【正文】 隨著光通信技術(shù)的不斷發(fā)展，它已現(xiàn)雛形，雖然由于技術(shù)上的限制，仍然面臨著很多挑戰(zhàn)有待克服，但我們有理由相信，全光通信網(wǎng)的傳輸距離會越變越長，全光網(wǎng)絡系統(tǒng)將出現(xiàn)。全光網(wǎng)的靈活實際上是以邊緣節(jié)點的大量冗余功能單元來保證的。特別是在長距離超長距離大范圍的全光網(wǎng)中，因為光信號遭受的劣化更嚴重，預算也更緊張，如何針對物理受限因素來選路將會是全光網(wǎng)的致命障礙。同時，全光網(wǎng)具有網(wǎng)絡的可擴展性，即允許網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長，而不影響原有的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。在傳輸方面，摻鉺光纖放大器加波分復用，再加上光纖色散補償技術(shù)是走向全光通信網(wǎng)的合理途徑。在對等模式中，由光和電交換機構(gòu)成的網(wǎng)絡都在運行相同的多協(xié)議波長交換、共享拓撲和資源信息。通過這些信息，請求發(fā)出者可通過光網(wǎng)絡選擇路由來滿足各種不同的要求：例如多樣化的路由選定、延遲最短、可靠性最高，以及跳的次數(shù)最少。ITU T 。光復用段層為多波長光路（含單波長光路）光信號提供聯(lián)網(wǎng)功能其主要傳送實體有網(wǎng)絡連接，鏈路連接，子網(wǎng)連接和路徑。作為一項具有廣泛前景和技術(shù)優(yōu)勢的交換方式，光突發(fā)交換技術(shù)已引起了國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)的關(guān)注，我國的863計劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為重點資助項目。利用光時分交換技術(shù)實現(xiàn)的時分交換系統(tǒng)組成如圖34 圖34 時分光交換結(jié)構(gòu)圖波分復用技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應用。相應也有空分、時分和波分三種光交換。其相位受滯后隨注入電流變化引起折射率變化的影響。因此半導體光放大器也可以用于作光交換中的空分交換開關(guān)，通過控制電流來控制光信號的輸出選向。EDFA最高輸出功率已達到27dBm，這種光纖放大器可應用于100個信道以上的密集波分復用傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)中光圖像信號分配系統(tǒng)、空間光通信等。增益均衡技術(shù)利用損耗特性與放大 器的增益波長特性相反的原理均衡抵消增益不均勻性。為增加OXC的可靠性，每個模塊都具有主用和備用的冗余結(jié)構(gòu)，OXC自動進行主備倒換。目前，國內(nèi)開發(fā)DWDM系統(tǒng)的單位有原郵電部五所、北京大學、華為公司和武漢郵電科學研究院等。無論采用何種器件，都要求其工作性能可靠穩(wěn)定，控制用光信號功率低，與偏振無關(guān)。4)全光網(wǎng)中采用了較多無源光器件，省去了龐大的光/電/光轉(zhuǎn)換工作量及設備，提高網(wǎng)絡整體的交換速度，降低了成本并有利于提高可靠性。由于全光網(wǎng)絡中的信號傳輸全部在光域內(nèi)進行，因此，全光網(wǎng)絡具有對信號的透明性，它通過波長選擇器件實現(xiàn)路由選擇。本文簡要介紹全光網(wǎng)絡的基本概念、相關(guān)技術(shù)(全光交換、光交叉連接、全光中繼、光復用/解復用)，全光網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、全光網(wǎng)絡的管理、以及全光網(wǎng)絡的發(fā)展歷程、出現(xiàn)的背景、最新的國內(nèi)外進展狀況和目前存在的技術(shù)問題和發(fā)展前景等。只有基于光纖的全光網(wǎng)絡方案能提供高速、大容量的傳輸及處理能力，打破信息傳輸?shù)摹捌款i”，可以在很長的時間內(nèi)適應高速寬帶業(yè)務的帶寬需求。2)與無線或銅線比，處理速度高且誤碼率低。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回路（PLC）作為光復用器。MCI公司70%的網(wǎng)絡中已采用了WDM系統(tǒng)。測得的輸入和分出口之間隔離度＞55dB，對分出信道的抑制＞16dB，調(diào)節(jié)范圍＞8nm。利用光放大器構(gòu)成的全光通信系統(tǒng)的主要特點是：工 ，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。（5）用不同摻雜材料和摻雜量的光纖進行組合，制作混合型EDFA。通常半導體光放大器是用來對輸入光信號進行放大，并且通過控制放大器的偏置電流來控制其放大倍數(shù)。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。在毫微秒量級的高速交換時具有大于20dB的高信號增益。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大容量問題。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)在的電子瓶頸而導致的帶寬擴展困難。4 全光網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)NNMS:網(wǎng)絡管理系統(tǒng) EMS:網(wǎng)元管理系統(tǒng) TM:終端復用 圖41 全光網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖41所示為全光網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖，光傳送網(wǎng)可以從垂直方向分為三個網(wǎng)絡層，從上到下依次是光路層（OCH），光復用段（OMS）層和光傳輸段（OTS）層，即光纖傳送層。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)絡帶寬可以做到近乎無限的程度。終端系統(tǒng)不知道光網(wǎng)絡的拓撲或資源，光網(wǎng)絡中的控制智能全部應用于光層。ODSI的信令協(xié)議以現(xiàn)有的MPLS信令為基礎，向光域擴展并作進一步技術(shù)規(guī)范。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。光纖會對光信號造成衰減；物理路徑上的光放大器會補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，非線性效應會誘使光信號產(chǎn)生頻率變化并導致脈沖畸變和通道串擾；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擾或相鄰串擾，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。 