全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢研究畢業(yè)論文

1、 設(shè)計（論文）題目：全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢研究目錄摘 要1abstract1引言21 概 述31.1全光網(wǎng)概述31.2通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況32 全光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)52.1.2 波分復(fù)用（wdm）52.1.3 光分插復(fù)用（oadm）62.2光節(jié)點技術(shù)72.3 全光中繼83全光網(wǎng)絡(luò)的核心光交換技術(shù)103.1光交換元件103.1.1半導(dǎo)體光開關(guān)103.1.2耦合波導(dǎo)開關(guān)103.1.3波長轉(zhuǎn)換器113.1.4光存儲器113.2光交換技術(shù)123.2.1光路交換123.2.2分組交換技術(shù)154 全光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)174.1全光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)174.2全光網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)175 光網(wǎng)絡(luò)的控制與管理技術(shù)215.1控制與管

2、理開銷通道215.2控制與管理配置模式215.3光層動態(tài)控制信令協(xié)議226 全光網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展246.1全光網(wǎng)的兩個發(fā)展階段246.2目前全光網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r246.3全光網(wǎng)絡(luò)國外研究概況246.4全光網(wǎng)的發(fā)展前景及面臨的困難和挑戰(zhàn)25謝 辭29參考文獻30摘 要全光網(wǎng)絡(luò)（aon）的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)又向前邁出了重大的一步，它與傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)相比具有卓越的性能，被稱為第三代網(wǎng)絡(luò)，不久的將來，它將成為電信、internet等網(wǎng)絡(luò)的核心。本文簡要介紹全光網(wǎng)絡(luò)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(fù)用/解復(fù)用)，全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、全光網(wǎng)絡(luò)的管理、以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程、出現(xiàn)的背景、

3、最新的國內(nèi)外進展?fàn)顩r和目前存在的技術(shù)問題和發(fā)展前景等。關(guān)鍵詞: 全光網(wǎng)絡(luò)、光波復(fù)用、光交換、光節(jié)點abstractall optical network (aon) marked the emergence of the network transmission technology has taken a major step forward， compareing with traditional transmission networks ， it has outstanding performance， known as the third-generation network， in

4、 the near future， it will be the core of telecommunications internet and other network. this article introduced briefly the entire light network the basic concept， the correlation technology (all optical switching， optical cross-connect， the optical relay， retrocession by / to the use)， all optical

5、network network structure， the all optical network management， and the entire optical network development process， the emergence of the background， the latest and state of progress and existing technical problems and development prospects.keywords: all optical networks， the use of light waves， optic

6、al switching， optical.引 言21世紀(jì)是信息社會的時代，社會對信息的大量需求，推動了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的高速發(fā)展，國家骨干通信網(wǎng)（含廣播電視與電信數(shù)字傳輸交換網(wǎng)、數(shù)字微波網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)）為信息傳送提供了高速通道，但仍難于滿足internet爆炸式的增長、難于滿足大量傳輸多媒體及豐富圖形終端用戶的帶寬需求；特別是這些信息最終都要經(jīng)過“最后一公里”的接入網(wǎng)才能傳送到用戶手中。不管是電信網(wǎng)絡(luò)或者廣電網(wǎng)絡(luò)，這最后一公里的接入網(wǎng)在整個網(wǎng)絡(luò)中均占有重要的地位，它不但投資大，而且又是制約目前與將來業(yè)務(wù)高速發(fā)展的瓶頸，全光網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，將會徹底改變該現(xiàn)狀而產(chǎn)生深遠的意義。全光網(wǎng)由于具有頻帶寬、容

7、量大、擴容升級方便，適合高速業(yè)務(wù)的發(fā)展，它最終將發(fā)展成為寬帶綜合業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)平臺。1 概 述目前，光通信的發(fā)展主要向更大的容量發(fā)展，但是，在向大容量進軍的同時，如何有效的運行、管理和維護如此大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸被人們關(guān)注。為此人們提出了全光通信網(wǎng)的概念，指出了未來光通信的發(fā)展方向。1.1全光網(wǎng)概述隨著社會的進步，可以極大豐富和改善人們通信效果和質(zhì)量的寬帶視頻、多媒體業(yè)務(wù)、基于ip的實時/準(zhǔn)實時業(yè)務(wù)等新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的社會需求不斷增長。由于新興業(yè)務(wù)占用的帶寬資源較多，高速寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)已成為本世紀(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，而光纖具有巨大的帶寬，1.55m波長附近200nm范圍內(nèi)，傳輸損耗較低。由公式

8、f = c/，其中f為頻率、為波長、c = 3108m/s 為光速，可得知200nm的對應(yīng)帶寬約為25thz（1thz=1012hz）。在1.3m波長附近，也有約25thz可利用的帶寬。這樣，一根光纖可提供的理論傳輸帶寬約為50thz。但是，目前串行電信號傳輸速率上限為40gbps，即使用此速率在光纖上傳輸，也僅利用了光纖容量的千分之一。在眾多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)方案中，基于電子技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)方案由于受限于器件工作上限速率40g，難以完成高速寬帶綜合業(yè)務(wù)的傳送和交換處理，網(wǎng)絡(luò)中還會出現(xiàn)帶寬“瓶頸”。只有基于光纖的全光網(wǎng)絡(luò)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

