光纤通信网带宽动态可变性思考范文

摘要：光纤通信系统作为长途通信网的主体，承载了多种类型的信息数据。光纤通信网实行带宽可变性可以动态分配带宽，既能够应对时变的用户需求，又可以精细化分配带宽资源，提高频带利用率。文章围绕密集波分系统的各种新技术的涌现和发展，使光纤通信网带宽动态可变性成为了可能。

关键词：光纤通信；动态可变带宽；密集波分；面向用户

光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。它具有通信容量大、中继距离长、抗电磁干扰能力强、信号串扰小、保密性强、经济成本低等优点，因而发展快速，已经成为有线通信的主流，并纵横成网，尤其波分技术的应用更使得光纤通信网飞速发展。高容量、大带宽成为光线传送网的标志，视频通话、远程会议、高清视频影像、抖音、快手、网游等服务不断走进千家万户，走进各种终端，走进人们的工作与生活。但随着用户需求的多样化，带宽需求也不同。如何既能满足用户需求又能节约带宽资源就成了新课题，带宽可变性无疑将是光纤通信网发展的必然趋势。所谓带宽动态可变是指在波分复用光传输系统中多种带宽的单波共存，同时每个单波的带宽可以根据用户需求或数据信息流量而调整变化。随着密集波分复用（DWDM）技术、掺铒光纤放大器（EDFA）技术和光时分复用（OTDM）技术的发展和成熟，光纤通信网迈进了超高速、大容量通信系统阶段，飞速向全光通信网络跃进，围绕密集波分复用技术涌现了许多技术突破，使传输带宽动态可变成为可能[1]。

1动态可变带宽光纤通信的优势

（1）满足用户多样化需求。通信行业的保障理念正逐步从面向设备向面向用户转变，通信的作用在于满足用户的需求，用户需求的增长推动着通信能力的不断进步。而当前用户的需求存在着多样性、不固定性、不确定性。多样性是指多种数据格式、多种数据形式和多种终端及多种用户，以音频、视频、数据等信息格式传输通话、歌曲、高清电视、网络游戏、网络会议、电视转播、短视频、网络直播等媒体形式，呈现在电脑、手机、平板、电视机、电话机、传真机、自动驾驶汽车及具有物联网功能设备等终端之上，满足集团用户、个人用户、行业用户及各种设备用户的需求。不固定性是指用户位置不固定、用户采用的终端不固定、用户的人员不固定、使用数据方式不固定。不确定性是指用户群不确定、使用时间不确定、使用流量不确定，具有周期性与突发性相结合的特点。特定时间的流量突发，比如“双十一”；特定活动的流量突发，比如“全运会”；特定用户的需求突发，比如用户要求带宽独享、低时延等。这些需求特点决定了通信保障的多样性。动态可变带宽光纤通信可以根据用户需求变化、流量变化动态调整带宽，从而满足用户需求[2]。

（2）信道调度更为灵活精准。动态可变带宽光纤通信能够根据需要动态灵活地为每个用户动态分配带宽。能够根据用户需求和用户等级动态分配带宽；能够根据用户忙闲及流量变化动态调整带宽；能够根据用户数据的源节点和宿节点，精确选择符合带宽要求、时延要求、低传输成本的路由，达到信道调度全程精准可控的目标。

（3）时延性能良好。动态可变带宽光纤通信具有灵活的时延性能，能够根据用户需要在系统允许的范围内满足用户信息数据的时延需求。时钟系统、航天、航空、高铁等用户都对传输信息的时延性能有较高的要求，动态可变带宽光纤通信能够根据时延要求通过优先分配带宽、选择最佳路由等动态可控方式降低数据的时延[3]。

（4）信道利用率高。动态可变带宽光纤通信的高带宽利用率主要来自两个方面：一是高带宽的单波道，减少波道间隔的数量，从而增加了有效带宽，提高了波段的利用率；二是动态可变带宽能够根据用户信息的流量变化动态调整信道带宽，提高信道利用率。

（5）实现多粒度数据的光路自由调度。动态可变带宽光纤通信能够通过多粒度OXC和多粒度ROADM，实现多粒度数据在光层面的自由交换，从而实现全光网络的多粒度数据自由调度。由于光纤通信系统中存在多粒度光数据，光纤中存在多种带宽的波道，因此在全光系统中各颗粒度的光信号不需进行转换整合就可以进行交换和调度并传输，这是动态可变带宽光纤通信的重要特征和核心功能。

2制约光纤通信带宽动态可变的瓶颈问题

动态可变带宽光纤通信系统仍存在通信服务保障理念需转变、设备复杂程度高、管理控制难度大、传输信息需透明化等制约着动态可变带宽光纤通信系统实现的瓶颈问题[4]。

（1）通信服务保障理念需转变。随着用户需求特点的变化，服务保障理念从信道保障向信息保障转变，从面向设备的保障向面向用户的保障转变，从设备固定带宽向按需分配带宽转变。这种打破传统的转变会带动光纤通信系统格局、模式、设备的颠覆性变化，但最难的还是这种理念的变化，如何打破传统的惯性思维，是实现带宽动态可变的一个难点。

（2）设备复杂，实现难度大。带宽动态可变意味着在设备中有多粒度数据共存，在光纤的波带中有多种带宽的波道同时传输，且每个波道的带宽及波带中波道的数量是时变的。在全光网络中，为了适应这种时变的信道调制和带宽时变信道的灵活调度，必然要有相应的设备支撑。因此，设备的复杂度成几何级数增加，实现难点也会显著增大。这是制约带宽动态可变实现的关键问题。

