什么是全光网络技术

2017-03-20

什么是全光网络技术

（全光网络示意图）

1、首先小编要给大家介绍下什么是全光网络先。

1.1、全光网络

所谓全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以PDH、SDH、ATM等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。

1.2、全光网络技术

全光网络的相关技术主要包括全光交换、光交叉连接、全光中继和光复用/去复用等。

全光网络技术承诺的美好前景很简单: 数据将以更快的速度传输，因为数据仅以光的形式进行编码。

“仅”是个关键字。目前，光网络设备从光缆中接收光脉冲，将它转换为电信号进行处理，然后将电信号还原为光进行传输。即使处理时间为零，这种转换也会增加时延。

光技术鼓吹者说，消除光电转换将使数据传输速率达到万亿位级。一个经常引用的统计数据说光纤具有25万亿到75万亿位/秒的理论容量，并把这个数据与数据速率通常以百万位计的铜线进行比较，体现其优势。

但是，这种论点没有涉及全光网络的两个基本要求：路由和缓冲。

现在全光网络中没有路由协议这类东西。目前，光网络设备运行在点到点或环路拓扑结构中。点到点是指，光脉冲要么由设备A传送到设备B，要么不传送。如果电缆出现中断，点到点方式没有后备连接。像SONET的自动保护交换这样的环路技术提供了略好一些的冗余性：一旦电缆出现中断，环路可以绕过去。

而任何更复杂的拓扑结构都需要路由技术。

一些光网络技术鼓吹者说，路由决策属于光网络的边缘。的确如此，只要全光网络很小并且简单。如果交换机制造商真正想增加销售量，他们就需要在他们的设备中提供更多的智能。

全光网络的另一主要障碍是找到一种缓冲光的方式。没有一种光设备可以像电子设备缓冲数据包那样减缓光的传播速度或存储光。

无法缓冲光使得全光网络设备在任何存在拥塞的环境中不具有实用性。假设有一台光网络交换机，两个发向同一目的地的光脉冲同时到达到这台设备。这台交换机无法缓冲光则将只有抛弃其中一个脉冲。

无法缓冲光的情况可能会改变。但是也有人估计，将需要10到50年时间，这项研究才能投入实际应用。

1.3、总结

光网络设备已经发挥着重要的作用。但是，到业界克服一些关键挑战前，全光网络仍是一种纯粹的想法和可疑的销售宣传。

2、全光网的优点

基于波分复用的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。它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)省掉了大量电子器件。全光网中光信号的流动不再有光电转换的障碍，克服了途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，省掉了大量电子器件，大大提高了传输速率。

(2)提供多种协议的业务。全光网采用波分复用技术，以波长选择路由，可方便地提供多种协议的业务。

(3)组网灵活性高。全光网组网极具灵活性，在任何节点可以抽出或加入某个波长。

(4)可靠性高。由于沿途没有变换和存储，全光网中许多光器件都是无源的，因而可靠性高。

3、全光网中的关键技术

3.1 光交换技术

光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路交换又可分成3种类型，即空分(SD)、时分(TD)和波分/频分(WD/FD)光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。

3.2 光交叉连接(OXC)技术

OXC是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。OXC主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等模块组成。为增加OXC的可靠性，每个模块都具有主用和备用的冗余结构，OXC自动进行主备倒换。输入输出接口直接与光纤链路相连，分别对输入输出信号进行适配、放大。管理控制单元通过编程对光交叉连接矩阵、输入输出接口模块进行监测和控制、光交叉连接矩阵是OXC的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠，并且要具有单向、双向和广播形式的功能。OXC也有空分、时分和波分3种类型。

3.3 光分插复用

在波分复用(WDM)光网络领域，人们的兴趣越来越集中到光分插复用器上。这些设备在光波长领域内具有传统SDH分插复用器(SDH ADM)在时域内的功能。特别是OADM可以从一个WDM光束中分出一个信道(分出功能)，并且一般是以相同波长往光载波上插入新的信息(插入功能)。对于OADM，在分出口和插入口之间以及输入口和输出口之间必须有很高的隔离度，以最大限度地减少同波长干涉效应，否则将严重影响传输性能。

已经提出了实现OADM的几种技术：WDM DE-MUX和MUX的组合;光循环器或在Mach-Zehnder结构中的光纤光栅;用集成光学技术实现的串联Mach-Zehnder结构中的干涉滤波器。前两种方式使隔离度达到最高，但需要昂贵的设备如WDM MUX/DE MUX或光循环器。Mach-Zehnder结构(用光纤光栅或光集成技术)还在开发之中，并需要进一步改进以达到所要求的隔离度。上面几种OADM都被设计成以固定的波长工作。

3.4 光放大技术

光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一，也是密集波分复用(DWDM)系统发展的关键要素。DWDM系统的传统基础是掺饵光纤放大器(EDFA)。光纤在1550nm窗口有一较宽的低损耗带宽，可以容纳DWDM的光信号同时在一根光纤上传输。采用这种放大器的多路传输系统可以扩展，经济合理。EDFA出现以后，迅速取代了电的信号再生放大器，大大简化了整个光传输网。但随着系统带宽需求的不断上升，EDFA也开始显示出它的局限性。由于可用的带宽只有30nm，同时又希望传输尽可能多的信道，故每个信道间的距离非常小，一般只有O.8～1.6nm，这很容易造成相邻信道间的串话。

因此，实际上EDFA的带宽限制了DWDM系统的容量。最近研究表明，1590nm宽波段光纤放大器能够把DWDM系统的工作窗口扩展到1600nm以上。贝尔实验室和NH的研究化硅和饵的双波段光纤放大器。它由两个单独的子带放大器组成：传统1550nm EDFA(1530nm～1560nm);1590nm的扩展波段光纤放大器EBFA。EBFA和EDFA的结合使用，可使DWDM系统的带宽增加一倍以上(75nm)，为信道提供更大的空间，从而减少甚至消除了串话。因此，1590nm EBFA对满足不断增长的高容量光纤系统的需求迈出了重要的一步。

4、全光网面临的挑战及发展前景

4.1 面临的挑战

(1)网络管理。除了基本的功能外，核心光网络的网络管理应包括光层波长路由管理、端到端性能监控、保护与恢复、疏导和资源分配策略管理。

(2)互连和互操作。ITU和光互连网论坛(OIF)正致力于互操作和互连的研究，已取得了一些进展。ITU的研究集中在开发光层内实现互操作的标准。OIF则更多的关注光层和网络其他层之间的互操作，集中进行客户层和光层之间接口定义的开发。

(3)光性能监视和测试。目前光层的性能监视和性能管理大部分还没有标准定义，但正在开发之中。

4.2 发展前景

全光网是通信网发展的目标，分两个阶段完成。第一个阶段为全光传送网，即在点对点光纤传输系统中，全程不需要任何光电转换。长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点对点全光传输。第二个阶段为完整的全光网。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/分用、进网/出网等功能都要由光子技术完成。完成端到瑞的光传输、交换和处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即完整的全光网。

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