光纖通信網帶寬動態可變性思考范文

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摘要：光纖通信系統作為長途通信網的主體，承載了多種類型的信息數據。光纖通信網實行帶寬可變性可以動態分配帶寬，既能夠應對時變的用戶需求，又可以精細化分配帶寬資源，提高頻帶利用率。文章圍繞密集波分系統的各種新技術的涌現和發展，使光纖通信網帶寬動態可變性成為了可能。

關鍵詞：光纖通信；動態可變帶寬；密集波分；面向用戶

光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。它具有通信容量大、中繼距離長、抗電磁干擾能力強、信號串擾小、保密性強、經濟成本低等優點，因而發展快速，已經成為有線通信的主流，并縱橫成網，尤其波分技術的應用更使得光纖通信網飛速發展。高容量、大帶寬成為光線傳送網的標志，視頻通話、遠程會議、高清視頻影像、抖音、快手、網游等服務不斷走進千家萬戶，走進各種終端，走進人們的工作與生活。但隨著用戶需求的多樣化，帶寬需求也不同。如何既能滿足用戶需求又能節約帶寬資源就成了新課題，帶寬可變性無疑將是光纖通信網發展的必然趨勢。所謂帶寬動態可變是指在波分復用光傳輸系統中多種帶寬的單波共存，同時每個單波的帶寬可以根據用戶需求或數據信息流量而調整變化。隨著密集波分復用（DWDM）技術、摻鉺光纖放大器（EDFA）技術和光時分復用（OTDM）技術的發展和成熟，光纖通信網邁進了超高速、大容量通信系統階段，飛速向全光通信網絡躍進，圍繞密集波分復用技術涌現了許多技術突破，使傳輸帶寬動態可變成為可能[1]。

1動態可變帶寬光纖通信的優勢

（1）滿足用戶多樣化需求。通信行業的保障理念正逐步從面向設備向面向用戶轉變，通信的作用在于滿足用戶的需求，用戶需求的增長推動著通信能力的不斷進步。而當前用戶的需求存在著多樣性、不固定性、不確定性。多樣性是指多種數據格式、多種數據形式和多種終端及多種用戶，以音頻、視頻、數據等信息格式傳輸通話、歌曲、高清電視、網絡游戲、網絡會議、電視轉播、短視頻、網絡直播等媒體形式，呈現在電腦、手機、平板、電視機、電話機、傳真機、自動駕駛汽車及具有物聯網功能設備等終端之上，滿足集團用戶、個人用戶、行業用戶及各種設備用戶的需求。不固定性是指用戶位置不固定、用戶采用的終端不固定、用戶的人員不固定、使用數據方式不固定。不確定性是指用戶群不確定、使用時間不確定、使用流量不確定，具有周期性與突發性相結合的特點。特定時間的流量突發，比如“雙十一”；特定活動的流量突發，比如“全運會”；特定用戶的需求突發，比如用戶要求帶寬獨享、低時延等。這些需求特點決定了通信保障的多樣性。動態可變帶寬光纖通信可以根據用戶需求變化、流量變化動態調整帶寬，從而滿足用戶需求[2]。

（2）信道調度更為靈活精準。動態可變帶寬光纖通信能夠根據需要動態靈活地為每個用戶動態分配帶寬。能夠根據用戶需求和用戶等級動態分配帶寬；能夠根據用戶忙閑及流量變化動態調整帶寬；能夠根據用戶數據的源節點和宿節點，精確選擇符合帶寬要求、時延要求、低傳輸成本的路由，達到信道調度全程精準可控的目標。

（3）時延性能良好。動態可變帶寬光纖通信具有靈活的時延性能，能夠根據用戶需要在系統允許的范圍內滿足用戶信息數據的時延需求。時鐘系統、航天、航空、高鐵等用戶都對傳輸信息的時延性能有較高的要求，動態可變帶寬光纖通信能夠根據時延要求通過優先分配帶寬、選擇最佳路由等動態可控方式降低數據的時延[3]。

（4）信道利用率高。動態可變帶寬光纖通信的高帶寬利用率主要來自兩個方面：一是高帶寬的單波道，減少波道間隔的數量，從而增加了有效帶寬，提高了波段的利用率；二是動態可變帶寬能夠根據用戶信息的流量變化動態調整信道帶寬，提高信道利用率。

