【正文】 ....................................17 全光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu) ...................................................................................................17 全光網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò) .......................................................................................................17 5 光網(wǎng)絡(luò)的控制與管理技術(shù) ..................................................................................................21 控制與管理開(kāi)銷通道 ...................................................................................................21 控制與管理配置模式 ...................................................................................................21 光層動(dòng)態(tài)控制信令協(xié)議 ...............................................................................................22 6 全光網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展 ..........................................................................................................24 全光網(wǎng)的兩個(gè)發(fā)展階段 ...............................................................................................24 目前全光網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r ...............................................................................................24 全光網(wǎng)絡(luò)國(guó)外研究概況 ...............................................................................................24 畢業(yè)論文目錄 全光網(wǎng)的發(fā)展前景及面臨的困難和挑戰(zhàn) ...................................................................25 謝 辭 ........................................................................................................................................29 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................30 畢業(yè)論文摘要 1 摘 要 全光網(wǎng)絡(luò)（ AON）的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)又向前邁出了重大的一步，它與傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)相比具有卓越的性能，被稱為第三代網(wǎng)絡(luò)，不久的將來(lái)，它將成為電信、 Inter等網(wǎng)絡(luò)的核心。由于新興業(yè)務(wù)占用的帶寬資源較 多，高速寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)已成為本世紀(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì) ，而光 纖具有巨大的帶寬 ， 200nm范圍內(nèi)，傳輸損耗較低。也就是說(shuō)，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程中始終在光域內(nèi)，波長(zhǎng)成為全光 網(wǎng)絡(luò)的最基本單元 。特別是數(shù)字傳輸干線采用時(shí)分復(fù)用 (OTDM) 技術(shù) ， 充分挖掘光纖的帶寬資源 ， 實(shí)現(xiàn)大容量信息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的交換。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。 光時(shí)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(shí)現(xiàn)的方法有增益開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。 1996 年 NEC、 ATamp。 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)。對(duì)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(zhǎng) 干涉效應(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。 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。英國(guó) BT實(shí)驗(yàn)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)。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)”。在 1535～ 1561nm之間，實(shí)現(xiàn)了增益基本平坦，最大偏差不超過(guò) 。這樣可以使增益平坦性、噪聲特性和放大效率達(dá)到最佳。由于光波分復(fù)用 技術(shù)的成熟，傳輸容量的迅速增長(zhǎng)帶來(lái)的對(duì)交換系統(tǒng)發(fā)展的壓力和動(dòng)力，通信網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，運(yùn)行速率越來(lái)越高。器件的這個(gè)作用相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)把光信號(hào)給“關(guān)斷”了；當(dāng)偏置電流信號(hào)為某一個(gè)不為零的值時(shí)，輸入的光信號(hào)便會(huì)被適當(dāng)放大后而輸出，這相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合讓光信號(hào)“通過(guò)”。典型的波導(dǎo)長(zhǎng)度為數(shù)個(gè)毫米。最常用的是采用鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)構(gòu)成 HZ 干涉型外調(diào)整器。串聯(lián)電極是一個(gè)溝道隔開(kāi)的兩個(gè)電流注入?yún)^(qū)，由于溝道沒(méi)有電流輸入，它起著飽和吸收區(qū)的作用。 光路交換 光信號(hào)的分割復(fù)用方式有三種：空分、時(shí)分和波分。 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(kāi)關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖33（ a），半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖 33（ b）。利用光纖延時(shí)線的光時(shí)分交換的工作原理：首先把時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光分路器，使它的每條出線上同時(shí)都只有某一時(shí)隙的光信號(hào)；然后讓這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延時(shí)器件，使其獲得不同的時(shí)間延遲；最后，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)光合路器重新復(fù)合起來(lái)，就完成了時(shí)分交換。然而由于需要把多路信號(hào)進(jìn)行分路后再接入鏈路，從而抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。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)。如何在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)組播功能也是一項(xiàng)非常重要的課題，為了實(shí)現(xiàn)組播，光開(kāi)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)。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(kāi)銷（開(kāi)支消息簡(jiǎn)稱開(kāi)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的操作和管理。 