9、應(yīng)高速寬帶業(yè)務(wù)的帶寬需求。全光網(wǎng)絡(luò)（全光通信網(wǎng)絡(luò)）是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換時始終以光的形式存在，而不需要經(jīng)過光/電、電/光變換。也就是說，信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程中始終在光域內(nèi)，波長成為全光網(wǎng)絡(luò)的最基本單元。由于全光網(wǎng)絡(luò)中的信號傳輸全部在光域內(nèi)進行，因此，全光網(wǎng)絡(luò)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。全光網(wǎng)絡(luò)以其良好的透明性、波長路由特性、兼容性和可擴展性，成為下一代高速（超高速）寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選。未來光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要趨勢為：組網(wǎng)方式開始從簡單的點到點傳輸向光層聯(lián)網(wǎng)方式前進，改進組網(wǎng)效率和靈活性；光聯(lián)網(wǎng)將從靜態(tài)聯(lián)網(wǎng)開始向智能化動態(tài)聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，改進網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)和生存

10、性是未來發(fā)展的一項主要任務(wù)；智能網(wǎng)絡(luò)對于運營商在競爭中推出與眾不同的服務(wù)，以及節(jié)省運營開支起著至關(guān)重要的作用。1.2通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況1. 第一代網(wǎng)絡(luò)電纜網(wǎng)絡(luò)電纜網(wǎng)絡(luò)采用傳輸電纜將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接在一起，該傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)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(luò)傳輸損耗大，頻帶較窄，主要利用頻分復(fù)用技術(shù)(fdm)來提高帶寬。電纜網(wǎng)絡(luò)具有以下特點:主要用于傳輸模擬信號；各傳輸節(jié)點對信號產(chǎn)生一定的時延、噪聲和失真；傳輸距離較短；可靠性較低，這些特點是由于整個網(wǎng)絡(luò)都是在電信號領(lǐng)域完成信號的傳輸、交換、處理等功能，必然受到電子器件自身物理參數(shù)極限的限制。2.第二代網(wǎng)絡(luò)

11、光電混合網(wǎng)絡(luò)光電混合傳輸網(wǎng)絡(luò)是在各個節(jié)點之間用光纜代替電纜，實現(xiàn)節(jié)點之間傳輸光纜化，節(jié)點仍采用電子處理與交換設(shè)備，節(jié)點至用戶終端之間仍采用電纜網(wǎng)絡(luò)，這是目前廣泛采用的網(wǎng)絡(luò)。光纜與電纜比較具有如下優(yōu)點:通信容量大，傳輸距離遠，抗電磁干擾性能好，傳輸質(zhì)量佳，節(jié)省金屬材料資源。特別是數(shù)字傳輸干線采用時分復(fù)用(otdm) 技術(shù)，充分挖掘光纖的帶寬資源，實現(xiàn)大容量信息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的交換。目前應(yīng)用最廣的是數(shù)字同步復(fù)接體系(sdh)，這種網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了傳輸干線信息的遠距離高速大容量傳輸。3.第三代網(wǎng)絡(luò)全光網(wǎng)絡(luò)全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點代替電節(jié)點，光節(jié)點之間采用光纖互聯(lián)在一起，實現(xiàn)信息完全在光領(lǐng)域的傳輸與交換，是未來信息網(wǎng)

12、絡(luò)的核心。全光網(wǎng)絡(luò)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(shè)備(pdh/ sdh/ atm) 共存于一個傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；全光網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。全光網(wǎng)絡(luò)與光電混合網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別在于它具有最少量的電/光- 光/電轉(zhuǎn)換設(shè)備，任何一個光節(jié)點都無需為其他節(jié)點處理信息與服務(wù)，光節(jié)點與用戶終端之間的信號傳輸與處理均在光域進行。全光網(wǎng)絡(luò)具有如下優(yōu)點：1)提供巨大的帶寬。2)與無線或銅線比，處理速度高且誤碼率低。3)采用光路交換的全光網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議透明

13、性，即對信號形式無限制。允許采用不同的速率和協(xié)議，有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性。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(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度，降低了成本并有利于提高可靠性。對于全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來說，目前還存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)的互連和互操作、光性能的監(jiān)視和測試等。網(wǎng)絡(luò)管理除了基本的功能外，核心光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)包括下列功能：光波長路由管理、端到端性能監(jiān)控、保護與恢復(fù)、疏導(dǎo)和資源分配策略管理。目前這方面的協(xié)議已經(jīng)被人們提出并逐步走向完善。光通信一直是推動整個通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本動力之一，已經(jīng)提出的智能光網(wǎng)絡(luò)和城域光網(wǎng)絡(luò)等代表了光通信的未來發(fā)展方向。2

14、 全光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)2.1光復(fù)用/解復(fù)用技術(shù) 2.1.1光時分復(fù)用（otdm） 光時分復(fù)用（otdm）是用多個電信道信號調(diào)制具有同一個光頻的不同光信道，經(jīng)復(fù)用后在同一根光纖傳輸?shù)臄U容技術(shù)。光時分復(fù)用技術(shù)主要包括：超窄光脈沖的產(chǎn)生與調(diào)制技術(shù)、全光復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)、光定時提取技術(shù)。1.超窄光脈沖的產(chǎn)生光時分復(fù)用要求光源提供520ghz的占空比相當(dāng)小的超窄光脈沖輸出，實現(xiàn)的方法有增益開關(guān)法、ld的模式鎖定法、電吸收連續(xù)光選通調(diào)制法及光纖光柵法、sc(supercontinum）光脈沖。增益開關(guān)法可以產(chǎn)生脈寬57ps、脈沖重復(fù)頻率在10ghz左右可任意調(diào)整的光脈沖，其優(yōu)點是很容易與其它信號同步。增益開

