視頻和IP業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)城域網(wǎng)傳輸
KarlMay 2006/03/08
視頻和IP業(yè)務(wù)的快速發(fā)展是影響電信業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。有線電視多系統(tǒng)運營商（MSO）大力支持高清電視（HDTV），包括廣播和點播，同時雄心勃勃地部署視頻點播（VoD）系統(tǒng)。MSO的IP業(yè)務(wù)曾經(jīng)僅限于為住宅用戶提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入，而如今它們的業(yè)務(wù)不斷擴張，開始向商業(yè)客戶提供VOIP、IP以及以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)。
與此同時，傳統(tǒng)的電信運營商和新興的競爭性本地交換運營商（CLEC）都面臨著傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)萎縮，它們正積極進軍面向住宅用戶的視頻業(yè)務(wù)、IP業(yè)務(wù)和面向商業(yè)客戶的高端IP業(yè)務(wù)。電信運營商已經(jīng)認識到了必須與多系統(tǒng)運營商在標準廣播視頻、VoD和HDTV方面展開全面競爭，它們正在部署光纖到家和光纖到節(jié)點網(wǎng)絡(luò)并提供視頻、IP和電話三重業(yè)務(wù)。老牌電信運營商為了向商業(yè)用戶提供IP業(yè)務(wù)而積極收購傳統(tǒng)的IXC（局間交換運營商），它們已經(jīng)開始向商業(yè)用戶和住宅用戶提供VoIP業(yè)務(wù)了。
視頻和IP業(yè)務(wù)都要求很高的數(shù)據(jù)速率。即使單個HDTV流也超過了15Mbits/sec，而一項IP業(yè)務(wù)還可能是要傳送幾千兆以太網(wǎng)業(yè)務(wù)流到一個商業(yè)用戶。此外，視頻業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)要求從一個匯聚點傳送用戶數(shù)據(jù)流，而這個匯聚點可能在100km以外。顯然，視頻業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)需要使用區(qū)域光網(wǎng)絡(luò)為住宅用戶和商業(yè)用戶傳送視頻流和IP數(shù)據(jù)。然而，僅僅容量大還不夠。視頻和IP業(yè)務(wù)各自的特殊性還對光傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了特殊的要求。
視頻業(yè)務(wù)的沖擊
視頻業(yè)務(wù)正經(jīng)歷著從速率約為3Mbits/sec的標清視頻流到速率為15Mbits/sec或者更高的高清視頻流的轉(zhuǎn)變。進一步的轉(zhuǎn)變正在進行中：從每個視頻流為成千上萬個用戶服務(wù)的簡單廣播模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�視頻流為一個用戶服務(wù)的點播模式。其結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)的總帶寬需求激增，而只有DWDM系統(tǒng)才能滿足這一需求，從而避免耗盡光纖的容量。過去的幾年中，多系統(tǒng)運營商一直用DWDM網(wǎng)來替代舊的模擬、數(shù)字光纖區(qū)域傳輸網(wǎng)。隨著電信運營商開始更廣泛地開展視頻業(yè)務(wù)，他們將發(fā)現(xiàn)部署DWDM區(qū)域傳輸網(wǎng)是很有必要的。
不過，帶寬的大小不是唯一的要求。視頻業(yè)務(wù)的情況有點特殊，因為其傳輸速率高度不對稱，下行到用戶的視頻流流量很大，而上行的控制流量卻非常小。因此，一個為流量不對稱而配置的DWDM傳輸網(wǎng)能給多系統(tǒng)運營商或者電信服務(wù)提供商（SP）帶來顯著的效益。
最后，VoD系統(tǒng)部署方式的演變對傳輸網(wǎng)也有重大影響。服務(wù)提供商認識到：采用分布放置和集中放置適當組合視頻服務(wù)器的方法，可以降低資本支出和運行費用。這就要求傳輸網(wǎng)易于重新配置，以適應(yīng)VoD業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的DWDM系統(tǒng)使用固定的激光器和濾波器，在需要的地方下路波長。這些系統(tǒng)只有通過當?shù)氐募夹g(shù)員才僅能夠增加或者重新配置業(yè)務(wù)，技術(shù)人員去現(xiàn)場操作和業(yè)務(wù)中斷都會帶來昂貴的費用。而使用可重配置的光分插復(fù)用器（ROADM）的傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過軟件就能遠程進行重新配置，且無需中斷業(yè)務(wù)。
進一步的發(fā)展就是要為視頻業(yè)務(wù)提供電信級的可用性。為此，服務(wù)提供商決定增加冗余的視頻服務(wù)器，以應(yīng)對傳輸網(wǎng)中不易預(yù)測的"任意點到任意點"的視頻流。某些光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)很靈活，允許ROADM以最低的成本處理任何業(yè)務(wù)流。
IP業(yè)務(wù)的沖擊
IP業(yè)務(wù)包括住宅高速互聯(lián)網(wǎng)接入、VoIP業(yè)務(wù)、商用IP業(yè)務(wù)和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。當然，IP和視頻業(yè)務(wù)正以IPTV的形式不斷地結(jié)合，不久就會成為電信運營商開展視頻業(yè)務(wù)的主要方式。與視頻業(yè)務(wù)類似，IP業(yè)務(wù)對光傳輸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也有顯著的影響，也要求高帶寬。
