摘 要：本文是从城域光网络的网络结构和技术特点以及业务市场的基础上，对粗波分复用技术进行详细的分析，对粗波分复用技术在城域光网络中的应用进行了分析。
关键词：城域光网络；波分复用；粗波分复用；应用分析
由于数据业务的快速增长和业务模式的日益多样化，简化网络、提高容量和效率的需求正在推动城域网从现在的基于SDH的网络结构演变为动态的、智能的多业务光网络。城域光网络是一种新兴的组网方案，使业务提供者在拥有灵活的高容量网络的同时，避免频繁的网络升级或敷设更多的光纤，从而经济地升级为具有未来安全性的网络。
WDM技术和随之而来的带宽爆炸式增长正在促进新的电信网络结构的出现。波分复用技术是目前满足急剧增长传输容量需求的有效技术，WDM系统已经在长途网中得到广泛应用，由于业务需求的提高和业务特性的变化，WDM正在从网络核心向城域和接入领域扩张，目标是给终端用户带来光组网的成本效率和网络效率。
1 城域光网络的网络结构和技术特点
1.1 城域光网络的网络结构
通常，城域光网络（MON）是指跨度为几百公里的光网络，一般为大型的、用户比较集中的城市地区提供服务。MON在长途网和接入网之间提供桥梁，将接入网中企业/个人用户的各种客户协议互联到骨干业务提供者的网络。
在MON中，光业务节点应具备几个基本的结构特征，以满足MON的网络要求。多协议传送是MON必备的特征。理想的MON的结构本质上就应该能够传送ATM信元、IP分组、以太网的帧和TDM电路等，将相应的业务流传送到POP的ATM交换机、IP路由器和DCS等。
光业务节点必须支持环形拓扑，以保证现有的网络基础设施有序地升级，并保持TDM应用所需要的保护和恢复功能，而且光业务节点必须能够在点到点星型拓扑中开展，因为星型结构在为高速Internet接入或类似的非电路应用而优化的接入网中越来越流行。最后，光核心网要求网状拓扑和保护支持，这在局间设备和POP互联的情况下经常使用。获得运营效率的关键是开展和管理一个支持混合拓扑配置的网络能力。
光业务节点采用WDM技术来满足网络对扩容性的要求，此时应考虑两个关键因素。首先，WDM的使用必须全方位扩展到网络的边缘，传送高端接入业务。对于业务只占用波长容量的一部分的接入环境来说，光业务节点需要在各节点间有效地共享容量，否则采用WDM技术就不够经济。其次，运营者必须能够灵活地、有选择地开展WDM技术。当单个波长的容量用尽时，有时“点亮”另外一根光纤比采用WDM更为简单和经济。光业务节点的结构应该能够根据运营者的特殊需要灵活地扩展容量。
1.2 城域光网络的技术特点
城域光网络与现在的长途光网络明显不同。在长途网中，容量最为重要，采用DWDM技术来提高给定光纤传输链路的信号承载容量。设备制造商的开发重点是复用的密度，使每条光纤达到最高的波道数，为运营公司最大限度地节省成本。
城域光网络则互联一个城市或地区内的LEC的中心局4、ISP的POP、数据网集中和集成站，IXC的POP以及大型企业等。现在的城域WDM市场已安装了大量的低比特率同步和异步传输设备、短环、小型交叉连接设备和对带宽要求各异的用户设备，因此对系统的灵活性、透明性、动态配置能力有更高的要求。在城域光网络中，下列因素比链路容量更为重要：⑴透明性：支持TDM和ATM、千兆比特以太网、ESCON和Fiber Channel等各种数据信号格式的能力；⑵扩容性：迅速支持对点到点链路容量的需求的能力，更为重要的是支持对现有SDH环网的各跨距容量需求的能力；⑶动态配置：快速（以天而不是以月为单位）提供VPN和带宽专线等高带宽业务的能力。
城域光网络是在短期和长期都具有竞争实力的组网方案，具有扩容性、多业务提供能力、透明性和灵活性等特点，网络平台能够满足不断变化的市场需求，即具有未来安全性。
2 粗波分复用城域网的应用分析
