光传输发展史

  ICC讯 利用光进行信息传输的方式可以说历史悠久。远古时代的“烽火戏诸侯”就已让人们体验了通过光来传递信息的便捷。然而，这种原始的光通信方式比较落后，可靠性不强。社会信息传递的发展需要促进了现代光通信的诞生。

  现代光通信的开端

  1880年，贝尔发明了第一个光电话系统，通话距离为213米。这标志着现代光通信的开启。那光电话是如何实现的呢?

  1.利用太阳光或弧光灯作为光源，将光束经过透镜后，聚焦于话筒的震动片上。2.随着人的讲话，震动片反射的光会产生强弱的变化，从而将语音信息承载在光波上。

  3.接收端通过抛物镜把光信号聚焦到硅光电池上，将光电池电流变化转化为声音信号。

  4.声音信号送到受话器，就可以听到从发送端送过来的声音了。

  由于光电话没有可靠、高强度的光源，也没有稳定的、低损耗的传输媒质，导致光在大气中传输损耗太大，远距离通信困难，在有遮挡物时甚至无法通信。

  为了解决光电话面临的问题，科学家们坚持不懈地实验研究。

  1966年，英籍华人高锟提出了光纤传输理论，但当时光纤损耗高达3000 dB/km。

  1970年，石英光纤和半导体激光器技术的研发，使得光纤损耗降低到20 dB/km，且激光强度高、可靠性强。

  1976年，光纤技术的继续发展，使得损耗已减小至0.47 dB/km，这意味着传输媒质的损耗问题已解决。

  解决了光纤和激光器的问题后，PDH技术推动光传输网进入迅速发展的阶段。

  PDH

  早在1972年，ITU-T(国际电信联盟电信标准分局)前身CCITT(国际电信咨询机构)就提出了第一批PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字体系)建议。PDH是传输网最初采用的传送技术，但PDH没有世界性的电接口和光接口标准，无法直接将低速信号分离或插入高速信号，这导致在高速信号中分离和插入低速业务的处理流程过于繁琐，效率低下。

  在传送业务时，PDH就像铁路运输的散装列车，货物是杂乱堆在车厢内的，若想把特定的货物在某站点取下，需要把所有货物先卸载下来，找到你所需要的货物，再把剩下的货物及需要在该站点新装的货物搬上列车，再运走。这样，每分离或插入一次货物，就要翻箱倒柜的折腾一次!

  SDH

  1988年，国际电信组织通过了第一批SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)建议。到1990年以后，SDH成为光纤通信的基本传输方式。

  SDH定义了规范的业务数据结构，解决了PDH没有标准接口的问题，使得低速SDH信号在高速SDH信号中的位置是有规律的，易查询的，可直接在高速信号中分离/插入低速信号。

  在传送业务时，SDH就像集装箱列车，各种货物贴上标签后装入集装箱。然后多个小箱装入大箱，一级套一级，且每次装箱前都会贴上能识别货物的标签。这样通过标签查询就可以准确的知道某一包货物在哪个集装箱的哪个箱子内，能在列车上快速的找到目标货物，直接取出。再也不需要翻箱倒柜的折腾了，效率大大提高啦~

  MSTP

  21世纪初期，短信、彩信、电子商务、实时视频等多种IP业务快速发展，促使基于SDH的MSTP(Multi-Service Transport Platform，多业务传输平台)在2002年诞生了。PDH和SDH主要都是传送语音业务，但MSTP就可以传送图像、视频等更大容量的业务了。因为MSTP的实现基于“SDH+以太网+ATM”，其中ATM的全称是Asynchronous Transfer Mode，即异步传输模式，支持语音、数据、图像、视频等的传输。

  MSTP传送业务的方式，和SDH一样，也是将各货物打包贴上标签后，放入标准大小的集装箱进行传输。只是MSTP多了以太网和ATM接口，可以传输的货物类型更多啦~

 WDM

  早在90年代，就有研究人员提出了WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)的概念。而直到90年代后期甚至21世纪，WDM才被广泛建设和使用。WDM解决了前面PDH、SDH和MSTP资源浪费的问题。PDH/SDH/MSTP时代，一根光纤只有一个波长，不同业务之间时分复用，业务占用固定时间段，如果该时间段无业务，就浪费了。相当于一条高速公路只有一条车道，然后该车道按时间段租给货运公司使用，而不管该货运公司是否有货物运输。那么当货运公司没有货物运输时，就造成了资源浪费。

