【正文】 y / to the use)， all optical work work structure， the all optical work management， and the entire optical work development process， the emergence of the background， the latest and state of progress and existing technical problems and development prospects. Keywords: all optical works， the use of light waves， optical switching， optical. 畢業(yè)論文引言 2 引 言 21世紀(jì)是信息社會 的時代，社會對信息的大量需求，推動了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的高速發(fā)展，國家骨干通信網(wǎng)（含廣播電視與電信數(shù)字傳輸交換網(wǎng)、數(shù)字微波網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)）為信息傳送提供了高速通道，但仍難于滿足 Inter爆炸式的增長、難于滿足大量傳輸多媒體及豐富圖形終端用戶的帶寬需求；特別是這些信息最終都要經(jīng)過“最后一公里”的接入網(wǎng)才能傳送到用戶手中。 為此人們提出了全光通信網(wǎng)的概念， 指出了未來光通信的發(fā)展方向。在 ，也有約 25THz可利用的帶寬。只有基于光纖的全光網(wǎng)絡(luò)方案能提供高速、大容量的傳輸及處理能力，打破信息傳輸?shù)?“瓶頸 ”，可以在很長的時間內(nèi)適應(yīng)高速寬帶業(yè)務(wù)的帶寬需求。全光網(wǎng)絡(luò)以其良好的透明性、波長路由特性、兼容性和可擴(kuò)展性，成為下一代高速（超高速）寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選。 ——— 光電混合網(wǎng)絡(luò) 光電混合傳輸網(wǎng)絡(luò)是在各個節(jié)點之間用光纜代替電纜 ， 實現(xiàn)節(jié)點之間傳輸光纜 化 ， 節(jié)點仍采用電子處理與交換設(shè)備 ， 節(jié)點至用戶終端之間仍采用電纜網(wǎng)絡(luò) ， 這是目前廣泛采用的網(wǎng)絡(luò)。 ——— 全光網(wǎng)絡(luò) 全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點代替電節(jié)點 ， 光節(jié)點之間采用光纖互聯(lián)在一起 ， 實現(xiàn)信息完全在光領(lǐng)域的傳輸與 交換 ， 是未來信息網(wǎng)絡(luò)的核心。 2)與無線或銅線比，處理速度高且誤碼率低。 對于全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來說，目前還存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)的互連和互操作、光性能的監(jiān)視和測試等。 畢業(yè)論文 5 2 全光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù) 光復(fù)用 /解 復(fù)用技術(shù) 光時分復(fù)用（ OTDM） 光時分復(fù)用（ OTDM）是用多個電信道信號調(diào)制具有同一個光頻的不同光信道，經(jīng)復(fù)用后在同一根光纖傳輸?shù)臄U(kuò)容技術(shù)。增益開關(guān)法已用于各種高速光傳輸實驗中的脈沖源產(chǎn)生和光測量中。在超高速系統(tǒng)中，最好將光延線及 3dB 光方向耦合器集成在一個平面硅襯底上所形成的平面光波導(dǎo)回路（ PLC）作為光復(fù)用器。 光定時提取要求超高速運轉(zhuǎn)、低相位噪聲、高靈敏度以及與偏振無關(guān)。因而， 近些年 對這方面的研究方興未艾，特別是密集波分復(fù)用可望很快獲得應(yīng)用。T： 40Gb/s 25ch55km）。 MCI 公司 70%的網(wǎng)絡(luò)中已采用了 WDM 系統(tǒng)。武漢郵電研究院的 8 。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）在時域內(nèi)的功能。前兩種方式使隔離度達(dá)到最高，但它們需要昂貴的設(shè)備如 WDM MUX/DEMUX 或光循環(huán) 器。測得的輸入和 畢業(yè)論文 7 分出口之間隔離度＞ 55dB，對分出信道的抑制＞ 16dB，調(diào)節(jié)范圍＞ 8nm。輸入接口、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。如果將波分復(fù)用技術(shù)和空分技術(shù)相結(jié)合，可大大提高交叉連接矩陣的容量和靈活性。