WDM系統的超長距離傳輸對光源提出了非常苛刻的要求。光源必須具有十分狹窄的譜寬和非常穩定的發射波長。
    
    光纖通信系統的傳輸距離受到系統損耗和色散的限制。在高速率傳輸情況下，色散占主要地位。光放大器的使用只是解決了損耗受限的問題，而色散問題則需要選擇譜寬極窄的半導體激光器來解決。實踐證明，采用傳統的直接調制方式會使半導體激光器在高速率時產生啁啾，限制了系統的傳輸距離。為此WDM系統使用的光源必須放棄傳統的直接調制方式，采用外調制方法，即所謂外調制型光源。
    
    3.2 WDM的技術優點
    
    WDM技術之所以在近幾年得到迅猛發展是因為它具有下述優點：
    
    3.2.1傳輸容量大，可節約寶貴的光纖資源。對單波長光纖系統而言，收發一個信號需要使用一對光纖，而對于WDM系統，不管有多少個信號，整個復用系統只需要一對光纖。例如對于16個2.5Gb/s系統來說，單波長光纖系統需要32根光纖，而WDM系統僅需要2根光纖。
    
    3.2.2對各類業務信號“透明”，可以傳輸不同類型的信號，如數字信號、模擬信號等，并能對其進行合成和分解。
    
    3.2.3網絡擴容時不需要敷設更多的光纖，也不需要使用高速的網絡部件，只需要換端機和增加一個附加光波長就可以引入任意新業務或擴充容量，因此WDM技術是理想的擴容手段。
    
    3.2.4組建動態可重構的光網絡，在網絡節點使用光分插復用器（OADM）或者使用光交叉連接設備（OXC），可以組成具有高度靈活性、高可靠性、高生存性的全光網絡。
    
    3.3.3 WDM技術目前存在的問題
    
    以WDM技術為基礎的具有分插復用功能和交叉連接功能的光傳輸網具有易于重構、良好的擴展性等巨大優勢，已成為未來高速傳輸網的發展方向，但在真正實現之前，還必須解決下列問題。
    
    3.3.1 網絡管理；目前，WDM系統的網絡管理，特別是具有復雜的上/下通路需求的WDM網絡管理仍處于不成熟期。如果WDM系統不能進行有效的網絡管理，將很難在網絡中大規模采用。例如在故障管理方面，由于WDM系統可以在光通道上支持不同類型的業務信號，一旦WDM系統發生故障，操作系統應能及時發現故障，并找出故障原因。但到目前為止，相關的運行維護軟件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系統使用模擬方式復用及放大光信號，因此常用的比特誤碼率并不適用于衡量WDM的業務質量，必須尋找一個新的參數來準確衡量網絡向用戶提供的服務質量等。如果這些問題不及時解決，將阻礙WDM系統的發展。
    
    3.3.2 互連互通；由于WDM是一項新生的技術，其行業標準制定較粗，因此不同商家的WDM產品互通性較差，特別是在上層的網絡管理方面。為了保證WDM系統在網絡中大規模實施，需保證WDM系統間的互操作性以及WDM系統與傳統系統間互連、互通，因此應加強光接口設備的研究。
    
    3.3.3 光器件；一些重要光器件的不成熟將直接限制未來光傳輸網的發展，如可調諧激光器等。對于一些大的運營公司來說，在網絡中處理幾個不同的激光器就已經非常棘手了，更不用說幾十路光信號了。通常光網絡中需要采用4～6個能在整個網絡中進行調諧的激光器，但目前這種可調諧激光器還無法進入商用。
    
    4. WDM結構
    
    WDM常被分為以下三種：LongHaul-DWDM 、Metro-DWDM和CWDM，之所以這么分除了網絡層次上的原因外，很大程度上也有設備技術上的因素。
    
    4.1 Metro DWDM
    
    Metro-DWDM與 LongHaul-DWDM相比，城域之間的相對短距離可以在設備的光收發器上節省部分投資，甚至無須增加REG就做到一個環網的連接。同時，由于波分層面的投資將主要由光器件的價格所決定，所以波道的數目并不多，甚至可能不一定使用L波段，可減少OTU的數量，這無疑又是一個投資的降低點。
    
