光纤通信技术的应用及发展趋势探讨

郭斌

摘要：本文分析了光纤通信技术的发展状况以及趋势，研究了光纤通信技术在核心网、城域网以及接入网当中的最新应用，仅供参考。

关键词：光纤通信技术;发展;应用

中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）12-0028-02

当代电子通信领域当中，光纤通信技术是非常重要的一门技术，它对于推动我国成为网络强国有着非常重要的作用。光纖即光导纤维，光纤通信就是以光波为载体，以光纤为媒介的一种通信方式，其具备通信容量大、安全性好、抗干扰能力强等显著特点，这使得光纤通信技术成为当代电子通信领域的主流技术之一[1]。

1 光纤通信技术的发展

1.1 光纤通信技术发展近况分析

光纤通信是一个必然的趋势，在目前已经成为通信领域非常重要的一项技术，其应用非常的广泛。比方说现在的城域网核心骨干网就是光传送网，即OTN[2]。从早期单通道2.5Gbit/s的速率发展到40Gbit/s以上的速率，这样飞跃式变化，只用了30年时间，而且400Gbit/s的速率基本实现了商业营业。在这一阶段的发展中，光纤通信技术中发展出了高速光探测、高速电光调制、相干检测、光数字处理、偏振复用、超通道等技术，其中超通道技术可以使光纤单通道速率达到甚至超过1Tbit/s。

1.2 光通信技术发展趋势分析

随着三网融合进程的推进，以及用户对宽带业务需求的变化，要求宽带速率必须更快，带宽容量必须更大，特别是目前5G第一阶段全功能标准化工作已经完成，商用即将到来的当下，5G、4K/8K视频、VR/AR、云计算、物联网、端用户服务控制等新兴应用及服务将进一步的推动光通信技术的快速发展[3]。实际上仅就5G而言，未来可以预见的是光纤通信必将朝着低延时、超带宽、高可靠性、开放协同以及业务快速发放等五个方向上演进，而与之相对应的光纤通信技术，同样会发展得与之匹配，具体而言会在网络调度、传输、管控以及器件四个方面实现。其中十分显著的一个趋势是网络单波速率还将进一步提升。当然，从近期的状况来看，以城域网为例，城域网建设当中OTN和PTN在逐步朝着融合的趋势迈进，具体而言就是在过渡向POTN，所谓POTN是OTN与PTN深度融合的一种光网络，在三网融合背景下，POTN可能成为新一代网络融合的希望之光。进一步的，随着5G的即将到来，OTN的SDH（软件定义光网络）化也将是主要趋势之一。

2 光纤通信技术的应用

光纤通信技术的应用非常广泛，以目前来说，物联网、互联网+行动、高清视频、云计算、自动化控制等等领域均有光纤通信技术的应用。为此基于上一节对光通信技术发展近况以及发展趋势的简单分析，在本节中笔者拟从核心网、城域网以及接入网三个方面来分析光纤通信技术的应用。

2.1 核心网

2.1.1 OTN组网关键

目前网络结构中的骨干网络是OTN，它是一种刚性带宽通道，网络接口固定速率，但是其可扩展性非常理想，可提供大宽带，而且其本身网络延时就比较低，在5G即将来临的当下，OTN的上述特点基本满足5G的要求。OTN网络的定位是网络结构当中的骨干传送网，其网元包含光终端复用站（OTM），光线路放大站（OLA），光分插复用站（OADM其中包括两种模式FOADM和ROADM）以及电中继站REG。其网络结构形式可以是链形，也可以是星型、环形等。

在组网当中重点要把握如下几个应用要点。

（1）OTN设备组网必须要考虑光功率。在组网之前必须要针对光功率进行预算。（2）必须要考虑色散，因为OTN组网当中，色散的影响较大，当传输距离超过色散容限，必须要进行色散补偿。（3）OTN组网中光信噪比是限制光传输距离的重要因素之一，在OTN组网中，按照光纤通信系统设计指南的说法，光信噪比称OSNR值，该值的大小将决定光网络最终信号的质量。按照10GOTU来看，OSNR值最好25dB。（4）考虑非线性效应的抑制问题，特别是kerr效应必须要抑制，否则会在网络中出现串扰和功率代价。

2.1.2 基于5G的OTN演进

基于本文第一节中的分析，软件定义光网络是非常重要的一个趋势，基于该趋势，伴随SDN的引入，OTN可以演进为SDON网络。而基于SDON来看，现在的应用方案尚处于实验室阶段，要实现商用还需要突破一些技术难点，包括可扩展技术，如何实现以用户请求为基准实现动态链接服务，如何跨管理域实现OVPN控制和端到端业务链接，如何保证端到端链接低抖动、低延迟，如何协调网络资源等等。但是SDON是5G时代不可忽视一大光网络发展趋势，为此也有必要针对目前已有的SDON应用方案进行分析。以目前的SDON方案来看核心点在于SDN controller和可编程的SDN传送层。

SDN controller是SDN系统的大脑，目前其实现方式上有三个研究的方向。（1）SDN与OpenFlow协议，它取代ASON与GMPLS和PCE架构，是对现有分布式控制架构的一种颠覆。（2）直接运用PCE机制，在PCE中统一信令等分布式控制功能，使用PCEP协议。（3）SDN和OpenFlow兼容ASON与PCE相关功能，从而实现SDON的顺利过度。

