全光網(wǎng)（AON，all-optical network）以波長路由光交換技術(shù)和波分復(fù)用傳輸技術(shù)（WDM）為基礎(chǔ)，它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由光分插復(fù)用器和光交叉連接器構(gòu)成，能在光域上實現(xiàn)高速信息流的傳輸、交換、路由和故障恢復(fù)等功能。光交叉連接器（OXC）與光分插復(fù)用器（OADM）是全光網(wǎng)中最重要的網(wǎng)絡(luò)器件，是真正實現(xiàn)全光網(wǎng)關(guān)鍵性功能的必要前提，也是目前國內(nèi)外光通信器件廠商研究和開發(fā)的熱點。本文結(jié)合全光網(wǎng)的發(fā)展，介紹了光交叉連接器（OXC）、光分插復(fù)用器（OADM）與摻餌光纖放大器（EDFA）的基本原理以及全光網(wǎng)的交換技術(shù)，對光通信網(wǎng)和傳統(tǒng)通信網(wǎng)進(jìn)行了比較與討論，并介紹了我國和國外在全光通信網(wǎng)上的發(fā)展?fàn)顩r。
全光網(wǎng)的概念
自從光纖被引入通信網(wǎng)以來，它已為通信的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。隨著通信網(wǎng)傳輸容量的增加，光纖通信技術(shù)也發(fā)展到了一個新的高度。由一開始的34M PDH傳輸系統(tǒng)，到2.5G的SDH、10G的SDH系統(tǒng)。光的復(fù)用技術(shù)如波分復(fù)用（WDM）、時分復(fù)用（TDM）、空分復(fù)用（SDM）越來越受到人們的重視，例如現(xiàn)在在使用的DWDM技術(shù)，在一對光纖上復(fù)用了多個10G系統(tǒng)，大大增加了傳輸?shù)娜萘俊５谝赃@些技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)有通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點都要完成光-電-光的轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)節(jié)點開放，完成信號再放大等工作。然而其中的電子器件在適應(yīng)高速、大容量的需求上，存在著很多問題，例如帶寬限制、時鐘偏移、嚴(yán)重串話、高功耗等，由此在高速的光通信系統(tǒng)中產(chǎn)生了“電子瓶頸”現(xiàn)象。為了解決這一問題，人們提出了全光網(wǎng)（AON）的概念，它是指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(jìn)行，而其在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的交換則使用高可靠性、大容量和高度靈活的光交叉連接設(shè)備（OXC）。在全光網(wǎng)絡(luò)中，由于沒有電的環(huán)節(jié)，所以允許存在各種不同的協(xié)議方式和編碼形式，使信息傳輸具有透明性。而電方式只支持單一的業(yè)務(wù)形式，當(dāng)其他協(xié)議介入它所支持的協(xié)議時，需增加轉(zhuǎn)換設(shè)備的開銷，使整個網(wǎng)絡(luò)的管理趨于復(fù)雜化。由此可見，全光網(wǎng)是未來通信的主要方向之一。
全光網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)
目前關(guān)于全光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范性結(jié)構(gòu)尚未統(tǒng)一，但世界上有一些國家如美國、德國、法國等已提出了自己的全光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。從已提出的這些方案來看，它們的基本結(jié)構(gòu)大體一致，可以分為光網(wǎng)絡(luò)層和電網(wǎng)絡(luò)層。
光網(wǎng)絡(luò)層（光鏈路相連的部分）采用了WDM技術(shù)，使一個光網(wǎng)絡(luò)中能傳送幾個波長的光信號，并在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間采用OXC，以實現(xiàn)多個光信號的交叉連接。光網(wǎng)絡(luò)層通過光鏈路與寬帶網(wǎng)絡(luò)用戶接口和局域網(wǎng)（LAN）相連。
電網(wǎng)絡(luò)層中的ADM為電子分插復(fù)用器，它能夠把高速STM-N光信號直接分纖成各種PDH支路信號，或作為STM-1信號的復(fù)用器，它的速率可選STM-1，STM-4或STM-16。DXC相當(dāng)于自動數(shù)字配線架的數(shù)字交叉連接設(shè)備，它可以對各種端口速率（PDH或SDH）進(jìn)行可控的連接和再連接，所謂交叉連接也是一種“交換功能”，所以電網(wǎng)絡(luò)層中有各種電子交換，從程控交換（如PABX）、ATM交換（如視頻、數(shù)據(jù)信號的交換）到未來的某種交換（如圖像、多媒體信號的交換）。
光網(wǎng)絡(luò)層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、星形和網(wǎng)孔形等，交換方式可采用空分、時分或波分光交換。目前國際上所實驗的全光網(wǎng)更注重于波分光交換的應(yīng)用。如典型的MONET全光網(wǎng)是個有8個節(jié)點和8個波長的WDM環(huán)形網(wǎng)，它采用2.5Gbit/s和10Gbit/s的碼率，系統(tǒng)的最大容量為80Gbit/s。
