【正文】 導(dǎo)致邊緣節(jié)點的光電轉(zhuǎn)換功能單元的冗余，根據(jù)目前的成本結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換占據(jù)整個設(shè)備成本的大頭，冗余的邊緣節(jié)點光電轉(zhuǎn)換功能意味著全光網(wǎng)無法提供經(jīng)濟 有效的傳送方案。雖然可以通過波長轉(zhuǎn)換來降低波長阻塞度，但一方面是全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)并不成熟，商用仍有待時間，另一方面網(wǎng)絡(luò)中的波長轉(zhuǎn)換設(shè)置和業(yè)務(wù) 配置相關(guān)，只有冗余的波長轉(zhuǎn)換裝置才能降低波長阻塞率，這也會造成網(wǎng)絡(luò)成本的進一步上升。一度被人視為 電子瓶頸 的電設(shè)備處理容量限制，現(xiàn)在隨技術(shù)發(fā)展也 有了非常顯著的變化，典型的是現(xiàn)在電處理能力達到 T 級別的設(shè)備已經(jīng)開始商用。光交換，交叉連接技術(shù)將 日趨完善， 光網(wǎng)絡(luò)的分組交換 也將 有更大的發(fā)展， 而光網(wǎng)絡(luò)的管理與維護也必將得到大發(fā)展，并與無線，英特網(wǎng)更好地融合，到那時 ， 全光通信網(wǎng)絡(luò)將給我們帶來一個全新的通信時代。 綜上所述 ， 全光網(wǎng)可以說是光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最高階段。如果要改善這種狀況，就必須用允許多個業(yè)務(wù)共享相同的波長管道，意味在全光網(wǎng)之上仍然需要增加一個子波長粒度調(diào)度裝置，這會進一步增加網(wǎng)絡(luò)冗余和成本。這意味著全部以光信號來處理，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重的波長阻塞，特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，業(yè)務(wù)連接越復(fù)雜，波長阻塞就越嚴(yán)重。 3)網(wǎng)絡(luò)傳送成本 全光網(wǎng)要成為 現(xiàn)實，不僅要解決可實現(xiàn)問題，更重要的是在完成相同功能時，全光網(wǎng)要比用電組成的網(wǎng)絡(luò)更經(jīng)濟，尤其是在目前電信號處理設(shè)備已經(jīng)擁有相當(dāng)規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況下，只有更便宜有效的全光網(wǎng)才能真正被運營商接納。而且，因為具體的業(yè)務(wù)協(xié)議、幀格式、速率往往都相差很大，為了能在不同源宿邊緣節(jié)點之間建立業(yè)務(wù)需求，往往需要預(yù)先保留對 應(yīng)的業(yè)務(wù)協(xié)議處理單元，才能在不同邊緣節(jié)點之間建立業(yè)務(wù)連接，造成了網(wǎng)絡(luò)上業(yè)務(wù)協(xié)議處理單元的大量冗余。全光網(wǎng)要構(gòu)建一個可管理、可運營、可維護的電信級傳送網(wǎng)，就 必須首先解決光層透明和信號監(jiān)控之間的關(guān)系。但是 光層信號透明也帶來了其它問題，中間 畢業(yè)論文 27 節(jié) 點無法識別業(yè)務(wù)信號，也無法根據(jù)業(yè)務(wù)信號開銷來判斷當(dāng)前業(yè)務(wù)信號的質(zhì)量狀況。ITUT 希望通過制訂橫向兼容性標(biāo)準(zhǔn)解決這一問題，標(biāo)準(zhǔn)成熟仍需要假以時日的雖然。 雖然從 WB， WSS 等光器件的邏輯功能上看，全光網(wǎng)已經(jīng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求在源宿節(jié)點之間分配一條光通道連接，但光信號是否可以從源節(jié)點傳送至目的節(jié)點，則需要進行非常細致的功率， OSNR，色散 ， 非線性效應(yīng)等預(yù)算過程，而目前這些預(yù)算過程都是模擬的。但 是，要構(gòu)建一個可獲得的可運營、可管理、可維護的性價比高的電信級傳送網(wǎng)，全光網(wǎng)還面臨著如下困難和挑戰(zhàn)：物理參數(shù)預(yù)算；光層信號透明；網(wǎng)絡(luò)傳送成本；其它。在電路 DXC 和 ADM 之下提出了一個新的光網(wǎng)絡(luò)層 ， 簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ， 提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性 ， 并且與業(yè)務(wù)和承載信號無關(guān) ， 具有重要的現(xiàn)實和長遠意義。同時由于采用無源的光器件 ， 故障率下降 ， 使全光網(wǎng)有更高的可靠性和可維護性。由于打破了光 /電轉(zhuǎn)換的“瓶頸” ， 采用全光網(wǎng)可實現(xiàn)超大容量的網(wǎng)絡(luò)。