05年10月JLT评析

11/24/2005,05年10月这期的JLT是一个关于光网络的专刊。从90年代开始的，在光放大、波分复用、面向WDM的LD阵列等核心技术的带动下，光网络开始了其飞速发展的旅程，目前可重构的OADM和可重构的OXC等代表技术已经极大改善了网络的灵活性和可靠性，有效提升了信息容量。而容量、可靠性和灵活性三个词可以很好的概括一切有关光网络的研究。本期的专刊立足于探讨面向这三个方向的革命性技术，以便为我们规划下一代的光网络。对本期的专刊评论，我也打算分别按照这三个方面来开展，当然合适的分类是很难的，比如OXC技术，我们很难明确的说它是面向提升改善网络灵活性还是提供了有效的网络保护手段，因此，这个分类也只是粗略的：
    一、先来看网络容量的研究：
先来看一篇来自大阪大学的特邀论文，其探讨的是日本当前面向光网络的R&D活动和远期规划。首先作者总结了在日本政府支持下，日本近期在光网络方面取得的一些具有里程碑意义的成果：（1）首先是从1996年开始的“全光网络计划”，旨在通过使用可交换的波长路径和OBS路径，铺设覆盖整个日本的全光网络，其重点攻关的技术包括：具有几个Tbit传输容量，跨度超过5000km的WDM网络、160Gb/s的OTDM链路技术、光纤拉曼集中放大技术和3R（整形、再定时和再生）技术；（2）节点技术方面，日本目前主要攻关的是虚拟多波长通道交换技术，这是一种面向几个波长到达相同目的地的光交叉互连技术，可以同时实现多波长交换和多波长转换等功能，其使用的核心器件是偏振独立的准相位匹配LiNbO3波带转换器和超连续光源；(3) 光突发交换(OBS)网络：OBS是一种非常出色的光交换技术，在日本，研究者主要定义了五个参数作为OBS网络评价体系，并给出了每个量的参考大小，即交换时间（20ms）、最小突发包大小（100ms）、网络吞吐量（是前两个量的综合评定指标：0.9）、OBS网内潜伏期（待定）和OBS网络最大传输距离（200km）；（4）光控制平面：日本当前正在推行一个叫做“Tbit超级网络”的计划，目标是在建立覆盖整个日本的骨干网，以实现4000万宽带用户无阻塞接入。为了适合通用多协议标志交换协议（GMPLS），日本在光控制平面上做了不少创新，提出了新的资源调度和路径建立技术。此外作者也对日本光网络的远期规划，分网络、链路和超快信号处理三个层次做了详细介绍。
来看另一篇特邀论文，Georgia工学院的研究者面向下一代的光分组交换（OPS）技术，以16页的篇幅介绍了其有关光标签交换（OLS）的最新研究成果，其代表技术为：（1）详细阐述并实验验证了其提出的光载波抑制与分离（OCSS）技术（参考05年7月PTL评析），以生成高比特率和高消光比的光标签，使用该技术后不再需要高频光电器件。使用这样的技术作者在一个40Gb/s的DWDM OLS网络里实验了其OCSS技术，其光标签调制速率为2.5Gb/s，有效载荷为40Gb/s；（2）针对不同调制格式的有效载荷提出了两种标签交换方案，其一是OCSS技术混合波长转换技术，该方案比较适合OOK调制格式的信息。另一种方案则不需使用波长转换，作者通过一个10Gb/s的标签交换网来做实验，显示了该方案能有效应用于DPSK调制格式的信号；（3）光缓存方面，作者设计并实验了一动态可重构的时延系统，能提供从纳秒到毫秒的延时，且可以在几纳秒内实现重构；（4）在时钟恢复和包侦测方面，作者直接将时钟信息嵌入到用OCSS技术生成的光标签和有效载荷里，这样使用商用接收器就完成了标签和信息的探测；（5）波长转换方面，作者也通过实验显示了2.5Gb/s标签和40Gb/s载荷如何实现同时波长转换，该方案可以获得非常高的消光比和信噪比。
高速OPS方面的相关论文有：（1）数据涡流网使用了同心环结构，而网络节点使用两进两出结构，因此具有无源光信号旁路和电光转换特性，可提供了极高的连通性，在上万个端口的情况下，总延迟低于100ns，其单通道同时结合了TDM和WDM两种技术，使带宽很容易达到 200Gb/s以上。在这一专刊中，Columbia大学的研究者基于数据涡流网络框架提出了一种全功能的OPS互连技术，使用8波长的复用后，其传输容量接近1Tb/s，然而误码率维持在10^-12量级以下，此外其系统的灵活设计使得在不使用缓存的基础上实现了无竞争的分组交换；（2）希腊研究者致力于非同步分组交换的研究，以完成那些100Gb/s以上长度可变的信息包的交换和路由。