全光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)
要在全光網(wǎng)中實現(xiàn)信號的透明性、可重構(gòu)性傳輸，必須研究全光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。
（一）光交叉連接（OXC）
OXC是全光網(wǎng)中的核心器件，它與光纖組成了一個全光網(wǎng)絡(luò)。OXC交換的是全光信號，它在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處，對指定波長進(jìn)行互連，從而有效地利用波長資源，實現(xiàn)波長重用，也就是使用較少數(shù)量的波長，互連較大數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。當(dāng)光纖中斷或業(yè)務(wù)失效時，OXC能夠自動完成故障隔離、重新選擇路由和網(wǎng)絡(luò)重新配置等操作，使業(yè)務(wù)不中斷，即它具有高速光信號的路由選擇、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等功能。OXC除了提供光路由選擇外，還允許光信號插入或分離出電網(wǎng)絡(luò)層，它好像SDH中的DXC。
（二）光分插復(fù)用（OADM）
它具有選擇性，可以從傳輸設(shè)備中選擇下路信號或上路信號，或僅僅通過某個波長信號，但不影響其他波長信道的傳輸。OADM在光域內(nèi)實現(xiàn)了SDH中的分插復(fù)用器在時域內(nèi)完成的功能，且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號。它能提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，降低節(jié)點成本，提高網(wǎng)絡(luò)運行效率，是組建全光網(wǎng)必不可少的關(guān)鍵性設(shè)備。
（三）摻餌光纖放大器（EDFA）
在光纖通信中采用WDM技術(shù)能實現(xiàn)超大容量、超高速的光傳輸。而EDFA的商用可以使全光中繼成為現(xiàn)實。EDFA是80年代末發(fā)展起來的一種新型光放大器件，它具有高增益、低噪聲、寬頻帶、增益特性與編振無關(guān)，以及對數(shù)據(jù)速率與格式透明等特點。它可以對波長在1530～1575mm的光信號同時放大，在1550mm波段，EDFA的放大增益可達(dá)30～40dB。EDFA不但結(jié)構(gòu)簡單，與光纖耦合方便，而且連接損耗小。EDFA可用于100個信道以上的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)中的光圖像信號分配系統(tǒng)、空間光通信，以及用于研究非線性現(xiàn)象等。EDFA是目前光放大技術(shù)的主流，它能簡化系統(tǒng)，降低傳輸成本，增加中繼距離，提高光信號傳輸?shù)耐该餍裕菍崿F(xiàn)全光網(wǎng)的關(guān)鍵器件。
貝爾實驗室和NH的研究人員已研制成功實驗性的DBFA。這是一種基于二氧化硅和餌的雙波段光纖放大器，它由兩個單獨的子帶放大器組成：一個是傳統(tǒng)1550nm EDFA（1530-1560nm），另一個是1590nm的擴(kuò)展波段光纖放大器EBFA和EDFA（工作波長1570-1605nm），EBFA和EDFA的結(jié)合使用，可使DWDM系統(tǒng)的帶寬增加一倍以上（75nm），為信道提供更大的空間，從而減少甚至消除了串話。因此，1590nmEBFA對滿足不斷增長的高容量光纖系統(tǒng)的需求邁出了重要的一步。
（四）全光網(wǎng)的管理、控制和運作
全光網(wǎng)對管理和控制提出了新的問題
1、現(xiàn)行的傳輸系統(tǒng)（SDH）有自定義的表示故障狀態(tài)監(jiān)控的協(xié)議，這就存在著要求網(wǎng)絡(luò)層必須與傳輸層一致的問題。
2、由于表示網(wǎng)絡(luò)狀況的正常數(shù)字信號不能從透明的光網(wǎng)絡(luò)中取得，所以存在著必須使用新的監(jiān)控方法的問題。
3、在透明的全光網(wǎng)中，有可能不同的傳輸系統(tǒng)共享相同的傳輸媒質(zhì)，而每一不同的傳輸系統(tǒng)會有自己定義的處理故障的方法，這便產(chǎn)生了如何協(xié)調(diào)處理好不同系統(tǒng)、不同傳輸層之間關(guān)系的問題。對于以上每一種問題都要有相應(yīng)的處理方案。從現(xiàn)階段的WDM全光網(wǎng)發(fā)展來看，網(wǎng)絡(luò)的控制和管理要比網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，網(wǎng)絡(luò)的配置管理、波長的分配管理、管理控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的性能測試等都是網(wǎng)絡(luò)管理方面需解決的技術(shù)。若沒有行之有效的網(wǎng)管控制系統(tǒng)，則全光網(wǎng)是無法商用的。
（五）光交換技術(shù)
光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。光路交換又可分成3種類型，即空分（SD）、時分（TD）和波分/頻分（WD/FD）光交換，以及由這些交換形式組合而成的結(jié)合型。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。
