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

1、 設(shè)計(jì)（論文）題目：全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)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(diǎn)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(zhǎng)轉(zhuǎn)換器113.1.4光存儲(chǔ)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(dòng)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(gè)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(guó)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(xiàn)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(lái)，它將成為電信、internet等網(wǎng)絡(luò)的核心。本文簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外進(jìn)展?fàn)顩r和目前存在的技術(shù)問(wèn)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(diǎn)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(huì)的時(shí)代，社會(huì)對(duì)信息的大量需求，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的高速發(fā)展，國(guó)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(zhǎng)、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(guò)“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(gè)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(lái)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(huì)徹底改變?cè)摤F(xiàn)狀而產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。全光網(wǎng)由于具有頻帶寬、容

7、量大、擴(kuò)容升級(jí)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(tái)。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(jìn)軍的同時(shí)，如何有效的運(yùn)行、管理和維護(hù)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(lái)光通信的發(fā)展方向。1.1全光網(wǎng)概述隨著社會(huì)的進(jìn)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(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)等新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的社會(huì)需求不斷增長(zhǎng)。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(shì)，而光纖具有巨大的帶寬，1.55m波長(zhǎng)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(zhǎng)、c = 3108m/s 為光速，可得知200nm的對(duì)應(yīng)帶寬約為25thz（1thz=1012hz）。在1.3m波長(zhǎng)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(hào)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(shí)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(huì)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(zhǎng)的時(shí)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(shí)始終以光的形式存在，而不需要經(jīng)過(guò)光/電、電/光變換。也就是說(shuō)，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程中始終在光域內(nèi)，波長(zhǎng)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(hào)傳輸全部在光域內(nèi)進(jìn)行，因此，全光網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)信號(hào)的透明性，它通過(guò)波長(zhǎng)選擇器件實(shí)現(xiàn)路由選擇。全光網(wǎng)絡(luò)以其良好的透明性、波長(zhǎng)路由特性、兼容性和可擴(kuò)展性，成為下一代高速（超高速）寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選。未來(lái)光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要趨勢(shì)為：組網(wǎng)方式開始從簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)傳輸向光層聯(lián)網(wǎng)方式前進(jìn)，改進(jìn)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(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)和生存

10、性是未來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)主要任務(wù)；智能網(wǎng)絡(luò)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商在競(jìng)爭(zhēng)中推出與眾不同的服務(wù)，以及節(jié)省運(yùn)營(yíng)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(diǎn)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(hào)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(lái)提高帶寬。電纜網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn):主要用于傳輸模擬信號(hào)；各傳輸節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生一定的時(shí)延、噪聲和失真；傳輸距離較短；可靠性較低，這些特點(diǎn)是由于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是在電信號(hào)領(lǐng)域完成信號(hào)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間用光纜代替電纜，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間傳輸光纜化，節(jié)點(diǎn)仍采用電子處理與交換設(shè)備，節(jié)點(diǎn)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(diǎn):通信容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，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(shí)分復(fù)用(otdm) 技術(shù)，充分挖掘光纖的帶寬資源，實(shí)現(xiàn)大容量信息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了傳輸干線信息的遠(yuǎn)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(diǎn)代替電節(jié)點(diǎn)，光節(jié)點(diǎn)之間采用光纖互聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)信息完全在光領(lǐng)域的傳輸與交換，是未來(lái)信息網(wǎng)