15、關(guān)法已用于各種高速光傳輸實驗中的脈沖源產(chǎn)生和光測量中。sc光脈沖寬度可1ps，最窄達0.17ps。另外利用調(diào)整線性調(diào)制光纖光柵的色散值對電吸收調(diào)制器輸出的光脈沖形狀進行修正，也可以產(chǎn)生脈寬為5.8ps、占空比為6.3%的10ghz的光脈沖。2.全光復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)全光時分復(fù)用可由光延遲線和3db光方向耦合器構(gòu)成。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(dǎo)回路（plc）作為光復(fù)用器。全光去復(fù)用器在光接收端對otdm信號進行去復(fù)用。目前已研制出4種形式的器件作為去復(fù)用器，它們是光克爾開關(guān)矩陣光去復(fù)用器、交叉相位調(diào)制頻移光去復(fù)用器、四波混頻開關(guān)光去復(fù)用器

16、和非線性光纖環(huán)路鏡式（nolm）光去復(fù)用器。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)。3.光定時提取技術(shù)光定時提取要求超高速運轉(zhuǎn)、低相位噪聲、高靈敏度以及與偏振無關(guān)。目前已研制出一種采用高速微波混頻器作為相位探測器構(gòu)成的鎖相環(huán)路（pll），另外使用法布里一珀羅干涉光路構(gòu)成的光振蕩回路（fpt）也可以完成時鐘恢復(fù)功能。2.1.2 波分復(fù)用（wdm）光波分復(fù)用是多個信源的電信號調(diào)制各自的光載波，經(jīng)復(fù)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。采用wdm技術(shù)不僅可以擴大通信容量，而且可以為通信帶來巨大

17、的經(jīng)濟效益。因而，近些年對這方面的研究方興未艾，特別是密集波分復(fù)用可望很快獲得應(yīng)用。1995年ntt進行了10個信道、每個信道的傳輸速率高達10gb/s，中繼間距為100km，傳輸距離為600km的全光傳輸實驗，系統(tǒng)容量高達60（tb/s）km。1996年nec、at&t、富士通3個公司進行了總?cè)萘砍^1tb/s的wdm實驗（nec：20gb/s132ch-120km；富士通：20gb/s55ch-150km；at&t：40gb/s25ch-55km）。1997年初，總?cè)萘繛?0gb/s（2.5gb/s16信道）的wdm系統(tǒng)已經(jīng)商用。目前，大部分公司的dwdm系統(tǒng)都是以2.5gb/s為基本速率

18、的，僅加拿大北電網(wǎng)絡(luò)等少數(shù)公司是以10gb/s為基本速率。北電（nortel）的810gb/s波分復(fù)用系統(tǒng)開通實際業(yè)務(wù)的運營商。mci公司70%的網(wǎng)絡(luò)中已采用了wdm系統(tǒng)。泛歐運營商her公司(herms europerailtel）將采用cienc公司的402.5gb/s系統(tǒng)。 williams公司將為frontier在休士頓、亞特蘭大等地的網(wǎng)絡(luò)提供1610gb/s的dwdm系統(tǒng)。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(xué)、華為公司和武漢郵電科學(xué)研究院等。武漢郵電研究院的82.5gb/s波分復(fù)用系統(tǒng)已用于濟南-青島工程?，F(xiàn)在wdm技術(shù)的研究方向主要有兩個：一個是朝著更多波長、單

19、波長更高速率的方向發(fā)展；另一個是朝著wdm聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。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(wù)和成本低等是競爭的優(yōu)勢，因此業(yè)務(wù)提供者需要與此相適應(yīng)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(chǔ)上形成具有全光交換能力的產(chǎn)品。2.1.3 光分插復(fù)用（oadm）在波分復(fù)用（wdm）光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，人們的興趣越來越集中到光分插復(fù)用器上。這些設(shè)備在光波長領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng)sdh分插復(fù)用器（sdh adm）在時域內(nèi)的功能。特別是oadm可

20、以從一個wdm光束中分出一個信道分出功能），并且一般是以相同波長往光載波上插入新的信息（插入功能）。對于oadm，在分出口和插入口之間以及輸入口和輸出口之間必須有很高的隔離度（25db），以最大限度地減少同波長干涉效應(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。已經(jīng)提出了實現(xiàn)oadm的幾種技術(shù)：wdmdemux（解復(fù)用）和mux（復(fù)用）的組合；光循環(huán)器間或在mach-zehnder結(jié)構(gòu)中的光纖光柵；用集成光學(xué)技術(shù)實現(xiàn)的串聯(lián)mach-zehndr結(jié)構(gòu)中和干涉濾波器。前兩種方式使隔離度達到最高，但它們需要昂貴的設(shè)備如wdm mux/demux或光循環(huán) 器。mach-zehnder結(jié)構(gòu)（用光纖光柵或光集成技術(shù)）還在開

