【正文】 ；終端同時(shí)具有 lPv4 和 IPv6 雙協(xié)議棧，視網(wǎng)絡(luò)資源而采用。 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(dòng)性管理的改進(jìn)打下了一些基礎(chǔ)。盡管如此，但 IPv6 并沒有從根本上解決 QoS、選路和安全性問題，為了得到端到端的安全性，采用 IPsec 等 VPN 的安全性措施仍然需要，對(duì)重要文件傳送還需要考慮加密手段。 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(duì)流媒體業(yè)務(wù)的支持、組播與廣播、電話網(wǎng)和 Inter 的編號(hào)與尋址的統(tǒng) 一、網(wǎng)管和計(jì)費(fèi)及商業(yè)模式等。為此 ITU 列出如下七個(gè)研究領(lǐng)域： NGN 體系原則、功能體系模型、端到端的 QoS、業(yè)務(wù)平面 API、網(wǎng)管、安全性和通用移動(dòng)性。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(dòng)，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)。交換和選路功能從網(wǎng)絡(luò)層延伸到物理層、網(wǎng)絡(luò)的智能從核心移到邊緣、從 IP over everything 發(fā)展到 IP under everything、作為多業(yè)務(wù)平臺(tái)其業(yè)務(wù)控制與承載資源分 離，控制面和管理面界限將淡化。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。人們對(duì) NGN 傾注了太多理想，但電信標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史表明，看上去理想的全能的網(wǎng)絡(luò)往往并不成功，電信界總是希望有一個(gè)綜合的網(wǎng)絡(luò)能一網(wǎng)打盡， ISDN、BISDN...，但總是一次又一次末達(dá)到預(yù)期目的， NGN 的綜合之夢能實(shí)現(xiàn)嗎 ?不過無論如何，事物總是發(fā)展的，網(wǎng)絡(luò)一直在演進(jìn)，雖然我們無法預(yù)期電信網(wǎng)發(fā)生革命性變化，但新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用將催生創(chuàng)新的技術(shù)甚至革命性的技術(shù)出現(xiàn)，明天的網(wǎng)絡(luò)將更好，至于是否是我們想象的 NGN 可能并不重要，因?yàn)?NGN 之后還會(huì)有 NGN。 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。 t。 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(hào)來進(jìn)行通信。 1970 年美國康寧公司研制出光纖的樣品。 1976 年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開通了世界第一個(gè)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(shí)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。其原因是：由于當(dāng)時(shí)工藝水平的限制，還沒有生產(chǎn)出芯徑較細(xì)的單模光纖，而只能生產(chǎn)芯徑較粗的多模光纖。并且， 12 當(dāng)時(shí)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。 80 年代初，單模光纖和波長為 微米的半導(dǎo)體激光器都研制成功，于是光纖通信系統(tǒng)的速率提高到 140Mbps，中繼距離達(dá)數(shù)十公里，大大超過電纜傳輸。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。不久，波長為 微米的激光器也 研制成功，在該波長上，光纖的損失低達(dá) ，中繼距離達(dá)百公里。于是開始采用“長波長”光纖傳輸。在80 年代末，由于微電子和數(shù)字技術(shù)的提高，光纖通信系統(tǒng)的速率達(dá) 622Mbps。當(dāng)時(shí)采用的激光器是最簡單的 FP 型激光器。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)調(diào)制速率為 xGbps（微波量級(jí)）時(shí)， FP 型激光器的波長不穩(wěn)定，出現(xiàn)所謂“模分配噪聲”，嚴(yán)重破壞傳輸效果。 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) 。 90 年代中期，美國 AT amp。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。 MCI的試驗(yàn)線路，從 San Luis 到支加哥， 365 英里，容量為 4x10Gbps，用于市民通信，有商業(yè)價(jià)值。AT amp。T 的實(shí)驗(yàn)線路全長 2020 公里，用于公司內(nèi)部通信。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(jí)， 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(jí)。 2020 年由于通信市場有泡沫，經(jīng)濟(jì)萎縮，技術(shù)進(jìn)步不大。只有 NTT 和 AT amp。T 利用 DPSK 等調(diào)制技術(shù)使線路損傷代價(jià)降低 4dB。 WDM 更確切說是 DWDM 技術(shù)的突破，也是經(jīng)歷許多攻關(guān)。實(shí)際上， 1310nm 和 1550nm 的粗波分復(fù)用早已使用，而在 1550nm 或 1310nm 內(nèi)的密集波分復(fù)用技術(shù)有許多問題要解決。如 不同波長的激光器，光濾波器和光放大器等。不同波長的激光器的制作無大問題。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。最關(guān)鍵的是光放大器的開發(fā)。 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(hào)放大，從而在線路上可以不必采用光 電 光放大器對(duì)每一個(gè)波長信號(hào)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。 在 80 年代末，就有人要采用 DWDM 技術(shù)。然而直到 1996 年才商用。因?yàn)榧词褂辛诉@些關(guān)鍵器件，在光纖線路上還有許多問題要解決 。 ATamp。TLucent 發(fā)現(xiàn)，把多波長的光信號(hào)注入光纖內(nèi)，會(huì)發(fā)生所謂四波混頻現(xiàn)象 FWM，會(huì)使各波長信道互相干擾，嚴(yán)重?fù)p害通信進(jìn)行。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。于是就開發(fā)了所謂非 0 色散位移光纖 NZDSF（ ）和色散補(bǔ)償光纖 DCF。 NZDSF 的色散約為 4ps / km，以減少 FWM 的影響（見圖 2）。在線路終端加入具有負(fù)色散的 DCF，使全線路的總色散近于 0，保證高速信號(hào)無失真通過。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 。 