可编程的SDN传送层，其重要特性就是可编程，而要实现这一点就需要基于SDN Controller。并基于SDO以及Flex Grid器件来实现。SDO（software defined optical）能够实现补偿算法与频谱效率可编程，前者意味着FEC类型与格式与损伤补偿算法可变，后者意味着子载波复用与调制方式可变，从而适应营养场景与业务的变化。Flex Grid（Tunable Mux/Demux，WSS）能够实现栅格宽度与光谱形状可编程。

2.2 城域网

从城域网的角度来看，现在主要追求的是用一张网解决所有问题。目前比较可行的应用方案在于OTN+PTN融合为POTN网络。因为目前城域网汇聚层面临着设备成本高、运维成本居高不下、设备利用率低、机房空间不足，功耗等挑战。在解决城域网问题中，POTN是非常可行的一种方案。目前POTN的主要应用模式如下。

现阶段POTN主要运用在汇聚层和核心层。其中在汇聚层中运用时，应考虑OTN是否下沉至汇聚层。此时可以将OLT直接连接PTN，然后基于PTN演进为POTN，这可不用重复建设OTN。如果说OLT上联业务紧张的区域，而且OTN已下沉至汇聚层，那么此时可以将OLT与OTN相联，用PTN来承载专线和移动业务。若需求100GE的宽带，那么汇聚层的PTN在目前存在瓶颈，要升级最好的方式就是用POTN设备搭建统一的平台。因为在POTN中100GE的PTN是一个子集，在POTN中100GE是必须具备的接口[（OTU4）NNI接口、UNI/NNI接口]在分组业务以及CBR业务综合承载上效果好。100GE的PTN在城域网中作为纯PTN设备存在于核心层中，用于承载LTE业务。对于LTE向下兼容的无线回程网业务如2G/3G用MPLS-TP over ODUK承载，当接入POTN节点后，使用100GE/40GE/10GE接口接入核心层OTN，并以此为节点调度至其他PTN节点。LTE业务，用MPLS-TP over ODUK模式、使用L2/L3桥接，接入POTN后用100GE级以下节后与OTN连接实现L3VPN业务，OTN调度至出口干线PTN节点。专线业务使用L2VPN OVER MPLS-TP OVER ODUK的方式进行承载，如果需要CBR业务，则用L1 OVER ODUK方式。而OLT业务，使用L1OVER ODUK方式，接入POTN节点。

2.3 接入网

接入网是直接面对用户一侧的网络，目前随着三网融合以及光纤到户的推动，光纤通信技术的应用重点是要实现FTTH。以目前来看要实现FTTH有两种方案，包括GPON和EPON，二者都是在PON技术上演进出来的标准族。其中GPON的优势要更加明显，在业界是被公认的未来FTTH的主流技术。下文则基于GPON分析FTTH的实现问题。

GPON的网络结构和PON近似，即局端OLT引出一条主干光缆，经ODN后分光连接用户侧多个ONU或者ONT。FTTH是一条光纤直达用户侧，用户独享一条光纤，而带宽容量则需要用户向运营商申请相应的带宽容量，现在最大是100M独享带宽。在FTTH接入当中要着重考虑好用户的需求。家庭用户主要的需求就是有线电视和上网，这两个业务为占据带宽的较大部分。为此在设计中需要提前估算好带宽容量，分类考虑各业务所需带宽要求。以最低要求来论，互联网接入至少需要4M下行带宽，1M上行带宽，带宽并发比例约1.25，VoIP下行带宽约0.1M，上行约0.1M，带宽并发比例约0.2，视频监控业务下行带宽需求0.01M，上行1M，带宽并发比例1（业务申请比例约30%）。IPTV（2高清、1标清）下行带宽需求至少19M，带宽并发比例1，VOD至少下行需要8M，上行0.1M，带宽并发比例0.5（业务申请比例按30%）总计需要下行带宽31.11M，上行2.2M。据此计算100线上行带宽占用至少58.5M，下行222.3M（均不含IPTV组播）。基于对带宽占用的计算，即可以比较容易的规划GPON光纤的上下行带宽。

3 结语

综上所述，光纤通信技术是目前电子通信领域的主流技术之一，其应用领域非常广泛。而随着4G应用深入以及5G的到来，以太网专线以及家庭宽带业务的发展迅猛，对更加强大的光网络需求会越发旺盛，这必将会推动光纤通信技术的持续发展。本文对此进行了简单分析，可能存在不足，但希望能够与业内同人共同探讨，为推动光纤通信技术的进步而做出一定贡献。

参考文献

[1]陈娜.光纤通信技术的特点及其应用探讨[J].通讯世界，2016（17）：48-49.

[2]宋坤.當代光纤通信技术发展探究[J].通讯世界，2016（21）：85-86.

[3]罗文捷.光纤技术在通信工程中的设计应用[J].中国新通信，2018（18）：28.

Application and Development Trend of Optical Fiber Communication Technology

GUO Bin

（Yangzhou Wanfang Electronic Technology Co.， Ltd. ， Yangzhou Jiangsu  225006）

Abstract：In this paper the development status and trend of optical fiber communication technology are analyzed， and the latest applications of optical fiber communication technology in core network， metropolitan area network and access network are studied for reference only.

Key words：optical fiber communication technology; development; application