21、發(fā)這中，并需要進一步改進以達到所要求的隔離度。上面幾種oadm都被設(shè)計成以固定的波長工作。意大利電信中心研究實驗室研制了一種新結(jié)構(gòu)使用干涉濾波器的oadm，與傳統(tǒng)的單根光纖設(shè)計相比，它提供了插入口和分出口之間的高隔離度，對輸出口的分出信號雙倍的抑制功能以及波長可調(diào)性，這種方法的可行性已通過樣機進行了試驗。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。2.2光節(jié)點技術(shù)光交叉技術(shù)光交叉連接（oxc）是用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備，通過對光信號進行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護/恢復(fù)以及自動配線和監(jiān)控的重要手段。oxc主要由光交叉連接矩陣、

22、輸入接口、輸出接口、管理控制單元等模塊組成。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。輸入接口、輸出接口直接與光纖鏈路相連，分別對輸入輸出信號進行適配、放大。管理控制單元通過編程對光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口模塊進行監(jiān)測和控制、光交叉連接矩陣是oxc的核心，它要求無阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形式的功能。光交叉設(shè)備的一般結(jié)構(gòu)如圖2-1： 圖2-1 光交叉連接設(shè)備一般結(jié)構(gòu)oxc也有空分、時分和波分3種類型。目前比較成熟的技術(shù)是波分復(fù)用和空分技術(shù)，時分技術(shù)還不成熟。如果將波分復(fù)用技術(shù)和空分技術(shù)相結(jié)合，可大大提高交叉連接矩陣的容

23、量和靈活性。日本nec公司研制的88無極性linbo3光交叉矩陣由64個無極性定向耦合開關(guān)單元組成，所有開關(guān)單元都以簡單樹形結(jié)構(gòu)（sts）的形式集成在lin-bo3芯片上。英國bt實驗室研制的oxc采用wdm技術(shù)與空分技術(shù)相結(jié)合，已用于波分復(fù)用系統(tǒng)。在倫敦地區(qū)本地網(wǎng)絡(luò)上進行了現(xiàn)場實驗，傳輸速率為622mb/s。另外，西門子、ntt和愛立信等國外大公司所 屬實驗室對oxc的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用技術(shù)也進行了類似研究和實驗。2.3 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(shè)備十分復(fù)雜，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。多年來，人們一直在探索去掉上述光電光轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對信號進行放大傳輸

24、，即用一個全光傳輸型中繼器代替目前這種再生中繼器?？萍既藛T已經(jīng)開發(fā)出半導(dǎo)體光放器（soa）和光纖放大器（摻鉺光纖放大器edfa、摻鐠光纖放大器pdfa、摻鈮光纖放大器ndfa）edfa具備高增益、高輸出、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振無關(guān) 等一系列優(yōu)點，這將可以促進超大容量、超高速、全光傳輸?shù)纫慌滦蛡鬏敿夹g(shù)的發(fā)展。利用光放大器構(gòu)成的全光通信系統(tǒng)的主要特點是：工 作波長恰好是在光纖損耗最低的1.55m波長，與線路的耦合損耗很小，噪聲低（48db）、頻帶寬（3040nm），很適合用于wdm傳。但是在wdm傳輸中，由于各個信道的波長不同，有增益偏差，經(jīng)過多級放大 后，增益偏差累積，低電平信道信號s

25、nr惡化，高電平信道信號也因光纖非線性效應(yīng)而使信號特性惡化。為了使edfa的增益平坦，主要采用 “增益均衡技術(shù)”和“光纖技術(shù)”。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。目前主要使用光纖光柵、介質(zhì)多層薄膜濾波器、平面光波導(dǎo)作為均衡器?！肮饫w技術(shù)”是通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變edf特性，從而改 善edfa的特性。其技術(shù)包括以下幾個方面：（1）研制摻鉺碲化物玻璃 光纖。用這種光纖制作的edfa，可使增益特性平坦，頻帶擴寬。而且頻帶向長波長一側(cè)移動。據(jù)ntt公司在ofc97上報道，其最高帶寬達80nm。在15351561nm之間，實現(xiàn)了增益基本

26、平坦，最大偏差不超過1.5db。（2）多芯edfa。多芯edfa使用的edf最多纖芯的。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。（3）研制摻鉺氟化物光纖放 大器，在帶寬的頻帶內(nèi)可獲得平坦的增益。（4）通過在摻鉺光纖中摻鋁，改變鉺的放大能級分布，加寬可放大的頻帶。（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。主要有（a1-edf）和p-a1-edf）組合；a1-edf和p-yb-edf組合；摻鉺石英光纖和摻鉺氟化物光纖組合。這樣可以使增益平坦性、噪聲特性和放大效率達到最佳。edfa最高輸出功率已達到2

27、7dbm，這種光纖放大器可應(yīng)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)中光圖像信號分配系統(tǒng)、空間光通信等。目前光放大技術(shù)主要是采用edfa。soa雖然研制得比較早，但受噪 聲、偏振相關(guān)性等影響，一直沒有達到實用化。但應(yīng)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(yīng)用窗口的1310nm和1550nm的soa。用于1310nm窗口的pdfa，因受氟化物光纖制作困難和氟化物光纖特性的限制，研究進展比較緩慢，尚未實用。 目前來看，雖然在全光通信方面的技術(shù)方面有了很大的進展，很多關(guān)鍵的技術(shù)得到了很好的改

