組建光通訊網的合理途徑

一、通訊網的業務重心轉移和容量擴大

組建光網（Optical Networking）是當今國際上通訊領域中一個熱門的重大研究課題，對於陸地的固定通訊網，除了光纖光纜及波分多路系統正在點一點傳輸線路上大量應用並繼續改進技術以擴大應用效果外，通訊研究人員也在考慮設計和試驗在通訊網核心內部如何利用波分多路（WDM）技術使電傳送網進化為光傳送網，認為這是未來通訊網必然的發展趨向。

自20世紀90年代起，國際網際網路Internet向全世界計算機使用者開放，促使資料通訊的業務量爆炸性增長，給傳統電話通訊網以巨大沖擊。今後的通訊形勢是：儘管全世界的電話業務量仍是每年增長，但資料通訊業務量的年增長率遠遠大於電話業務量的增長率，因此在21世紀裡資料業務總量將很快趕上電話業務總量。換句話說，未來的通訊網不再以電話業務為重心，而是以資料業務為重心，宜於使用網際網路規約IP（Internet Protocol）。傳統電話通訊網長期使用的電路交換方式，在未來通訊網不再合適，應該讓位給對資料通訊有利的分組交換方式（packet switching）。當然，未來的通訊網仍應保證電話業務暢通，而且IP-phone仍須達到傳統電話QoS的要求並保證數字圖視（video）通訊業務暢通，以致能夠實現計算機操作的多媒體通訊。

與此同時，通訊網的核心本身總是應該具有足夠大的容量，有能力適應各種通訊業務量的數字速率總和，保證通訊暢通，通訊網容量就以它同時提供數字速率多少來表示。現在大家既然認識到各種通訊業務特別是資料通訊業務量每年以很高的增長率快速增長，未來的通訊網就應該相應地擴大其容量。一方面，通訊網絕對不停留於長期使用的公用交換電話網每年緩慢增長的容量，而是提供大得多、能夠經常加大的容量。按數字速率計，現行的電通訊網利用電的時分多路TDM技術，按照標準的同步數字群系列SDH，最高的數字速度限於最高一級數字群的速度，即10Gbit／s。在目前，該數字速度尚未能突破，這是受到電的TDM技術的限制，常稱“電子瓶頸"。最近，國際會議上個別研究單位稱他們利用電的TDM，能夠製成數字速度達40Gbit／s，但這是少數情況，目前還未能普遍推廣。

二、通訊網從電的TDM發展至光的WDM

既然電的通訊網在容量上受到電的TDM的限制，那麼就應考慮其它有效而實際可行的辦法。光纖通訊的傳輸線路在加大容量方面取得了顯著的成功經驗，似乎可以為通訊網提供有益的參考。在原來的光纖線路上，一根光纖只傳輸一路光載波，其載荷的數字訊號由電的TDM供給，最高數字速率為10Gbit／s，而單模光纖在波長1550nm有很寬的視窗可供光訊號傳輸，雖然一個光載波載荷訊號的數字速率受到電的TDM限度不能提高，但如能讓一根光纖同時傳輸幾個光載波，則光纖的傳輸容量就可以成倍地加大，將光纖的潛在容量發掘利用。參照過去幾十年前通訊線路的每對銅線利用頻分多路FDM技術實現多路載波電話的成功經驗，考慮在光纖上採用波分多路WDM技術，實現一根光纖同時傳輸多路光載波的辦法。如每一根光纖上裝使用者路WDM，每路傳輸電的TDM訊號10Gbit／s，那麼n路WDM就使一根光纖在一個方向同時傳輸n×l0Gbii／s，使數字速率比原來提高n倍，這種辦法不難取得成功，完全可以推廣應用。最近國際會議上報道一根光纖在1550nm波長視窗同時傳輸密集波分多路DWDM的100路具有適當波長間隔的光載波，導致同時傳輸的數字速率提高至100×l0Gbii／s=1Tbit／s （1×1012bit／s）。而且，還有可能繼續提高至幾個Tbit／s。這樣的DWDM系統用於光纖線路，配以在1550nm波長視窗提供光功率增益的寬頻光纖放大器W-EDFA，沿線路每隔100km設定一個放大器，就可使1Tbit／s數字速率的訊號傳輸至1000km距離，實現大容量、長距離的訊號傳輸。

誠然，這種1Tbit／s-1000km的大容量、長距離的通訊系統真是現代通訊領域的卓越貢獻，大家都深切體會到光比電有更大的潛力為通訊的發展提供幫助。傳統的電通訊應該引伸至光通訊，尤其在考慮通訊網擴大容量的問題，不能停留於電，而應著眼於光。依這樣的思路進一步深入考慮光在通訊網的實際應用可能性。現在波分多路WDM技術結合光放大器EDFA的方式，不應侷限於光纖傳輸線路的應用，而是要求放開思路，研究光的WDM技術能否引伸至通訊網核心內部，代替原來利用電的TDM技術所起的作用。過去的電通訊網雖然利用大容量光纖傳輸線路，但通訊網本身由電的TDM起作用，通訊網容量的數字速率屬於Gbit／s級，最大是10Gbit／s。現在利用光的WDM，有n路不同波長操縱各種網路單元，則使通訊網容量加大n倍。如用100路不同波長，則理論上應能使通訊網容量加大至Tbit／s級，比電的通訊網容量Gbit／s級大一千倍。這就是說，電通訊網受到TDM的限制，無法再擴大容量，如改用光通訊網，WDM可以使用很多路數，以致光通訊網可以擴大容量至很多倍。所以，隨著通訊業務量的快速增長，要求通訊網擴大其容量，從電的通訊網進化為光的通訊網。