    Metro-DWDM 是業界普遍看好的城域核心網的建設方式，不僅具有大容量和可擴展性，同時由于對業務完全透明，這將有利于將來向AON的演進。
    
    目前城域網市場正處于一個飛速發展的初期，各種新技術和解決方案層出不窮。在眾多方案中，IP over MetroDWDM脫潁而出，主要有以下原因：
    
    ①Metro DWDM投資低；Metro DWDM采用光分插復用器（OADM）代替傳統的OTM-to-OTM，除了在業務的兩端外，其余節點不需要O-E-O轉換，節省了昂貴的電中繼；通過多個OADM級聯實現擴容，網絡建設初期僅需要少量的光器件，降低了首期投資，也降低了投資風險。對于大顆粒業務（如GE等），Metro DWDM是一種非常經濟的傳輸方案。
    
    ②業務傳輸具有透明性；和其它傳輸方案相比，透明傳輸各種業務是DWDM的先天優勢。和IP over ATM等形式相比，IP over DWDM節省了中間層，設備趨于扁平化，管理更容易。
    
    ③提供快速可靠的光層保護倒換；Metro DWDM提供快速可靠的光層保護倒換，發生斷纖事故時，可以在50ms以內將業務倒換到保護路徑上去。
    
    ④比光纖直連提供高得多的容量；城域環境有豐富的光纖，不少人認為沒有建立DWDM的必要，其實這是一種誤解。首先，裸光纖數目是有限的，總有枯竭的時候；其次，采用裸光纖，接入業務的管理和維護非常困難，隨業務增加，管理和維護費用會快速增加；再次，如同沒有經過精加工的農產品一樣，裸光纖出租的利潤有限；最后也是最重要的是，當環網周長較長（如15km以上），采用光纖直連的綜合成本接近甚至比Metro DWDM還高，隨著業務增加，其成本將遠遠超過Metro DWDM。
    
    Metro DWDM下一步的發展可能會把傳輸節點與各種業務節點融合，如將ATM交換機、IP邊緣路由器、數字環路載波系統、分插復用器（ADM）、數字交叉連接器（DXC）節點、波分復用（WDM）設備乃至最終將光分插復用器/光交叉連接器（OADM/OXC）光傳送節點結合在一個物理實體，統一控制和管理，減少了大量獨立的業務節點和傳送節點設備。
    
    做為一個傳輸功能模塊，其發展依然集中在OXC和OADM上，增強功能、降低成本仍將是主要任務。目前的OADM采用薄膜濾波器，通過級聯濾波器實現更多波長的上下；近年來發展起來的陣列波導光柵（AWG）技術可以將分波器、合波器、光開關矩陣和可調衰減器（VOA）全部功能在一個小小的硅片上實現，象集成電路一樣大規模生產，不僅加工成本比薄膜濾波技術更低，而且可以通過軟件靈活選擇波長的上下和穿通，通過軟件控制擴容，不需要增加任何光器件。
    
    4.2稀疏波分復用CWDM
    
    DWDM（密集波分復用）無疑是當今光纖應用領域的首選技術，但其昂貴的價格影響其推廣應用，而CWDM（稀疏波分復用）在此需求下應運而生。稀疏波分復用，顧名思義，是密集波分復用的近親，它們的區別主要有二點：
    
    ①CWDM載波通道間距較寬，因此，同一根光纖上只能復用5到6個左右波長的光波，“稀疏”與“密集”稱謂的差別就由此而來；
    
    ②CWDM調制激光采用非冷卻激光，而DWDM采用的是冷卻激光。冷卻激光采用溫度調諧，非冷卻激光采用電子調諧。由于在一個很寬的波長區段內溫度分布很不均勻，因此溫度調諧實現起來難度很大，成本也很高。CWDM避開了這一難點，因而大幅降低了成本，整個CWDM系統成本只有DWDM的30%。
    