28、進，能夠基本適應(yīng)全光通信的基本需要，但是也還存在很多關(guān)鍵技術(shù)不足的地方，如下面將要介紹到的全光網(wǎng)絡(luò)的核心光交換方面的技術(shù)就不是很成熟，但是全光網(wǎng)絡(luò)具有很大的優(yōu)點和潛力可挖，它必將是下一代網(wǎng)絡(luò)的首選方案，是未來通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。3 全光網(wǎng)絡(luò)的核心光交換技術(shù)通信網(wǎng)的兩大主要組成部分傳輸和交換，隨著通信容量和帶寬要求的迅速增加都在不斷發(fā)展和革新。由于光波分復(fù)用技術(shù)的成熟，傳輸容量的迅速增長帶來的對交換系統(tǒng)發(fā)展的壓力和動力，通信網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，運行速率越來越高。但目前的電子交換和信息處理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已接近電子速率的極限，其固有的rc參數(shù)、鐘歪、漂移、串話和響應(yīng)速度等缺點限制了交換速率的提高

29、，為了解決電子瓶頸的限制問題。在交換系統(tǒng)中引入光子技術(shù)實現(xiàn)光交換，光交叉連接（oxc）和光分叉復(fù)用（oadm）實現(xiàn)全光通信。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。因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特率和調(diào)制方式透明，可以大大提高交換單元的信息吞吐量。由于信息的傳輸技術(shù)的不斷完善，光交換技術(shù)成為全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵。3.1光交換元件3.1.1半導(dǎo)體光開關(guān)通常半導(dǎo)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)。當(dāng)偏置電流為零時，輸入的光信號將被器件完全吸收，使得器件不輸出光信號。器件的這個作用相當(dāng)于一個開關(guān)把光信

30、號給“關(guān)斷”了；當(dāng)偏置電流信號為某一個不為零的值時，輸入的光信號便會被適當(dāng)放大后而輸出，這相當(dāng)于開關(guān)閉合讓光信號“通過”。因此半導(dǎo)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。3.1.2耦合波導(dǎo)開關(guān)半導(dǎo)體光放大器只有一個光輸入端和一個光輸出端，而耦合波導(dǎo)開關(guān)除了一個控制電極外，還有兩個光輸入端和兩個光輸出端，可實現(xiàn)平行連接或交叉連接。耦合波導(dǎo)開關(guān)是利用鈮酸鋰材料制作的，鈮酸鋰是一種折射率隨外電場變化而改變的光電材料。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(dǎo)，再焊上電極就可以作為光交換元件了。如圖3-1所示。當(dāng)兩個很接近的波導(dǎo)進行適當(dāng)耦合時，通過這

31、兩個波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換，其交換能量的強度隨著耦合系數(shù)，平行波導(dǎo)的長度而變化。只要所選的參數(shù)得當(dāng)，那么光束將會在兩個波導(dǎo)上完成交換，通過控制電極上的電壓，將獲得平行連接和交叉連接兩種交換狀態(tài)。典型的波導(dǎo)長度為數(shù)個毫米。激勵電壓為5伏，交換速度主要依賴于電極之間的電容，最大速率可達gb/s量極。光信號通道控制電極平行連接交叉連接 圖3-1 耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖3.1.3波長轉(zhuǎn)換器一種用于光交換的器件是波長轉(zhuǎn)換器，最直接的波長轉(zhuǎn)換是光電光交換，即將波長為i輸入光信號，去驅(qū)動一個波長為o的激光器輸出光信號，利用外調(diào)制器實現(xiàn)間接的波長轉(zhuǎn)換，即在外調(diào)制器的控制端施加適當(dāng)?shù)闹绷髌珘海沟胕入射光調(diào)制成o

32、的輸出光。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。通過不同的信號的注入電流不同產(chǎn)生不同的波長的信號輸出?？烧{(diào)諧激光器是實現(xiàn)波分復(fù)用最重要的器件，近年來制成的單頻激光器用的是量子阱結(jié)構(gòu)。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。激光外調(diào)整器，采用具有電光效應(yīng)的某些材料制成，這些材料有半導(dǎo)體、絕緣晶體、有機聚合物。最常用的是采用鈦擴散鈮酸鋰波導(dǎo)構(gòu)成h-z干涉型外調(diào)整器。其相位受滯后隨注入電流變化引起折射率變化的影響。在晶體和各向異性的聚合物中，利用電光效應(yīng)（折射率隨施加

33、的外加電壓而變化）實現(xiàn)對激光的調(diào)制。3.1.4光存儲器在電設(shè)備中，存儲器實現(xiàn)著電位狀態(tài)延時保持作用。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。在光存儲方面，首先試制成功的光纖延遲線存儲器，而后又研制出了雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器。 圖3-2 雙穩(wěn)態(tài)激光二極管圖如圖3-2為雙穩(wěn)態(tài)激光二極管構(gòu)成的光存儲器的實例結(jié)構(gòu)。它由一個帶有串聯(lián)電極的雙非均勻的波導(dǎo)組成。串聯(lián)電極是一個溝道隔開的兩個電流注入?yún)^(qū)，由于溝道沒有電流輸入，它起著飽和吸收區(qū)的作用。此吸收區(qū)抑制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自激振蕩，使器件有一個輸入與輸出滯后特性。當(dāng)輸入光脈沖時，激光二極管翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，輸入光消失。為使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)位，