  提倡环保，节约资源，WDM应运而生。WDM时代，一根光纤可传输多个波长，相当于高速公路可以提供多条车道，整体带宽或业务承载能力提升了。但其每个车道可能还是提供给PDH/SDH/MSTP使用，即每个车道还是按时间段租给货运公司使用的，只是车道变多了，可以同时传送多个货物了。

  而根据车道间距大小，WDM又可分为两类：

  CWDM：稀疏波分复用。车道间隔较大，一般为20 nm，划分的车道较少。

  DWDM：密集波分复用。车道间隔较小，小于或等于0.8 nm，划分的车道较多。DWDM是后续被广泛应用的传输方式。

  OTN

  21世纪，数字电视、远程会议、网络直播等业务遍地开花，这些新兴业务对传输网络的带宽及可靠性都有了更高的要求。相对于WDM技术，OTN(Optical Transport Network，光传送网)网络能提供更大带宽、更可靠的传输。WDM，特别是DWDM技术通过划分多个波道后，能轻松的成倍增加传输带宽。但是WDM在不断扩展带宽的时候，却忽略了需同步加强对它的监管，导致WDM在传送中调度很不灵活。比如一个货物要从成都运到深圳，预先分配的车道是8车道(第8波)，那么从成都到深圳全程都是第8车道，就算第8车道因故堵塞也不能换道。除非你经过了高速口(光再生段)，如成都-广州、广州-深圳，那么你在广州可以有一次更换车道的机会，而且这种更换车道的代价是为你这次的行为专门修一条路(布放光纤)。但是SDH遇到这种情况时，就统一在广州修一个调度中心，在调度中心换成需要的车道就好。

  于是，对WDM和SDH综合考虑，取长补短，试图将两者的优势都全力发挥，进而诞生了OTN。OTN基于WDM的大容量传输，借鉴SDH的强大监管功能(OAM功能)，实现了灵活调度的大容量传输，并且还具备了SDH的完善保护机制。

  PTN/IPRAN

  21世纪新兴业务的兴起，特别是IP业务的快速发展，催生了PTN和IPRAN两种高效传送IP数据的方式，它们解决了MSTP面临的问题。MSTP最初是为了解决IP业务在传输网的承载问题，但是它的改进不彻底，因为MSTP只提供几种固定大小的箱子，发货时根据自己需要的最大箱子来运输，这会存在大箱子装小尺寸货物的情况，而且不管有没有货物，都要发一个固定大小的箱子。相当于某货运公司承包了一节火车车厢，有多少货就发多少货，最多发满一车厢，没有货就发空车厢。很明显，这其中造成了2大浪费：大箱子装小尺寸货物;运输空箱子。比如：你要给女友快递一份七夕礼物，一支口红、一盒巧克力、或是一个布偶，它们可能会用同样大的箱子打包，那么装口红、巧克力的箱子就浪费了极大的空间。

  PTN/IPRAN技术正好能解决MSTP的浪费问题。PTN/IPRAN相当于所有货运公司共用列车所有车厢，有多少货物就发多少货物，只要总货物量不超过整个列车的能力即可。同时，货物包装时，可根据货物大小量身定制相应尺寸的箱子。那么在运输时，就会根据口红、巧克力和布偶的自身大小，定制相应尺寸的包装箱，使得运输空间得到最大程度的利用。

  IPRAN和PTN主要区别在于给货物贴标签的方式不同。可以这么理解，PTN就像传统的手工方式填写快递单，IPRAN则可通过机器自动打印快递单。

  总结和展望

  传统的光传输技术主要就是这些啦，我们一起回顾一下光传输发展史。

  我们清晰的看到，光传输技术的演进方向是：带宽越来越大、时延越来越低、支持的业务类型越来越多。目前即将进入5G新时代，传输网通过引入FlexE、FlexO、SR、IPv6、ROADM、高精度同步、网络切片等多个5G新技术，提供超大带宽、超低时延和灵活互联，从而有力支撑eMBB、URLLC和mMTC三大应用场景的实现，为我们带来更美好的明天!

  文中涉及的缩略语：

  PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字体系)

  SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)

  MSTP(Multi-Service Transport Platform，多业务传输平台)

  WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)

  OTN(Optical Transport Network，光传送网)

  PTN(Packet Transport Network,分组传送网)

  IPRAN(IP Radio Access Network，无线接入网IP化)

  eMBB(Enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带)

  URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication，超高可靠超低时延通信)

  mMTC(Massive Machine Type of Communication，海量机器类通信)

  FlexE(Flexible Ethernet，灵活以太网技术)

  SR(Segment Routing，分段路由)

  FlexO(Flexible Optical Transport Network，灵活光传送网)

  ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)