12、絡(luò)的核心。全光網(wǎng)絡(luò)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是它的開放性，它對(duì)所有不同調(diào)制頻率、不同速率和協(xié)議、不同制式的信號(hào)都同時(shí)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(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組網(wǎng)非常靈活，可以隨時(shí)增加新節(jié)點(diǎn)(包括無(wú)源分路/合路器) 而不必安裝新的信號(hào)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(gè)光節(jié)點(diǎn)都無(wú)需為其他節(jié)點(diǎn)處理信息與服務(wù)，光節(jié)點(diǎn)與用戶終端之間的信號(hào)傳輸與處理均在光域進(jìn)行。全光網(wǎng)絡(luò)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)提供巨大的帶寬。2)與無(wú)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(duì)信號(hào)形式無(wú)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(wú)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(duì)于全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，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(cè)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(zhǎng)路由管理、端到端性能監(jiān)控、保護(hù)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(dòng)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本動(dòng)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(lái)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(shí)分復(fù)用（otdm） 光時(shí)分復(fù)用（otdm）是用多個(gè)電信道信號(hào)調(diào)制具有同一個(gè)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(kuò)容技術(shù)。光時(shí)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(shí)提取技術(shù)。1.超窄光脈沖的產(chǎn)生光時(shí)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(shí)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(diǎn)是很容易與其它信號(hào)同步。增益開

15、關(guān)法已用于各種高速光傳輸實(shí)驗(yàn)中的脈沖源產(chǎn)生和光測(cè)量中。sc光脈沖寬度可1ps，最窄達(dá)0.17ps。另外利用調(diào)整線性調(diào)制光纖光柵的色散值對(duì)電吸收調(diào)制器輸出的光脈沖形狀進(jìn)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(shí)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(gè)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(duì)otdm信號(hào)進(jìn)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(wú)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(hào)功率低，與偏振無(wú)關(guān)。3.光定時(shí)提取技術(shù)光定時(shí)提取要求超高速運(yùn)轉(zhuǎn)、低相位噪聲、高靈敏度以及與偏振無(wú)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(cè)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(shí)鐘恢復(fù)功能。2.1.2 波分復(fù)用（wdm）光波分復(fù)用是多個(gè)信源的電信號(hào)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(cè)的相干通信方式或調(diào)諧無(wú)源濾波器直接檢測(cè)的常規(guī)通信方式實(shí)現(xiàn)信道的選擇。采用wdm技術(shù)不僅可以擴(kuò)大通信容量，而且可以為通信帶來(lái)巨大

17、的經(jīng)濟(jì)效益。因而，近些年對(duì)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(jìn)行了10個(gè)信道、每個(gè)信道的傳輸速率高達(dá)10gb/s，中繼間距為100km，傳輸距離為600km的全光傳輸實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)容量高達(dá)60（tb/s）km。1996年nec、at&t、富士通3個(gè)公司進(jìn)行了總?cè)萘砍^(guò)1tb/s的wdm實(shí)驗(yàn)（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(shí)際業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商。mci公司70%的網(wǎng)絡(luò)中已采用了wdm系統(tǒng)。泛歐運(yùn)營(yíng)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(guó)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(jì)南-青島工程?，F(xiàn)在wdm技術(shù)的研究方向主要有兩個(gè)：一個(gè)是朝著更多波長(zhǎng)、單

19、波長(zhǎng)更高速率的方向發(fā)展；另一個(gè)是朝著wdm聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。點(diǎn)到點(diǎn)的dwdm系統(tǒng)只提供了原始的帶寬，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，按需分配容量、個(gè)性化業(yè)務(wù)和成本低等是競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)，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(diǎn)才能更好地滿足對(duì)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(diǎn)，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(lái)越集中到光分插復(fù)用器上。這些設(shè)備在光波長(zhǎng)領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng)sdh分插復(fù)用器（sdh adm）在時(shí)域內(nèi)的功能。特別是oadm可

