【正文】 分配給用戶。但鑒于一個使用 IPv4 的網(wǎng)絡(luò)并不是簡單依靠軟件升級就能變成 IPv6 網(wǎng)絡(luò)，升級后原路由器處理能力的下降是必須考慮的問題。 結(jié)語 上述技術(shù)為 NGN 的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供了一定的基礎(chǔ)，但站在十字路口往前看，目前 NGN 的研究中仍有一些問題未看到有效的解決，例如端到端的 QoS、安全性、對流媒體業(yè)務(wù)的支持、組播與廣播、電話網(wǎng)和 Inter 的編號與尋址的統(tǒng) 一、網(wǎng)管和計(jì)費(fèi)及商業(yè)模式等。雖然目標(biāo)和趨勢是清楚的，但實(shí)現(xiàn) NGN 之路還沒有定論，更談不到理想的唯一的解決方案。 e Functional Architecture for Next Generation Networks (202006) 光纖通信技術(shù)的過去、現(xiàn)在和未來 趙梓 森 中國工程院院士 一、光纖通信技術(shù)的發(fā)展概況 1966 年英藉華人高錕 ( Charles , 現(xiàn)美藉 )，發(fā)表論文 《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》（ DielectricFiber Surface Waveguide for Optical Frequencies） 提出用石英玻璃纖微 ( 簡稱光纖 )傳送光信號來進(jìn)行通信。并且， 12 當(dāng)時適用于光纖傳輸波長窗口、可高速度調(diào)制的激光器還沒有研制出來，只能采用波長為 微米的發(fā)光管做光源。于是開始采用“長波長”光纖傳輸。 90 年代初，研制出所謂分布反饋激光器DFBLD，即在半導(dǎo)體激光器內(nèi)加入一層 Bragg 反饋光柵，使光波長穩(wěn)定，消除了模分配噪聲，使光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率達(dá) 。AT amp。只有 NTT 和 AT amp。如 不同波長的激光器，光濾波器和光放大器等。 South Amptom 大學(xué)研制出摻餌光纖放大器，可以在很寬的波長范圍內(nèi)把光信號放大，從而在線路上可以不必采用光 電 光放大器對每一個波長信號進(jìn)行放大，使增長 16 倍 增長 4 4 倍 640Gb/s 2020 1996 WDM 增長 256 倍 1992 s 1984 144Mb/s 1976 45Mb/s 圖 1 WDM 技術(shù)使光纖通信容量 暴炸性增長 13 DWDM 在經(jīng)濟(jì)上成為可能和優(yōu)越。 ATamp。 NZDSF 的色散約為 4ps / km，以減少 FWM 的影響（見圖 2）。在如此高的速率下，光器件會出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象，即在光信號的上升和下降沿其波長會有微變，它與光纖色散的互作用就會出現(xiàn)啁啾噪聲，使傳輸質(zhì)量變壞，需要用啁啾補(bǔ)償器件解決。 二、光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 干線的發(fā)展趨勢是向全光網(wǎng)發(fā)展。其連接就不是點(diǎn)對點(diǎn)，而是網(wǎng)。理想的全光網(wǎng)的OADM 節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該具有波長交換功能，這就需要有可變波長的光源和相應(yīng)的光濾波器。過去由于光電子器件價格昂貴，難以普及。發(fā)展 FTTH 現(xiàn)在已經(jīng)具備一定條件。如果運(yùn)行商根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需要對網(wǎng)絡(luò) 采取逐步擴(kuò)容，那么現(xiàn)在開始推行 FTTH 也是可取的。根據(jù) PIF（ Photonic Inter Forum）的統(tǒng)計(jì)，在 2020 年日本 FTTH 的用戶近 350 萬。 實(shí)際上，如果只要求互聯(lián)網(wǎng)的瀏覽、 Email、少量下載等業(yè) 務(wù)，那么 Modem， ADSL， Cable Modem 和 LAN 都可滿足要求，沒有必要采用 FTTH。 三、光器件和光纖的發(fā)展趨勢 光器件的進(jìn)步可使光纖通信系統(tǒng)大幅度進(jìn)步。 Raman 放大一般是在光纖的終端用高功率的光泵，把光能注入光纖線路，光纖線路本身就能放大。 AWG(Array Waveguide Grating) 波導(dǎo)陣列光濾波器 —— 是一種用集成工藝制成的平面光波導(dǎo)器件。 MEM (Micro ElectroMachine ) 微電機(jī)器件 —— 利用微加工制成的微型機(jī)械。缺點(diǎn)是噪聲大。