（5）實現多粒度數據的光路自由調度。動態可變帶寬光纖通信能夠通過多粒度OXC和多粒度ROADM，實現多粒度數據在光層面的自由交換，從而實現全光網絡的多粒度數據自由調度。由于光纖通信系統中存在多粒度光數據，光纖中存在多種帶寬的波道，因此在全光系統中各顆粒度的光信號不需進行轉換整合就可以進行交換和調度并傳輸，這是動態可變帶寬光纖通信的重要特征和核心功能。

2制約光纖通信帶寬動態可變的瓶頸問題

動態可變帶寬光纖通信系統仍存在通信服務保障理念需轉變、設備復雜程度高、管理控制難度大、傳輸信息需透明化等制約著動態可變帶寬光纖通信系統實現的瓶頸問題[4]。

（1）通信服務保障理念需轉變。隨著用戶需求特點的變化，服務保障理念從信道保障向信息保障轉變，從面向設備的保障向面向用戶的保障轉變，從設備固定帶寬向按需分配帶寬轉變。這種打破傳統的轉變會帶動光纖通信系統格局、模式、設備的顛覆性變化，但最難的還是這種理念的變化，如何打破傳統的慣性思維，是實現帶寬動態可變的一個難點。

（2）設備復雜，實現難度大。帶寬動態可變意味著在設備中有多粒度數據共存，在光纖的波帶中有多種帶寬的波道同時傳輸，且每個波道的帶寬及波帶中波道的數量是時變的。在全光網絡中，為了適應這種時變的信道調制和帶寬時變信道的靈活調度，必然要有相應的設備支撐。因此，設備的復雜度成幾何級數增加，實現難點也會顯著增大。這是制約帶寬動態可變實現的關鍵問題。

（3）管理控制難度大。由于數據的粒度、波道的帶寬、信道的維度是時變的，信道數據的源點和宿點又不盡相同，使信道數據在傳輸過程中的上、下、調度、調制過程比較靈活多樣。而對于傳輸系統整體而言，要精準為每個用戶終端分配信道和帶寬并進行調制，要精準管理各種時變狀態的組合，要精準完成信道數據調度和組合，而且要做到全系統的統籌，必然增加了管理平面和控制平面的任務量，也增加了管理控制的難度[5]。

（4）傳輸數據需透明化。由于帶寬動態可變需要全系統統籌分配帶寬，就要了解每個用戶終端的需求情況和數據情況，包括用戶閑忙、即時在用流量、流量變化趨勢、數據的源點和宿點、數據的性質和要求等數據信息，并全程全時調控。這些數據的透明化很多都來源于用戶提供或用戶流量數據的內容，甚至有些屬于用戶隱私的范疇，需經用戶同意，因此獲取難度大。

3光纖通信帶寬動態可變的帶寬分配方案

3.1相等大帶寬的頻帶分配

相等大帶寬的頻帶分配就是在波帶中采用相等的大帶寬波道傳輸，較大波道帶寬，較少波道數量，每個波道的帶寬和信道固定。在數據進行信道調制和帶寬分配過程中，將用戶小于波道帶寬的數據進行整合調制，組合成適合單個波道傳輸的數據單位，采用單波道進行傳輸，在宿節點接收后進行拆分傳給用戶終端；將用戶剛好適合波道帶寬的數據直接采用單波道進行傳輸。由于帶寬很大，絕大多數的用戶數據需要整合調制。如圖1所示，波分系統的波帶采用帶寬較大且相等的頻率分配方案，用戶A數據流量大，足以占用一個波道的帶寬，采用一個單獨波道進行傳輸；用戶B和用戶C數據流量較小，經過信道調制，共同占用一個波道進行傳輸。這種調制方式其實也不能稱作帶寬動態可變，與傳統的光纖通信系統相同。其優點是帶寬相等，便于調度；時變性弱，便于管控；設備簡單，便于實現；波道間隔少，頻帶利用率高。缺點是帶寬較大，調制靈活度不高，不能滿足一些用戶帶寬獨享的要求；小顆粒數據整合層次多，調制次數多，時延性能差，不能滿足一些用戶數據的時延要求。