    在光纖中傳輸兩個不同波長之間的間距是區分DWDM和CWDM的主要參數(不是一些廠家宣傳的波長數量)。DWDM系統的波長間隔一般為100GHz(0.8nm)或50GHz(0.4nm)，將來的系統中可能會有更窄的間距(但這樣會影響光孤子的使用，因此尚不確定)。過去的DWDM受EDFA放大波段的影響，不僅需要在全線路段進行增益均衡，同時由于采用DFB激光器作為光源，溫度漂移系數為0.08nm/℃，因此需要采用冷卻技術來穩定波長，以避免因溫度變化波長漂移到復用器和解復用器的濾波器通帶之外。而如果城域間距離偏短，不使用EDFA進行組網，CWDM就可以將相鄰波長間隔放寬到10nm或20nm，將波長范圍擴展到整個傳輸窗口：從1200nm-1700nm。而且帶來一系列的技術簡化-從激光器(對溫度已不再敏感，因為信道帶寬能夠保證漂移后的波長不受影響)、分波合波器、OADM直到OXC，為運營商帶來大量的投資盈余。
    
    CWDM用很低的成本提供了很高的接入帶寬，適用于點對點、以太網、SONET環等各種流行的網絡結構，特別適合短距離、高帶寬、接入點密集的通信應用場合，如大樓內或大樓之間的網絡通信。尤其值得一提的是CWDM與PON（無源光網絡）的搭配使用。PON是一種廉價的、一點對多點的光纖通信方式，通過與CWDM相結合，每個單獨波長信道都可作為PON的虛擬光鏈路，實現中心節點與多個分布節點的寬帶數據傳輸。
    
    目前，有幾家公司正推出與CWDM相關的產品。LuxN公司出品的WideWav系列CWDM模塊支持8個CWDM信道，或者支持4個CWDM信道加16個DWDM信道。Ocular公司推出的采用CWDM技術的產品有OSX-6000和OSX-1000兩個系列的交換機，其最大特色在于能為高端用戶提供專用波長信道服務和SAN服務。
    
    雖然CWDM在城域網使用具有一定的優勢，但需要澄清的是，對CWDM的實際需求在近期仍將取決于以下因素：
    
    ①網絡容量的可持續發展性；
    
    ②寬帶業務的需求性；
    
    ③光電子技術的發展；
    
    ④商用的普及性和用戶投資的限制。
    
    但是，CWDM是成本與性能折衷的產物，不可避免地存在一些性能上的局限。業內專家指出，CWDM目前尚存在以下4點不足：
    
    ①CWDM在單根光纖上支持的復用波長個數較少，導致日后擴容成本較高；
    
    ②復用器、復用解調器等設備的成本還應進一步降低，這些設備不能只是DMDM相應設備的簡單改型；
    
    ③CWDM還未形成標準。

    6.環形網結構
    
    雖然格形光網絡能提供諸多的優點，但是大多數運營商仍然采用DWDM環形城域網。主要是因為對SONET環網的結構已經很熟悉，另外環形網在光纜斷裂或電路插卡失效的情況下能夠自動復原。用戶已逐漸習慣采用提供備份電路的網絡（如SONET/SDH），因此，當電路發生故障時，若不能自動提供迂回路由是難以接受的。最好的方法是，首先選擇DWDM環形城域網，然后再逐步向格形網過渡。當然，這將給設備制造商帶來更大的挑戰。DWDM設備必須適應這種轉變，而且成本要低。DWDM環形城域網涉及到整個網絡的三個部分：城域網接入部分、城域網骨干部分、城域網局間部分。
    
    用于城域網的DWDM接入設備，必須能夠可靠地傳遞業務且具有較高的擴展能力，提供16至44個有保護的波長信道。大多數設備制造商還不能提供具有如此大的擴展能力的接入設備，能處理從DS-3（44.736Mb/s）到OC-48c（2.5Gb/s）范圍內的各種支路信號。實際的解決方法通常采用兩類設備：較小的DWDM設備用于處理DS-3到OC-3（155.52Mb/s）的信號，較大的DWDM設備用于處理從OC-12c（622.080Mb/s）到OC-48c，甚至到OC-192c（9.952Gb/s）的各種支路信號。較小的設備通常采用一個波長，并與較大的設備兼容。在用一個波長發送業務信號之前，先將低速率支路電信號（OC-3、OC-12）復用到OC-48級的電信號來提高波長利用率。這些DWDM接入設備能夠包容各種業務，包括SONET/SDH、GbE、ATM和IP等，業務提供商無需采用不同的接入設備，就能滿足用戶的多種不同需求。這種構思是把網絡智能推到網絡邊緣，使骨干網盡量保持透明、快速。
    