另外，西門子、 NTT和愛立信等國外大公司所 屬實驗室對 OXC的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用技術(shù)也進(jìn)行了 類似研究和實驗。利用光放大器構(gòu)成的全光通信系統(tǒng)的主要特點是：工 作波長恰好是在光纖損耗最低的 m波長，與線路的耦合損耗很小，噪聲低（ 4～ 8dB）、頻帶寬（ 30～ 40nm），很適合用于 WDM傳。目前主要使用光纖光柵、介質(zhì)多層薄膜濾波器、平面光波導(dǎo)作為均衡器。而且頻帶向長波長一側(cè)移動。多芯 EDFA使用的 EDF最多纖芯的。（ 5）用不同摻雜材料和摻雜量的光纖進(jìn)行組合，制作混合型 EDFA。 目前光放大技術(shù)主要是采用 EDFA。 目前來看，雖然在全光通信方面的技術(shù)方面有了很大的進(jìn)展，很多關(guān)鍵的技術(shù)得到了很好的改進(jìn)，能夠基本適應(yīng)全光通信的基本需要，但是也還存在很多關(guān)鍵技術(shù)不足的地方， 如下面將要介紹到的全光網(wǎng)絡(luò)的核心 —— 光交換方面的技術(shù)就不是很成熟， 但是全光網(wǎng)絡(luò)具有很大的優(yōu)點和潛力可挖，它必將是下一代網(wǎng)絡(luò)的首選方案，是未來通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。在交換系統(tǒng)中引入光子技術(shù)實現(xiàn)光交換，光交叉連接（ OXC）和光分叉復(fù)用（ OADM）實現(xiàn)全光通信。 光交換元件 半導(dǎo)體光開關(guān) 通常半導(dǎo)體光放大器是用來對輸入光信號進(jìn)行放大，并且通過控制放大器的偏置電流來控制其放大倍數(shù)。 耦合波導(dǎo)開關(guān) 半導(dǎo)體光放大器只有一個光輸入端和一個光輸出端，而耦合波導(dǎo)開關(guān)除了一個控制電極外，還有兩個光輸入端和兩個光輸出端，可實現(xiàn)平行連接或交叉連接。當(dāng)兩個很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)耦合時，通過這兩個波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換，其交換能量的強(qiáng)度隨著耦合系數(shù)，平行波導(dǎo)的長度而變化。 畢業(yè)論文 11 圖 31 耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 波長轉(zhuǎn)換器 一種用于光交換的器件是波長轉(zhuǎn)換器，最直接的波長轉(zhuǎn)換是 光 — 電 — 光 交換，即將波長為λ i 輸入光信號，去驅(qū)動一個波長為λ o 的激光器輸出光信號，利用外 調(diào)制器實現(xiàn)間接的波長轉(zhuǎn)換，即在外調(diào)制器的控制端施加適當(dāng)?shù)闹绷髌珘?，使得?i 入射光調(diào)制成λ o 的輸出光。分布反饋或分布喇格反射式結(jié)構(gòu)，有些可在 10nm 或 1THz 范圍內(nèi)調(diào)諧，調(diào)節(jié)速度大有提高。在晶體和各向異性的聚合物中，利用電光效應(yīng)（折射率隨施加的外加電壓而變化）實現(xiàn)對激光的調(diào)制。 光信號通道 控制電極 平行連接 交叉連接 畢業(yè)論文 12 圖 32 雙穩(wěn)態(tài)激光二極管圖 如圖 32 為雙穩(wěn)態(tài)激光二極管構(gòu)成 的光存儲器的實例結(jié)構(gòu)。當(dāng)輸入光脈沖時，激光二極管翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，輸入光消失。在毫微秒量級的高速交換時具有大于20dB 的高信號增益。分別完成空分信道、時分信道和波分信道的交換。空間光開關(guān)是光交換中最基本的功能元件。 畢業(yè)論文 13 （ a） (b) 圖 33 空分光交換結(jié)構(gòu)圖 時分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式。雙穩(wěn)態(tài)激光器可用作光緩存器，但它只能按位輸出，而且還需解決高速化和擴(kuò)大容量問題。一般說來，在光波復(fù)用系統(tǒng)中其源端和目的端都采用相同的波長來傳遞信號，否則將在多路復(fù)用中，每個終端都將增加終端設(shè)備的復(fù)雜性。 圖 35 波分光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 密集波分復(fù)用是光纖通信中的一種趨勢，它利用光纖的寬帶特性，在 1550nm 波段的低 畢業(yè)論文 15 損耗窗口中復(fù)用多路光信號，大大提高光纖的通信容量。常用混合交換方式有空分 +時分，空分 +波分，空分 +時分 +波分等復(fù)合方式。