3.2相等小帶寬的頻帶分配

相等小帶寬的頻帶分配就是在波帶中采用等帶寬波道傳輸，降低波道帶寬，增加波道數量，每個波道采用較小的固定帶寬。在數據進行信道調制和帶寬分配過程中，將用戶超過波道帶寬的大帶寬數據以波道帶寬為單位進行分割，分成若干個適合單個波道傳輸的數據單位，采用多波道進行傳輸，在宿節點接收后進行整合傳給用戶終端；將用戶小于波道帶寬的數據進行整合調制，組合成適合單個波道傳輸的數據單位，采用單波道進行傳輸，在宿節點接收后進行拆分傳給用戶終端；將用戶剛好適合波道帶寬的數據直接采用單波道進行傳輸。如圖2所示，波分系統的波帶采用帶寬較小且相等的頻率分配方案，用戶A數據流量大，足以占用兩個波道的帶寬，進行數據分割，采用兩個單獨波道進行傳輸；用戶B數據流量適中，足以占用一個波道的帶寬，采用一個單獨波道進行傳輸；用戶C和用戶D數據流量較小，經過信道調制，共同占用一個波道進行傳輸。這種調制方式其實并不能稱作帶寬動態可變，只是有帶寬動態可變思想理念。其優點是帶寬較小，調制靈活；帶寬相等，便于調度；時變性弱，便于管控；設備簡單，便于實現。缺點是由于波道數量增多，導致波道間隔增多，使波帶的頻帶利用率降低。

3.3可變帶寬的頻帶分配

可變帶寬的頻帶分配就是在波帶中采用不相等帶寬波道傳輸，系統中多粒度共存，光纖波帶中多種帶寬共存，波道帶寬與波道數量時變不固定。在數據進行信道調制和帶寬分配過程中，將用戶有時延性能、帶寬獨享等要求的用戶數據采用單獨波道傳輸，其帶寬根據用戶數據顆粒度采用相應帶寬。其他無特殊需求的用戶數據，超過波道帶寬的大帶寬數據以波道帶寬為單位進行分割，分成若干個適合單個波道傳輸的數據單位，采用多波道進行傳輸，在宿節點接收后進行整合傳給用戶終端；將用戶小于波道帶寬的數據進行整合調制，組合成適合單個波道傳輸的數據單位，采用單波道進行傳輸，在宿節點接收后進行拆分傳給用戶終端；將用戶剛好適合波道帶寬的數據直接采用單波道進行傳輸。如圖2所示，波分系統的波帶采用帶寬可變的頻率分配方案，用戶A數據流量大，足以占用一個波道的帶寬，采用一個單獨波道進行傳輸；用戶B數據流量雖然較小，不足以占用一個波道的帶寬，但用戶B有時延或獨享帶寬等需求，于是采用一個單獨波道進行傳輸；用戶C和用戶D數據流量較小，也無特別需求，于是經過信道調制，共同占用一個波道進行傳輸。頻帶的分配是時變的，下一刻頻帶分配可能會有改變。這種調制方式為帶寬動態可變，但對無特殊需求的用戶盡量采用固定帶寬波道。其優點是帶寬可變，調制靈活；多帶寬共存，能夠滿足用戶數據的多樣化需求；帶寬盡量最大化，多數采用大帶寬的固定波道，減少波道間隔，頻帶利用率較高。缺點是由于波道帶寬種類多，設備復雜，難于實現；帶寬時變，調度及調制難度大，管理和控制難度大。

4結束語

光纖通信帶寬動態可變雖然存在設備復雜，信道調制和調度難度大，系統管理控制要求高等問題，制約著光纖通信帶寬動態可變的實現，但這是時代發展中適應用戶數據需求的必然趨勢。隨著SDON（軟件定義光網絡）、SPTN（軟件定義分組傳送網）等技術的發展，給光線傳送網的發展帶來了新的活力。相信不久的將來，帶寬動態可變的光纖通信系統必然會成為長途光纖通信網的主流。

作者：曹宇輝 羅愛瓊 楊進 王俊杰 單位：中國人民解放軍31411部隊