1、全光網(wǎng)絡的技術(shù)架構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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高的困難。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。因為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，提高了網(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(guān)技術(shù)全光網(wǎng)絡的相關(guān)技術(shù)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(diào)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控制。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、極化光束分離器或光束調(diào)相器。液晶片的作用是旋轉(zhuǎn)入射光的極化角，而角度受電極上的電壓控制。極化光束分離器或光束調(diào)相器

3、起引導光信號到目的端口的作用。用此技術(shù)可構(gòu)造多光路矩陣交換機，但接入損耗大，串光嚴重，驅(qū)動電路也較昂貴。聲光交換機以聲光技術(shù)為基礎，可實現(xiàn)微秒級的交換速度，但不適合矩陣交換機，因需要復雜的控制系統(tǒng)并需要通過改變波長來控制交換機。此外，介入損耗隨波長變化較大，驅(qū)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(shù)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(guān)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

4、專利成果微電子機械系統(tǒng)(MEMS)。MEMS技術(shù)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髙。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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)成的OXC，隨陣列擴大接入損耗增加很多，從而在向容量大型化發(fā)展上遇到難于克服的障礙。(3) 光復用與解復用有光時分復用與解復

5、用技術(shù)(同一波長但不同的時間間隔復用，目前仍處于實驗室研發(fā)階段),廣播分復用與解復用技術(shù)，光空間復用與解復用技術(shù)，光空間復用與解復用技術(shù)，例如用不同的光纖傳輸。上下光路(波長)復用(OADM)技術(shù)。因為在WDM光網(wǎng)絡中人們的興趣越來越集中到OADM上。它用于網(wǎng)絡節(jié)點僅上下所需的波長(光路)信號，而讓其他波長信號光學透明地通過，實現(xiàn)動態(tài)靈活、經(jīng)濟地重構(gòu)配置網(wǎng)絡。OADM有固定波長型和可變波長型。前者僅上下固定波長的光路，節(jié)點的路由是固定的；優(yōu)點是性能可靠、延時小，缺點是缺乏組網(wǎng)靈活性。后者可在網(wǎng)絡節(jié)點任意上下光路，可實現(xiàn)光網(wǎng)絡的動態(tài)重構(gòu)與配置，使網(wǎng)絡的波長資源得到最佳分配利用，其核心光器件是光開

6、關(guān)與波長可調(diào)諧激光器。構(gòu)成OADM的方案有體光柵(BulkGrating)，法布里泊羅(Fabry-Perot)、光纖光柵、平面波導InP或硅沉積二氧化硅(SilicaonSilicon)，聲光等技術(shù)。最近傾向于采用貝爾實驗室的MEMS和可變波長變換器實現(xiàn)可變波長0ADM。它作為光傳送網(wǎng)節(jié)點時多用于環(huán)狀網(wǎng)拓撲，實現(xiàn)單向或雙向自愈環(huán)功能。全光網(wǎng)絡技術(shù)承諾的美好前景很簡單：數(shù)據(jù)將以更快的速度傳輸，因為數(shù)據(jù)僅以光的形式進行編碼?！皟H”是個關(guān)鍵字。目前，光網(wǎng)絡設備從光纜中接收光脈沖，將它轉(zhuǎn)換為電信號進行處理，然后將電信號還原為光進行傳輸。即使處理時間為零，這種轉(zhuǎn)換也會增加時延。光技術(shù)鼓吹者說，消除光電

7、轉(zhuǎn)換將使數(shù)據(jù)傳輸速率達到萬億位級。一個經(jīng)常引用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)說光纖具有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，體現(xiàn)其優(yōu)勢。但是，這種論點沒有涉及全光網(wǎng)絡的兩個基本要求：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(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)都需要路由技術(shù)。一些光網(wǎng)絡技術(shù)鼓吹者說，路由決策屬于光網(wǎng)絡的邊緣。的確如此，

8、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，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達到這臺設備。這臺交換機無法緩沖光則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)

9、等用戶駐地網(wǎng)絡；而光核心網(wǎng)絡則包括城市間骨干核心網(wǎng)絡與城域核心網(wǎng)絡。當然，作為網(wǎng)絡的運營維護手段還需要網(wǎng)絡管理層面，有關(guān)運行、管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(jié)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(guān)；*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(zhì)量好，開放性，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)結(jié)構(gòu)，可擴展性，結(jié)構(gòu)簡單，透明性，可靠性高，可維護

10、性好。全光通信網(wǎng)的主要優(yōu)勢：1）全光網(wǎng)絡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，不受任何干涉。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，加入新的網(wǎng)絡節(jié)點時，不影響原有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和設備，降低了網(wǎng)絡成本。4）可根據(jù)通信業(yè)務量的需求，動態(tài)地改變網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)簡