1.1.3 各種光傳輸網(wǎng)的概念、體制標(biāo)準(zhǔn)與傳輸性能

光傳輸網(wǎng)發(fā)展經(jīng)歷了準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體制（PDH）、同步數(shù)字體系（SDH）、多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）、波分復(fù)用（WDM）、分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）、光傳送網(wǎng)絡(luò)（OTN）及第五代固定網(wǎng)絡(luò)（The 5th Generation Fixed Networks，F(xiàn)5G）等技術(shù)的發(fā)展和革新。

1.PDH傳輸網(wǎng)

ITU-T推薦了國際上兩大PDH標(biāo)準(zhǔn)，即PCM 24路系列和PCM 30/32路系列兩種數(shù)字復(fù)接標(biāo)準(zhǔn)。美國和日本的一次群采用1.544Mbit/s PCM24路系列，且略有不同。歐洲和中國的一次群采用2.048Mbit/s PCM 30/32路系列，見表1-1。

PDH傳輸網(wǎng)可以傳輸語音電話、可視電話、彩色電視、傳真及電報(bào)等業(yè)務(wù)。但是它存在以下幾個(gè)方面的缺陷。

（1）接口方面

PDH沒有統(tǒng)一的電接口標(biāo)準(zhǔn)，也沒有統(tǒng)一的光接口標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家同一速率等級(jí)的光接口碼型和速率也不同，致使不同廠家的設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)橫向兼容，在同一傳輸線路上必須采用同一廠家的設(shè)備，給組網(wǎng)、管理及網(wǎng)絡(luò)互通帶來困難。

（2）復(fù)用方式

PDH采用異步復(fù)用方式，當(dāng)?shù)退傩盘?hào)復(fù)用進(jìn)高速信號(hào)時(shí)，低速信號(hào)在高速信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中的位置沒有規(guī)律和固定性，導(dǎo)致從高速信號(hào)分插出低速信號(hào)產(chǎn)生較大損傷，使傳輸性能劣化，在傳輸大容量業(yè)務(wù)時(shí)，此缺陷尤為嚴(yán)重，該缺點(diǎn)無法容忍。

（3）運(yùn)行維護(hù)

PDH信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中用于運(yùn)行維護(hù)的開銷字節(jié)較少，對(duì)完成傳輸網(wǎng)的分層管理、性能監(jiān)視、業(yè)務(wù)調(diào)度、傳輸帶寬的控制、故障告警分析的定位能力較弱。

（4）網(wǎng)管接口

PDH傳輸體制沒有世界統(tǒng)一的網(wǎng)管接口，各個(gè)廠家開發(fā)的PDH網(wǎng)管系統(tǒng)只能夠管理自家的PDH設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。

2.SDH傳輸網(wǎng)

SDH從誕生到今天，技術(shù)非常成熟，應(yīng)用十分廣泛。SDH傳輸體制是由PDH進(jìn)化而來的，與PDH相比在技術(shù)上進(jìn)行了根本性的變革，它具有PDH無法比擬的優(yōu)勢。

（1）SDH的優(yōu)勢

1）接口方面。SDH具有世界統(tǒng)一的電接口規(guī)范和光接口規(guī)范。SDH傳輸體制具有世界統(tǒng)一的速率標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)的速率等級(jí)。SDH復(fù)接系列的常見速率等級(jí)如下：

?同步傳送模塊1（STM-1，基本模塊）：1920個(gè)中繼話路，速率為155.520Mbit/s。

?同步傳送模塊4（STM-4）：7680個(gè)中繼話路，速率為622.080Mbit/s。

?同步傳送模塊16（STM-16）：30720個(gè)中繼話路，速率為2488.320Mbit/s，約為2.5Gbit/s。

?同步傳送模塊64（STM-64）：122880個(gè)中繼話路，速率為9953.280Mbit/s，約為10Gbit/s。

2）復(fù)用方式。SDH傳輸體制采用同步復(fù)用方式，低速的信號(hào)向高一級(jí)信號(hào)復(fù)用的基數(shù)都是4，即4路STM-1通過字節(jié)間插復(fù)用，復(fù)用進(jìn)一路STM-4。這樣就使低速SDH信號(hào)在高速SDH信號(hào)幀中的位置是固定、有規(guī)律的，也就是說是可以預(yù)見的，從而使得大容量傳輸時(shí)更容易從高速的信號(hào)中復(fù)用和解復(fù)用出低速信號(hào)，所以SDH傳輸體制特別適合高速率、大容量業(yè)務(wù)的傳輸。

3）運(yùn)行維護(hù)。SDH信號(hào)的幀中定義了大量的用于運(yùn)行維護(hù)的開銷字節(jié)，大大增強(qiáng)了傳輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)能力，使網(wǎng)絡(luò)具備自愈功能，從而節(jié)省了大量的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本。