順便提一下，上面說起電的TDM技術目前最高數字速率為10Gbit／s。曾有研究單位宣稱光的TDM技術可使16路電的TDM複合，使總的數字速率提高至16×10＝160bit／s，但這樣的技術有較大難度，目前沒有推廣使用。

三、網路單元ADM、DXC過渡至OADM、0XC

每個通訊網由若干種和若干個網路單元分別組合而成。多路通訊不論是電的時分多路TDM，或者是光的波分多路WDM，最基本的網路單元有multiplexer和demultiplexer，一般地稱為復接器和分接器。它們在TDM結點與使用者接入線連線處，一般稱為合路器和分路器，而在結點內部，則稱為合群器和分群器。對於電話通訊，合路器是把30路數字電話合為一個基群，如30路經過脈碼調製PCM得到的數字電話訊號64kbit／s合為30路的基群，約2Mbit／s。而分路器的作用相反，它把基群2Mbit／s分為30路64kbit／s。合群器是把若干個低階群合為較高階的數字群。例如在準同步數字群系列PDH，最低的合群器是把4個基群2Mbit／s合為二級群8Mbit／s。分群器則相反，把1個8Mbit／s群分為4個2Mbit／s群。在同步數字系列SDH，例如最高階的合群器是把4個2.5Gbit／s合為1個10Gbit／s，分群器則把1個10Gbit／s分為4個2．5Gbit／s。數字速率越高，則製成合群器和分群器的技術難度越大。類似地，在光的WDM復接器和分接器可以稱為合波器和分波器，前者把幾路不同的光波長合為一個波段，後者把一個光波段分為若干路光波長。

在每一網路結點，其他重要的網路單元有ADM（add-drop multiplexer），簡單譯成插分復接器，實際上它是分群器與合群器的組合，或是分路器與合路器的組合。在結點內部，某一高階數字群輸入分群器，分為若干個較低階數字群輸出，其中部分低階數字群就從這分群器輸出分下（drop），由本結點使用，其餘幾個輸出直通合群器的輸入，結點可以按需要把幾個與分下相同的低階群插上（add）合群器的輸入，與直通的低階群會合，成為新的高階數字群輸出。在電的通訊網中，這些是“數字的ADM"。當電通訊網準備過渡為光通訊網時，網路結點中的這些數字的ADM應該全部換成“波長的ADM"或“光的ADM"。它將是分波器與合波器的組合。

在網路結點中，為了靈活排程的需要，都應設定交叉連線系統XC（cross-connect）。在電通訊網的結點有“數字的交叉連線"DXC（digital XC）。當電通訊網過渡至光通訊網時，每一網路結點中數字交叉連線應該相應地換成“波長的XC"或“光的XC"，原理與前相似。但因光網容量較大，交叉連線系統勢必更為複雜，並且需要更加靈活地運用，所以OXC常常附設波長變換器，以便於實行交叉連線時按需要改換使用光波長。總的來說，光通訊網不僅容量大，而且質量高，光網結點中光的ADM（OADM）和光的XC（OXC）等網路單元都必須具備完善的結構和優良的效能，那就完全能夠滿足大容量通訊網執行的需要。

四、IP與ATM、WDM的配合

未來的通訊網既已肯定以資料資訊業務為重心，並普遍使用網際網路規約IP，那麼網上資訊業務宜一律使用IP，即所謂everything over IP。當然，每種資訊業務都用IP後，仍保證資訊順利傳送，達到應有的QoS要求。使如IP-phone，經過初步改進技術，確實具有良好質量，雙向實時通話的質量能夠為使用者所接受，所以，在未來通訊網中普遍使用IP是可行的。尤其是通訊網中使用IP路由器（router），在技術上似乎沒有多大困難，IP的標頭在國際上屢有新標準，不斷作出改進。但是，通訊網內部還有重要的交換機迄今尚未完全做成對應資料通訊業務、具有分組交換功能的簡便裝備。而在現行寬頻通訊網中使用較多、技術上比較成熟的非同步轉移模式ATM，其裝備受到國際上廣大通訊廠商重視和改進，在效能和服務上又普遍為廣大通訊使用者所接受。雖然ATM不是專供資料通訊分組交換的設施，但是它已在世界上推廣使用。因此得出權宜的結論：目前可以讓IP與ATM配合使用，稱為IP over ATM。當然，這不是最理想的辦法，但在電通訊網普遍存在的現階段，它不失為一種明智的過渡方案。

近年國際上積極試驗的光通訊網，已確定以波分多路WDM為基本，而不考慮利用ATM。如一切順利，可望於本世紀頭幾年就付諸實際應用。到那時，如果光的分組交換機尚未研製成功，或者沒有找到解決光交換的其他辦法，那就有必要妥慎考慮像現在電通訊網那樣採用權宜之計，選擇IP與WDM配合應用的方案，即IP over WDM。這意味著，在過渡到光通訊網的初期，很可能採用IP over WDM以順利過渡，也就是說，在發展未來的以分組資料通訊為重心的新型通訊網以及從電通訊網過渡至光通訊網的前進道路上，很可能從IP over ATM過渡至IP over WDM，總的來說就是IP over everything。結合前節所述，資料通訊網需要everything over IP和IP over everything，網際網路規約IP十分重要。