传统的城域传输网络完全伴随业务网络的产生而产生，这在前几年电信业务还只是话音业务、运营商也只是中国电信一家时还是可行的。而在新时期数据业务（特别是IP业务）呈爆炸式增长，电信市场也处于多家运营商竞争的形势下，城域传输网络已经不再是纯粹作为业务网络的载体而存在。由于近几年传输技术的发展，传输网络和业务网络的界限也趋于模糊。因此运营商应该改变原有的传输网络的经营思路，光传输网络必须从单纯的业务传输网向混合的服务提供网络的方向发展，客户化、服务差异化和网络智能化日趋明显。
2.1 波分复用在城域网的建设策略
城域传送网通常分为骨干、汇聚、接入层。建设层次清晰，功能明确的城域网将成为运营公司在日后的网络扩容、升级、运维节省可观的投入。城域传送网可以分三层建设，也可以分两层即骨干/汇聚层、接入层来建设。前者适合于大城市或运营公司的优势区域，后者适合于中小型城市或新兴运营区域。两层结构部署简单、快捷，能快速增强运营的竞争力，但网络的扩展性相对较差。
⑴骨干层。骨干层由于省会大城市的用户众多。昂贵的DWDM设备可以由城域网内所有用户分摊，净成本/bit可以达到一个较低的水平，因此在业务量特别大且预计未来业务流量将保持较高增长速度的区域新建城域核心传输网时，建议优先采用DWDM技术。其优势在于可以将当前单独组网的IP宽带网和城域传输网的核心层统一到一个城域波分物理平台上，由此平台提供的波长资源分别承载SDH、MSTP和IP宽带业务，这样不仅有利于网络的统一管理，而且还可通过灵活调度波长资源，快速满足IP网迅速增长的带宽要求，解决光纤直连方式对光纤资源的快速消耗问题，以提高网络资源的利用率。
⑵汇聚层。汇聚层负责将本地交换局或者具有AAA功能、完成接入、流量控制的数据网汇聚节点连接到骨干节点，汇聚层以多业务汇聚、传送、调度和处理为核心，对带宽需求的多样化，要求汇聚层可扩展性高、成本低，汇聚层设备对组网能力、业务汇聚特别是分组业务的汇聚内陆要求高。因此，对于汇聚层来说，当城域全范围或局部区域业务量很大且光缆紧张，传输需扩容时可以使用CWDM技术甚至DWDM技术。
⑶接入层。接入层由于CWDM技术还存在成本偏高的问题，暂时还不会是接入层的主流技术，但对于光纤资源缺乏的局部区域，可考虑采用低成本的CWDM技术。一般认为，对于较大的城域网，在核心层和汇聚层，传输网与IP网宜分别组网，即少量使用MSTP技术，IP网的承载可通过光纤、DWDM/CWDM的波长直连，也可通过传输网的带宽通道提供。
2.2 粗波分复用技术特点
粗波分复用技术（CWDM）最初用于多模光纤中传输数字视频信号。而随着城域网市场的发展，粗波分复用技术正逐渐显现出其在系统成本、性能及可维护性等方面的优势。目前，该技术被定位于城域网传输平台中的业务汇聚层，它与密集波分复用DWDM的区别主要是：CWDM载波通道间距较宽，其波长间隔为20nm；DWDM的波长间隔在1.6nm以下，同一根光纤上CWDM复用的波长数要少得多。由于目前城域网的业务灵活多样，带宽颗粒分布几乎没有严格的规律及可预见性，因此对传输系统的适应性要求很高；同时，城域网中的业务特别是数据业务，需要在光层全面考虑其业务的可靠性及QoS保障，因而波分复用技术引入城域网已是大势所趋。随着宽带需求遍及边缘网络，低价传输系统对于接入网和城域网业务提供商而言就显得非常迫切。CWDM为城域网和截然网提供了一种可升级的体系结构，且越来越被广泛地接受。ITU认为CWDM特别适合50km以内容量不是特别大的短距、高带宽、接入点密集的应用场合，因为这样可以有效降低运营成本。