由于電子的進(jìn)步，現(xiàn)在單個(gè)波長的調(diào)制速率可達(dá) 40Gbps。在如此高的速率下，光器件會(huì)出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象，即在光信號(hào)的上升和下降沿其波長會(huì)有微變，它與光纖色散的互作用就會(huì)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。在如此高的速率下，光纖的幾何上的不均勻或局部應(yīng)力，會(huì)使光波的 2 個(gè)正交偏振場經(jīng)過光纖傳輸后發(fā)生不同的延遲造成噪聲。因此在超高速傳輸時(shí)，對(duì)于光纖的偏振模色散指標(biāo)有更高的要求。 偏振模色散隨環(huán)境的變化會(huì)使信號(hào)發(fā)生隨機(jī)起伏的噪聲，幸而這些起 伏是慢變化的，所以可以用電子偏振控制器去克服。 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。接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢是向光纖到家庭發(fā)展。光網(wǎng)絡(luò)的體制也向 IP體制轉(zhuǎn)化，從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)走向分布式連接和包突發(fā)傳輸。 干線向全光網(wǎng)發(fā)展 —— 現(xiàn)在 DWDM 大容量的光纖傳輸系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用。其連接就不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，而是網(wǎng)。在網(wǎng)中，有 OADM 光分路復(fù)用和 OXC 光交叉連接等設(shè)備，其功用是上下通信信道。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)。所謂全光網(wǎng)，即這些設(shè)備中沒有光 電 光變換，特別是 OXC 中，采 用了光開關(guān)，而不是電子開關(guān)。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。目前這些1550nm 4ps/k+2~ 2~4ps/ 波長 色散 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖 NZDSF 1310nm +18ps/ 圖 2 NZDSF 和標(biāo)準(zhǔn)光纖的色散比較 14 光器件還不成熟，正在開發(fā)。具有自動(dòng)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。 光接入網(wǎng)向光纖到家庭 FTTH 發(fā)展 —— 光纖到家庭 FTTH 可提供最高的帶寬，一直被認(rèn)為是理想的接入技術(shù)。過去由于光電子器件價(jià)格昂貴，難以普及。近來，光電子器件有較大的突破，特別是垂直腔激光器 VCSEL（ vertical cavity surface emitting laser）有所 突破，價(jià)格僅 3~4 美元一支。以前價(jià)格為千元人民幣的光收發(fā)模塊，現(xiàn)在只要 200 元，其價(jià)格已可與 ADSL， Cable Modem相比。特別是，目前光纖的價(jià)格比電線還低。發(fā)展 FTTH 現(xiàn)在已經(jīng)具備一定條件。 經(jīng)過簡單的估算，可以發(fā)現(xiàn)：光纖到家庭的用戶設(shè)備的價(jià)格可與 ADSL， Cable Modem 等相當(dāng)。又可發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)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(gè)光節(jié)點(diǎn)要投資近百萬，投資很大。話要說回來，不管采用什么技術(shù)，只要擴(kuò)容，需要的投資基本相同的。如果運(yùn)行商根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需要對(duì)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。對(duì)于實(shí)力雄厚的運(yùn)行商目前就采用 FTTH 是有遠(yuǎn)見的。 發(fā)達(dá)國家、世界大運(yùn)行商對(duì) FTTH 的發(fā)展的看法也各不相同。日本大力發(fā)展 FTTH。根據(jù) PIF（ Photonic Inter Forum）的統(tǒng)計(jì)，在 2020 年日本 FTTH 的用戶近 350 萬。在 2020 年在日本 FTTH都將成為主流。美國的 Verizon 和 Spring 公司也開始發(fā)展 FTTH，但 AT amp。T 認(rèn)為 FTTH 目前無需要，是 20~50 年以后的事情。 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。 LAN 可提供 10~100Mbps 帶寬，對(duì)于點(diǎn)播HDTV 也可以滿足。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)。發(fā)展 FTTH已經(jīng)提到日程上來了，作者猜想 3~4 年后， FTTH 會(huì)成為接入網(wǎng)建設(shè)的主流。 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。一個(gè)新器件的出現(xiàn)，有時(shí)可大大改善光纖通信系統(tǒng)的性能或成本。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。典型如下： Raman 放大 —— 為了進(jìn)一步提光纖通信系統(tǒng)的性能，特別是高超大容量超長距離系統(tǒng)，正在發(fā)展 Raman 放大。 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。 Raman 放大的優(yōu)點(diǎn)是帶寬寬，噪聲小。其增益 10~20dB。 C， L 波段的 Raman放大已經(jīng)工程應(yīng)用，正在開發(fā)跨 S， C， L 波段的 Raman 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。它的優(yōu)點(diǎn)是：可以集成；容量大，可 以對(duì)幾百個(gè)波長濾波。要用濾光片制作這樣大容量的光濾波器是困難的。目前幾十個(gè)波長的 AWG 已經(jīng)商用。 MEM (Micro ElectroMachine ) 微電機(jī)器件 —— 利用微加工制成的微型機(jī)械。如用多個(gè) MEM 二維鏡可以構(gòu)成光開關(guān)交換陣列。一個(gè)MEM 二維鏡的體積只有針孔大小。 SOA 半導(dǎo)體光放大器 —— 其優(yōu)點(diǎn)是體積小，可集成。缺點(diǎn)是噪聲大。在要求不高的場合采用SOA 作為放大，經(jīng)濟(jì)有效。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。 PLC（ Plenary Light Circuit）平面光線路 —— 如同電子線路的印刷電路板那樣，選擇波長透明的材料，制作平面光波導(dǎo)板，把許多光器件安裝在上面，構(gòu)成復(fù)雜光學(xué)功能的組件。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?？墒构馄骷呦蚣苫? 采用新材料的光器件 —— 采用高分子材料