34、只要在激活區(qū)注入負(fù)電流脈沖即可。此時激光二極管返回到截止?fàn)顟B(tài)。開關(guān)速度與置位脈沖的光通量和激勵電流的偏置量有關(guān)。在毫微秒量級的高速交換時具有大于20db的高信號增益。3.2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)。3.2.1光路交換光信號的分割復(fù)用方式有三種：空分、時分和波分。相應(yīng)也有空分、時分和波分三種光交換。分別完成空分信道、時分信道和波分信道的交換。這三種交換方式的特點和其實現(xiàn)方案各不相同。若光信號同時采用兩種或三種交換方式則稱復(fù)合光交換。1.空分光交換空分光交換是空間域上將光信號進行交換?？臻g光開關(guān)是光交換中最基本的功能元件。它可是連接構(gòu)成空分光交換單元，也可以與其他功能

35、開關(guān)一起構(gòu)成時分交換單元和波分交換單元，空間光分開關(guān)可以分光纖型光開光和空間型光開關(guān)。空分光交換的基本單元是22的光交換模塊，在輸入端具有兩根光纖，輸出端也有兩根光纖，它的工作狀態(tài)有平行連接狀態(tài)和交叉連接狀態(tài)如圖4，其中波導(dǎo)型光開關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖3-3（a），半導(dǎo)體光開關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖3-3（b）。利用22基本光交換模塊可構(gòu)成大型的空分光交換單元。 （a） (b)圖3-3 空分光交換結(jié)構(gòu)圖2.時分光交換時分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式。光時分復(fù)用和電時分復(fù)用類似，也是把一條復(fù)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(fù)用成高速光數(shù)據(jù)流信號進行傳輸。要完成時分光交

36、換，必須有時隙交換器實現(xiàn)將輸入信號一幀中任一時隙交換到另一時隙輸出的功能。完成時隙交換必須有光緩存器，把時分復(fù)用信號按一定順序?qū)懭雰Υ嫫?，然后按一種順序讀出來，這樣便完成了時隙交換。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。光纖延時線是一種比較適用于時分交換的光緩存器。利用光纖延時線的光時分交換的工作原理：首先把時分復(fù)用的光信號經(jīng)過光分路器，使它的每條出線上同時都只有某一時隙的光信號；然后讓這些信號分別經(jīng)過不同的光延時器件，使其獲得不同的時間延遲；最后，再把這些信號經(jīng)過一個光合路器重新復(fù)合起來，就完成了時分交換。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

37、3-4 圖3-4 時分光交換結(jié)構(gòu)圖3.波分光交換波分復(fù)用技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。一般說來，在光波復(fù)用系統(tǒng)中其源端和目的端都采用相同的波長來傳遞信號，否則將在多路復(fù)用中，每個終端都將增加終端設(shè)備的復(fù)雜性。這樣要求在傳輸系統(tǒng)中間節(jié)點上要采用光波分交換，采用這樣的技術(shù)不僅滿足光波分復(fù)用終端的互通，而且還能提高傳輸系統(tǒng)的資源利用率。光波分交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。波分光交換所需波長交換器是先用分解復(fù)用器將光波分信道空間分割開，對每個波長信道分別進行波長交換，然后再把它們復(fù)用起來，經(jīng)由一條光纖輸出。 圖3-5 波分光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖密集波分復(fù)用是光纖通信中的一種趨勢，它利用光纖的寬帶特性，

38、在1550nm波段的低損耗窗口中復(fù)用多路光信號，大大提高光纖的通信容量。4.混合型光交換在波光交換技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進行多級鏈路的連接，在各級的連接鏈路中均采用波分復(fù)用技術(shù)。然而由于需要把多路信號進行分路后再接入鏈路，從而抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點。解決這個問題的措施是在鏈路上采用波分復(fù)用技術(shù)，然后利用空分交換完成鏈路級交換，最后利用波分交換技術(shù)選出相應(yīng)的信號進行波分合路輸出。常用混合交換方式有空分+時分，空分+波分，空分+時分+波分等復(fù)合方式。3.2.2分組交換技術(shù)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（）技術(shù)；光突發(fā)交換（）技術(shù)；光標(biāo)記分組交換（）技術(shù)；光子時

39、隙路由（）技術(shù)等。這些技術(shù)能確保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)進行。光突發(fā)交換為ip骨干網(wǎng)的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。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(dǎo)致的帶寬擴展困難。此外，光突發(fā)交換的qos支持特征也符合要求。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

40、網(wǎng)，成為下一代光子化的骨干網(wǎng)。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。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。突發(fā)封裝，突發(fā)偏置時延的管理，數(shù)據(jù)和控制信道的分配，qos的支持，交換節(jié)點光緩存的配置(如果需要的話)等問題還需要作深入研究。對于光突發(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。光緩存中光纖延遲線的配置與突發(fā)長度的統(tǒng)計分布相關(guān)，而突發(fā)長度又取決于突發(fā)封裝過程；突發(fā)封裝、光路由器的規(guī)模、數(shù)據(jù)和控制信道組的大小又會影響突發(fā)偏置時延的管理；交