（3）管理控制难度大。由于数据的粒度、波道的带宽、信道的维度是时变的，信道数据的源点和宿点又不尽相同，使信道数据在传输过程中的上、下、调度、调制过程比较灵活多样。而对于传输系统整体而言，要精准为每个用户终端分配信道和带宽并进行调制，要精准管理各种时变状态的组合，要精准完成信道数据调度和组合，而且要做到全系统的统筹，必然增加了管理平面和控制平面的任务量，也增加了管理控制的难度[5]。

（4）传输数据需透明化。由于带宽动态可变需要全系统统筹分配带宽，就要了解每个用户终端的需求情况和数据情况，包括用户闲忙、即时在用流量、流量变化趋势、数据的源点和宿点、数据的性质和要求等数据信息，并全程全时调控。这些数据的透明化很多都来源于用户提供或用户流量数据的内容，甚至有些属于用户隐私的范畴，需经用户同意，因此获取难度大。

3光纤通信带宽动态可变的带宽分配方案

3.1相等大带宽的频带分配

相等大带宽的频带分配就是在波带中采用相等的大带宽波道传输，较大波道带宽，较少波道数量，每个波道的带宽和信道固定。在数据进行信道调制和带宽分配过程中，将用户小于波道带宽的数据进行整合调制，组合成适合单个波道传输的数据单位，采用单波道进行传输，在宿节点接收后进行拆分传给用户终端；将用户刚好适合波道带宽的数据直接采用单波道进行传输。由于带宽很大，绝大多数的用户数据需要整合调制。如图1所示，波分系统的波带采用带宽较大且相等的频率分配方案，用户A数据流量大，足以占用一个波道的带宽，采用一个单独波道进行传输；用户B和用户C数据流量较小，经过信道调制，共同占用一个波道进行传输。这种调制方式其实也不能称作带宽动态可变，与传统的光纤通信系统相同。其优点是带宽相等，便于调度；时变性弱，便于管控；设备简单，便于实现；波道间隔少，频带利用率高。缺点是带宽较大，调制灵活度不高，不能满足一些用户带宽独享的要求；小颗粒数据整合层次多，调制次数多，时延性能差，不能满足一些用户数据的时延要求。

3.2相等小带宽的频带分配

相等小带宽的频带分配就是在波带中采用等带宽波道传输，降低波道带宽，增加波道数量，每个波道采用较小的固定带宽。在数据进行信道调制和带宽分配过程中，将用户超过波道带宽的大带宽数据以波道带宽为单位进行分割，分成若干个适合单个波道传输的数据单位，采用多波道进行传输，在宿节点接收后进行整合传给用户终端；将用户小于波道带宽的数据进行整合调制，组合成适合单个波道传输的数据单位，采用单波道进行传输，在宿节点接收后进行拆分传给用户终端；将用户刚好适合波道带宽的数据直接采用单波道进行传输。如图2所示，波分系统的波带采用带宽较小且相等的频率分配方案，用户A数据流量大，足以占用两个波道的带宽，进行数据分割，采用两个单独波道进行传输；用户B数据流量适中，足以占用一个波道的带宽，采用一个单独波道进行传输；用户C和用户D数据流量较小，经过信道调制，共同占用一个波道进行传输。这种调制方式其实并不能称作带宽动态可变，只是有带宽动态可变思想理念。其优点是带宽较小，调制灵活；带宽相等，便于调度；时变性弱，便于管控；设备简单，便于实现。缺点是由于波道数量增多，导致波道间隔增多，使波带的频带利用率降低。

3.3可变带宽的频带分配

可变带宽的频带分配就是在波带中采用不相等带宽波道传输，系统中多粒度共存，光纤波带中多种带宽共存，波道带宽与波道数量时变不固定。在数据进行信道调制和带宽分配过程中，将用户有时延性能、带宽独享等要求的用户数据采用单独波道传输，其带宽根据用户数据颗粒度采用相应带宽。其他无特殊需求的用户数据，超过波道带宽的大带宽数据以波道带宽为单位进行分割，分成若干个适合单个波道传输的数据单位，采用多波道进行传输，在宿节点接收后进行整合传给用户终端；将用户小于波道带宽的数据进行整合调制，组合成适合单个波道传输的数据单位，采用单波道进行传输，在宿节点接收后进行拆分传给用户终端；将用户刚好适合波道带宽的数据直接采用单波道进行传输。如图2所示，波分系统的波带采用带宽可变的频率分配方案，用户A数据流量大，足以占用一个波道的带宽，采用一个单独波道进行传输；用户B数据流量虽然较小，不足以占用一个波道的带宽，但用户B有时延或独享带宽等需求，于是采用一个单独波道进行传输；用户C和用户D数据流量较小，也无特别需求，于是经过信道调制，共同占用一个波道进行传输。频带的分配是时变的，下一刻频带分配可能会有改变。这种调制方式为带宽动态可变，但对无特殊需求的用户尽量采用固定带宽波道。其优点是带宽可变，调制灵活；多带宽共存，能够满足用户数据的多样化需求；带宽尽量最大化，多数采用大带宽的固定波道，减少波道间隔，频带利用率较高。缺点是由于波道带宽种类多，设备复杂，难于实现；带宽时变，调度及调制难度大，管理和控制难度大。

4结束语

光纤通信带宽动态可变虽然存在设备复杂，信道调制和调度难度大，系统管理控制要求高等问题，制约着光纤通信带宽动态可变的实现，但这是时展中适应用户数据需求的必然趋势。随着SDON（软件定义光网络）、SPTN（软件定义分组传送网）等技术的发展，给光线传送网的发展带来了新的活力。相信不久的将来，带宽动态可变的光纤通信系统必然会成为长途光纤通信网的主流。

作者：曹宇辉 罗爱琼 杨进 王俊杰 单位：中国人民解放军31411部队