最簡單的 PLC的單纖雙向波導(dǎo)板已經(jīng)研制出來，把一只激光器和光探測器安裝在其上，就可以實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。采用液晶可以制成光可變衰減器、光開 關(guān)等，其優(yōu)點(diǎn)是功耗小。在發(fā)達(dá)國家的高技術(shù)對中國禁運(yùn)時期，中國已經(jīng)有自己的光纖通信產(chǎn)業(yè)，能生產(chǎn)多模和單模光纖光纜，發(fā)光管、激光器等。 現(xiàn)在中國的光纖通信和全世界一樣，廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為通信傳輸?shù)闹饕侄巍? 現(xiàn)在中國的光纖通信產(chǎn)業(yè)，能生產(chǎn)用于 WDM 系統(tǒng)的 NZDSF 光纖（ ）和色散補(bǔ)償光纖，多量子阱分布反饋激光器 MQWDFBLD，參鉺光纖放大器 EDFA， Raman 放大和光濾波器等光無源器件。 2020~2020年，由于 國際上通信市場有泡沫，不景氣，國際大公司技術(shù)無大進(jìn)展，而泡沫對中國影響相對比較小，技術(shù)和市場占有率差距相對縮小，是迎頭趕上的好機(jī)遇。然而，近幾年來，以 IP 為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展速度已經(jīng)打破了這種傳統(tǒng)格局， IP 已經(jīng)或即將成為電信網(wǎng)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)量。 市場開放和市場競爭 市場需求、市場競爭和監(jiān)管政策的變化正在使信息業(yè)進(jìn)入全面競爭時代。電信公司不得不大幅度削減網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資。 盡管業(yè)內(nèi)不少人往往將 NGN與軟交換劃等號，但實(shí)際上NGN具有更加廣泛的內(nèi)涵。 ITUT將 NGN的主要特征歸納為：基于分組傳送；控 制功能與承載能力、呼叫 /會晤、應(yīng)用 /服務(wù)分離；業(yè)務(wù)提供與網(wǎng)絡(luò)分離，并提供開放接口；支持廣泛的業(yè)務(wù)，包括實(shí)時 /流 /非實(shí)時和多媒體業(yè)務(wù)；具有端到端透明傳遞的寬帶能力；與現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通；具有通用移動性，即允許用戶作為單個人始終如一地使用和管理其業(yè)務(wù)而不管采用什么接入技術(shù)；提供用戶自由選擇業(yè)務(wù)提供商的能力等。如果涉及接入網(wǎng)層面，則下一代網(wǎng)指各種寬帶接入網(wǎng)。而軟交換打破了傳統(tǒng)的封閉交換結(jié)構(gòu)，采用完全不同的橫向組合的模式，將上述三大功能間接口打開，采用開放的接口和通用的協(xié)議，構(gòu)成一個開放的、分布的和多廠家應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以使業(yè)務(wù)提供者靈活選擇最佳和最經(jīng)濟(jì)的組合來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，加速新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用的開發(fā)，生成和部署，快速實(shí)現(xiàn)低成本廣域業(yè)務(wù)覆蓋，推進(jìn)話音和數(shù)據(jù)的融合。還有，采用分組交換技術(shù)后，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率， 減少了交換機(jī)互連的復(fù)雜性和 業(yè)務(wù)網(wǎng)的承載 成本 。 四、向以 3G 為代表的下一代移動通信網(wǎng)演進(jìn) 世紀(jì)之交， 移動通信替代固話業(yè)務(wù)的現(xiàn)象正在全球范圍迅速擴(kuò)展，根 據(jù)預(yù)測，全球蜂窩移動用戶數(shù)將在 2020 年上半年超過固定用戶。 今年以來，作為 3G 的兩種 FDD 制式的 WCDMA 和 cdma2020 都呈現(xiàn)了良好的發(fā)展勢頭。 另一方面，作為 3G 的 TDD 制式 TDSCDMA 的開發(fā)要明顯落后于 WCDMA 和 cdma2020。 除了技術(shù)因素外， 3G 的發(fā)展在很大程度上取決于業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)的部署以及業(yè)務(wù)的架構(gòu)。 從發(fā)展角度看，移動通信的性能價格比應(yīng)該還有很大潛力可挖，隨著話音壓縮技術(shù)、信號處理技術(shù)、調(diào)制技術(shù)與智能天線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， 單位話音的成本將繼續(xù)成倍降低 ，而新的數(shù)據(jù)和多媒 體業(yè)務(wù)將為我們創(chuàng)造一個更加燦爛的個人移動世界。 