    城域網骨干部分的設備，是許多廠商必須關注的領域。這是因為主要設備；光交換機還不能完全處理來自于城域接入設備的各種業務流。業務提供商需要的是一個規模更大、具有高度擴展能力的256×256 OC-48光交換機（能擴展到1024×1024），向下能夠管理DS-3/STS-1級的業務，它能將DS-3到OC-192級的業務從網絡一側交換到任一側。信號的再生也在此完成，DWDM城域接入設備通常是不具備此項功能的。這種大規模的光交換機能使來自于城域網、長途網的業務終接于一個終端設備和一個交換矩陣上。
    
    DWDM城域網結構的最后一部分是連接光交換設備的器件。這種器件通常是DWDM長途傳輸設備的縮小版本，在大多數情況下是同樣的設備。典型配置采用不小于40個有備份的波長信道；在某些情況下，設備還采用4比1的OC-192電路插卡來提高波長利用率。為了允許局間采用“點擊式”結構，這種器件也接到光交換機。這三部分的連接結構和一個管理它們的軟件平臺構成DWDM城域網的整體結構。
    
    7.城域網發展趨勢
    
    7.1MSR（城域網多業務環）方案
    
    MSR是一個新生的概念，它將交換和傳輸簡化，同時也把交換和傳輸這兩項技術進行了有機的集成，使之成為一個整體。MSR可提供Ethernet、GE、DVB、ATM、POS、X.85和X.86支路接口，能以動態數據分組環的方式工作，像路由器一樣在環上轉發包括IP包在內的分組，在環上運行的業務可提供單播、組播和廣播模式。由MSR組成的網絡有以下特點：
    
    環上的業務是透明的；數據、視頻和TDM可集成在一塊芯片上，實現三網融合；在50毫秒以內實現二層保護倒換，具有自動拓撲發現和性能管理功能；環和環上運行的業務具有彈性，可大可小、可多可少；接入環和骨干環可以互相嵌套；雙向對稱反轉環都被用來傳送數據、信令和網管幀；群路業務可以是STM-16/OC-48、STM-64/OC-192、GE、10GE、HOVC的級聯；可進行動態的節點添加和刪除；所有支路業務、信令和網管幀有提供優先級隊列和服務質量等級的功能，支持三層(包括IP包在內)的存儲轉發；MSR幀格式與群路的類型、速率無關。
    
    MSR的提出，是城域傳送網技術的一大突破。由此，城域光網絡技術又有了新的選擇。
    
    7.2 ASON（自動交換光網絡）
    
    在大多數人眼中，ASON還僅僅是一個概念。但是有專家預言，ASON的最先的應用可能是在城域網，原因如下：首先是城域網中大型的業務結點及帶寬需求，其次是城域網有實時變化的業務流向，第三就是ASON的獨特的網絡恢復機制。　　
    
    實時變化的業務流量，特別是以IP為主導的網絡業務仍然是不可預知的，需要傳輸網絡具有更好的自適應能力。這種適用能力不僅是指網絡接口或網絡容量的適應能力，更包含網絡連接的自適應能力。因此有必要引入交換信令的概念，而ASON就是我們能夠實現的智能傳輸網絡協議，它在傳輸網絡中引入了動態交換，使得動態分配帶寬成為可能。
    
    現有的集中式格形網恢復方法不能適應業務容量急劇上升的情況，而ASON可通過鄰居發現、鏈路狀態更新、路由計算、光通路管理、端到端保護等多方面功能的相互協調建立一種可行可靠的保護恢復機制，實現了網絡資源和拓撲結構的自動發現，提供了智能的光路由并可以提供分布式的智能恢復算法。
    
    有了智能光網絡，城域網的業務的調配就變得更加靈活；網絡運營商可以提供更多類型的業務服務(如帶寬批發)；提供更多類型的保護恢復機制；針對不同種類的業務級別，提供不同類型的服務等級等等。
    
    7.3 DWDM技術延伸SAN
    
    作為基于密集波分復用（DWDM）的新一代寬帶網絡，管理波長服務承諾最終可以使通過光纖城域網（MAN）擴展SAN應用，且對公司來說價格合理。
    
    DWDM多路復用器，如思科最近宣布的ONS 15540、北電的OPTera Metro 5200多服務平臺、Oni System的ONLINE系列和Akara的OUSP 2000，可以把一束光纖分成多個信道，而每個信道都能以透明方式支持不同的協議及應用。這些協議及應用包括光纖通道、吉位以太網、同步光纖網（Sonet）或ATM。
    