住宅高速互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)通常提供2－3Mbits/sec的下行數(shù)據(jù)流給用戶，與先前老式的35－50kbits/sec的撥號互聯(lián)網(wǎng)接入相比，速率大約增加了兩個量級。使用IPTV的視頻點播業(yè)務(wù)，每個數(shù)據(jù)流的速率為2－15Mbits/sec，每個正在使用的用戶都需要一個獨立的數(shù)據(jù)流。更重要的是，商用IP和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)中，每個用戶的傳輸速率的典型值介于100Mbits/sec-1Gbit/sec之間,幾乎比傳統(tǒng)的1.5Mbits/sec的DS-1高3個數(shù)量級。
此外，IP業(yè)務(wù)流量的可變性很大。對于VoIP和IPTV業(yè)務(wù)，隨著網(wǎng)絡(luò)的改進，比較容易重新配置，但是由于商用IP業(yè)務(wù)的重新配置要求很明確，服務(wù)提供商必須快速響應(yīng)商業(yè)客戶的需求：增加新的節(jié)點、在節(jié)點之間增加新波長或帶寬。使用了可重配置光分插復(fù)用器的DWDM網(wǎng)絡(luò)可以滿足這些需求。
最后，具有高度分布拓撲結(jié)構(gòu)的IP業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中有路由器、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，它們放置在許多不同的地方，這就要求傳輸網(wǎng)絡(luò)能高效經(jīng)濟地適應(yīng)任意點到任意點的傳輸模式。和視頻業(yè)務(wù)情況相同，一個使用可重配置光分插復(fù)用器的特定網(wǎng)絡(luò)它可以滿足上述要求。
可擴展的ROADM架構(gòu)
有一種光傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有可擴展性、可重配置功能并且能靈活各種流量模式，它能夠以最低成本滿足視頻和IP業(yè)務(wù)的要求。這種架構(gòu)包括兩個單元：基于廣播和選擇結(jié)構(gòu)、帶有可調(diào)濾波器和激光器的可重配置光分插復(fù)用器以及以交換環(huán)互連的節(jié)點。
基于廣播和選擇結(jié)構(gòu)的ROADM包括簡單的兩端口耦合器和可調(diào)濾波器（見圖1）。這種設(shè)備允許所有節(jié)點看到所有業(yè)務(wù)流，因此業(yè)務(wù)流可以下路到任意或者所有節(jié)點，從而通過軟件可以立即進行重新配置。
圖1將耦合器和可調(diào)濾波器組合到一個簡單的結(jié)構(gòu)中，使業(yè)務(wù)流可以在任何節(jié)點下路。
與傳統(tǒng)的使用波長選擇開關(guān)或者波長阻擋器的光分插復(fù)用器相比，基于廣播和選擇結(jié)構(gòu)的光分插復(fù)用器成本明顯更低（通常為每節(jié)點$25,000-$30,000），同時對于諸如視頻業(yè)務(wù)的非對稱業(yè)務(wù)流也能節(jié)約成本。由于其本質(zhì)為廣播，從單獨的一點就可以監(jiān)測整個廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)性能。
一些基于廣播和選擇結(jié)構(gòu)的ROADM提供了很多波長，可以克服這種結(jié)構(gòu)固有的缺乏波長重用的缺點。流量異常增加需要在某些點重用波長時，可以增加波長阻擋器（見圖2）。
圖2當帶寬增加需要波長重用時，可添加波長阻擋器到需要的節(jié)點上。
為了完全適應(yīng)任意點到任意點的傳輸模式，可以把基于廣播和選擇結(jié)構(gòu)的ROADM互連為一個環(huán)形網(wǎng)。在這個環(huán)網(wǎng)中，每個集線器發(fā)射的信號被合并（通過1×2耦合器），再通過每個接收機上的1×2耦合器在正反兩個方向上復(fù)制。
然而簡單的環(huán)互連會引起放大自發(fā)輻射（ASE）噪聲，產(chǎn)生激光現(xiàn)象，并引起多路干擾。解決此問題的一個方法是交換環(huán)結(jié)構(gòu)（SRA）。SRA具有分布交換功能。將保護倒換功能移到網(wǎng)絡(luò)的總控制層后，SRA顯著地簡化了環(huán)網(wǎng)中針對任意點到任意點的傳輸模式的光纖保護。
合適的架構(gòu)
在有保護功能的環(huán)網(wǎng)中，任意點都能以足夠的帶寬互聯(lián)，這非常適合正在興起的多樣的視頻和IP業(yè)務(wù)。多系統(tǒng)運營商、傳統(tǒng)電信運營商和新興運營商都在積極開展高端視頻和IP業(yè)務(wù)來爭奪用戶。這些業(yè)務(wù)對光傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬可擴展性、可重配置功能以及業(yè)務(wù)傳輸?shù)撵`活性提出了較高要求，傳輸網(wǎng)絡(luò)成為服務(wù)提供商是否具有競爭力的關(guān)鍵。
DWDM網(wǎng)絡(luò)，包括SRA網(wǎng)絡(luò)中使用的基于廣播和選擇結(jié)構(gòu)的ROADM，可以以最低的成本滿足運營商對可擴展性、可重配置和靈活性的要求。這樣的網(wǎng)絡(luò)讓服務(wù)提供商可以從高端視頻業(yè)務(wù)和IP業(yè)務(wù)中獲得最大的利潤。
光波通信
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