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行交換和傳輸處理的，所有的業(yè)務拆分組合都只能在邊緣節(jié)點完成。一度被人視為電子瓶頸的電設備處理容量限制，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級別的設備已經(jīng)開始商用。無副導師時，刪除此行。 3)網(wǎng)絡傳送成本 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)絡更經(jīng)濟，尤其是在目前電信號處理設備已經(jīng)擁有相當規(guī)模的網(wǎng)絡應用情況下，只有更便宜有效的全光網(wǎng)才能真正被運營商接納。ITUT希望通過制訂橫向兼容性標準解決這一問題，標準成熟仍需要假以時日的雖然。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。預計在全光通信網(wǎng)中，波分復用光交換技術(shù)將會得到廣泛應用。 光網(wǎng)絡的生存性包括保護機制和恢復機制這兩種技術(shù)。 標準化的信令系統(tǒng)將為光網(wǎng)絡提供共同的語言和機理，較好傳送與連接相關(guān)的信息。 光網(wǎng)絡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。光傳輸段層網(wǎng)絡功能有：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)絡的操作和管理，例如傳輸?shù)目煽啃陨嫘缘取τ诠馔话l(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。光波分交換網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)如圖35所示。若光信號同時采用兩種或三種交換方式則稱復合光交換。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。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，再焊上電極就可以作為光交換元件了。但應變量子阱材料的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應用窗口的1310nm和1550nm的SOA。其技術(shù)包括以下幾個方面：（1）研制摻鉺碲化物玻璃 光纖。光交叉設備的一般結(jié)構(gòu)如圖21： 圖21 光交叉連接設備一般結(jié)構(gòu)OXC也有空分、時分和波分3種類型。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)務和成本低等是競爭的優(yōu)勢，因此業(yè)務提供者需要與此相適應的方案，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，它可以在此基礎上形成具有全光交換能力的產(chǎn)品。 波分復用（WDM）光波分復用是多個信源的電信號調(diào)制各自的光載波，經(jīng)復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。目前這方面的協(xié)議已經(jīng)被人們提出并逐步走向完善。1. 第一代網(wǎng)絡———電纜網(wǎng)絡電纜網(wǎng)絡采用傳輸電纜將各網(wǎng)絡節(jié)點連接在一起，該傳輸網(wǎng)絡技術(shù)已經(jīng)相當成熟，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)絡傳輸損耗大，頻帶較窄，主要利用頻分復用技術(shù)(FDM)來提高帶寬。全光網(wǎng)由于具有頻帶寬、容量大、擴容升級方便，適合高速業(yè)務的發(fā)展，它最終將發(fā)展成為寬帶綜合業(yè)務基礎數(shù)字網(wǎng)絡平臺。這樣，一根光纖可提供的理論傳輸帶寬約為50THz。全光網(wǎng)絡最顯著的優(yōu)點是它的開放性，它對所有不同調(diào)制頻率、不同速率和協(xié)議、不同制式的信號都同時兼容，是完全透明的，并允許幾代傳輸設備(PDH/ SDH/ ATM) 共存于一個傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)；全光網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)非常靈活，可以隨時增加新節(jié)點(包括無源分路/合路器) 而不必安裝新的信號交換與處理設備。SC光脈沖寬度可＜1ps。1997年初，總?cè)萘繛?0Gb/s（16信道）的WDM系統(tǒng)已經(jīng)商用。MachZehnder結(jié)構(gòu)（用光纖光柵或光集成技術(shù)）還在開發(fā)這中，并需要進一步改進以達到所要求的隔離度。 全光中繼傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)是采用光—電—光再生中繼器，這種方式的中繼設備十分復雜，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。激勵光能大致均勻地 分配到第一纖芯中，各個纖芯內(nèi)的光信號均以小信號進行放大，從而在很寬的波長范圍內(nèi)獲得接近平坦的增益。全光通信網(wǎng)的優(yōu)點是：光信號在通過光交換單元時，不需要經(jīng)過光電、電光轉(zhuǎn)換。而直接調(diào)制是利用激光器的注入電流直接隨承載信息的信號而變化，少量電流的變化就可以調(diào)制激光器的波頻(波長)，大約是1nm/mA。為使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復位，只要在激活區(qū)注入負電流脈沖即可。光時分復用和電時分復用類似，也是把一條復用信道劃分成若干個時隙，每個基帶數(shù)據(jù)光脈沖流分配占用一個時隙，N個基帶信道復用成高速光數(shù)據(jù)流信號進行傳輸。光分組交換系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光分組交換（ＯＰＳ）技術(shù)；光突發(fā)交換（ＯＢＳ）技術(shù)；光標記分組交換（ＯＭＰＬＳ）技術(shù)；光子時隙路由（ＰＳＲ）技術(shù)等。光分組技術(shù)的制約因素：光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)有光分組的產(chǎn)生、同步、緩存、再生，光分組頭重寫及分組之間的光功率的均衡等。(WAN)光纖城域網(wǎng)多以城市或行政區(qū)為單位