4）兼容性。SDH可兼容世界兩大PDH傳輸體制，并且各個(gè)生產(chǎn)廠商的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，各種SDH設(shè)備也可以兼容互聯(lián)，這也就意味著當(dāng)組建SDH傳輸網(wǎng)時(shí)，原有PDH傳輸網(wǎng)不會(huì)報(bào)廢，各個(gè)廠家的設(shè)備及兩種傳輸網(wǎng)可以共同組網(wǎng)。

（2）SDH的缺點(diǎn)

SDH傳輸體制存在以下幾方面的缺點(diǎn)。

1）SDH頻帶利用率較低。SDH信號(hào)的幀中加入了大量的開銷字節(jié)，雖然可靠性提高很大，但是相應(yīng)的有效性就會(huì)降低。

2）指針調(diào)制機(jī)理復(fù)雜。SDH傳輸體制可以從高速的STM-N信號(hào)中直接分出低速信號(hào)（如2Mbit/s信號(hào)），省去了多級(jí)復(fù)用和解復(fù)用過程，這種功能的實(shí)現(xiàn)是通過指針機(jī)理完成的，但是指針功能的實(shí)現(xiàn)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

3）軟件的大量使用對(duì)系統(tǒng)的安全性影響較大。SDH具有操作維護(hù)管理（Operation Admin-istration and Maintenance，OAM）的智能性，這也就意味著軟件在系統(tǒng)運(yùn)行中占有相當(dāng)大的比重，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)病毒很容易侵害到傳輸系統(tǒng)。

3.多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）

隨著3G移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)（圖像，視頻）的需求不斷增加，出現(xiàn)了MSTP。MSTP是指基于SDH、同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）、異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)。MSTP具有接口種類多，支持多業(yè)務(wù)接入，承前啟后，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平滑過渡，業(yè)務(wù)保護(hù)能力強(qiáng)大，帶寬利用率高，網(wǎng)絡(luò)管理能力智能化等優(yōu)勢，在2001—2006年，得到了電信運(yùn)營商大規(guī)模的應(yīng)用。但由于MSTP基于SDH的剛性管道本質(zhì)，使其對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)特性依然存在一定的缺陷，如帶寬不能隨著業(yè)務(wù)的需求靈活調(diào)整，服務(wù)質(zhì)量（QoS）較弱等。

4.WDM傳輸網(wǎng)

光纖的傳輸帶寬范圍很大，其傳輸容量也極大，而以上討論的這些光傳輸系統(tǒng)都是在一根光纖中傳輸一路光信號(hào)，實(shí)際上只是用了光纖傳輸帶寬的極少一部分。為了充分利用光纖巨大的帶寬資源，增加傳輸容量，新一代的光纖通信技術(shù)WDM應(yīng)運(yùn)而生。

WDM是指把不同波長的光載波信號(hào)復(fù)用到同一根光纖中進(jìn)行傳送，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）超大容量、超長距離傳輸。

2）對(duì)數(shù)據(jù)的“透明”傳輸。

3）系統(tǒng)升級(jí)時(shí)能最大限度地保護(hù)已有投資。

4）高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

5）可兼容全光交換。

雖然WDM系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)現(xiàn)過程中，由于光纖的物理性質(zhì)，除了色散效應(yīng)外，相鄰信道之間信號(hào)相互影響，非線性效應(yīng)對(duì)其影響嚴(yán)重，并且WDM系統(tǒng)的波長/子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力差、保護(hù)能力弱。

5.分組傳送網(wǎng)（PTN）

PTN是多協(xié)議標(biāo)簽交換（IP/MPLS）、以太網(wǎng)和傳送網(wǎng)三種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它保留了這三種技術(shù)中的優(yōu)勢技術(shù)，PTN向著網(wǎng)絡(luò)的IP化、智能化、寬帶化、扁平化的方向發(fā)展，并以分組業(yè)務(wù)為核心、增加獨(dú)立的控制面，以提高傳送效率的方式拓展有效帶寬、支持統(tǒng)一的多業(yè)務(wù)提供。PTN繼承了SDH的傳統(tǒng)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1）多業(yè)務(wù)承載：無線回傳的TDM/ATM及以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、企事業(yè)單位和家庭用戶的以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。

2）業(yè)務(wù)模型：城域的業(yè)務(wù)流向大多是從業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)到核心/匯聚層的業(yè)務(wù)控制和交換節(jié)點(diǎn)，為點(diǎn)到點(diǎn)（P2P）和點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）匯聚模型，業(yè)務(wù)路由相對(duì)確定，因此中間節(jié)點(diǎn)不需要路由功能。

3）QoS保障：能夠保證TDM/ATM和高等級(jí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)低時(shí)延、低抖動(dòng)和高帶寬需求，而寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)峰值流量大且突發(fā)性強(qiáng)，PTN同時(shí)具備流分類、帶寬管理、優(yōu)先級(jí)調(diào)度和擁塞控制等QoS能力。