41、換節(jié)點的分配器和控制器運行快慢以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模又會反過來影響突發(fā)封裝。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。由于光纖延遲線的限制，為了降低丟包率，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)必須通過波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)信道成組來實現(xiàn)統(tǒng)計復(fù)用。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)。此外，將光突發(fā)交換與現(xiàn)有的動態(tài)波長路由技術(shù)有機的結(jié)合，可以使網(wǎng)絡(luò)具有更有效的調(diào)配能力，但也需要進一步的細(xì)致研究。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

42、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”。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。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

43、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。通過近期的技術(shù)突破與智能的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可充分地利用光與電的優(yōu)勢來克服這些不利因素。4 全光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)4.1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4-1 全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖4-1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。光路層即波長層，為透明傳遞各種格式客戶層信號的光路提供端到端聯(lián)網(wǎng)功能，其主要傳送實體有網(wǎng)絡(luò)連接，鏈路連接，子網(wǎng)連接和路徑。光網(wǎng)路層網(wǎng)絡(luò)的功能有：光路連接的重組，以便

44、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。光復(fù)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(luò)連接，鏈路連接，子網(wǎng)連接和路徑。光復(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。光傳輸段層為光信號在各種類型傳輸介質(zhì)，如g.652 g.653 g.655光纖上提供傳輸功能，其主要傳送實體有網(wǎng)絡(luò)連接，鏈路連接，子網(wǎng)連接和路徑。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

45、傳輸段層網(wǎng)絡(luò)的操作和管理，例如傳輸?shù)目煽啃陨嫘缘取?.2全光網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)隨著光網(wǎng)絡(luò)需求和技術(shù)的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)將分為核心層即溝通城市之間的長途光纜干線網(wǎng)、城市范圍的光城域網(wǎng)、以及光接入網(wǎng)，包括城市和農(nóng)村的光接入網(wǎng)和校園、企業(yè)等用戶駐地網(wǎng)。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)。如圖4-2所示圖4-2 全光傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖全光網(wǎng)絡(luò)一般由3級組成:光纖局域網(wǎng)（接入網(wǎng)）lan，光纖城域網(wǎng)man，光傳送網(wǎng)otn(光纖核心長途干線網(wǎng))，各級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不盡相同

46、。1.光纖局域網(wǎng)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。電話業(yè)務(wù)接入、廣播電視(含數(shù)字電視)、不對稱業(yè)務(wù)(如視頻點播vod)為主業(yè)務(wù)的光纖接入網(wǎng)也屬于局域網(wǎng)范疇。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。2

47、.光纖城域網(wǎng)(wan)光纖城域網(wǎng)多以城市或行政區(qū)為單位，跨度一般為幾千米至幾十千米，這需要光節(jié)點將許多局域網(wǎng)(子網(wǎng)) 連接起來，要求傳輸速率較高，其結(jié)構(gòu)多為環(huán)型網(wǎng)。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。3.光傳送網(wǎng)(otn)國際電信聯(lián)盟在itu - t的g.872建議中，定義了光傳送網(wǎng)為一組可為客戶信號提供主要在光域上進行傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)控和生存性處理的功能實體，能夠支持各種上層技術(shù)，是適應(yīng)公用通信網(wǎng)絡(luò)演進的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)，通俗地說，它是由高性能的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備連接眾多的全光透明子網(wǎng)的集合。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

48、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。目前光網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能會受到狀態(tài)監(jiān)控、業(yè)務(wù)運營、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)等因素的制約，只能做到半透明傳送的程度，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然多少影響了傳輸速率，但卻可以充分利用電領(lǐng)域已成熟的技術(shù)和靈活處理資源的能力，充分利用網(wǎng)絡(luò)中已大量使用的sdh、pdh、atm 等設(shè)備，既不浪費現(xiàn)有資源，又極大地提高傳輸性能。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大到全光網(wǎng)，最終實現(xiàn)全透明傳輸。itu - t 的g.872為otn的分層結(jié)構(gòu)

49、作了定義所示。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)。5 光網(wǎng)絡(luò)的控制與管理技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)的控制與管理系統(tǒng)是實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，它通過用于光層處理的開銷通道和光層控制信令與管理信息對光網(wǎng)絡(luò)進行有效的控制和管理，如：邊緣節(jié)點的帶寬請求；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、帶寬資源、路由信息的傳遞；動態(tài)路由選擇和波長分配；網(wǎng)絡(luò)保護、恢復(fù)、重新配置；以及對光設(shè)備和光通道進行

50、性能監(jiān)測，完成各種管理功能。 5.1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。目前，數(shù)字包封技術(shù)是發(fā)展的熱點，數(shù)字包封技術(shù)用信道開銷等額外比特數(shù)據(jù)從外面包裹och客戶信號形成數(shù)字包封，它由光信道凈載荷、前向糾錯（fec）和光信道開銷三部分組成。itut正在研究數(shù)字包封技術(shù)并有可能形成標(biāo)準(zhǔn)

51、，這種技術(shù)是今后的發(fā)展方向。數(shù)字包封主要提供以下基本功能：提供定幀信號，支持時鐘提取與數(shù)據(jù)信號定界；提供fec以支持10gb/s及更高速率；為網(wǎng)管提供開銷通路；提供自動保護倒換指令。5.2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)提供和維護連接，管理網(wǎng)絡(luò)資源，對路由選擇提供連接請求進行計算，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制。一旦成功地建立了連接，則維護業(yè)務(wù)級別合同。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。spc