IPv6 使地址空間從 IPv4 的 32 比特?cái)U(kuò)展到 128 比特，完全消除了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的地址壁壘；。此外， IPv4在應(yīng)用限制，服務(wù)質(zhì)量，管理靈活性，安全性方面的內(nèi)在缺陷也越來越不能滿足未來發(fā)展的需要，互聯(lián)網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)向以 IPv6 為基礎(chǔ)的 下一代互聯(lián)網(wǎng)（ NGI）幾乎是不可避 免的大趨勢。在開發(fā)業(yè)務(wù)方面一個重要的不可忽略的基本點(diǎn)是在相當(dāng)長時間內(nèi)，以語音和窄帶數(shù)據(jù)為主的連接業(yè)務(wù)仍將是移動運(yùn)營商的主要業(yè)務(wù)收入，各類內(nèi)容業(yè)務(wù)只是一種不斷增長的補(bǔ)充業(yè)務(wù)而已。此外， TDD 制式獨(dú)立組大網(wǎng)的成本高、干擾大、國際漫游受限，也 是運(yùn)營商十分關(guān)切的問題?？梢哉J(rèn)為， WCDMA 和 cdma2020 兩種制式均已基本成熟，技術(shù)和業(yè)務(wù)能力相差不大，兩者除了在核心網(wǎng) 信令、碼片率、基站同步方式和導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)上不同外，其他技術(shù)參數(shù)和性能均比較接近，經(jīng)濟(jì)性能上也相差不大。 為了 最大限度實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一制式和無縫漫游，開拓新的頻譜資源，開拓新的頻譜資源，應(yīng)付中高速數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的市場需求以及進(jìn)一步提高頻譜效率，增加容量，降低成本，移動通信向第三代通信（簡稱 3G）的發(fā)展似乎是必然的趨勢。 最后，軟交換設(shè)備占地很小，不僅明顯提高了機(jī)房空間利用率，而且也便于節(jié)點(diǎn) 的靈活部署。其應(yīng)用層和媒體控制層 已經(jīng)與媒體層硬件分離并納入開放的標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算環(huán)境，允許充分利用商用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算平臺、操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境。一句話，泛指的下一代網(wǎng)實(shí)際包容了幾乎所有新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 17 從網(wǎng)絡(luò)角度，實(shí)際涉及了從干線網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、用戶駐地網(wǎng)到各種業(yè)務(wù)網(wǎng)的所有網(wǎng)絡(luò)層面。一方面， NGN不是現(xiàn)有電信網(wǎng)和 IP網(wǎng)的簡單延伸和疊加 , 也不是單項(xiàng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是整個網(wǎng)絡(luò)框架的變革 , 是一種整體解決方案。顯然， 當(dāng)前的困境只是放慢了發(fā)展的速度，絕不會也不可能停止電信技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢。顯然，以融合的下一代網(wǎng)為基本取向的發(fā)展趨勢成為必然的歷史性選擇。 網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢 隨著技術(shù)條件的成熟，網(wǎng)絡(luò)的融合，特別是網(wǎng)絡(luò)邊緣部分的融合正成為電信發(fā)展的大趨勢。簡言之，革命性技術(shù)的突破已經(jīng)為下一代網(wǎng)的誕生準(zhǔn)備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前的市場占有率約 30%。用光纖構(gòu)成的城域網(wǎng)也有相當(dāng)規(guī)模，在大城市光纖線路已經(jīng)逼近到用戶的最后 1 公里。 禁運(yùn)取消后，目前的市場競爭激烈。納米尺寸比光的波長小，經(jīng)典光學(xué)的某些理論是否適合，是一個問題，也許會對 15 光學(xué)理論有新的發(fā)展。 