低成本的设计使CWDM系统可以采用较为简单的控制电路，在单个模块中就可以实现多路光收发器。DWDM系统的激光器尺寸大约是CWDM系统激光器的尺寸体积的5倍；CWDM设备可以设计结构紧凑的台式或盒式设备，以方便维护。一个完成8路汇聚的DWDM系统需要4个2.6m机架、24个机盘；而CWDM系统可以是仅为1U高的标准19英寸机盒，大大节省了空间资源。所以，CWDM技术充分适应了城域传输网传输距离短的特点：即不必使用长途DWDM必须使用的外调制器和光放大器，波长数的增加和扩展不必受光放大器频带的限制，允许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器/分波器和其他元件，使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降。在1270-1610nm的整个光纤传输窗口上，可以以比DWDM系统宽得多的波长间隔进行波分复用。
CWDM技术的不足之处在于在单根光纤上支持的复用波长个数较少，直接导致日后扩容成本较高。此外，要想完全利用其近400nm的光纤工作带宽范围，建设一个如16波的CWDM系统，其中包括1380nm的高损耗区，普通的光纤根本就无法适应，需敷设损耗“平坦”的全波光纤才能满足要求。考虑到成本、开通系统速率、传输距离等多方面的因素，一般城域网内只采用G.652光纤，全波光纤能否推动CWDM技术的推广还需实践检验。
2.3 CWDM在城域网的应用
在城域网范围内，网络成本主要来源于接入端设备的成本而非传输线路成本。目前适合城域网的DWDM还存在长途网的特点，且为端到端的逻辑连接，拓扑结构不灵活，还不能适应城域网内复杂机动的多逻辑拓扑。
CWDM系统延续了DWDM技术的优势，具有DWDM技术所不具备的低成本、低功耗、小尺寸等一些优点，在0～80km内实现了较高的性能价格比，解决了困扰城域网建设的性价比问题，并利用了现有城域光纤基础设施，满足了未来小型城域网及大型城域网汇聚、接入层业务所需要的带宽。
CWDM技术在城域网中适用与点对点、以太网、SDH环等各种流行的网络结构，特别适合短距离、高带宽、接入点密集的应用场合，如大楼内或大楼之间的网络通信。CWDM系统和DWDM系统一样能够支持多业务接口，具有广泛的适应性。CWDM系统在城域网中的应用优势如下：⑴CWDM传输系统可以和路由器结合组织汇聚层网络，构成宽带IP城域网。CWDM系统可为路由器和ATM交换机提供光纤直连接口，实现IP over optical。在IP over CWDM的环境下可以与百兆比特或GE以太网无缝连接，中间不需要格式转换。可以将CWDM系统直接与路由器相连，直接驱动CWDM设备以传输多路千兆以太网光信号，并可根据需要逐步增加波长通道。⑵CWDM系统允许运营商提供透明的以波长为基础的业务，可以兼容在城域网中已得到广泛应用的1310nm的SDH系统，提供SDH接口，实现IP over SDH。⑶CWDM系統也可以通过使用OUT和OADM接入DWDM骨干层，各波长和数据流都可以进行分/插，与使用标准波长的DWDM系统互联或成环。⑷在宽带拉曼放大环境下，CWDM技术好具有应用于长途传输的能力。⑸CWDM可与PON搭配使用。PON是一种廉价的、一点对多点的光纤通信网络，通过与CWDM相结合，每个单独波长信道都可作为PON的虚拟光链路，实现中心节点与多个分布节点的宽带数据传输。
3 结束语
WDM技术一直在高速发展，也将在未来较长的一段时间作为传输的主要技术。它向两个方向发展。一是更多的通道数更大的通信容量；二是更低的成本。DWDM和CWDM分别是这两个方向的典型技术。
作为网络的物理层传输平台，CWDM发展的趋势是高带宽和低成本，这和DWDM技术所努力的方向是一样的，但这两个发展趋势对两者来说优先顺序是不同。与长途DWDM把尽可能通过带宽作为首要目标不同，CWDM必须把降低成本放在首位。目前短途波分复用设备并没有像预测那样大量装备，主要原因是CWDM成本还没有低到让大多数网络服务提供商心动。波分复用技术继WAN之后，将在城域网，甚至局域网发挥巨大作用。随着器件性能不断提高，成本不断降低，CWDM通道越来越密集，DWDM成本越来越低，两者将合二为一，实现未来理想的光网络。