一方面，通過光突發(fā)交換可以使現(xiàn)有的 IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁 平化，更加充分的利用 DWDM技術(shù)的帶寬潛力；另外一方面，由于光突發(fā)交換網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過任何的光電轉(zhuǎn)化，從而使光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實現(xiàn)所謂的 T比特級光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難。 從應(yīng)用的角度，光突發(fā)交換還有一些重要的課題需要研究。在 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計當(dāng)中，所有的這些問題都必須仔細(xì)考慮和規(guī)劃。 畢業(yè)論文 16 光分組交換技術(shù)獨秀之處在于：一是大容量、數(shù)據(jù)率和格式的透明性、可配置性等特點，支持未來不同類型數(shù)據(jù)；二是能提 供端到端的光通道或者無連接的傳輸；三是帶寬利用效率高，能提供各種服務(wù)，滿足客戶的需求；四是把大量的交換業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到光域，交換容量與 WDM傳輸容量匹配，同時光分組技術(shù)與 OXC、 MPLS等新技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化與資源的合理利用因而，光分組交換技術(shù)勢必成為下一代全光網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的“寵兒”。 畢業(yè)論文 17 4 全光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 全光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu) NNMS:網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) EMS:網(wǎng)元管理系統(tǒng) TM:終端復(fù)用 圖 41 全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 如圖 41所示為全光 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，光傳送網(wǎng)可以從垂直方向分為三個網(wǎng)絡(luò)層，從上到下依次是光路層（ OCH） ， 光復(fù)用段（ OMS）層和光傳輸段（ OTS）層，即光纖傳送層。光復(fù)用段層的網(wǎng)絡(luò)功能有：光復(fù)用段開銷處理，以確保光路適配信息的完整一致；光復(fù)用段監(jiān)控的功能，以實現(xiàn)復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)的操作和管理。 從網(wǎng)絡(luò)功能上講，全光網(wǎng)絡(luò)將由光核心網(wǎng)和光邊緣網(wǎng)組成，光邊緣網(wǎng)包括城域邊緣網(wǎng)絡(luò)、城域接入、城城接入、農(nóng)村接入，以及校園網(wǎng)企業(yè)等用戶駐地網(wǎng)絡(luò)：而光核心網(wǎng)絡(luò)則包括城市之間的骨干核心網(wǎng)絡(luò)與城域核心網(wǎng)絡(luò)。目前廣播電視網(wǎng)絡(luò)由于混合光纖接入網(wǎng) (HFC)造價較低而進(jìn)入商業(yè)化階段 ， 但隨著光無源星形耦合器等光器件的成 熟及成本的下降 ， 無源光纖接入網(wǎng) (PON)將成為最具潛力的接入網(wǎng)方案 (光纖到家 FTTH方案 )， 由于該網(wǎng)絡(luò)都采用無源光器件 ， 其可靠性非常高。光傳送網(wǎng)的性能與它對光信號的透明程度有關(guān) ， 如果能做到全透明 ， 那么它就可以充分利用光交換及光纖傳輸?shù)臐摿?， 網(wǎng)絡(luò)帶寬可以做到近乎無限的程度。 此網(wǎng)中 OCH層為各數(shù)字化用戶提供信號接口 ， 具有透明地傳送 SDH、 PDH、 ATM、 IP等業(yè)務(wù)并提供點對點、以光通路為基礎(chǔ)的組網(wǎng)功能 ， 一般為單一波長的傳輸通道 ； OMS層能夠為 DWDM復(fù)用的多波長信號提供組網(wǎng)功能 ； OTS輸出光信號經(jīng)過光接口與傳輸光纖相連接 ； 每層網(wǎng)絡(luò)都要為相鄰一層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù)。 ITU－ T正在研究數(shù)字包封技術(shù)并有可能形成標(biāo)準(zhǔn)，這種技術(shù)是今后的發(fā)展方向。