采用新材料的光器件 —— 采用高分子材料（ Polymer）也可以制作光開關(guān)、光濾波等器件。把 SOA 作為光開關(guān)，并且用集成工藝制成光開關(guān)陣列，還可以和 AWG等其他器件集成在一起，構(gòu)成復(fù)雜功能的光器件，特別是光交換器件 ，具有良好的前景。一個MEM 二維鏡的體積只有針孔大小。要用濾光片制作這樣大容量的光濾波器是困難的。其增益 10~20dB。原則上：高速度、小型化、集成化、是光器件的發(fā)展方向，從而達(dá)到高性能和經(jīng) 濟(jì)的效果。然而，即將到來的數(shù)字廣播電視，只有采用 FTTH 技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。美國的 Verizon 和 Spring 公司也開始發(fā)展 FTTH，但 AT amp。 發(fā)達(dá)國家、世界大運(yùn)行商對 FTTH 的發(fā)展的看法也各不相同。又可發(fā)現(xiàn)，即使對于 FTTH 的每用戶配以 10~100Mbps 速率，網(wǎng)絡(luò)便要擴(kuò)大容量，每個光節(jié)點(diǎn)要投資近百萬，投資很大。以前價格為千元人民幣的光收發(fā)模塊，現(xiàn)在只要 200 元，其價格已可與 ADSL， Cable Modem相比。具有自動交換 ASON 的全光網(wǎng)是干線的發(fā)展方向，它的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)度靈活透明。目前，這些設(shè)備，有些要經(jīng)過光 電 光變換才能進(jìn)入光網(wǎng)，不是全光網(wǎng)。光網(wǎng)絡(luò)的體制也向 IP體制轉(zhuǎn)化，從點(diǎn)對點(diǎn)走向分布式連接和包突發(fā)傳輸。因此在超高速傳輸時，對于光纖的偏振模色散指標(biāo)有更高的要求。最近又開發(fā)色散斜率平坦光纖和大有效面積光纖，其目的都是為了減少 FWM 和光纖的非線性 。又發(fā)現(xiàn)光纖的色散可以減少 FWM 的影響，但色散過大，系統(tǒng)的速率受限制。然而直到 1996 年才商用。光濾波器可采用比較成熟的干涉濾光片，但 DWDM 需要高質(zhì)量的濾光片，必須改善工藝，鍍膜要有百層。 WDM 更確切說是 DWDM 技術(shù)的突破，也是經(jīng)歷許多攻關(guān)。由于密集波分復(fù)用和微電子技術(shù)的進(jìn)步，使光纖通信傳輸系統(tǒng)的容量爆炸性的增長，如下圖： 在 2020 年的新世紀(jì)，可商用的 WDM 光纖通信系統(tǒng)容量達(dá) Tbps 量級， 試驗(yàn)系統(tǒng)的容量和傳輸距離如下表： 從中可以看出， 2020~2020 年 WDM 光纖通信系統(tǒng)極大的進(jìn)展，試驗(yàn)系統(tǒng)的速率高達(dá) 10Tbps，充分顯示出光纖通信的巨大潛力，目前商用的光纖系統(tǒng)的傳輸速率達(dá)到 Tbps 量級。T 和 MCI 公司首先建立了光波分復(fù)用 WDM 試驗(yàn)線路，使光纖通信系統(tǒng)的容量大大增加，真正發(fā)揮了光纖通信超大容量的潛力，是光纖通信技術(shù)的重大突破。當(dāng)時采用的激光器是最簡單的 FP 型激光器。在 80 年代中期，數(shù)字體制的光纖通信開始取代模擬體制的電纜載波通信。 1976 年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開通了世界第一個實(shí)用化的光纖通信線路，從亞特蘭大到華盛頓，速率為 45Mbps，其容量還沒有超過當(dāng)時的電纜 載波模擬通信，更沒有發(fā)揮光纖通信的大容量長距離的優(yōu)越性。 參考文章 : 1) ITUT SG13, TD19(Plen), Draft NGN 2020 Project description document, 8 November 2020, Geneva 2) Draft ETSI ES 2XX XXX Vm。這些研究還有待深入，但以下的趨勢已經(jīng)出現(xiàn)，即電信業(yè)務(wù)將從電話擴(kuò)展到數(shù)據(jù)、多媒體、流媒體，從固定擴(kuò)展到移動，從電路型發(fā)展到分組型，從基本業(yè)務(wù)擴(kuò)展到增值業(yè)務(wù)，從大眾業(yè)務(wù)擴(kuò)展到客戶化業(yè)務(wù)。 IPv6 與 IPv4 相比不僅是地址空間的擴(kuò)大，在提供包的分類指示、路由跳數(shù)限制等方面為 QoS 和移動性管理的改進(jìn)打下了一些基礎(chǔ)。這些方法有一些局限，例如 NAT 不能保證 端到端的安全服務(wù)，而且引入了時延和存在單點(diǎn)故障的可能。目前使用的 IPv4 地址由 4 個字節(jié)組成，總數(shù)有 42 億個地址，其分配極不合理， 目前只有 27％的地址容量尚未分配，如果已分配的地址不作調(diào)整的話，按照目前 Inter 主機(jī)數(shù)的發(fā)展速度，全