光子集成与数字光网络

Infinera概述

Infinera公司的总部在硅谷，是一家光传输设备制造商。其核心技术有光子集成（PIC）技术，传输设备为数字光网络（DTN），主要融合波分复用(WDM)、数字带宽管理和GMPLS技术，应用于城域、区域和长途网络。公司成立于2001年，到2006年8月份已经在市场取得非常好的成绩，第一台商用系统是在2004年底安装，2005年全球10G WDM长途容量市场份额中排名第一位，2006年第一、第二季度排名仍然是第一位，而且市场份额不断增加。数字光网络实际上提供一种简单、便捷的光网路组网方式。与业界其他厂商的解决方案不同，Infinera公司所做的事情是一种“超越常规”的革命性的工作。

集成：必然的趋势

让我们从电路和集成电路（IC）谈起。过去电路采用采用分立器件如电阻、电容、电感等。分立器件有什么问题呢？成本较高，比较容易失效，因为器件的数量比较多，系统体积较大，功耗也大。而一块很小IC芯片，集成了所有分立的电子器件。IC出现以后解决了以前采用分立器件系统相关的成本、体积、功率、功耗以及可靠性等问题，IC本身也成为一产业，而且成为电子行业以及其他相关行业的核心支撑产业，在IC行业的发展中出现一个摩尔定律。IC会带来一个标志性的变化，系统从模拟转向数字，支持更多的新型应用，比如笔记本电脑、手机等等。数字意味着什么呢？我们今天讲的数字意味着智能化、可管理性、可靠...，从数据业务来讲，计算机处理数据必须基于数字的方式，语音、图象正在从模拟转向数字，对于传输带宽，同样希望它转向数字的带宽管理。

对于光通信行业情况又是如何呢？这张图左边是激光器，右边是调制器，还有接收器。右图是常规的WDM系统，它的体积非常大，而且光纤连接头也很多。分立器件有哪些缺点和不足呢？分立光器件的成本很高，其成本包括芯片成本、封装成本，大量的成本耗在封装上，它比较容易失效，体积大，相应的功耗也很大。目前常规的WDM系统就是通过分立的光器件构造，显然存在同样的问题，包括成本、失效性、体积等。

希望电路集成的发展规律能对光通信器件的发展有所启示。光最大的优势就是容量，如果用光做信息处理，实际它是很笨的，因为光目前本质上还是模拟的。对于WDM来讲，真正商用的时间差不多有10年，作为点对点的传输技术WDM是非常成功，但是作为一个完备的组网技术来讲，WDM技术还有很多缺陷，许多厂商都希望改善、规避这一缺陷。是否可能通过数字方式来实现数字的WDM网络呢？数字管理是数字电路的优势。由于单个器件的成本很贵，单个波长的光电（OEO）转换的成本也很贵，对WDM系统实现完整的数字管理，OEO成本是关键。

举个例子，对于100G的传输采用10个波长，如果用分立器件做，需要用10个激光器、10个调制器、10个波长锁定器、10个接收机，还有分合波器。有没有可能把这些东西统统做到一起呢？这就是光子集成考虑的问题，也是Infinera公司创始人所考虑的问题。如果光集成芯片得以实现，对网络有什么好处呢？对系统设备产生什么影响呢？

集成OEO转换会诞生数字光网络，10个波长的OEO转换成本明显下降了，可能实现一个基于WDM的组网技术，而且运营商的前期投入和未来运营投入都会明显的下降，光网络越来越灵活，调度也越来越方便。基于PIC芯片的光传输设备会有什么好处呢？每一个子架所能支持的业务端口数会有两到四倍的增加，数字带宽管理会非常方便，客户在安装、规划和使用数字光网络设备的时候节省时间达到75％以上，由于光纤连接头数目明显降低，系统失效率也会降低97％以上。从业务的角度，由于采用数字方式配置网络，带宽很富裕，未来的兼顾性明显提高。

数字节点和光节点的比较

上面这张图是传统的光节点，光节点分两个层次，下面是光层，本质上是模拟的，要做光功率放大均衡、衰减，电层主要是完成业务接入。而在数字光网络的数字节点中所有光信号都经过OE转换，在电层实现信号的再生、纠错能、交换，业务疏理，甚至性能监控，这一点在模拟光网络实现就比较复杂。配置光网络的时候，传统做法是以一个波长为基础。由于传输光路由的长度不一样，每一个路由都要做特别的规划，需要考虑功率均衡和色散等光链路设计问题。而数字节点采取多信道OEO，其实现方式非常简单：任何的路由变化都不会影响原初始设计。对于传统网络，如果要做交换就必须在WDM设备上叠加一个交换设备，当传输容量特别大的时候，设备可能会遇到升级的问题。数字节点就没有这个问题。从网络智能化的角度来讲，如果出现断纤的情况，必须要考虑保护光路由，需要预先进行设计规划，如果网络节点很多，其规划和设计非常困难。
数字光网络结合了WDM和SDH的优点

这张图横坐标是成本，纵坐标是业务的灵活性。SDH成本比较高，作为一个业务承载平台有很多不足。WDM是很好的传输技术，但是从组网角度，存在天然缺陷。如果我们组环网，并对环网进行保护，如果环网存在七、八个甚至更多节点，整个环网的带宽消耗的速度会非常快，这仅仅是问题之一。数字节点就是充分利用光纤传输在容量上优势，所有管理信息都在电域处理，这就是所谓的数字节点理念。数字光网络实际上就是提供WDM的灵活度，运营商由于数字光网络的出现已经不需要在SDH和WDM设备之间进行痛苦抉择。

结语

许多客户很喜欢基于PIC的DTN设备。DTN在市场上接受程度非常好，从05年三季度第一次季度排名第一，06年二季度市场份额已经占到29％，这一发展势头已经充分证明DTN的优势和潜力。我今天演讲的目的之一，就是告诉运营商等用户，这个非常好的消息。

从分立到集成，集成是一种发展趋势，这点电子器件已经很成功。从模拟系统转向数字系统，人们受益非浅，数字应用更加方便更加人性化。光子集成在光通信领域也在创造跳跃性的革命，光子集成会让光网络从模拟转向数字。在光层采用WDM技术提供了传输容量，在电层做数字带宽的管理，在控制层面采用GMPLS实现网络智能化。Infinera在市场的成绩单已经充分说明数字光网络是很受欢迎的。值得一提，数字光网络的性能在业务调度的灵活性上会比ROADM好很多。

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