因為它可以有效地將各種業(yè)務(wù)量集中在一起，提高每一波長或光路的利用率，降低每比特的費用，而不必過多地僅依靠配置和增加波長來疏通調(diào)節(jié)業(yè)務(wù)量；所以，將光分組交換與光波長交換相結(jié)合，才是一條實現(xiàn)全光通信網(wǎng)的技術(shù)坦途。最 近有 Oxygen 計劃，美國光互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃、加拿大光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃， 畢業(yè)論文 25 歐洲光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等，既建立了許多試驗平臺，又進行了現(xiàn)場試驗，以研究光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光網(wǎng)絡(luò)管理、光纖傳輸、光交換和光網(wǎng)絡(luò)對新業(yè)務(wù)的適應(yīng)性等關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)計在全光通信網(wǎng)中，波分復(fù)用光交換技術(shù)將會得到廣泛應(yīng)用。 目前全光網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r 現(xiàn)階段全光通信網(wǎng)的研究與試驗明顯地以波分復(fù)用技術(shù)為核心，即主要對波分復(fù)用傳輸、交換和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行研究與試驗，構(gòu)成波分復(fù)用全光通信試驗網(wǎng)。這樣的長距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發(fā)端與收端間點到點全光傳輸。 畢業(yè)論文 24 6 全光網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展 全光網(wǎng)的兩個發(fā)展階段 全光通信網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo) 。 光網(wǎng)絡(luò)的生存 性包括保護機制和恢復(fù)機制這兩種技術(shù)。 IETF：對光網(wǎng)絡(luò)的路由和信令協(xié)議進行技術(shù)規(guī)范－多協(xié)議波長交換（ MPLambaS），作為 IP協(xié)議的擴展，可運行疊加或?qū)Φ饶Ｊ健?ODSI對光 UNI的定義與疊加網(wǎng)絡(luò)的模式相兼容。 路由選定：對于光網(wǎng)絡(luò)選路需要考察許多因素，包括單個連接的路由計算、拓撲信息獲得和發(fā)布、資源狀態(tài)信息發(fā)布和可到達信息。 光層動態(tài)控制信令協(xié)議 標(biāo)準(zhǔn)化的信令系統(tǒng)將為光網(wǎng)絡(luò)提供共同的語言和機理，較好傳送與連接相關(guān)的信息。 對等（ peer）模式：最初發(fā)出連接請求的是對等的網(wǎng)絡(luò)單元（ NE），請求發(fā)出者已全面獲 畢業(yè)論文 22 得拓撲信息。 ATM、 FR可以通過管理系統(tǒng)（ SPC模式）把接口交換到光網(wǎng)絡(luò)。 控制與管理配置模式 光網(wǎng)絡(luò)控制與管理平臺主要負責(zé)提供和維護連接，管理網(wǎng)絡(luò)資源，對路由選擇提供連接請求進行計算，以及在網(wǎng)絡(luò)中沿選擇的路由請求和建立連接的信令機制。 控制與管理開銷通道 光網(wǎng) 絡(luò)的控制與管理開銷通道主要有幾種實現(xiàn)方式： 帶外方式：是一種共路方式，主要采用光監(jiān)控信道（ OSC）實現(xiàn)； 帶內(nèi)方式：屬于隨路方式，有多種實現(xiàn)技術(shù)，如副載波調(diào)制（ Pilot Tone）、數(shù)字包封（ Digital Wrapper）等； 帶內(nèi)、帶外結(jié)合：在不同層采用不同的方式，如在 OCH層采用帶內(nèi)方式，而在 OMS層和OTS層采用帶外方式。所以 ITU T決定按光傳送網(wǎng) (OTN)的概念來研究光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn) ， 不限定網(wǎng)絡(luò)的透明性 ， 先在經(jīng)濟技術(shù)條件允許的范圍內(nèi)發(fā)展光透明子網(wǎng) ， 隨著條件的成熟再逐步擴大到全光網(wǎng) ， 最終實現(xiàn)全透明傳輸。因為每一個光節(jié)點都發(fā)射、接收固定波長的光信號 ， 所以需要一定的協(xié)議如 CSMA和 ALOHA等。 LAN 一般局域網(wǎng)的網(wǎng)徑較小 ， 傳輸延遲小 ， 數(shù)據(jù)吞吐量較高 ， 因此常用星型結(jié)構(gòu)或者總線型結(jié)構(gòu) ， 其節(jié)點就是光收發(fā)器 ， 每個星型子網(wǎng)分配一個光信號波長 ， 采用媒質(zhì)控制協(xié)議來解決資源共享問題 ， 結(jié)構(gòu)較為簡單 ， 當(dāng)需要將各個子網(wǎng)互聯(lián)起來時 ， 則需要波長路由器。