52、模式對于傳統(tǒng)設(shè)備與光核心網(wǎng)相連接特別重要。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)。用戶網(wǎng)絡(luò)接口模式（uni）：也稱客戶機服務(wù)器（client-server）模式，類似用于isdn中的模式，由終端系統(tǒng)觸發(fā)業(yè)務(wù)（如連接），通過uni向光網(wǎng)絡(luò)請求大帶寬的連接。終端系統(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。這種模式使終端系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用僅限于建立和拆除連接的簡單請求。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)出者已全面獲得拓?fù)湫畔?。通過這些信息，請求發(fā)出者可通過光網(wǎng)絡(luò)選擇路由來滿足各種不同的要求：例如多樣化的路由選定、

53、延遲最短、可靠性最高，以及跳的次數(shù)最少。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。目前正在研究在對等模式中共享信息的程度。 5.3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理，較好傳送與連接相關(guān)的信息。信令系統(tǒng)的基本部分是請求操作、與連接相關(guān)的屬性、通過網(wǎng)絡(luò)傳送操作命令的協(xié)議、以及傳送信令消息的信道。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)。鄰居發(fā)現(xiàn)的方法：相同層的發(fā)現(xiàn)，交叉層和/或單向發(fā)現(xiàn)，業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。路由選定：對于光網(wǎng)絡(luò)選路

54、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)布和可到達信息。向光網(wǎng)絡(luò)提出連接請求時，要計算從源通過網(wǎng)絡(luò)到達目的地的路由，算法有最短路徑法、最少負(fù)荷法和交替固定選路法。典型的可采用最短路由算法。 目前，光域業(yè)務(wù)互連聯(lián)盟（odsi）、ietf和oif等國際性組織正在對光層動態(tài)控制信令協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進行研究，具體研究狀況如下：光域業(yè)務(wù)互連聯(lián)盟（odsi）：最初目標(biāo)是使眾多銷售商在光網(wǎng)絡(luò)中提供開放的用戶光網(wǎng)絡(luò)接口（uni）達成共識，并不期望解決多銷售商在光網(wǎng)絡(luò)中的互操作性問題。odsi對光uni的定義與疊加網(wǎng)絡(luò)的模式相兼容。odsi接口包括如下的協(xié)議：業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、地址登記和信令

55、。odsi的信令協(xié)議以現(xiàn)有的mpls信令為基礎(chǔ)，向光域擴展并作進一步技術(shù)規(guī)范。有可能是資源預(yù)留協(xié)議（rsvp）或局部路由標(biāo)記分配協(xié)議（cr-ldp）中的擴展信令。ietf：對光網(wǎng)絡(luò)的路由和信令協(xié)議進行技術(shù)規(guī)范多協(xié)議波長交換（mplambas），作為ip協(xié)議的擴展，可運行疊加或?qū)Φ饶Ｊ?。在對等模式中，由光和電交換機構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)都在運行相同的多協(xié)議波長交換、共享拓?fù)浜唾Y源信息。在疊加模式中，只有光交換機運行多協(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。oif：其結(jié)構(gòu)工作組一直致力于uni方案，最近創(chuàng)建了一個信令工作考慮與odsi和ietf的工作進行協(xié)調(diào)。 5.4光網(wǎng)絡(luò)的生存性光網(wǎng)絡(luò)的生存性包

56、括保護機制和恢復(fù)機制這兩種技術(shù)。保護機制是采用預(yù)先規(guī)劃的方法分配網(wǎng)絡(luò)資源，防止未來預(yù)期可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)失效。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)機制是網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)失效后，動態(tài)尋找可用資源并采用重新選路的方式繞過失效部件。這種方式的優(yōu)點是能夠有效利用網(wǎng)絡(luò)資源、靈活性高、能夠恢復(fù)預(yù)期范圍以外的失效；不足是失效恢復(fù)時間長。6 全光網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展6.1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)。這一目標(biāo)的實現(xiàn)分兩個階段完成。.全光傳送網(wǎng)。在點到點光纖傳輸系統(tǒng)中，整條線路中間不需要作任何光電和電光的轉(zhuǎn)換。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

57、間點到點全光傳輸。那么整個光纖通信網(wǎng)任一用戶地點應(yīng)該可以設(shè)法做到與任一其它用戶地點實現(xiàn)全光傳輸，這樣就組成全光傳送網(wǎng)。.完整的全光網(wǎng)。在完成上述用戶間全程光傳送網(wǎng)后，有不少的信號處理、儲存、交換，以及多路復(fù)用分接、進網(wǎng)出網(wǎng)等功能都要由電子技術(shù)轉(zhuǎn)變成光子技術(shù)完成，整個通信網(wǎng)將由光實現(xiàn)傳輸以外的許多重要功能，完成端到端的光傳輸、交換和處理等，這就形成了全光網(wǎng)發(fā)展的第二階段，將是更完整的全光網(wǎng)。6.2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)進行研究與試驗，構(gòu)成波分復(fù)用全光通信試驗網(wǎng)。在傳輸方面，摻鉺光纖放大器加波分復(fù)用，再加上光纖色散補償技術(shù)是走向全光通信網(wǎng)的