北美的电信运营商正在大规模部署视频业务，这些业务包括已有的高速互联网（HSI）和音频业务，以及视频广播和点播（VoD）业务。目前能够支持这些形形色色业务的传输平台无外乎三种结构——基于可重配置光分插复用器（ROADM）的结构，多业务提供平台（MSPP），以及直接通过光纤或无源DWDM系统连接的路由结构。运营商必须仔细选择，以保证采用的结构能够实现最高收益率。
传输技术的选择
城域范围内的传输网络通常通过一个视频前端转发局（VHO）将数据、音频和视频业务送到所有的视频业务服务局（VSO），以实现视频广播和点播，并且通过两个集线局（Hub）将HSI和VoIP业务送到VSO。一个典型的城域三重业务传输网络包括一个VHO，两个Hub和若干VSO。
图1所示为一个包含11个节点的网络。其中八个VSO通过两个环网（每个环网连接四个VSO）与VHO和两个Hub相连。VSO内的边缘路由器负责路由与汇聚所在环内的数据流，同时将数据以GbE电路传输方式送入传输网络。这种环形拓扑可以为VHO和VSO之间的视频流量，以及Hub与VSO之间的HSI流量提供保护倒换。
一个典型的三重业务传输平台包括一个视频前端转发局（VHO）、若干集线局（Hub）和视频业务服务局（VSO）。连接这些设备的网络架构有多种方式。
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前面提到的三种传输技术都可以承载数据、音频与视频业务，不过具体实现方法有所不同。最适宜的方法必须同时考虑网络拓扑结构、规模和流量需求。
通过光纤直接连接的路由结构：如图2所示，一个简化的网络包括5个VSO，最大覆盖范围为8英里。标有“SFP”的方框代表小尺寸可插拔光器件。这个网络中每一个VHO和VSO之间只能承载一路GbE视频点播链路。
此网络中每一条视频链路都有保护链路。工作链路和保护链路采用GbE方式连接，分别走环的不同方向。如果SFP的有效范围是25英里，那么VSO-F到VHO-A的GbE保护链路会超出SFP的范围，结果导致中途到达VSO-C后被路由到其它路径上。同样的，VSO-E、VSO-C和VSO-B出发的GbE链路也会由中间节点重新路由。而VSO-D到VHO-A的工作链路和保护链路距离都满足SFP的要求，不需要中间节点。
通过无源WDM（PWDM）连接的路由结构：前面提到的光纤直接连接方法比较适合流量需求比较小和零散的情况，因此适合用来部署小规模城域网络。但是当网络规模增大，光纤需求急剧膨胀时，这种方法就显得很不经济，光纤的利用率很难提高。因此，可以考虑用PWDM构成连接传输环的链路。路由器的每一个GbE接口都通过更贵一些的低速窄带SFP连接到PWDM节点，然后再由PWDM将所有的波长复用到一根光纤上。
基于MSPP的SONET传输结构：目前北美电信运营商的基础设施都建立于完善的SONET基础网络之上，这是此种传输结构的一个优势。OC-192可以支持每个环路承载8个全速GbE链路。因此SONET的粒度完全可以满足STS-1级别的通信要求。它的这一能力在采用“下路—前进”技术将单向广播处理为组播的场合，可以很容易地将广播业务加进OC-192管道中。
各种设备通过光纤直接与路由器连接。不过SFP收发器的传输距离有限。
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基于ROADM/DWDM的传输结构：DWDM被认为是大容量业务传输领域最有效的方法。1目前VoD和HSI对带宽的需求日益增长，因此DWDM将会是最有效、升级能力最强的方法。
ROADM设备采用“下路—前进”方式将广播内容从VHO递送到环上的每一个VSO上。一个单独波长就可以承载一个线性视频流，而一个10Gbit/sec的波长更可以同时承载8到10路GbE链路或广播包。
AOW（ADM-on-wavelength）是一种具备ADM功能的收发器技术2, 3。它将连接到节点上的流量加进一个波长中，因而不需要为新增流量准备新的波长，以及增加新波长所需的收发器，因此极大地提高了传输效率。
经济性分析
下面将讨论四种传输技术的设备和传输成本。网络模型基于前面介绍的三重业务传输结构，共包括60个VSO节点和一个VHO节点，其中两个VSO同时兼作Hub节点。如图1所示，一个业务环包括VHO、两个Hub和若干VSO。所有的环都必须通过VHO和Hub，而每个VSO同时只能处于一个环上。每个环包括的VSO数目相同，是一个变量。
经济性随着每个VSO的GbE流量变化而变化。结果显示PWDM和ROADM方法经济性最佳。 |
业务环形成的时候，每个环的圆周是各不相同的。通过增加每一段的长度，可以很容易地计算整个环的长度。计算长度的基本假设是，必须保证传输设备，尤其是路由器上的SFP能够覆盖整个距离，而不需要增加额外的放大器和色散补偿。如果这个基本假设不能满足，那么就必须附加放大器和色散补偿模块，其成本会迅速接近有源DWDM结构。
在第一个分析中，总流量需求平均分配到每个VSO上。每个VSO到Hub建立并维持用于承载HSI业务的1GbE连接，同时建立并维持用于视频广播业务的2GbE连接。分配给VoD业务的流量分别为1GbE、1.2GbE、2GbE和3.8GbE。由于变量对VoD流量增长的影响非常小，因此基本不会影响到比较结果。
每个环上的VSO数目不同，PWDM、MSPP和ROADM方法的经济性表现也不同。
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每个业务环路上的VSO数目取5时，计算得到的经济性比较结果如图3所示。可以看到当VSO中的HSI流量小于1GbE、广播流量小于2GbE、VoD小于1GbE时，PWDM所花费的成本最少。当VSO中的VoD流量增长到2GbE时，PWDM的成本就要超过ROADM了。