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(diǎn)就是光收發(fā)器 ， 每個(gè)星型子網(wǎng)分配一個(gè)光信號(hào)波長(zhǎng) ， 采用媒質(zhì)控制協(xié)議來(lái)解決資源共享問(wèn)題 ， 結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 ， 當(dāng)需要將各個(gè)子網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)時(shí) ， 則需要波長(zhǎng)路由器。所以 ITU T決定按光傳送網(wǎng) (OTN)的概念來(lái)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(jì)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(kuò)大到全光網(wǎng) ， 最終實(shí)現(xiàn)全透明傳輸。 控制與管理配置模式 光網(wǎng)絡(luò)控制與管理平臺(tái)主要負(fù)責(zé)提供和維護(hù)連接，管理網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)路由選擇提供連接請(qǐng)求進(jìn)行計(jì)算，以及在網(wǎng)絡(luò)中沿選擇的路由請(qǐng)求和建立連接的信令機(jī)制。 對(duì)等（ peer）模式：最初發(fā)出連接請(qǐng)求的是對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)單元（ NE），請(qǐng)求發(fā)出者已全面獲 畢業(yè)論文 22 得拓?fù)湫畔ⅰ? 路由選定：對(duì)于光網(wǎng)絡(luò)選路需要考察許多因素，包括單個(gè)連接的路由計(jì)算、拓?fù)湫畔@得和發(fā)布、資源狀態(tài)信息發(fā)布和可到達(dá)信息。 IETF：對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的路由和信令協(xié)議進(jìn)行技術(shù)規(guī)范－多協(xié)議波長(zhǎng)交換（ MPLambaS），作為 IP協(xié)議的擴(kuò)展，可運(yùn)行疊加或?qū)Φ饶Ｊ健? 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(gè)發(fā)展階段 全光通信網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo) 。 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(yàn)明顯地以波分復(fù)用技術(shù)為核心，即主要對(duì)波分復(fù)用傳輸、交換和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究與試驗(yàn)，構(gòu)成波分復(fù)用全光通信試驗(yàn)網(wǎng)。最 近有 Oxygen 計(jì)劃，美國(guó)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(yàn)平臺(tái)，又進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，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(duì)新業(yè)務(wù)的適應(yīng)性等關(guān)鍵技術(shù)。由于打破了光 /電轉(zhuǎn)換的“瓶頸” ， 采用全光網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)超大容量的網(wǎng)絡(luò)。在電路 DXC 和 ADM 之下提出了一個(gè)新的光網(wǎng)絡(luò)層 ， 簡(jiǎn)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(hào)無(wú)關(guān) ， 具有重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。 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(diǎn)之間分配一條光通道連接，但光信號(hào)是否可以從源節(jié)點(diǎn)傳送至目的節(jié)點(diǎn)，則需要進(jìn)行非常細(xì)致的功率， OSNR，色散 ， 非線性效應(yīng)等預(yù)算過(guò)程，而目前這些預(yù)算過(guò)程都是模擬的。但是 光層信號(hào)透明也帶來(lái)了其它問(wèn)題，中間 畢業(yè)論文 27 節(jié) 點(diǎn)無(wú)法識(shí)別業(yè)務(wù)信號(hào)，也無(wú)法根據(jù)業(yè)務(wù)信號(hào)開(kāi)銷來(lái)判斷當(dāng)前業(yè)務(wù)信號(hào)的質(zhì)量狀況。而且，因?yàn)榫唧w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(diǎn)之間建立業(yè)務(wù)需求，往往需要預(yù)先保留對(duì) 應(yīng)的業(yè)務(wù)協(xié)議處理單元，才能在不同邊緣節(jié)點(diǎn)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。這意味著全部以光信號(hào)來(lái)處理，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重的波長(zhǎng)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(zhǎng)阻塞就越嚴(yán)重。 綜上所述 ， 全光網(wǎng)可以說(shuō)是光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最高階段。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(dá)到 T 級(jí)別的設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始商用。而動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)連接需求，必然導(dǎo)致邊緣節(jié)點(diǎn)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(gè)設(shè)備成本的大頭，冗余的邊緣節(jié)點(diǎn)光電轉(zhuǎn)換功能意味著全光網(wǎng)無(wú)法提供經(jīng)濟(jì) 有效的傳送方案。 其次，因?yàn)楣庑盘?hào)是透明的，光信號(hào)在全光網(wǎng)處理過(guò)程中是作為一個(gè)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(diǎn)完成。 2)光層信號(hào)透明 全光網(wǎng)中所有處理過(guò)程都是以光信號(hào)形式完成的，在中間節(jié)點(diǎn)，光信號(hào)被直接轉(zhuǎn)發(fā)。光纖會(huì)對(duì)光信號(hào)造成衰減；物理路徑上的光放大器會(huì)補(bǔ)償因光纖造成的光信號(hào)衰減，但光放大器會(huì)帶來(lái)額外噪聲 并劣化光信號(hào)，非線性效應(yīng)會(huì)誘使光信號(hào)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(huì)因?yàn)槠骷母綦x度等原因帶來(lái)同頻串?dāng)_或相鄰串?dāng)_，而且級(jí)聯(lián)的光濾波器還會(huì)窄化濾波器的通帶譜寬，造成光信號(hào)的頻譜分量損失。這將使電路之間的調(diào)配轉(zhuǎn)接變得簡(jiǎn)單和方便。 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)絡(luò)國(guó)外研究概況 目前世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)中的全光網(wǎng)絡(luò)主要集中在美國(guó)、歐洲和日本。 ２ .完整的全光網(wǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是失效恢復(fù)時(shí)間短，但不夠靈活、帶寬利用率不高、無(wú)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(dòng)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(guò)失效部件。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。主要過(guò)程與技術(shù)如下： 鄰居發(fā)現(xiàn)：知道哪個(gè)終端系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)連接，哪個(gè) 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(gè)過(guò)程稱作鄰居發(fā)現(xiàn)。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。 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。光傳送網(wǎng)的性能與它對(duì)光信號(hào)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(wú)限的程度。 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)。 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