新一代光网络体系架构瞄准五大方向

　　城域网因地制宜

　　城域网界于局域网与广域网之间，它覆盖一个城市的地理范围，连接用户的业务聚合设备并和核心网直接相连。不同城域网所采用的网络技术也不同。在城域网的主要技术有SONET、WDM环、以太网等。其中城域WDM环形结构应用广泛。

 
图3 未来绿色光网络体系结构

　　针对单向WDM环形网络考虑3种结构：FG（First-Generaion）光网络，SH（single-hop）网络，MH（multi-hop）网络。在FG光网络中，每个节点流入流出业务都是电处理，包括中继业务；在SH网络中，当节点为源节点或是目的节点的时候才进行电处理；MH网络介于两者之间。当单向WDM环形网有着均匀的业务时，且连接速率接近波长容量，MH网络耗能比FG低 。当连接速率较低时，MH网络比SH网络更好，因为MH网络在业务复用方面更为灵活。

　　以太网节能问题的研究重点，主要在于降低以太网接口的能耗问题。在IEEE 802.3az工作组的工作中，为减小以太网能耗，工作组对高效以太网各种电子接口，包括1000BASE-T和10GBASE-T，进行了标准化处理。这方面研究的主要思路是：在负载较小时，通过降低端口速率甚至关闭端口来降低能耗。关于以太网能耗问题的研究将进一步削减以太网的运营成本，使得以太网逐步成为一项绿色技术。

　　接入网双管齐下

　　作为连接用户终端设备和某种业务网网络节点之间的网络设施，接入网是电信网络的最后一公里设施，组成了电信网络的大部分。现代接入网的特点是综合业务接入，特别是多媒体业务和IP业务的综合接入。有研究表明，由于存在大量活跃节点，接入网消耗了全网的70%的能量。所以，降低接入网的能耗就可显著降低全网络能耗。

　　当前的接入网技术主要有有线接入和无线接入两类。有线接入技术包括xDSL、CM、FTTx等，无线接入技术包括Wi-Fi、WiMAX和蜂窝数据服务（如LTE、2G、3G等）。

　　有线接入介绍当前广泛使用的FTTx，作为FTTx主要技术的PON的节能主要从改进集成电路技术、节能芯片设计、设备改良几个方面来考虑。新型网络长距离无源光网络LR-PON（Long-reach Passive Optical Network）的提出，如图2所示，将传统PON的传输距离由20km延伸到100km，可以为大量接入/城域地区的客户提供宽带接入，是一个有前途的未来接入网的方案。由于在中心局和用户之间采用无源器件实现长距离传输，使得传输耗能大大减小；且合并多种光线路终端和中心局，简化了网络，减少设备接口和网络元素，实现设备的节能。

　　无线接入以蜂窝数据服务为例，在蜂窝数据服务中，由于ad hoc网络节点限制源功率和传输功率，所以通常采用一种基于蜂窝的路由感知协议，来实现能量感知和负载平衡。

　　未来节能网络畅想

　　未来绿色光网络体系结构如图3所示，它应该具有五大特点。

　　其一，整个网络为全光网络，信号交换、选路、传输和恢复等所有功能都以光的形式进行，不但突破了电传输的速率瓶颈，而且无需光/电、电/光转换设备，节省网络能耗。

　　其二，使用动态能量感知路由，根据业务量动态改变路由性能，即根据业务量调整发射器的功率及根据网络节点和链路剩余能耗实现最佳路径选择，从而减小某些网络节点的过度使用，使数据流平均分布在网络节点中。

　　其三，采取动态流量疏导，在不改变ADM和波长的数量及ADM分布的情况下，通过动态改变各个波长所承载的业务，调节业务在波长中的分布，灵活实现波长转化，达到用最少的ADM数量来支持动态改变的业务。

　　其四，根据节点和链路的业务量大小，对于未利用和低于阈值的节点和链路进入休眠，对于高利用率节点设置较低阈值，低利用率节点设置较高阈值，在业务达到阈值则开启节点，低于阈值则选择其它链路，达到动态高效利用节点和链路的目的。

　　其五，采用长距离接入网代替传统城域网和接入网，其光线路终端到本地交换的90km馈线段和本地交换到ONU的10km下线段均采用无源器件传输，减小传统方案有源器件的耗能。由于上行信息的突发模式，使得ONU存在大量空闲时间，可以设计业务触发机制，即有信息传输才启动OUN，无信息则进入休眠模式，以此减小ONU空闲时间能耗。

　　节能光网络是一个近来较新的研究点，本文总结了光网络中的部分节能方案，为节能网络研究有兴趣的研究者提供了参考，希望有助于未来绿色光网络的研究。