全光網(wǎng)絡的技術架構及其優(yōu)缺點

1、全光網(wǎng)絡的技術架構及其優(yōu)缺點全光網(wǎng)絡的概念全光通信網(wǎng)就是信號傳輸與交換等主要功能均在光狀態(tài)下進行而不經(jīng)過光電轉換變成電信號的通信網(wǎng)絡.在全光網(wǎng)絡中,由于沒有光電轉換的障礙,所以允許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式,信息傳輸具有透明性,且無需面對電子器件處理信息速率難以提升的困難.全光網(wǎng)絡,是指信號只是在進出網(wǎng)絡時才進行電/光和光/電的變換,而在網(wǎng)絡中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在.由于在整個傳輸過程中沒有電的處理,所以PDH、SDH、ATM等各種傳送方式均可使用,提升了網(wǎng)絡資源的利用率.全光網(wǎng)絡(AONAllOpticalNetwork)所謂全光網(wǎng)絡,是指信號只是在進出網(wǎng)絡時才進行電/光和光

2、/電的變換,而在網(wǎng)絡中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在.全光網(wǎng)絡相關技術全光網(wǎng)絡的相關技術主要包括全光交換、光交叉連接、全光中繼和光復用/去復用等.(1)全光交換目前在研究開發(fā)熱光、液晶光和聲光交換機.熱光交換機采用可調節(jié)熱量的聚合物波導,其交換機制是由分布在聚合物中的薄膜加熱元素限制.當電流通過加熱器時改變波導分支的熱量分布,從而改變了折射率,將光從主波導耦合至分支波導中.它的優(yōu)點是體積小、交換速度快；缺點是介入損耗高、串光大,且要求有良好的散熱器.液晶光交換機包含液晶片、極化光束別離器或光束調相器.液晶片的作用是旋轉入射光的極化角,而角度受電極上的電壓限制.極化光束別離器或光束調相器起

3、引導光信號到目的端口的作用.用此技術可構造多光路矩陣交換機,但接入損耗大,串光嚴重,驅動電路也較昂貴.聲光交換機以聲光技術為根底,可實現(xiàn)微秒級的交換速度,但不適合矩陣交換機,因需要復雜的限制系統(tǒng)并需要通過改變波長來限制交換機.此外,介入損耗隨波長變化較大,驅動電路昂貴.由于在網(wǎng)絡的邊界,例如骨干網(wǎng)與城域網(wǎng),它們所傳輸?shù)牟ㄩL是不一樣的,光路的交換必須改變波長,而不僅是改變光的傳輸方向或光纖,所以,開發(fā)技術成熟、商用的全光交換機好有很長的一段路程.(2)光交叉連接OXCOXC設備是光網(wǎng)絡的關鍵設備,用于光層上的保護、回復和分布式網(wǎng)管,實現(xiàn)光網(wǎng)絡中光波之間的交換.1998年年底貝爾實驗室宣布一項專利

4、成果微電子機械系統(tǒng)(MEMS)oMEMS技術可以在極小的精片上排列大規(guī)模的機械陣列,其相應速度和可靠性很高.利用MEMS實現(xiàn)的OXC實際是一個二維的鏡片陣,當需要將入射的光波進行改變時,可通過改變鏡片的角度,將光波反射到相應得光纖中,如圖1所示,用這種結構得OXC可以組成大型光交叉矩陣,具有極好的光學特性.當組成一個256*256的OXC時,其體積僅有25*50*50mm3大小,光路轉換時間小于5ms,串光優(yōu)于-50dB,介入損耗為6dB.由于采用半導體光放大器陣列構成的OXC,理時間為零,這種轉換也會增加時延.光技術鼓吹者說,消除光電轉換將使數(shù)據(jù)傳輸速率到達萬億位級.一個經(jīng)常引用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)說

