【正文】 全光網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)成為各國和跨國公司研究計劃的重點，而自動光交換網(wǎng)絡(luò)是首當(dāng)其沖的。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。目前，光傳輸速率不斷提高，預(yù)計在未來10年還將提高100倍，在這種超高速網(wǎng)中，如果繼續(xù)采用原有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，整個網(wǎng)絡(luò)必將變得龐大復(fù)雜難以實現(xiàn)，采用電信號處理信息將給高速傳輸帶來電子“瓶頸”，超高速帶來的經(jīng)濟效益將被昂貴的光/電和電/光轉(zhuǎn)換費用所抵消，因此實現(xiàn)全光網(wǎng)是唯一的出路。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)。同時，全光網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，即允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長，而不影響原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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。全光網(wǎng)還具有可重構(gòu)性，采用關(guān)鍵網(wǎng)元OADM和OXC可使網(wǎng)絡(luò)的組建更加靈活。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。特別是對于我國這樣一個幅員遼闊、具有龐大干線網(wǎng)的國家，全光網(wǎng)的建立將在干線網(wǎng)的交叉節(jié)點上引入OXC和光波長變換，形成端到端的“虛波長”通路，實現(xiàn)用戶端到端的連接。這將使電路之間的調(diào)配轉(zhuǎn)接變得簡單和方便。從發(fā)展趨勢看，形成一個真正的、以WDM技術(shù)及光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡(luò)層，建立純粹的全光網(wǎng)，消除光/電“瓶頸”已成為光通信發(fā)展的必然，這完全符合傳送網(wǎng)的分層化的趨勢。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。實際上，21世紀(jì)的通信網(wǎng)將成為光子網(wǎng)絡(luò)，載有信息的光子將直接進入城域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、路由器和服務(wù)器，甚至用戶家庭。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。 雖然全光網(wǎng)發(fā)展迅速，而且很多關(guān)鍵器件也已經(jīng)發(fā)展成熟，利用它們構(gòu)造一個動態(tài)可配置的全光網(wǎng)已經(jīng)不再是“空中樓閣”式的神話。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。1)物理參數(shù)預(yù)算對于全光網(wǎng)而言，所有的信號處理包括傳輸和交換都是以光信號完成的，在源節(jié)點和目的節(jié)點之間的物理路徑包括有光纖、放大器、色散補償模塊、濾波器和光信號交叉裝置等。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(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。這些因素決定了全光網(wǎng)中的光信號連接過程是一個異常復(fù)雜的物理參數(shù)預(yù)算過程。 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。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(yù)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。更嚴重的是：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。 此外，因為不同公司采用長距離傳輸技術(shù)如編碼、調(diào)制、放大技術(shù)并不一致，不同實現(xiàn)方式對系統(tǒng)的改善也不盡相同，種種原因?qū)е虏煌镜娜庠O(shè)備無法在光層直接對接。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。在不同廠家真正實現(xiàn)橫向兼容性之前，一個全光網(wǎng)往往只能由一家系統(tǒng)供應(yīng)商供貨，潛在的壟斷可能性將阻礙應(yīng)用。 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)。光信號的透明性保證了中間節(jié)點對業(yè)務(wù)信號的轉(zhuǎn)發(fā)等處理過程與業(yè)務(wù)信號的協(xié)議、速率等都無關(guān)，簡化了中間節(jié)點對業(yè)務(wù)的處理過程。但是光層信號透明也帶來了其它問題，中間節(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。雖然光層也提供了類似功率監(jiān)控，光譜監(jiān)控方法來完成對光載波信號的監(jiān)控，但是現(xiàn)有監(jiān)控方法僅能對光功率，光信噪比，波長等相關(guān)模擬參數(shù)進行監(jiān)控，而無法直接對業(yè)務(wù)信號進行監(jiān)控，即盡管檢測到光功率，波長，OSNR等信息，但仍然無法判定其所承載的業(yè)務(wù)信號是否可用。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。對于一個層網(wǎng)絡(luò)而言，要提供電信級傳送服務(wù)，信號質(zhì)量監(jiān)控是必不可少的。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。在無有效監(jiān)控的光信號之上無法直接構(gòu)建具備完備功能的傳送網(wǎng)。 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(wù)拆分組合都只能在邊緣節(jié)點完成。而業(yè)務(wù)需求往往無法準(zhǔn)確預(yù)測，全光網(wǎng)為響應(yīng)業(yè)務(wù)連接需求，往往必須根據(jù)每個業(yè)務(wù)分配波長通道，這種處理方法導(dǎo)致波長利用效率顯著降低（只有同源同宿的業(yè)務(wù)才能共享相同波長通道）。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)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。 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行網(wǎng)絡(luò)運營管理維護。一方面，帶外數(shù)據(jù)通道不能保證和帶內(nèi)數(shù)據(jù)通道的實時性，不能及時反映當(dāng)前光信號路徑的情況信息，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時無法做到及時倒換；另一方面，帶外數(shù)據(jù)通道失效往往會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰，而加強帶外數(shù)據(jù)通道的可靠性只會加大網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜程度。 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。 但如前所述，現(xiàn)在的最終客戶都是用電信號來處理信息的，意味在全光網(wǎng)和用戶之間，必然存在一個光電轉(zhuǎn)換設(shè)備來完成電信號向光信號的轉(zhuǎn)變，之后在光域中完成連接。而動態(tài)的業(yè)務(wù)連接需求，必然導(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。 在全光網(wǎng)中，連接都以光信號形式完成，但眾所周知，在現(xiàn)階段不同光信號是根據(jù)光載波的波長來區(qū)分的，當(dāng)一根光纖上的某個波長通道被分配后，其它業(yè)務(wù)連接就無法實現(xiàn)該波長通道。這意味著全部以光信號來處理，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)存在嚴重的波長阻塞，特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，業(yè)務(wù)連接越復(fù)雜，波長阻塞就越嚴重。過高的波長阻塞率將導(dǎo)致波長利用效率低下，也意味著既有的光纖資源無法得到充分利用，增加了成本。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。 如前所述，如果全光網(wǎng)直接響應(yīng)業(yè)務(wù)連接需求，就必須為每一個業(yè)務(wù)連接分配一個端到端波長通道，造成波長利用效率過低。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。4)其它 一方面是全光網(wǎng)在實際商用過程中存在種種問題有待解決，而另一方面電信號處理能力也在日新月異地發(fā)展。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。電層處理能力的加強以及數(shù)字化電子信號將會進一步延緩全光網(wǎng)的商用，只有在研究領(lǐng)域開發(fā)出可以與電子器件性能相媲美的價格便宜的光器件之后，全光網(wǎng)才真正有可能替代電信號處理形式成為主流。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。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(luò)系統(tǒng)將出現(xiàn)。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。謝 辭參考文獻[1] :國防工業(yè)出版社，～101[2] 吳德明，:科學(xué)出版社，～48[3] 解金山，:～112[4] 吳鍵學(xué)，:～97[5] :～45[6] :～157[7] :～85[8] 周剛，:～113[9] ，2004，（8）[10] ，2002，（4）[11] 徐濟仁，牛紀(jì)海，2001，（16）[12] WDM——，2001，（3）.[13] ，2001，（5）[14] Baojun Li and SooJin Chua 22 Optical Waveguide Switch with BowTie Electrode Based on CarrierInjection Total Internal Reflection in SiGe Alloy [J] IEEE Photonics Technical Letters 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