    這項技術使企業或服務提供商能夠把部署及維護光纖基礎設施的高昂成本分攤給多個地點、應用及用戶。典型的一條DWDM連接可以支持64個無保護信道，或32個受保護信道（成對的冗余信道用于備份），而每個信道支持2.5Gbps或10Gbps速率。
    
    DWDM還把在現有光纖上部署新的帶寬或服務所需的時間縮短到了幾周甚至幾天。相比之下，部署計費的“點亮光纖”（lit fiber）服務卻需要80至120天。
    
    分析家和提供商一致認為，存儲應用將是推動這個市場的首要因素。確切地說，管理波長服務針對希望跨多個地點管理存儲資源的眾多企業，它既降低總體擁有成本，又能夠實現災難恢復。
    
    基于DWDM的管理波長服務提供了價格合理的光纖連接，而這些連接具有企業系統連接（Escon）、光纖通道和光纖互連（Ficon）所要求的高吞吐量、低時延。
    
    眼下，基于DWDM的服務主要集中在一些都市區。服務出現這種密集，原因主要在于最后一公里問題及服務提供商只能著眼于許多公司聚集的地區。
    
    如今的服務在價格機制、地區分布和支持級別方面也大不相同，這意味著用戶在購買時得認真作一番比較。
    
    從最基本方面而言，光纖提供商為顧客安裝點對點、未保護或受保護DWDM連接，并提供維護。至于管理光纖通道、Escon連接及存儲設備與DWDM設備如何聯系則取決于用戶。
    
    8.DWDM城域網的新方式
    
    許多城市電信網運營商采用SDH技術建造了他們的網絡。但是，隨著需求的增長，這些運營商面臨困難的決策。將整個SDH網絡升級到更大容量需要對新設備作大量投資，還可能因為分組數據業務流量的上升需要另建一個網絡，造成有兩個網絡要管理的局面。還有，城市地區可用的光纖數目遠遠不是無限的，因此堆棧SDH環或添加新的點對點連接未必可行。
    
    DWDM是一個明顯的解決方案，但很多運營商因為其代價高昂而卻步。用于長途網的常規系統方式成本太高，而且無法滿足城域環境的某些特別要求。不過，可以面向城域環境的要求調整解決方案，形成更簡單、更具成本效益的方式。首先來考慮主要的要求：
    
    光纖網利用率：城域環境可用的光纖數目通常是有限的，而有時候無法部署更多光纖，因為在人口密集的城區這樣做成本太高。另一個方案是租用光纖，但這意味著運營商要為每一公里租用的光纖付費，無論有無營業收入。因此主要目標應是盡量減少所需的光纖。
    
    光纖網的利用率應該盡可能提高現有設備的復用：必須保護以前所作的設備投資；通常不考慮報廢。一般而言，運營商會遇到對容量要求比較寬松的客戶，可用現有設備為其服務。
    
    將第一批通信信道投入運行所需的投資必須較低，而且要能隨著營業收入的上升而逐步增加信道損耗容忍度：城域光纖網一般比長途網有更高的鏈路損耗。大量的接續和光纖配線架占用很大一部分的功率預算，其結果是，高達每公里0.8dB的損耗值并不罕見。
    
    系統對損耗的容忍度越好，它需要的光放大器就越少，其成本也就越小多業務支持。隨著網絡和服務的演變，不可能預測哪一種業務流將占主導地位。
    
    系統必須是業務流協議透明的10Gbit/s能力：在長途網，10Gbit/s正在普及。城域網對此等高比特率的需要固然超前了一點，但有能力承載一個10Gbit/s信號從長途網進入城域網內的一個PoP(接入點)將是一大優勢，成為城市電信運營商區分自身的因素。由此也可避免部署進入城域網之前的昂貴的分接設備。
    
    系統必須能夠處理SDH/SONET和以太網的10Gbit/s業務流信號低的生命周期成本：也許最重要的參數是擁有一個易于安裝、運行和維護的網絡，因為在網絡的整個生命周期，這方面的成本通常比設備成本更突出。影響此等成本的參數包括管理和維護網絡所需的員工技能水平，以及所需的零部件。
    