4）電信級(jí)可靠性：PTN具有可靠、面向連接的電信級(jí)承載，提供端到端的運(yùn)行、管理、維護(hù)能力和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力。

5）網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性：在城域范圍內(nèi)業(yè)務(wù)分布密集且廣泛，PTN能夠滿足較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性。

6）總擁有成本（TCO）控制：也就是其相比MSTP最大的優(yōu)勢，降低單位字節(jié)的造價(jià)，即其業(yè)務(wù)帶寬調(diào)整顆粒最小可達(dá)bit級(jí)，相對(duì)應(yīng)MSTP的VC12降低了單位帶寬的造價(jià)。

6.光傳送網(wǎng)絡(luò)（OTN）

OTN是由一組通過光纖鏈路連接在一起的光網(wǎng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供基于光通道客戶信號(hào)的傳送、復(fù)用、路由、管理、監(jiān)控及保護(hù)等功能。OTN是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，主要應(yīng)用在骨干傳送網(wǎng)，約2003年開始正式商用。OTN解決了傳統(tǒng)WDM系統(tǒng)的波長/子波長業(yè)務(wù)調(diào)度能力差、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問題。OTN處理的基本對(duì)象是波長級(jí)業(yè)務(wù)，它將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長光網(wǎng)絡(luò)階段。

1）由于結(jié)合了光域和電域處理的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的SDH和同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）設(shè)備相比，OTN具有以下優(yōu)勢：

?滿足數(shù)據(jù)帶寬爆炸性的增長需求。

?通過波分功能滿足每光纖Tbit/s的傳送帶寬需求。

?提供2.7Gbit/s、10.7Gbit/s、43Gbit/s甚至111.8Gbit/s的高速接口。

?提供多達(dá)6級(jí)嵌套重疊的子層監(jiān)控（TCM）連接監(jiān)視。

?支持靈活的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度能力和組網(wǎng)保護(hù)能力。

?支持虛級(jí)聯(lián)傳送方式，以完善和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

?提供強(qiáng)大的帶外前向糾錯(cuò)（FEC）功能，有效地保證了線路傳送性能。

?異步映射消除了全網(wǎng)同步的限制，更強(qiáng)的FEC能力，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2）相對(duì)于傳統(tǒng)WDM，OTN具有以下優(yōu)勢：

?有效的監(jiān)視能力：運(yùn)行、管理、維護(hù)和保障系統(tǒng)（OAM&P）和網(wǎng)絡(luò)生存能力。

?靈活的光/電層調(diào)度能力和電信級(jí)、可管理、可運(yùn)營的組網(wǎng)能力。

7.第五代固定網(wǎng)絡(luò)（F5G）

F5G也稱為F5G全光網(wǎng)，是指以超高帶寬、超低時(shí)延、高穩(wěn)定全光纖連接為主要特點(diǎn)的第五代固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，即光纖寬帶，包含千兆帶寬接入網(wǎng)絡(luò)和全光傳送網(wǎng)絡(luò)的新一代固定通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以高品質(zhì)專線助力家庭、企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院等室內(nèi)固網(wǎng)光纖寬帶業(yè)務(wù)。F5G憑借無源光網(wǎng)絡(luò)（10G PON）、WiFi 6、200G/400G、光交叉連接（OXC）、下一代光傳送網(wǎng)（NG OTN）技術(shù)使其具有FFC（全光纖連接）、增強(qiáng)型固定寬帶（eFBB）、可保障品質(zhì)體驗(yàn)（GRE）三大關(guān)鍵功能特點(diǎn)。簡而言之，F(xiàn)5G具有確定性的大帶寬、大量連接、低延遲和零丟包的特點(diǎn)，并且可以通過廣泛的覆蓋范圍提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。F5G在連接容量、帶寬和用戶體驗(yàn)三個(gè)方面均有飛躍式提升，憑借超高帶寬、超低延遲、安全可靠等特性，推動(dòng)了超高清高質(zhì)量視頻、云化虛擬現(xiàn)實(shí)（云VR）、云游戲的快速發(fā)展。相對(duì)于當(dāng)下5G技術(shù)被大眾所熟知，F(xiàn)5G卻是一個(gè)新的名詞。F5G是繼千兆WiFi、云VR之后的新興技術(shù)，與5G技術(shù)互為補(bǔ)充，搭建出覆蓋固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的更為全面的數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用場景。在此基礎(chǔ)上，5G/F5G進(jìn)一步釋放信息技術(shù)算力，夯實(shí)5G/F5G新基建，帶動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)新動(dòng)能。因其部分技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的相通性，使得F5G與5G能夠有效協(xié)同，互為補(bǔ)充，提升用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。