20、以從一個(gè)wdm光束中分出一個(gè)信道分出功能），并且一般是以相同波長(zhǎng)往光載波上插入新的信息（插入功能）。對(duì)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(zhǎng)干涉效應(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。已經(jīng)提出了實(shí)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(shí)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(dá)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(jìn)一步改進(jìn)以達(dá)到所要求的隔離度。上面幾種oadm都被設(shè)計(jì)成以固定的波長(zhǎng)工作。意大利電信中心研究實(shí)驗(yàn)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(jì)相比，它提供了插入口和分出口之間的高隔離度，對(duì)輸出口的分出信號(hào)雙倍的抑制功能以及波長(zhǎng)可調(diào)性，這種方法的可行性已通過(guò)樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)。測(cè)得的輸入和分出口之間隔離度55db，對(duì)分出信道的抑制16db，調(diào)節(jié)范圍8nm。2.2光節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的設(shè)備，通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)以及自動(dòng)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(gè)模塊都具有主用和備用的冗余結(jié)構(gòu)，oxc自動(dòng)進(jìn)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(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行適配、放大。管理控制單元通過(guò)編程對(duì)光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制、光交叉連接矩陣是oxc的核心，它要求無(wú)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(shí)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(shí)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(wú)極性linbo3光交叉矩陣由64個(gè)無(wú)極性定向耦合開關(guān)單元組成，所有開關(guān)單元都以簡(jiǎn)單樹形結(jié)構(gòu)（sts）的形式集成在lin-bo3芯片上。英國(guó)bt實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，傳輸速率為622mb/s。另外，西門子、ntt和愛(ài)立信等國(guó)外大公司所 屬實(shí)驗(yàn)室對(duì)oxc的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用技術(shù)也進(jìn)行了類似研究和實(shí)驗(yàn)。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(lái)，人們一直在探索去掉上述光電光轉(zhuǎn)換過(guò)程，直接在光路上對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大傳輸

24、，即用一個(gè)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(wú)關(guān) 等一系列優(yōu)點(diǎn)，這將可以促進(jìn)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(diǎn)是：工 作波長(zhǎng)恰好是在光纖損耗最低的1.55m波長(zhǎng)，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(gè)信道的波長(zhǎng)不同，有增益偏差，經(jīng)過(guò)多級(jí)放大 后，增益偏差累積，低電平信道信號(hào)s

25、nr惡化，高電平信道信號(hào)也因光纖非線性效應(yīng)而使信號(hào)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(zhǎng)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。“光纖技術(shù)”是通過(guò)改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來(lái)改變edf特性，從而改 善edfa的特性。其技術(shù)包括以下幾個(gè)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(kuò)寬。而且頻帶向長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)移動(dòng)。據(jù)ntt公司在ofc97上報(bào)道，其最高帶寬達(dá)80nm。在15351561nm之間，實(shí)現(xiàn)了增益基本

26、平坦，最大偏差不超過(guò)1.5db。（2）多芯edfa。多芯edfa使用的edf最多纖芯的。激勵(lì)光能大致均勻地 分配到第一纖芯中，各個(gè)纖芯內(nèi)的光信號(hào)均以小信號(hào)進(jìn)行放大，從而在很寬的波長(zhǎng)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(guò)在摻鉺光纖中摻鋁，改變鉺的放大能級(jí)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(jìn)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(dá)到最佳。edfa最高輸出功率已達(dá)到2

27、7dbm，這種光纖放大器可應(yīng)用于100個(gè)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(hào)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(méi)有達(dá)到實(shí)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(jiǎn)單、成本低、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)展比較緩慢，尚未實(shí)用。 目前來(lái)看，雖然在全光通信方面的技術(shù)方面有了很大的進(jìn)展，很多關(guān)鍵的技術(shù)得到了很好的改

28、進(jìn)，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(diǎn)和潛力可挖，它必將是下一代網(wǎng)絡(luò)的首選方案，是未來(lái)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(zhǎng)帶來(lái)的對(duì)交換系統(tǒng)發(fā)展的壓力和動(dòng)力，通信網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，運(yùn)行速率越來(lái)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(diǎn)限制了交換速率的提高

29、，為了解決電子瓶頸的限制問(wèn)題。在交換系統(tǒng)中引入光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)光交換，光交叉連接（oxc）和光分叉復(fù)用（oadm）實(shí)現(xiàn)全光通信。全光通信網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：光信號(hào)在通過(guò)光交換單元時(shí)，不需要經(jīng)過(guò)光電、電光轉(zhuǎn)換。因此它不受檢測(cè)器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對(duì)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(lái)對(duì)輸入光信號(hào)進(jìn)行放大，并且通過(guò)控制放大器的偏置電流來(lái)控制其放大倍數(shù)。當(dāng)偏置電流為零時(shí)，輸入的光信號(hào)將被器件完全吸收，使得器件不輸出光信號(hào)。器件的這個(gè)作用相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)把光信

