全光通信网

通信网传输容量的增加，促进了光纤通信技术的发展，光纤近30THz的巨大潜在带宽容量，使光纤通信成为支撑通信业务量增长最重要的技术。光的复用技术——波分复用(WDM) 、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)越来越受到人们的重视。但在以这些技术为基础的现有通信网中，网络的各个节点要完成光/电/光的转换，其中的电子器件在适应高速 、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的"电子瓶颈"现象。为了解决这一问题，人们提出了全光网(AON)的概念。

一、全光网的概念

所谓全光网，就是网中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电转换的介入。数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备(OXC)。在全光网络中，由于没有光电转换的障碍，所以允许存在各种不同的协议和编码形式，信息传输具有透明性，且无需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。

二、全光网的优点

基于波分复用的全光通信网，能比传统的电信网提供更为巨大的通信容量，可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。

全光网具备如下以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点：

1.全光网通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式均具有透明性，可以提供多种协议业务，可不受限制地提供端到端业务。透明性是指网络中的信息在从源地址到目的地址的过程中，不受任何干涉。由于全光网中信号的传输全在光域中进行，信号速率、格式等仅受限于接收端和发射端，因此全光网对信号是透明的。

2.全光网不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。

3.全光网络具备可扩展性，加入新的网络节点时，不影响原有网络结构和设备，降低了网络成本。

4.可根据通信业务量的需求，动态地改变网络结构，充分利用网络资源，具有网络的可重组性。

5.全光网络结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有变换与存储，网中许多光器件都是无源的，可靠性高、可维护性好。

全光网由于具有以上的优点，因此成为宽带通信网未来发展的目标。

三、全光网的体系结构和基本结构

利用波分复用技术的全光通信网将采用三级体系结构。最低一级(0级)是众多单位各自拥有的局域网(LAN)，它们各自连接若干用户的光终端(OT)。每个0级网的内部使用一套波长，但各个0级网多数也可使用同一套波长，即波长或频率再用。全光网的中间一级(1级)可看作许多城域网(MAN)，它们各自设置波长路由器连接若干个0级网。最高一级(2级)可以看作全国或国际的骨干网，它们利用波长转换器或交换机连接所有的1级网。全光网的基本结构可以分为光网络层和电网络层。

光网络层是光链路相连的部分，采用了WDM技术，使一个光网络中能传送几个波长的光信号，并在网络各节点之间采用OXC，以实现多个光信号的交叉连接。光网络层通过光链路与宽带网络用户接口和局域网(LAN)相连。光网络层的拓扑结构可以是环形、星形和网孔形等，交换方式可采用空分、时分或波分光交换。

电网络层中的ADM为电子分插复用器，它能够把高速STM-N光信号直接分纤成各种PDH支路信号或作为STM-1信号的复用器，它的速率可选STM-1、STM-4或STM-16。DXC相当于自动数字配线架的数字交叉连接设备，它可以对各种端口速率(PDH或SDH)进行可控的连接和再连接。所谓交叉连接也是一种"交换功能"，所以电网络层中有各种电子交换，从程控交换(如PABX)、ATM交换(如视频、数据信号的交换)到未来的某种交换(如图像、多媒体信号的交换)。

四、全光网络中的关键技术

要在全光网中实现信号的透明性、可重构性传输，必须研究全光传输的关键技术。下面分别介绍这几种关键技术：

1.光交叉连接(OXC)。OXC是全光网中的核心器件，它与光纤组成了一个全光网络。OXC 交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中断或业务失效时，OXC能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不中断，即它具有高速光信号的路由选择、网络恢复等功能。OXC除了提供光路由选择外，还允许光信号插入或分离出电网络层，它好像SDH中的DXC。

2.光分插复用(OADM)。OADM具有选择性，可以从传输设备中选择下路信号或上路信号，也可仅仅通过某个波长信号，但不要影响其他波长信道的传输。OADM在光域内实现了SDH中的分插复用器在时域内完成的功能，且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，能提高网络的可靠性，降低节点成本。提高网络运行效率，是组建全光网必不可少的关键性设备。

3.掺饵光纤放大器(EDFA)。在光纤通信中采用WDM技术能实现超大容量、超高速的光传输。而EDFA的商用可以使全光中继成为现实。EDFA是80年代末发展起来的一种新型光放大器件，它具有高增益、低噪声、宽频带，以及对数据速率与格式透明等特点。它可以对波长在1530～1575mm的光信号同时放大。在1550mm波段，EDFA的放大增益可达30～40dB。EDFA不但结构简单，与光纤耦合方便，而且连接损耗小。EDFA可用于100个信道以上的密集波分复用传输系统、接入网中的光图像信号分配系统、空间光通信，以及用于研究非线性现象等。EDFA是目前光放大技术的主流，它能简化系统，降低传输成本，增加中继距离，提高光信号传输的透明性，是实现全光网的关键器件。

4.全光网的管理、控制和运作。全光网对管理和控制提出了新的问题：①现行的传输系统(SDH)有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题;②由于表示网络状况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题;③在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。对于以上每一种问题都要有相应的处理方案。从现阶段的WDM全光网发展来看，网络的控制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需解决的技术。若没有行之有效的网管控制系统，则全光网是无法商用的。

五、全光网的两个发展阶段

全光通信网是通信网发展的目标。这一目标的实现分两个阶段完成。

1.全光传送网。在点到点光纤传输系统中，整条线路中间不需要作任何光/电和电/光的转换。这样的长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点到点全光传输。那么整个光纤通信网任一用户地点应该可以设法做到与任一其它用户地点实现全光传输，这样就组成全光传送网。

2.完整的全光网。在完成上述用户间全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换，以及多路复用/分接、进网/出网等功能都要由电子技术转变成光子技术完成，整个通信网将由光实现传输以外的许多重要功能，完成端到端的光传输、交换和处理等，这就形成了全光网发展的第二阶段，将是更完整的全光网。

六、目前全光网的发展状况

现阶段全光通信网的研究与试验明显地以波分复用技术为核心，即主要对波分复用传输、交换和联网技术进行研究与试验，构成波分复用全光通信试验网。在传输方面，掺铒光纤放大器加波分复用，再加上光纤色散补偿技术是走向全光通信网的合理途径。带光放大的波分复用技术已经成熟，并已投入商用。在交换技术方面，波长路由选择的引入使波分复用全光网在交换节点上具有独特的优势：可以实现光层上的信息交换，克服了电子交换瓶颈现象，且结构简单灵活，易于网络升级。预计在全光通信网中，波分复用光交换技术将会得到广泛应用。

在联网技术方面，近几年波分复用传输技术已经进入实用化和商用阶段，世界许多国家已经开始利用波分复用技术和现有的、以及即将铺设的光纤联网进行全光通信网试验，以寻求一个具有透明性、可扩性、可重构性的全光通信网的全面解决方案，为实现未来的宽带通信网奠定坚实的基础。