【正文】 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(hù)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。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 級別的設(shè)備已經(jīng)開始商用。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(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)冗余和成本。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(jìn)一步上升。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。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(jì) 有效的傳送方案。 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(jì)，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。 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。 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。全光網(wǎng)要構(gòu)建一個可管理、可運營、可維護(hù)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。 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。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。 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)。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。 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。 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(jìn)行非常細(xì)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。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。但 是，要構(gòu)建一個可獲得的可運營、可管理、可維護(hù)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。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。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(yuǎn)意義。這將使電路之間的調(diào)配轉(zhuǎn)接變得簡單和方便。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(hù)性。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。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)。 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。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。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。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(jìn)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)。 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。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。帶光放大的波分復(fù)用技術(shù)已經(jīng)成熟，并已投入商用。 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(jìn)行研究與試驗，構(gòu)成波分復(fù)用全光通信試驗網(wǎng)。 ２ .完整的全光網(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。 １ .全光傳送網(wǎng)。 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) 。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。 光網(wǎng)絡(luò)的生存 性包括保護(hù)機(jī)制和恢復(fù)機(jī)制這兩種技術(shù)。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。 IETF：對光網(wǎng)絡(luò)的路由和信令協(xié)議進(jìn)行技術(shù)規(guī)范－多協(xié)議波長交換（ MPLambaS），作為 IP協(xié)議的擴(kuò)展，可運行疊加或?qū)Φ饶Ｊ?。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。 ODSI對光 UNI的定義與疊加網(wǎng)絡(luò)的模式相兼容。典型的可采用最短路由算法。 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?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。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)。 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(jī)理，較好傳送與連接相關(guān)的信息。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。 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?fù)湫畔ⅰ＝K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。 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)。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。 控制與管理配置模式 光網(wǎng)絡(luò)控制與管理平臺主要負(fù)責(zé)提供和維護(hù)連接，管理網(wǎng)絡(luò)資源，對路由選擇提供連接請求進(jìn)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(jī)制。 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。 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。 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)。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(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) ， 最終實現(xiàn)全透明傳輸。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。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。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。 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。 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)。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?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。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。 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(dá)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。 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”。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)。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。對于光突發(fā)交換網(wǎng)來說，在邊緣路由器光接收機(jī)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。 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。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)。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