利用光進(jìn)行信息傳輸?shù)姆绞娇梢哉f歷史悠久。遠(yuǎn)古時(shí)代的“烽火戲諸侯”就已讓人們體驗(yàn)了通過光來傳遞信息的便捷。然而，這種原始的光通信方式比較落后，可靠性不強(qiáng)。社會信息傳遞的發(fā)展需要促進(jìn)了現(xiàn)代光通信的誕生。

現(xiàn)代光通信的開端

1880 年，貝爾發(fā)明了第一個(gè)光電話系統(tǒng)，通話距離為 213 米。這標(biāo)志著現(xiàn)代光通信的開啟。那光電話是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

1.利用太陽光或弧光燈作為光源，將光束經(jīng)過透鏡后，聚焦于話筒的震動片上。

(資料圖片僅供參考)

2.隨著人的講話，震動片反射的光會產(chǎn)生強(qiáng)弱的變化，從而將語音信息承載在光波上。

3.接收端通過拋物鏡把光信號聚焦到硅光電池上，將光電池電流變化轉(zhuǎn)化為聲音信號。

4.聲音信號送到受話器，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。

由于光電話沒有可靠、高強(qiáng)度的光源，也沒有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸媒質(zhì)，導(dǎo)致光在大氣中傳輸損耗太大，遠(yuǎn)距離通信困難，在有遮擋物時(shí)甚至無法通信。

為了解決光電話面臨的問題，科學(xué)家們堅(jiān)持不懈地實(shí)驗(yàn)研究。

1966 年，英籍華人高錕提出了光纖傳輸理論，但當(dāng)時(shí)光纖損耗高達(dá) 3000 dB / km。

1970 年，石英光纖和半導(dǎo)體激光器技術(shù)的研發(fā)，使得光纖損耗降低到 20 dB / km，且激光強(qiáng)度高、可靠性強(qiáng)。

1976 年，光纖技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，使得損耗已減小至 0.47 dB / km，這意味著傳輸媒質(zhì)的損耗問題已解決。

解決了光纖和激光器的問題后，PDH 技術(shù)推動光傳輸網(wǎng)進(jìn)入迅速發(fā)展的階段。

PDH

早在 1972 年，ITU-T（國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）前身 CCITT（國際電信咨詢機(jī)構(gòu)）就提出了第一批 PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，準(zhǔn)同步數(shù)字體系）建議。

PDH 是傳輸網(wǎng)最初采用的傳送技術(shù)，但 PDH 沒有世界性的電接口和光接口標(biāo)準(zhǔn)，無法直接將低速信號分離或插入高速信號，這導(dǎo)致在高速信號中分離和插入低速業(yè)務(wù)的處理流程過于繁瑣，效率低下。

在傳送業(yè)務(wù)時(shí)，PDH 就像鐵路運(yùn)輸?shù)纳⒀b列車，貨物是雜亂堆在車廂內(nèi)的，若想把特定的貨物在某站點(diǎn)取下，需要把所有貨物先卸載下來，找到你所需要的貨物，再把剩下的貨物及需要在該站點(diǎn)新裝的貨物搬上列車，再運(yùn)走。這樣，每分離或插入一次貨物，就要翻箱倒柜的折騰一次！

SDH

1988 年，國際電信組織通過了第一批 SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）建議。到 1990 年以后，SDH 成為光纖通信的基本傳輸方式。

SDH 定義了規(guī)范的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，解決了 PDH 沒有標(biāo)準(zhǔn)接口的問題，使得低速 SDH 信號在高速 SDH 信號中的位置是有規(guī)律的，易查詢的，可直接在高速信號中分離 / 插入低速信號。

在傳送業(yè)務(wù)時(shí)，SDH 就像集裝箱列車，各種貨物貼上標(biāo)簽后裝入集裝箱。然后多個(gè)小箱裝入大箱，一級套一級，且每次裝箱前都會貼上能識別貨物的標(biāo)簽。這樣通過標(biāo)簽查詢就可以準(zhǔn)確的知道某一包貨物在哪個(gè)集裝箱的哪個(gè)箱子內(nèi)，能在列車上快速的找到目標(biāo)貨物，直接取出。再也不需要翻箱倒柜的折騰了，效率大大提高啦~

MSTP

21 世紀(jì)初期，短信、彩信、電子商務(wù)、實(shí)時(shí)視頻等多種 IP 業(yè)務(wù)快速發(fā)展，促使基于 SDH 的 MSTP（Multi-Service Transport Platform，多業(yè)務(wù)傳輸平臺）在 2002 年誕生了。

PDH 和 SDH 主要都是傳送語音業(yè)務(wù)，但 MSTP 就可以傳送圖像、視頻等更大容量的業(yè)務(wù)了。因?yàn)?MSTP 的實(shí)現(xiàn)基于“SDH + 以太網(wǎng) + ATM”，其中 ATM 的全稱是 Asynchronous Transfer Mode，即異步傳輸模式，支持語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等的傳輸。

MSTP 傳送業(yè)務(wù)的方式，和 SDH 一樣，也是將各貨物打包貼上標(biāo)簽后，放入標(biāo)準(zhǔn)大小的集裝箱進(jìn)行傳輸。只是 MSTP 多了以太網(wǎng)和 ATM 接口，可以傳輸?shù)呢浳镱愋透嗬瞺

WDM

早在 90 年代，就有研究人員提出了 WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用）的概念。而直到 90 年代后期甚至 21 世紀(jì)，WDM 才被廣泛建設(shè)和使用。WDM 解決了前面 PDH、SDH 和 MSTP 資源浪費(fèi)的問題。

PDH / SDH / MSTP 時(shí)代，一根光纖只有一個(gè)波長，不同業(yè)務(wù)之間時(shí)分復(fù)用，業(yè)務(wù)占用固定時(shí)間段，如果該時(shí)間段無業(yè)務(wù)，就浪費(fèi)了。相當(dāng)于一條高速公路只有一條車道，然后該車道按時(shí)間段租給貨運(yùn)公司使用，而不管該貨運(yùn)公司是否有貨物運(yùn)輸。那么當(dāng)貨運(yùn)公司沒有貨物運(yùn)輸時(shí)，就造成了資源浪費(fèi)。

提倡環(huán)保，節(jié)約資源，WDM 應(yīng)運(yùn)而生。

WDM 時(shí)代，一根光纖可傳輸多個(gè)波長，相當(dāng)于高速公路可以提供多條車道，整體帶寬或業(yè)務(wù)承載能力提升了。但其每個(gè)車道可能還是提供給 PDH / SDH / MSTP 使用，即每個(gè)車道還是按時(shí)間段租給貨運(yùn)公司使用的，只是車道變多了，可以同時(shí)傳送多個(gè)貨物了。

而根據(jù)車道間距大小，WDM 又可分為兩類：

CWDM：稀疏波分復(fù)用。車道間隔較大，一般為 20 nm，劃分的車道較少。

DWDM：密集波分復(fù)用。車道間隔較小，小于或等于 0.8 nm，劃分的車道較多。DWDM 是后續(xù)被廣泛應(yīng)用的傳輸方式。

OTN

21 世紀(jì)，數(shù)字電視、遠(yuǎn)程會議、網(wǎng)絡(luò)直播等業(yè)務(wù)遍地開花，這些新興業(yè)務(wù)對傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬及可靠性都有了更高的要求。相對于 WDM 技術(shù)，OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)能提供更大帶寬、更可靠的傳輸。

WDM，特別是 DWDM 技術(shù)通過劃分多個(gè)波道后，能輕松的成倍增加傳輸帶寬。但是 WDM 在不斷擴(kuò)展帶寬的時(shí)候，卻忽略了需同步加強(qiáng)對它的監(jiān)管，導(dǎo)致 WDM 在傳送中調(diào)度很不靈活。

比如一個(gè)貨物要從成都運(yùn)到深圳，預(yù)先分配的車道是 8 車道（第 8 波），那么從成都到深圳全程都是第 8 車道，就算第 8 車道因故堵塞也不能換道。除非你經(jīng)過了高速口（光再生段），如成都-廣州、廣州-深圳，那么你在廣州可以有一次更換車道的機(jī)會，而且這種更換車道的代價(jià)是為你這次的行為專門修一條路（布放光纖）。但是 SDH 遇到這種情況時(shí)，就統(tǒng)一在廣州修一個(gè)調(diào)度中心，在調(diào)度中心換成需要的車道就好。

于是，對 WDM 和 SDH 綜合考慮，取長補(bǔ)短，試圖將兩者的優(yōu)勢都全力發(fā)揮，進(jìn)而誕生了 OTN。

OTN 基于 WDM 的大容量傳輸，借鑒 SDH 的強(qiáng)大監(jiān)管功能（OAM 功能），實(shí)現(xiàn)了靈活調(diào)度的大容量傳輸，并且還具備了 SDH 的完善保護(hù)機(jī)制。

PTN/IPRAN

21 世紀(jì)新興業(yè)務(wù)的興起，特別是 IP 業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，催生了 PTN 和 IPRAN 兩種高效傳送 IP 數(shù)據(jù)的方式，它們解決了 MSTP 面臨的問題。

MSTP 最初是為了解決 IP 業(yè)務(wù)在傳輸網(wǎng)的承載問題，但是它的改進(jìn)不徹底，因?yàn)?MSTP 只提供幾種固定大小的箱子，發(fā)貨時(shí)根據(jù)自己需要的最大箱子來運(yùn)輸，這會存在大箱子裝小尺寸貨物的情況，而且不管有沒有貨物，都要發(fā)一個(gè)固定大小的箱子。相當(dāng)于某貨運(yùn)公司承包了一節(jié)火車車廂，有多少貨就發(fā)多少貨，最多發(fā)滿一車廂，沒有貨就發(fā)空車廂。很明顯，這其中造成了 2 大浪費(fèi)：大箱子裝小尺寸貨物；運(yùn)輸空箱子。

比如：你要給女友快遞一份七夕禮物，一支口紅、一盒巧克力、或是一個(gè)布偶，它們可能會用同樣大的箱子打包，那么裝口紅、巧克力的箱子就浪費(fèi)了極大的空間。

PTN / IPRAN 技術(shù)正好能解決 MSTP 的浪費(fèi)問題。PTN / IPRAN 相當(dāng)于所有貨運(yùn)公司共用列車所有車廂，有多少貨物就發(fā)多少貨物，只要總貨物量不超過整個(gè)列車的能力即可。同時(shí)，貨物包裝時(shí)，可根據(jù)貨物大小量身定制相應(yīng)尺寸的箱子。那么在運(yùn)輸時(shí)，就會根據(jù)口紅、巧克力和布偶的自身大小，定制相應(yīng)尺寸的包裝箱，使得運(yùn)輸空間得到最大程度的利用。

IPRAN 和 PTN 主要區(qū)別在于給貨物貼標(biāo)簽的方式不同?？梢赃@么理解，PTN 就像傳統(tǒng)的手工方式填寫快遞單，IPRAN 則可通過機(jī)器自動打印快遞單。

總結(jié)和展望

傳統(tǒng)的光傳輸技術(shù)主要就是這些啦，我們一起回顧一下光傳輸發(fā)展史。

我們清晰的看到，光傳輸技術(shù)的演進(jìn)方向是：帶寬越來越大、時(shí)延越來越低、支持的業(yè)務(wù)類型越來越多。目前即將進(jìn)入 5G 新時(shí)代，傳輸網(wǎng)通過引入 FlexE、FlexO、SR、IPv6、ROADM、高精度同步、網(wǎng)絡(luò)切片等多個(gè) 5G 新技術(shù)，提供超大帶寬、超低時(shí)延和靈活互聯(lián)，從而有力支撐 eMBB、URLLC 和 mMTC 三大應(yīng)用場景的實(shí)現(xiàn)，為我們帶來更美好的明天！

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