视频和IP业务挑战城域网传输
KarlMay 2006/03/08
视频和IP业务的快速发展是影响电信业发展的关键因素之一。有线电视多系统运营商（MSO）大力支持高清电视（HDTV），包括广播和点播，同时雄心勃勃地部署视频点播（VoD）系统。MSO的IP业务曾经仅限于为住宅用户提供高速互联网接入，而如今它们的业务不断扩张，开始向商业客户提供VOIP、IP以及以太网等业务。
与此同时，传统的电信运营商和新兴的竞争性本地交换运营商（CLEC）都面临着传统电话业务萎缩，它们正积极进军面向住宅用户的视频业务、IP业务和面向商业客户的高端IP业务。电信运营商已经认识到了必须与多系统运营商在标准广播视频、VoD和HDTV方面展开全面竞争，它们正在部署光纤到家和光纤到节点网络并提供视频、IP和电话三重业务。老牌电信运营商为了向商业用户提供IP业务而积极收购传统的IXC（局间交换运营商），它们已经开始向商业用户和住宅用户提供VoIP业务了。
视频和IP业务都要求很高的数据速率。即使单个HDTV流也超过了15Mbits/sec，而一项IP业务还可能是要传送几千兆以太网业务流到一个商业用户。此外，视频业务和IP业务要求从一个汇聚点传送用户数据流，而这个汇聚点可能在100km以外。显然，视频业务和IP业务需要使用区域光网络为住宅用户和商业用户传送视频流和IP数据。然而，仅仅容量大还不够。视频和IP业务各自的特殊性还对光传输网络提出了特殊的要求。
视频业务的冲击
视频业务正经历着从速率约为3Mbits/sec的标清视频流到速率为15Mbits/sec或者更高的高清视频流的转变。进一步的转变正在进行中：从每个视频流为成千上万个用户服务的简单广播模式转变为一个视频流为一个用户服务的点播模式。其结果是网络的总带宽需求激增，而只有DWDM系统才能满足这一需求，从而避免耗尽光纤的容量。过去的几年中，多系统运营商一直用DWDM网来替代旧的模拟、数字光纤区域传输网。随着电信运营商开始更广泛地开展视频业务，他们将发现部署DWDM区域传输网是很有必要的。
不过，带宽的大小不是唯一的要求。视频业务的情况有点特殊，因为其传输速率高度不对称，下行到用户的视频流流量很大，而上行的控制流量却非常小。因此，一个为流量不对称而配置的DWDM传输网能给多系统运营商或者电信服务提供商（SP）带来显著的效益。
最后，VoD系统部署方式的演变对传输网也有重大影响。服务提供商认识到：采用分布放置和集中放置适当组合视频服务器的方法，可以降低资本支出和运行费用。这就要求传输网易于重新配置，以适应VoD业务的持续发展。传统的DWDM系统使用固定的激光器和滤波器，在需要的地方下路波长。这些系统只有通过当地的技术员才仅能够增加或者重新配置业务，技术人员去现场操作和业务中断都会带来昂贵的费用。而使用可重配置的光分插复用器（ROADM）的传输网络，通过软件就能远程进行重新配置，且无需中断业务。
进一步的发展就是要为视频业务提供电信级的可用性。为此，服务提供商决定增加冗余的视频服务器，以应对传输网中不易预测的"任意点到任意点"的视频流。某些光网络的结构很灵活，允许ROADM以最低的成本处理任何业务流。
IP业务的冲击
IP业务包括住宅高速互联网接入、VoIP业务、商用IP业务和以太网业务。当然，IP和视频业务正以IPTV的形式不断地结合，不久就会成为电信运营商开展视频业务的主要方式。与视频业务类似，IP业务对光传输网的结构也有显著的影响，也要求高带宽。
住宅高速互联网接入业务通常提供2－3Mbits/sec的下行数据流给用户，与先前老式的35－50kbits/sec的拨号互联网接入相比，速率大约增加了两个量级。使用IPTV的视频点播业务，每个数据流的速率为2－15Mbits/sec，每个正在使用的用户都需要一个独立的数据流。更重要的是，商用IP和以太网业务中，每个用户的传输速率的典型值介于100Mbits/sec-1Gbit/sec之间,几乎比传统的1.5Mbits/sec的DS-1高3个数量级。
此外，IP业务流量的可变性很大。对于VoIP和IPTV业务，随着网络的改进，比较容易重新配置，但是由于商用IP业务的重新配置要求很明确，服务提供商必须快速响应商业客户的需求：增加新的节点、在节点之间增加新波长或带宽。使用了可重配置光分插复用器的DWDM网络可以满足这些需求。
最后，具有高度分布拓扑结构的IP业务网络中有路由器、网关和服务器，它们放置在许多不同的地方，这就要求传输网络能高效经济地适应任意点到任意点的传输模式。和视频业务情况相同，一个使用可重配置光分插复用器的特定网络它可以满足上述要求。
可扩展的ROADM架构
有一种光传输网络架构具有可扩展性、可重配置功能并且能灵活各种流量模式，它能够以最低成本满足视频和IP业务的要求。这种架构包括两个单元：基于广播和选择结构、带有可调滤波器和激光器的可重配置光分插复用器以及以交换环互连的节点。
基于广播和选择结构的ROADM包括简单的两端口耦合器和可调滤波器（见图1）。这种设备允许所有节点看到所有业务流，因此业务流可以下路到任意或者所有节点，从而通过软件可以立即进行重新配置。
图1将耦合器和可调滤波器组合到一个简单的结构中，使业务流可以在任何节点下路。
与传统的使用波长选择开关或者波长阻挡器的光分插复用器相比，基于广播和选择结构的光分插复用器成本明显更低（通常为每节点$25,000-$30,000），同时对于诸如视频业务的非对称业务流也能节约成本。由于其本质为广播，从单独的一点就可以监测整个广播和选择网络的光学性能。
一些基于广播和选择结构的ROADM提供了很多波长，可以克服这种结构固有的缺乏波长重用的缺点。流量异常增加需要在某些点重用波长时，可以增加波长阻挡器（见图2）。
图2当带宽增加需要波长重用时，可添加波长阻挡器到需要的节点上。
为了完全适应任意点到任意点的传输模式，可以把基于广播和选择结构的ROADM互连为一个环形网。在这个环网中，每个集线器发射的信号被合并（通过1×2耦合器），再通过每个接收机上的1×2耦合器在正反两个方向上复制。
然而简单的环互连会引起放大自发辐射（ASE）噪声，产生激光现象，并引起多路干扰。解决此问题的一个方法是交换环结构（SRA）。SRA具有分布交换功能。将保护倒换功能移到网络的总控制层后，SRA显著地简化了环网中针对任意点到任意点的传输模式的光纤保护。
合适的架构
在有保护功能的环网中，任意点都能以足够的带宽互联，这非常适合正在兴起的多样的视频和IP业务。多系统运营商、传统电信运营商和新兴运营商都在积极开展高端视频和IP业务来争夺用户。这些业务对光传输网络的带宽可扩展性、可重配置功能以及业务传输的灵活性提出了较高要求，传输网络成为服务提供商是否具有竞争力的关键。
DWDM网络，包括SRA网络中使用的基于广播和选择结构的ROADM，可以以最低的成本满足运营商对可扩展性、可重配置和灵活性的要求。这样的网络让服务提供商可以从高端视频业务和IP业务中获得最大的利润。
光波通信
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