30、號(hào)給“關(guān)斷”了；當(dāng)偏置電流信號(hào)為某一個(gè)不為零的值時(shí)，輸入的光信號(hào)便會(huì)被適當(dāng)放大后而輸出，這相當(dāng)于開關(guān)閉合讓光信號(hào)“通過(guò)”。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(guò)控制電流來(lái)控制光信號(hào)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(gè)光輸入端和一個(gè)光輸出端，而耦合波導(dǎo)開關(guān)除了一個(gè)控制電極外，還有兩個(gè)光輸入端和兩個(gè)光輸出端，可實(shí)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(chǎng)變化而改變的光電材料。在鈮酸鋰基片上進(jìn)行鈦擴(kuò)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(gè)很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)耦合時(shí)，通過(guò)這

31、兩個(gè)波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換，其交換能量的強(qiáng)度隨著耦合系數(shù)，平行波導(dǎo)的長(zhǎng)度而變化。只要所選的參數(shù)得當(dāng)，那么光束將會(huì)在兩個(gè)波導(dǎo)上完成交換，通過(guò)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(zhǎng)度為數(shù)個(gè)毫米。激勵(lì)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(dá)gb/s量極。光信號(hào)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(zhǎng)轉(zhuǎn)換器一種用于光交換的器件是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，最直接的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換是光電光交換，即將波長(zhǎng)為i輸入光信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)為o的激光器輸出光信號(hào)，利用外調(diào)制器實(shí)現(xiàn)間接的波長(zhǎng)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(hào)而變化，少量電流的變化就可以調(diào)制激光器的波頻(波長(zhǎng))，大約是1nm/ma。通過(guò)不同的信號(hào)的注入電流不同產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)的信號(hào)輸出?？烧{(diào)諧激光器是實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用最重要的器件，近年來(lái)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(jī)聚合物。最常用的是采用鈦擴(kuò)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(shí)現(xiàn)對(duì)激光的調(diào)制。3.1.4光存儲(chǔ)器在電設(shè)備中，存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)著電位狀態(tài)延時(shí)保持作用。在全光系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)光信息的處理，光信息的存儲(chǔ)顯得極為重要。在光存儲(chǔ)方面，首先試制成功的光纖延遲線存儲(chǔ)器，而后又研制出了雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲(chǔ)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(chǔ)器的實(shí)例結(jié)構(gòu)。它由一個(gè)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(gè)溝道隔開的兩個(gè)電流注入?yún)^(qū)，由于溝道沒(méi)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(gè)輸入與輸出滯后特性。當(dāng)輸入光脈沖時(shí)，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(shí)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(lì)電流的偏置量有關(guān)。在毫微秒量級(jí)的高速交換時(shí)具有大于20db的高信號(hào)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(hào)的分割復(fù)用方式有三種：空分、時(shí)分和波分。相應(yīng)也有空分、時(shí)分和波分三種光交換。分別完成空分信道、時(shí)分信道和波分信道的交換。這三種交換方式的特點(diǎn)和其實(shí)現(xiàn)方案各不相同。若光信號(hào)同時(shí)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(hào)進(jìn)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(shí)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)?？辗止饨粨Q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(shí)分光交換時(shí)分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式。光時(shí)分復(fù)用和電時(shí)分復(fù)用類似，也是把一條復(fù)用信道劃分成若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)基帶數(shù)據(jù)光脈沖流分配占用一個(gè)時(shí)隙，n個(gè)基帶信道復(fù)用成高速光數(shù)據(jù)流信號(hào)進(jìn)行傳輸。要完成時(shí)分光交