光傳輸段層網(wǎng)絡(luò)功能有：光傳輸段開銷處理，以確保光路適配信息的完整一致；光傳輸段監(jiān)控的功能，以實現(xiàn)光傳輸段層網(wǎng)絡(luò)的操作和管理，例如傳輸?shù)目煽啃陨嫘缘?。光網(wǎng)路層網(wǎng)絡(luò)的功能有：光路 連接的重組，以便能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的選路；光路開銷（開支消息簡稱開銷）處理，以確保光路適配信息的完整一致；光路監(jiān)控的功能，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的操作和管理。光分組交換技術(shù)與電分組技術(shù)相比，光分組交換技術(shù)經(jīng)歷了近 10年的研究，卻還沒有達到實用化，主要有兩大原因：第一 是缺乏深度和快速光記憶器件，在光域難以實現(xiàn)與電路由器相同的光路由器；第二是相對于成熟的硅工業(yè)而言，光分組交換的集成度很低，這是由于光分組本身固有的限制以及這方面工作的不足造成的。如何在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)組播功能也是一項非常重要的課題，為了實現(xiàn)組播，光開關(guān)矩陣和交換控制單元都必須具備組播能力，且二者之間必須能有效地協(xié)調(diào)。對于光突發(fā)交換網(wǎng)來說，在邊緣路由器光接收機上的突發(fā)快速同步也是對系統(tǒng)效率有重要影響的問題。因此，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)很有希望取代當(dāng)前基于 SDH同步數(shù)字體系架構(gòu)和電子路由器的 IP骨干網(wǎng)，成為下一代光子化的骨干網(wǎng)。這些技術(shù)能確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內(nèi)進行。然而由于需要把多路信號進行分路后再接入鏈路，從而抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點。光波分交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖 35 所示。利用光纖延時線的光時分交換的工作原理：首先把時分復(fù)用的光信號經(jīng)過光分路器，使它的每條出線上同時都只有某一時隙的光信號；然后讓這些信號分別經(jīng)過不同的光延時器件，使其獲得不同的時間延遲；最后，再把這些信號經(jīng)過一個光合路器重新復(fù)合起來，就完成了時分交換。要完成時分光交換，必須有時隙交換器實現(xiàn)將輸入信號一幀中任一時隙交換到另一時隙輸出的功能。 空分光交換的基本單元是 2 2 的光 交換模塊，在輸入端具有兩根光纖，輸出端也有兩根光纖，它的工作狀態(tài)有平行連接狀態(tài)和交叉連接狀態(tài)如圖 4，其中波導(dǎo)型光開關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖33（ a），半導(dǎo)體光開關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖 33（ b）。若光信號同時采用兩種或三種交換方式則稱復(fù)合光交換。 光路交換 光信號的分割復(fù)用方式有三種：空分、時分和波分。此時激光二極管返回到截止?fàn)顟B(tài)。串聯(lián)電極是一個溝道隔開的兩個電流注入?yún)^(qū)，由于溝道沒有電流輸入，它起著飽和吸收區(qū)的作用。在全光系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)光信息的處理，光信息的存儲顯得極為重要。最常用的是采用鈦擴散鈮酸鋰波導(dǎo)構(gòu)成 HZ 干涉型外調(diào)整器。通過不同的信號的注入電流不同產(chǎn)生不同的波長的信號輸出。典型的波導(dǎo)長度為數(shù)個毫米。在鈮酸鋰基片上進行鈦擴散，以形成折射率逐漸增加的波導(dǎo)，再焊上電極就可以作為光交換元件了。器件的這個作用相當(dāng)于一個開關(guān)把光信號給“關(guān)斷”了；當(dāng)偏置電流信號為某一個不為零的值時，輸入的光信號便會被適當(dāng)放大后而輸出，這相當(dāng)于開關(guān)閉合讓光信號“通過”。因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特率和調(diào)制方式透明 ，可以大大提高交換單元的信息吞吐量。由于光波分復(fù)用 技術(shù)的成熟，傳輸容量的迅速增長帶來的對交換系統(tǒng)發(fā)展的壓力和動力，通信網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，運行速率越來越高。但應(yīng)變量子阱材料的 SOA研制成功，引起了人們的廣泛興趣，且 SOA具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點，人們渴望能研制出覆蓋 EDFA、 PDFA應(yīng)用窗口的 畢業(yè)論文 9 1310nm和 1550nm的 SOA。這樣可以使增益平坦性、噪聲特性和放大效率達到最佳。（ 3）研制摻鉺氟化物光纖放 大器， 在帶寬 的頻帶內(nèi)可獲得平坦的增益。