全光網絡技術及其發展前景

1、全光網的概念

所謂全光網，是指從源節點到終端用戶節點之間的數據傳輸與交換的整個過程均在光域內進行，即端到端的完全的光路，中間沒有電信號的介入。全光網的結構示意如圖1所示。

圖1　全光網的結構示意圖

2、全光網的優點

基于波分復用的全光通信網可使通信網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和現行光通信系統所不具備的優點：

（1）省掉了大量電子器件。全光網中光信號的流動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）提供多種協議的業務。全光網采用波分復用技術，以波長選擇路

（3）組網靈活性高。全光網組網極具靈活性，在任何節點可以抽出或加入某個波長。

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

3、全光網中的關鍵技術

3.1　光交換技術

光交換技術可以分成光路交換技術和分組交換技術。光路交換又可分成3種類型，即空分（SD）、時分（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關所使用的技術又分成兩類，一是基于波導技術的波導空分，另一個是使用自由空間光傳播技術的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。

3.2　光交叉連接（OXC）技術

OXC是用于光纖網絡節點的設備，通過對光信號進行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網絡，是實現可靠的網絡保護／恢復以及自動配線和監控的重要手段。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，每個模塊都具有主用和備用的冗余結構，OXC自動進行主備倒換。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行適配、放大。管理控制單元通過編程對光交叉連接矩陣、輸入輸出接口模塊進行監測和控制、光交叉連接矩陣是OXC的核心，它要求無阻塞、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、時分和波分3種類型。

3.3　光分插復用

在波分復用（WDM）光網絡領域，人們的興趣越來越集中到光分插復用器上。這些設備在光波長領域內具有傳統SDH分插復用器（SDH ADM）在時域內的功能。特別是OADM可以從一個WDM光束中分出一個信道（分出功能），并且一般是以相同波長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干涉效應，否則將嚴重影響傳輸性能。已經提出了實現 OADM的幾種技術：WDM DE-MUX和MUX的組合；光循環器或在Mach-Zehnder結構中的光纖光柵；用集成光學技術實現的串聯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或光循環器。Mach-Zehnder結構（用光纖光柵或光集成技術）還在開發之中，并需要進一步改進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工作。

3.4　光放大技術

光纖放大器是建立全光通信網的核心技術之一，也是密集波分復用（DWDM）系統發展的關鍵要素。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，大大簡化了整個光傳輸網。但隨著系統帶寬需求的不斷上升，EDFA也開始顯示出它的局限性。由于可用的帶寬只有30nm，同時又希望傳輸盡可能多的信道，故每個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。因此，實際上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。貝爾實驗室和NH的研究人員已研制成功實驗性的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。因此，1590nm EBFA對滿足不斷增長的高容量光纖系統的需求邁出了重要的一步。

4、全光網面臨的挑戰及發展前景

4.1　面臨的挑戰

（1）網絡管理。除了基本的功能外，核心光網絡的網絡管理應包括光層波長路由管理、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和光互連網論壇（OIF）正致力于互操作和互連的研究，已取得了一些進展。ITU的研究集中在開發光層內實現互操作的標準。OIF則更多的關注光層和網絡其他層之間的互操作，集中進行客戶層和光層之間接口定義的開發。

（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有標準定義，但正在開發之中。

4.2　發展前景

全光網是通信網發展的目標，分兩個階段完成。第一個階段為全光傳送網，即在點對點光纖傳輸系統中，全程不需要任何光電轉換。長距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發端與收端間點對點全光傳輸。第二個階段為完整的全光網。在完成上述用戶間全程光傳送網后，有不少的信號處理、儲存、交換以及多路復用／分用、進網／出網等功能都要由光子技術完成。完成端到瑞的光傳輸、交換和處理等功能，這是全光網發展的第二階段，即完整的全光網。