5、光纖具有25萬億到75萬億位/秒的理論容量,并把這個數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)速率通常以百萬位計的銅線進行比較,表達其優(yōu)勢.但是,這種論點沒有涉及全光網(wǎng)絡的兩個根本要求：路由和緩沖.現(xiàn)在全光網(wǎng)絡中沒有路由協(xié)議這類東西.目前,光網(wǎng)絡設備運行在點到點或環(huán)路拓撲結構中.點到點是指,光脈沖要么由設備A傳送到設備B,要么不傳送.如果電纜出現(xiàn)中斷,點到點方式?jīng)]有后備連接.像SONET的自動保護交換這樣的環(huán)路技術提供了略好一些的冗余性：一旦電纜出現(xiàn)中斷,環(huán)路可以繞過去.而任何更復雜的拓撲結構都需要路由技術.一些光網(wǎng)絡技術鼓吹者說,路由決策屬于光網(wǎng)絡的邊緣.確實如此,只要全光網(wǎng)絡很小并且簡單.如果交換機制造商真正想增加銷售量

6、,他們就需要在他們的設備中提供更多的智能.全光網(wǎng)絡的另一主要障礙是找到一種緩沖光的方式.沒有一種光設備可以像電子設備緩沖數(shù)據(jù)包那樣減緩光的傳播速度或存儲光.無法緩沖光使得全光網(wǎng)絡設備在任何存在擁塞的環(huán)境中不具有實用性.假設有一臺光網(wǎng)絡交換機,兩個發(fā)向同一目的地的光脈沖同時到到達這臺設備.這臺交換機無法緩沖光那么將只有拋棄其中一個脈沖.無法緩沖光的情況可能會改變.但是也有人估計,將需要10到50年時間,這項研究才能投入實際應用.從網(wǎng)絡功能上講,全光網(wǎng)絡將由光核心網(wǎng)和光邊緣網(wǎng)組成.光邊緣網(wǎng)絡包括城域邊緣網(wǎng)絡,城域接入與農(nóng)村接入,以及校園、企業(yè)等用戶駐地網(wǎng)絡；而光核心網(wǎng)絡那么包括城市間骨干核心網(wǎng)絡與

7、城域核心網(wǎng)絡.當然,作為網(wǎng)絡的運營維護手段還需要網(wǎng)絡治理層面,有關運行、治理與維護所需要的功能應符合ITU-TG.872建議.通常理想情況下的全光網(wǎng)絡應具備以下特征：* 光路的起始、終結點應不受限制,例如,不受光噪聲累積效應的限制,不受廠商的特定波長的限制等；* 與光路傳輸?shù)男盘柗N類、速率無關；* 波長變換所需的設備愈少、容量愈小愈好；* 支持多廠商產(chǎn)品的光網(wǎng)絡環(huán)境；* 易于升級擴容,可按需求隨時擴展帶寬.全光網(wǎng)絡的優(yōu)點全光網(wǎng)絡能充分利用光纖的帶寬資源,故容量大,傳輸質量好,開放性,易于實現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)結構,可擴展性,結構簡單,透明性,可靠性高,可維護性好.全光通信網(wǎng)的主要優(yōu)勢：1全光網(wǎng)絡通過波

8、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)格式以及調制方式均有透明性,可提供多種協(xié)議業(yè)務,可不受限制、地提供端到端以業(yè)務.透明性是指網(wǎng)絡中的信息在從源地址到目的地址的過程中,不受任何干預.由于全光網(wǎng)號的全書全是在光域中進行,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)是對信號透明的.2全光網(wǎng)不僅可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡兼容,而且還可以支持未來的寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡的升級.3全光網(wǎng)絡具備可擴展性,參加新的網(wǎng)絡節(jié)點時,不影響原有網(wǎng)絡結構和設備,降低了網(wǎng)絡本錢.4可根據(jù)通信業(yè)務量的需求,動態(tài)地改變網(wǎng)絡結構,充分利用網(wǎng)絡資源,具有網(wǎng)絡的可重組性.5全光網(wǎng)絡結構簡單,端到端采用透明光通路連接,沿途沒有變換和存儲,網(wǎng)中許多光器