在 1535～ 1561nm之間，實現(xiàn)了增益基本平坦，最大偏差不超過 。其技術(shù)包括以下幾個方面：（ 1）研制摻鉺碲化物玻璃 光纖。為了使 EDFA的增益平坦，主要采用 “增益均衡技術(shù)”和“光纖技術(shù)”。多年來，人們一直在探索去掉上述光 — 電 — 光轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對信號進行放大傳輸，即用一個全光傳輸型中繼器代替目前這種再生中繼器。英國 BT實驗室研制的OXC采用 WDM技術(shù)與空分技術(shù)相結(jié)合，已用于波分復(fù)用系統(tǒng)。光交叉設(shè)備的一般結(jié)構(gòu)如圖 21： 圖 21 光交叉連接設(shè)備一般結(jié)構(gòu) OXC也有空分、時分和波分 3種類型。 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。上面幾種 OADM 都被設(shè)計成以固定的波長工作。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（＞ 25dB），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。點到點的 DWDM系統(tǒng)只提供了原始的帶寬，在競爭激烈的市場中，按需分配容量、個性化業(yè)務(wù)和成本低等是競爭的優(yōu)勢，因此業(yè)務(wù)提供者需要與此相適應(yīng)的方案，需要提供靈活的交叉節(jié)點才能更好地滿足對傳輸容量和帶寬的巨大需求，具有全光交換能力的光交換節(jié)點，主要研究集 中在 OXC、 OADM器件以及由這些器件構(gòu)成的系統(tǒng)上，它可以在此基礎(chǔ)上形成具有全光交換能力的產(chǎn)品。 Williams公司將為 Frontier 在休士頓、亞特蘭大等地的網(wǎng)絡(luò)提供 16 10Gb/s 的 DWDM 系統(tǒng)。目前，大部分公司的 DWDM 系統(tǒng)都是以 率的，僅加拿大北電網(wǎng)絡(luò)等少數(shù)公司是以 10Gb/s 為基本速率。 1996 年 NEC、 ATamp。 波分復(fù)用（ WDM） 光波分復(fù)用是多個信源的電信號調(diào)制各自的光載波，經(jīng)復(fù)用后在一根光纖上傳輸，在接收端可用外差檢測的相干通信方式或調(diào)諧無源濾波器直接檢測的常規(guī)通信方式實現(xiàn)信道的選擇。目前已研制出 4 種形式的器件作為去復(fù)用器，它們是光克爾開關(guān)矩陣光去復(fù)用器、交叉相位調(diào)制頻移光去復(fù)用器、四波混頻開關(guān)光去復(fù)用器和非線性光纖環(huán)路鏡式（ NOLM）光去復(fù)用器。 另外利用調(diào)整線性調(diào)制光纖光柵的色散值對電吸收調(diào)制器輸出的光脈沖形狀進行修正， 也可以產(chǎn)生脈寬為 、占空比為 %的 10GHz 的光脈沖。 光時分復(fù)用要求光源提供 5～ 20GHz 的占空比相當(dāng)小的超窄光脈沖輸出，實現(xiàn)的方法有增益開關(guān)法、 LD 的模式鎖定法、電吸收連續(xù)光選通調(diào)制法及光纖光柵法、SC(Supercontinum）光脈沖。目前這方面的協(xié)議已經(jīng) 被人們 提出并逐步走向完善。允許采用不同的速率和協(xié)議，有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性。全光網(wǎng)絡(luò)與光電混合網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別在于它具有最少量的 電 /光 光 /電 轉(zhuǎn)換設(shè)備 ， 任何一個光節(jié)點都無需為其他節(jié)點處理信息與服務(wù) ， 光節(jié)點與用戶終端之間的信號傳輸與處理均在光域進行。特別是數(shù)字傳輸干線采用時分復(fù)用 (OTDM) 技術(shù) ， 充分挖掘光纖的帶寬資源 ， 實現(xiàn)大容量信息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的交換。 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況 1. 第一代網(wǎng)絡(luò) ——— 電纜網(wǎng)絡(luò) 電纜網(wǎng)絡(luò)采用傳輸電纜 將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接在一起 ， 該傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟 ， 根據(jù)傳輸信號不同 ， 傳輸電纜可以是同軸電纜也可以是 雙絞線 電纜 ， 該網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗大 ， 頻帶較窄 ， 主要利用頻分復(fù)用技術(shù) (FDM)來提高帶寬。也就是說，信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程中始終在光域內(nèi)，波長成為全光 網(wǎng)絡(luò)的最基本單元 。但