全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其發(fā)展前景漫談

        在以光的復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)有通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)要完成光/電/光的轉(zhuǎn)換，仍以電信號處理信息的速度進(jìn)行交換，而其中的電子件在適應(yīng)高速、大容量的需求上，存在著諸如帶寬限制、時(shí)鐘偏移、嚴(yán)重串話、高功耗等缺點(diǎn)，由此產(chǎn)生了通信網(wǎng)中的“電子瓶頸”現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，人們提出了全光網(wǎng)(AON)的概念，全光網(wǎng)以其良好的透明性、波長路由特性、兼容性和可擴(kuò)展性，已成為下一代高速寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選。 

        1、全光網(wǎng)的概念 

        所謂全光網(wǎng)，是指從源節(jié)點(diǎn)到終端用戶節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸與交換的整個(gè)過程均在光域內(nèi)進(jìn)行，即端到端的完全的光路，中間沒有電信號的介入。全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。 

        2、全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn) 

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

        (1)省掉了大量電子器件。全光網(wǎng)中光信號的流動不再有光電轉(zhuǎn)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(fù)用技術(shù)，以波長選擇路由，可方便地提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。 

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

        (4)可靠性高。由于沿途沒有變換和存儲，全光網(wǎng)中許多光器件都是無源的，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(jié)合型。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)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(jié)點(diǎn)的設(shè)備，通過對光信號進(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(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)以及自動配線和監(jiān)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(jié)構(gòu)，OXC自動進(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。管理控制單元通過編程對光交叉連接矩陣、輸入輸出接口模塊進(jìn)行監(jiān)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(shí)分和波分3種類型。 

        3.3　光分插復(fù)用 

        在波分復(fù)用(WDM)光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，人們的興趣越來越集中到光分插復(fù)用器上。這些設(shè)備在光波長領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng)SDH分插復(fù)用器(SDH ADM)在時(shí)域內(nèi)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(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。 

        已經(jīng)提出了實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)中的光纖光柵;用集成光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的串聯(lián)Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)中的干涉濾波器。前兩種方式使隔離度達(dá)到最高，但需要昂貴的設(shè)備如WDM MUX/DE MUX或光循環(huán)器。Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)(用光纖光柵或光集成技術(shù))還在開發(fā)之中，并需要進(jìn)一步改進(jìn)以達(dá)到所要求的隔離度。上面幾種OADM都被設(shè)計(jì)成以固定的波長工作。 

        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(fù)用(DWDM)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵要素。DWDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)基礎(chǔ)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(tǒng)可以擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)合理。EDFA出現(xiàn)以后，迅速取代了電的信號再生放大器，大大簡化了整個(gè)光傳輸網(wǎng)。但隨著系統(tǒng)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(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。 

        因此，實(shí)際上EDFA的帶寬限制了DWDM系統(tǒng)的容量。最近研究表明，1590nm寬波段光纖放大器能夠把DWDM系統(tǒng)的工作窗口擴(kuò)展到1600nm以上。貝爾實(shí)驗(yàn)室和NH的研究化硅和餌的雙波段光纖放大器。它由兩個(gè)單獨(dú)的子帶放大器組成：傳統(tǒng)1550nm EDFA(1530nm～1560nm);1590nm的擴(kuò)展波段光纖放大器EBFA。EBFA和EDFA的結(jié)合使用，可使DWDM系統(tǒng)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(tǒng)的需求邁出了重要的一步。 

        4、全光網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展前景 

        4.1　面臨的挑戰(zhàn) 

        (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(yīng)包括光層波長路由管理、端到端性能監(jiān)控、保護(hù)與恢復(fù)、疏導(dǎo)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的研究集中在開發(fā)光層內(nèi)實(shí)現(xiàn)互操作的標(biāo)準(zhǔn)。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)行客戶層和光層之間接口定義的開發(fā)。 

        (3)光性能監(jiān)視和測試。目前光層的性能監(jiān)視和性能管理大部分還沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，但正在開發(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(biāo)，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(tǒng)中，全程不需要任何光電轉(zhuǎn)換。長距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發(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(fù)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)。