    低的網絡復雜程度至關重要，同樣重要的是易于使用和整合入現有網絡運行中心的管理方案。
    
    DWDM是當今唯一可達到容量、可擴縮性和透明度等方面要求的技術。關鍵是如何使其充分低的成本和高的效率，以適于城域段的應用。
    
    城域網牽涉的距離比較短，由于損耗較大，常規系統結構仍要求有光放大器，以滿足容量和大小方面的要求。瑞典Lumentis公司推出的對損耗容忍度較好的新型系統結構減少了對光放大器的需要，從而推進了DWDM在城域網中的大范圍應用。不采用或少應用光放大器的DWDM網絡的優點是：
    
    低的網絡初期投資；因為在部署第一批信道時，光放大器的開支可能就要占用超過一半的設備成本。
    
    較方便的波長管理；因為所有波長都是獨立的，并可被添加／路由，無需采用復雜的功率調節和信道平衡方案以補償現有信道更可靠的網絡。
    
    一個失效的光放大器就可癱瘓整個網絡，因為所有經過該放大器的波長都會受到影響較低的生命周期成本。無需庫存昂貴的放大器配件，而且對部署、交付和配置網絡的員工的技能要求也不高。
    
    當然，網絡的損耗容忍度總是有限的，因此還是可能要部署一些光放大器。但大多數情況下是不需要光放大器的。來自Lumentis公司的新結構使無放大器的網絡與其它解決方案相比具有兩倍以上的容量。由瑞典Validation公司進行的試驗確認和超出了這些說法。在一個光纖網中建立一個無放大器的98公里環路，有20個衛星節點，每一個有2個波長的加減能力，結果證明能提供無錯傳輸。常規的無放大器解決方案僅能局限于4到5個節點。
    
    去除光放大器是第一個大步，但還需要其它措施來應對系統的要求。Lumentis有一種新產品可將10個信道集中到一個波長上。這是Lumentis多向可擴縮性(MDS)概念的又一組成部分，實現一個波長內的可擴縮性。該部分稱為SDH/SONETMuxPonder，在一個波長上承載多達8個STM-1/OC-3和2個STM-4/OC-12信道，為此等業務流提供低成本高效的傳送。
    
    MuxPonder可在DWDM城域解決方案中作為進入點。通常讓一個STM-1/OC-3占用一個波長是不利于成本效率的，但MuxPonder允許八個這樣的信道在一個波長上，從而消除了這一局限。在少量波長上連接現有SDH/SONET設備，就擁有了一個能適應任何業務流類型或比特率的網絡解決方案。
    
    另一個要考慮的因素是，MuxPonder幾乎可即時添加業務信道。安裝MuxPonder時，一個波長管被建立，運營商可逐步增加至業務信道容量限額，而無需擔心創建光電路。只是將SDH/SONET盒連接到MuxPonder的相應端口。這樣，MuxPonder可保護運營商以前對SDH/SONET設備的投資，減少需要投資更多多路復用器，以在一個DWDM波長上高效率地承載業務信道。類似地，Lumentis的雙千兆比以太網轉發器可在一個波長上實現兩個IP業務信道，以更高效率利用網絡。
    
    另一種高效率利用網絡的方式是在網絡中移動容量。與其設置固定的光電路以滿足短時間的需求但大部分時間處于閑置狀態，不如使用光交叉連接(OXC)將未用的波長搬到需要的地方。其結果是需要部署較少的波長。不過，要保持這一解決方案的成本效率，OXC的位置十分重要。單純從性能觀點看，最有效的解決方案就是有一個網格拓撲，在每一個節點配備OXC，但從成本上說這不是一個好的解決方案。平均而言，在一個全貫通網格結構中，到達一個節點的業務流量的70%是經過而已，因此沒有必要在每一個節點部署如此昂貴的裝置。相反，采用被動加減濾波器，結合在選定節點和與子網互連的節點部署OXC的拓撲，具有高得多的成本效率。
    
    一個損耗容忍度好的結構，結合MuxPonder，雙千兆比以太網轉發器，和OXC等裝置，可實現無放大器的網絡，為城市運營商帶來高效率，低進入成本，低生命周期成本的網絡。這將縮短實現盈利的時間，并為運營商帶來強大的多業務網絡，足以滿足當前和未來的需求。