光網(wǎng)絡(luò)的控制與管理配置模式有以下幾種： 軟永久電路模式（ SPC）：基于用戶或終端 系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)之間的差別，終端系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)之間沒有網(wǎng)絡(luò)管理或控制交互作用，位于控制平臺上方的管理系統(tǒng)代替用于終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的相通信。終端系統(tǒng)不知道光網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浠蛸Y源，光網(wǎng)絡(luò)中的控制智能全部應(yīng)用于光層。此模式應(yīng)用于 IP網(wǎng)絡(luò)比較有利，路由器可與 OXC具有同等地位，共享路由信息和控制智能。主要過程與技術(shù)如下： 鄰居發(fā)現(xiàn)：知道哪個終端系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)連接，哪個 NE（如 OXC）是鄰居，以及根據(jù)端口連接性 NE怎樣連接在一起，這個過程稱作鄰居發(fā)現(xiàn)。典型的可采用最短路由算法。ODSI的信令協(xié)議以現(xiàn)有的 MPLS信令為基礎(chǔ)，向光域擴(kuò)展并作進(jìn)一步技術(shù)規(guī)范。在疊加模式中，只有光交換機(jī)運行多協(xié)議波長交換，業(yè)務(wù)傳輸平臺運行自已的路由和信令協(xié)議。其優(yōu)點是失效恢復(fù)時間短，但不夠靈活、帶寬利用率不高、無法恢復(fù)預(yù)期范圍以外的失效；恢復(fù)機(jī)制是網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)失效后，動態(tài)尋找可 畢業(yè)論文 23 用資源并采用重新選路的方式繞過失效部件。 １ .全光傳送網(wǎng)。 ２ .完整的全光網(wǎng)。帶光放大的波分復(fù)用技術(shù)已經(jīng)成熟，并已投入商用。 全光網(wǎng)絡(luò)國外研究概況 目前世界各國研究開發(fā)中的全光網(wǎng)絡(luò)主要集中在美國、歐洲和日本。在我國則有中科院、高等院校和科研院所進(jìn)行的國家 863計劃重大項目 中國高速信息示范網(wǎng) CAINONET等。 全光網(wǎng)的發(fā)展前景及面臨的困難和挑戰(zhàn) 全光 網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段 ， 也是理想階段。全光網(wǎng)的透明性允許不同體制、格 式和速率的信號的混合 ， 允許現(xiàn)有和任何未來的新系統(tǒng)的互連。這將使電路之間的調(diào)配轉(zhuǎn)接變得簡單和方便。當(dāng)然全光網(wǎng)的發(fā)展還處于初期階段 ，但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。光纖會對光信號造成衰減；物理路徑上的光放大器會補(bǔ)償因光纖造成的光信號衰減，但光放大器會帶來額外噪聲 并劣化光信號，非線性效應(yīng)會誘使光信號產(chǎn)生頻率變化 并導(dǎo)致脈沖畸變和通道串?dāng)_；物理路徑上的光濾 波器、光交叉裝置也會因為器件的隔離度等原因帶來同頻串?dāng)_或相鄰串?dāng)_，而且級聯(lián)的光濾波器還會窄化濾波器的通帶譜寬，造成光信號的頻譜分量損失。 更嚴(yán)重的是：全光網(wǎng)是一個動態(tài)的光網(wǎng)絡(luò)，源節(jié)點和目的節(jié)點之間的光信號連接是按業(yè)務(wù)需求動態(tài)建立，即如果兩個節(jié)點要通過某一條物理路徑建立一個光信號連接，系統(tǒng)在規(guī)劃之初就必須考慮，而同源不同宿，同宿不同源但又經(jīng)過相同的物理路徑的光信號連接需要同時考慮功率， OSNR， 色散預(yù)算，物理層對光信號非透明在動態(tài)全光網(wǎng)中將誘發(fā)異常復(fù)雜的物理層預(yù)算問題，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃調(diào)度將極其復(fù)雜。 2)光層信號透明 全光網(wǎng)中所有處理過程都是以光信號形式完成的，在中間節(jié)點，光信號被直接轉(zhuǎn)發(fā)。 光信號的透明，決定了全光網(wǎng)缺乏直接監(jiān)控業(yè)務(wù)信號質(zhì)量的方法和手段。 其次，因為光信號是透明的，光信號在全光網(wǎng)處理過程中是作為一個整體進(jìn)行交換和傳輸處理的，所有的業(yè)務(wù)拆分組合都只能在邊緣節(jié)點完成。 再者，光層透明決定了中間節(jié)點無法得到隨路的帶內(nèi)開銷信息，只能依賴帶外信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運營管理維護(hù)。而動態(tài)的業(yè)務(wù)連接需求，必然