日本開發(fā)了兩種空分光交換系統(tǒng)多媒體交換系統(tǒng)和模塊光互連器。多媒體光交換系統(tǒng)支持G4傳真、10Mbit/s局域網(wǎng)和400Mbit/s的高清晰度電視。兩種系統(tǒng)均采用8×8二氧化硅光開關(guān)。
全光網(wǎng)的特點
全光網(wǎng)可使通信網(wǎng)具備更強的可管理性、靈活性、透明性，它具有如下以往傳統(tǒng)通信網(wǎng)和現(xiàn)行的光通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點。
（一）全光網(wǎng)通過波長選擇器來實現(xiàn)路由選擇，即以波長來選擇路由，對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式具有透明性的優(yōu)點。透明性是指網(wǎng)絡(luò)中的信息在從源地址到目的地址的過程中，不受任何干涉。由于全光網(wǎng)中信號的傳輸全在光域中進(jìn)行，信號速率、格式等僅受限于接收端和發(fā)射端，因此全光網(wǎng)對信號是透明的。
（二）全光網(wǎng)不僅可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，而且還可以支持未來的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級。
（三）全光網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性，即新節(jié)點的加入并不會影響原來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原有各節(jié)點設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)可同時擴(kuò)展用戶、容量、種類。
（四）全光網(wǎng)還具備可重構(gòu)性，可以根據(jù)通信容量的需求，實現(xiàn)恢復(fù)、建立、抗拒除光波長連接，即動態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可為突發(fā)業(yè)務(wù)提供臨時連接，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。
（五）由于全光網(wǎng)比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)多了一個光網(wǎng)絡(luò)層，而光網(wǎng)絡(luò)層中的許多光波器件是無源器件，因而可靠性高，而維護(hù)費用降低。
全光網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀
（一）美國和歐盟的全光網(wǎng)發(fā)展舉措：為開發(fā)先進(jìn)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，美國國防部高級研究計劃署DARPA資助了寬帶信息基礎(chǔ)技術(shù)（BIT）研究計劃，BIT計劃的核心是多波長光網(wǎng)絡(luò)MONET項目，它是一個建立在波分復(fù)用基礎(chǔ)上的美軍未來全球多波長網(wǎng)絡(luò)試驗床，其目標(biāo)是推進(jìn)、演示和使各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、先進(jìn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理集成在一起，以實現(xiàn)大容量、高性能、經(jīng)濟(jì)、可靠的多波長全國（或全球）透明光網(wǎng)，供商業(yè)和政府通信之用。歐盟也資助了歐洲先進(jìn)通信研究和技術(shù)發(fā)展（RACE）計劃以及先進(jìn)通信技術(shù)和業(yè)務(wù)（ACTS）研究計劃。歐盟資助的ACTS研究計劃中，光技術(shù)領(lǐng)域由多個項目組成，其重點放在實驗演示上，同時對不同的光網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)器件進(jìn)行研究。
（二）中國：上海率先跨入全光通信時代。上海在全國率先跨入了全光通信的商業(yè)化運營時代。由上海科技網(wǎng)升級改造的上海全光通信示范網(wǎng)正平穩(wěn)順利運行，863高科技成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。上海科技網(wǎng)完成全光化改造后，單根光纖傳輸總帶寬達(dá)到40Gb/s，是原來ATM網(wǎng)155兆帶寬的256倍，1秒鐘內(nèi)可輸送相當(dāng)于2.5億個漢字的信息，做到了名副其實的“海量”傳輸。上海全光網(wǎng)能與現(xiàn)有各種通信設(shè)備能良好“合作”，引起各應(yīng)用部門的充分關(guān)注，截止2001年9月已有1000多個用戶開通了應(yīng)用服務(wù)。上海全光網(wǎng)的成功運用造就了商機，上海光網(wǎng)公司將為云南昆明全光寬帶網(wǎng)工程提供設(shè)備，內(nèi)蒙古、重慶的有關(guān)單位也表示了合作意向。
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