然而在有些场合，将每个环包括的VSO数目固定为5并不一定是最优的。为了找到不同场合所需VSO的最优数目，我们可以将PWDM、MSPP和ROADM每环包含的VSO数目从3变化到10，然后观察成本随VSO数目变化而变化的趋势。
比较结果显示，PWDM每环包含的VSO的最优数目是5。如图4左上图示，当VSO数目增加的时候，其成本也随之增加。而ROADM随数目的变化趋势比较稳定，即使网络流量非常高的时候，变化范围也只是从32%到46%。MSPP最优的VSO数目是7（如图4左下角图示）。右下角图比较了三种方法的最优性能。很显然三者的差别并不大，包含7个VSO的MSPP性能最佳。
图3和图4说明，在包含15到20个VSO、每个VSO的流量也相同的中等规模城域网络中，几种技术的差别不是很大。而采用光纤直接连接的方式并不适合于大规模和中等规模的城域网络。
换一个视角分析问题
在三重业务传输网络的计划阶段，保持部署范围内可能的流量需求与选用技术的一致性，对成本的控制是非常重要的。下面我们将研究一个能够传输三重业务的环网，这个环网分别采用ROADM和直连PWDM技术构建。前面的讨论已经说明，PWDM在流量较低时性能最好，而ROADM适合于高流量场合。那么决定两种技术谁更经济的流量转折点到底是多少呢？事实上，这个流量转折点应该取决于整个环网容纳的带宽，而整个环的带宽又取决于环内用户的数量。
由于VoD带宽是所有带宽的主体，因此我们主要考虑VoD带宽到达多少时，两种方法的经济性会发生交替变化。包括HSI和广播业务的额外带宽与上一节保持不变，每个VSO承担1GbE的HSI和2GbE的视频广播。VoD带宽从4Gbit/sec变化到20Gbit/sec。这样做可以独立地观察业务环带宽对节点的影响。为此我们必须在每次建模的时候固定VSO的数目不变。
图4显示了环中包括4到6个VSO时两种方法的转折点。当环内的VSO数目大于等于7时，ROADM（4Gbit/sec）比PWDM的成本要低。当环内VSO数目降低到2或3时，网络设计师就很难在避免采用光放大器延长两节点间距离的同时，设计可以连接所有VSO的光纤路径。因此这种情况可以不予考虑。
总的来看，转折点基本位于总的VoD带宽在6.1到6.2Gbit/sec的范围里。为了进一步确定业务环网覆盖范围内的用户数目和转折点范围，还必须知道每个用户能获得的带宽。
假设视频编码采用MPEG-4方式，那么标准清晰度（SD）的视频流速率为2Mbit/sec，高清（HD）视频流的速率是10Mbit/sec。然后再假设每个用户的SD流量占总流量的18%，HD流量占8%。总的VoD带宽是BVoD，总的用户数目是S，那么
当BVoD=6.2Gbit/sec时，S=5342。这说明，如果要设计一个可以容纳5000余名用户的可以承载三重业务的环网，选择ROADM是比较合适的。如果视频编码采用MPEG-2，那么用户数会降低到2800名左右。
ROADM的运营优势
除了前面提到的资本支出问题外，在采用光纤直连或PWDM互联路由器，进而构成整个基础网络的情况下，基于ROADM的有源DWDM系统还具备多种运营优势。实际部署中，ROADM系统不需要建立附加的网络容量，降低了部署时间，而且接口数目较少，也减少了手动连接光纤的时间。
采用ROADM方法，整个网络只需要部署一次物理光纤。未来如果需要增加新的波长，ROADM系统可以为新波长自动调整增益曲线，然后在业务源和目的地之间建立联系即可3。
包交换光网络平台
如果将TDM、基于SONET的以太网和本地以太网带宽管理能力集成到ROADM系统中，其经济性和运营能力还会进一步提高。这些特性的汇聚构成了一种新兴的光网络类别，即“包交换光网络平台”。图6比较了分别部署这些网络元素，以及将它们与以太网和ROADM集成这两种方式能够节省的设备成本。
目前市场对广播和互动视频的需求非常旺盛，这直接驱动电信运营商推广对带宽提出更高要求的互联网接入业务。而部署这些业务需要考虑城域网络的各方面问题，其中就包括一层光网络的架构问题。
本文对几种方法的经济性做了深入讨论。分析结果显示，当每个VSO的VoD带宽低于2Gbit/sec时，基于ROADM的有源DWDM系统比基于PWDM或光纤直连的系统具备更优的经济性。同时敏感性研究显示，在一个最少可以容纳5000个MPEG-4用户或2800个MPEG-2用户的城域网络中，ROADM比无源DWDM系统所需的投资成本更低。
包交换光网络平台把ROADM看作一种功能模块，加入到传统的TDM和以太网中。它作为光网络发展的又一次突破，将布网成本降低到了一个新的程度。
参考文献
1. Larry Steinhorst, Sunan Han, and Eric Koopferstock, “SONET and DWDM: Competing Yet Complementary Technologies for the Metro Networks,” OFC/NFOEC, Section/Page: NTuH1, Mar. 2005.
2. Sunan Han, “Designing Hybrid SONET and DWDM Networks,” IEEE Commu-nications, pp. 106-113, Nov. 2006.
3. Sunan Han, “Architectural and Economic Impact of the Integration of SONET and DWDM Platforms,” OFC/NFOEC, Section/Page: NThA5, Mar. 2006.
4. Cechan Tian and Susumu Kinoshita, “Analysis and Control of Transient Dynamics of EDFA Pumped by 1480 and 980 nm Lasers,”Journal of Lightwave Technology, Vol. 21, No. 8, pp.1728-1733, Aug. 2003.