36、換，必須有時(shí)隙交換器實(shí)現(xiàn)將輸入信號(hào)一幀中任一時(shí)隙交換到另一時(shí)隙輸出的功能。完成時(shí)隙交換必須有光緩存器，把時(shí)分復(fù)用信號(hào)按一定順序?qū)懭雰?chǔ)存器，然后按一種順序讀出來(lái)，這樣便完成了時(shí)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(kuò)大容量問(wèn)題。光纖延時(shí)線是一種比較適用于時(shí)分交換的光緩存器。利用光纖延時(shí)線的光時(shí)分交換的工作原理：首先把時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光分路器，使它的每條出線上同時(shí)都只有某一時(shí)隙的光信號(hào)；然后讓這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延時(shí)器件，使其獲得不同的時(shí)間延遲；最后，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)光合路器重新復(fù)合起來(lái)，就完成了時(shí)分交換。利用光時(shí)分交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的時(shí)分交換系統(tǒng)組成如圖

37、3-4 圖3-4 時(shí)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(shuō)來(lái)，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(zhǎng)來(lái)傳遞信號(hào)，否則將在多路復(fù)用中，每個(gè)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(diǎn)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(zhǎng)交換器是先用分解復(fù)用器將光波分信道空間分割開，對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)信道分別進(jìn)行波長(zhǎng)交換，然后再把它們復(fù)用起來(lái)，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(shì)，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(hào)，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(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級(jí)鏈路的連接，在各級(jí)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(hào)進(jìn)行分路后再接入鏈路，從而抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。解決這個(gè)問(wèn)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(jí)交換，最后利用波分交換技術(shù)選出相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行波分合路輸出。常用混合交換方式有空分+時(shí)分，空分+波分，空分+時(shí)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(shí)

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(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行。光突發(fā)交換為ip骨干網(wǎng)的光子化提供了一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。一方面，通過(guò)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(duì)突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過(guò)任何的光電轉(zhuǎn)化，從而使光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實(shí)現(xiàn)所謂的t比特級(jí)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(kuò)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(xiàng)具有廣泛前景和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的交換方式，光突發(fā)交換技術(shù)已引起了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，我國(guó)的863計(jì)劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為重點(diǎn)資助項(xiàng)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(shí)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(diǎn)光緩存的配置(如果需要的話)等問(wèn)題還需要作深入研究。對(duì)于光突發(fā)交換網(wǎng)來(lái)說(shuō)，在邊緣路由器光接收機(jī)上的突發(fā)快速同步也是對(duì)系統(tǒng)效率有重要影響的問(wèn)題。光緩存中光纖延遲線的配置與突發(fā)長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)分布相關(guān)，而突發(fā)長(zhǎng)度又取決于突發(fā)封裝過(guò)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(huì)影響突發(fā)偏置時(shí)延的管理；交

41、換節(jié)點(diǎn)的分配器和控制器運(yùn)行快慢以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模又會(huì)反過(guò)來(lái)影響突發(fā)封裝。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)當(dāng)中，所有的這些問(wèn)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(guò)波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)信道成組來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)復(fù)用。如何在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)組播功能也是一項(xiàng)非常重要的課題，為了實(shí)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(dòng)態(tài)波長(zhǎng)路由技術(shù)有機(jī)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(jìn)一步的細(xì)致研究。光分組交換技術(shù)獨(dú)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(diǎn)，支持未來(lái)不同類型數(shù)據(jù)；二是能提供端到端的光通道或者無(wú)

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(shí)光分組技術(shù)與oxc、mpls等新技術(shù)的結(jié)合，實(shí)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(shì)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(méi)有達(dá)到實(shí)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(shí)現(xiàn)與電路由器相同的光路由器；第二是相對(duì)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(guò)近期的技術(shù)突破與智能的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可充分地利用光與電的優(yōu)勢(shì)來(lái)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(gè)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(zhǎng)層，為透明傳遞各種格式客戶層信號(hào)的光路提供端到端聯(lián)網(wǎng)功能，其主要傳送實(shí)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的操作和管理。光復(fù)用段層為多波長(zhǎng)光路（含單波長(zhǎng)光路）光信號(hào)提供聯(lián)網(wǎng)功能其主要傳送實(shí)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(shí)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(hào)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(shí)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(shí)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(zhǎng)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(jí)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(zhǎng)途干線網(wǎng))，各級(jí)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(diