全光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)及其發(fā)展前景

1、全光網(wǎng)的概念

所謂全光網(wǎng)，是指從源節點(diǎn)到終端用戶(hù)節點(diǎn)之間的數據傳輸與交換的整個(gè)過(guò)程均在光域內進(jìn)行，即端到端的完全的光路，中間沒(méi)有電信號的介入。全光網(wǎng)的結構示意如圖1所示。

圖1　全光網(wǎng)的結構示意圖

2、全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

基于波分復用的全光通信網(wǎng)可使通信網(wǎng)具備更強的可管理性、靈活性、透明性。它具備如下以往通信網(wǎng)和現行光通信系統所不具備的優(yōu)點(diǎn)：

（1）省掉了大量電子器件。全光網(wǎng)中光信號的流動(dòng)不再有光電轉換的障礙，克服了途中由于電子器件處理信號速率難以提高的困難，省掉了大量電子器件，大大提高了傳輸速率。

（2）提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。全光網(wǎng)采用波分復用技術(shù)，以波長(cháng)選擇路

（3）組網(wǎng)靈活性高。全光網(wǎng)組網(wǎng)極具靈活性，在任何節點(diǎn)可以抽出或加入某個(gè)波長(cháng)。

（4）可靠性高。由于沿途沒(méi)有變換和存儲，全光網(wǎng)中許多光器件都是無(wú)源的，因而可靠性高。

3、全光網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1　光交換技術(shù)

光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。光路交換又可分成3種類(lèi)型，即空分（SD）、時(shí)分（TD）和波分／頻分（WD／FD）光交換，以及由這些交換形式組合而成的結合型。其中空分交換按光矩陣開(kāi)關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類(lèi)，一是基于波導技術(shù)的波導空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來(lái)廣泛研究的一種方式。

3.2　光交叉連接（OXC）技術(shù)

OXC是用于光纖網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設備，通過(guò)對光信號進(jìn)行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò )，是實(shí)現可靠的網(wǎng)絡(luò )保護／恢復以及自動(dòng)配線(xiàn)和監控的重要手段。OXC主要由光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口、管理控制單元等模塊組成。為增加OXC的可靠性，每個(gè)模塊都具有主用和備用的冗余結構，OXC自動(dòng)進(jìn)行主備倒換。輸入輸出接口直接與光纖鏈路相連，分別對輸入輸出信號進(jìn)行適配、放大。管理控制單元通過(guò)編程對光交叉連接矩陣、輸入輸出接口模塊進(jìn)行監測和控制、光交叉連接矩陣是OXC的核心，它要求無(wú)阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形式的功能。OXC也有空分、時(shí)分和波分3種類(lèi)型。

3.3　光分插復用

在波分復用（WDM）光網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域，人們的興趣越來(lái)越集中到光分插復用器上。這些設備在光波長(cháng)領(lǐng)域內具有傳統SDH分插復用器（SDH ADM）在時(shí)域內的功能。特別是OADM可以從一個(gè)WDM光束中分出一個(gè)信道（分出功能），并且一般是以相同波長(cháng)往光載波上插入新的信息（插入功能）。對于OADM，在分出口和插入口之間以及輸入口和輸出口之間必須有很高的隔離度，以最大限度地減少同波長(cháng)干涉效應，否則將嚴重影響傳輸性能。已經(jīng)提出了實(shí)現 OADM的幾種技術(shù)：WDM DE-MUX和MUX的組合；光循環(huán)器或在Mach-Zehnder結構中的光纖光柵；用集成光學(xué)技術(shù)實(shí)現的串聯(lián)Mach-Zehnder結構中的干涉濾波器。前兩種方式使隔離度達到最高，但需要昂貴的設備如WDM MUX／DE MUX或光循環(huán)器。Mach-Zehnder結構（用光纖光柵或光集成技術(shù)）還在開(kāi)發(fā)之中，并需要進(jìn)一步改進(jìn)以達到所要求的隔離度。上面幾種OADM都被設計成以固定的波長(cháng)工作。

3.4　光放大技術(shù)

光纖放大器是建立全光通信網(wǎng)的核心技術(shù)之一，也是密集波分復用（DWDM）系統發(fā)展的關(guān)鍵要素。DWDM系統的傳統基礎是摻餌光纖放大器（EDFA）。光纖在 1550nm窗口有一較寬的低損耗帶寬，可以容納DWDM的光信號同時(shí)在一根光纖上傳輸。采用這種放大器的多路傳輸系統可以擴展，經(jīng)濟合理。EDFA出現以后，迅速取代了電的信號再生放大器，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)光傳輸網(wǎng)。但隨著(zhù)系統帶寬需求的不斷上升，EDFA也開(kāi)始顯示出它的局限性。由于可用的帶寬只有30nm，同時(shí)又希望傳輸盡可能多的信道，故每個(gè)信道間的距離非常小，一般只有O.8～1.6nm，這很容易造成相鄰信道間的串話(huà)。因此，實(shí)際上EDFA的帶寬限制了DWDM系統的容量。最近研究表明，1590nm寬波段光纖放大器能夠把DWDM系統的工作窗口擴展到1600nm以上。貝爾實(shí)驗室和NH的研究人員已研制成功實(shí)驗性的DBFA。這是一種基于二氧化硅和餌的雙波段光纖放大器。它由兩個(gè)單獨的子帶放大器組成：傳統1550nm EDFA（1530nm～1560nm）；1590nm的擴展波段光纖放大器EBFA。EBFA和EDFA的結合使用，可使DWDM系統的帶寬增加一倍以上（75nm），為信道提供更大的空間，從而減少甚至消除了串話(huà)。因此，1590nm EBFA對滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的高容量光纖系統的需求邁出了重要的一步。

4、全光網(wǎng)面臨的挑戰及發(fā)展前景

4.1　面臨的挑戰

（1）網(wǎng)絡(luò )管理。除了基本的功能外，核心光網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )管理應包括光層波長(cháng)路由管理、端到端性能監控、保護與恢復、疏導和資源分配策略管理。

（2）互連和互操作。ITU和光互連網(wǎng)論壇（OIF）正致力于互操作和互連的研究，已取得了一些進(jìn)展。ITU的研究集中在開(kāi)發(fā)光層內實(shí)現互操作的標準。OIF則更多的關(guān)注光層和網(wǎng)絡(luò )其他層之間的互操作，集中進(jìn)行客戶(hù)層和光層之間接口定義的開(kāi)發(fā)。

（3）光性能監視和測試。目前光層的性能監視和性能管理大部分還沒(méi)有標準定義，但正在開(kāi)發(fā)之中。

4.2　發(fā)展前景

全光網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標，分兩個(gè)階段完成。第一個(gè)階段為全光傳送網(wǎng)，即在點(diǎn)對點(diǎn)光纖傳輸系統中，全程不需要任何光電轉換。長(cháng)距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱(chēng)為發(fā)端與收端間點(diǎn)對點(diǎn)全光傳輸。第二個(gè)階段為完整的全光網(wǎng)。在完成上述用戶(hù)間全程光傳送網(wǎng)后，有不少的信號處理、儲存、交換以及多路復用／分用、進(jìn)網(wǎng)／出網(wǎng)等功能都要由光子技術(shù)完成。完成端到瑞的光傳輸、交換和處理等功能，這是全光網(wǎng)發(fā)展的第二階段，即完整的全光網(wǎng)。