复用技术方面：（1）法国的研究者单路使用OTDM实现160Gb/s的调制，然后应用于N×160Gb/s的的DWDM网络，探索技术的可行性，这是一篇很有趣的研究，经济性、可行性、必要性这三者之间来权衡的时候，你会发现在光网络方面有时候“pay as you grow”的法则并不成立；（2）OCDMA的热度在本次的专刊上仍旧可以得到体现，鉴于以前介绍了太多，这里只以一篇为例，美国Piscataway通讯实验室的研究者提出了一种新颖的谱相位编码的OCDMA，该技术很像现有的动态可重构WDM，其技术核心是利用码型变换技术来完成四个OCDMA码的级连；（3）上交大的研究者基于两种不同算法研究了IP/WDM网络的路由问题。
二、网络可靠性（网络保护与监控）：
首先来看来自Corning公司有关光网络保护的特邀论文，其回顾了Corning和其他公司最近就网络保护这一课题所开展的相关研究，在光通道层和复用层，针对专用和共享式的光保护环做了理论和实验研究，主要成果可以总结为：（1）为了适合SONET保护时间基准，包括Corning在内的很多公司一致认为少于50ms的光保护环最可行；（2）针对一个典型的美国城域网，Corning分别针对SONET保护、电子保护、不透明光保护和透明光保护环等多种保护方式进行实验研究，以比较其可行性和经济性。结果证明：不透明光保护最容易实施，因为其协议和通讯方式都和SONET很类似，但成本最高；透明光保护方式经济性最好，很节约，可是由于需要专门的设计，实施起来有一定难度。作者提到的专门考虑包括专门的性能监控技术、放大器级连对功率探测的影响以及其环间互通的特殊结构；（3）作者还提到的一个重要问题就是不同保护环方法（包括功能、信号通道及环间协议等）的标准化问题，作者指出虽然已经有多个标准（作者给出了介绍和比较）提交ITU讨论，但还没有最终的定论，然而最终标准的制定对技术的发展和应用非常关键。
网络故障诊断方面的特邀报告来自MIT，针对全光WDM网络使用“概率边溃模型”做故障管理分析，其目标是降低现有光网故障管理的复杂性，降低运营成本，构建出最佳的故障诊断算法。由于其算法较复杂，这里就不详细介绍了。
光网络保护方面的研究还有：（1）加拿大的研究者立足IEEE 802.17标准，对使用裸光纤的弹性分组环（RPR）提出了一种快速而高效的多重故障修复技术，文章非常长，有23页之多。其核心思想是使用一星型的子网络（网络中使用了裸纤和包含AWG、无源星型耦合器的中央hub）与一系列子节点互连，以此来改进RPR网络性能；（2）Nebraska–Lincoln大学的研究者在WDM网状网络的连接层面使用通道保护技术实现了长期的业务量疏导。设计同时考虑了专用保护和共享保护两种方案，其目标是在实现保护的同时最大化网络吞吐量；（3）IP over WDM实现了分组技术与光子技术的结合，同时具备了IP层和光传送层的功能，专刊里Massachusett大学的研究者就对IP over WDM网络提出了一种双归属保护方案，它可以在光接入时强制overhead对核心网络提供保护。
三、网络灵活性方面（动态－可重构）：
先来看一篇英国和希腊合作发表的特邀论文，相比前面的论文，这篇的概念有点超前。它主要是针对现有和未来的“网格服务”而提出一些动态光网络架构模型，并探讨相关技术。所谓的“网格服务”，主要是用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。论文主要工作有两点：（1）立足于利用现有的光网络技术，面向“网格服务”，提出高效、智能的网络基础架构，特别的基于现有的波长交换基础架构，提出了一种“双波长网格架构”，以提供一种用户为中心的数据密集型网络，实现科学研究信息化的“e-science”；（2）基于现有的OBS技术提出一种智能化的“光网格”技术实现方案，技术涉及到了主动式的OBS路由和相关高端协议，以便获得可编程的网络基础架构。
其余研究还有：（1）西安电子科技大学的研究者针对OBS网络中的异步可调波长转换进行了精确和近似的评估；（2）日本Tsukuba大学的研究者针对大范围WDM网络从几何拓扑结构上研究了动态可重构算法；（3）California大学的研究者针对城域WDM-PON，使用了可重构的OADM技术，降低了网络成本，增强了系统灵活性，在线连接变得很容易了；（4）加拿大McMaster大学的研究者在多光纤WDM网里，引入可重构算法，对“No Service”进行中断处理，并通过拓扑优化，明显提高了网络效率。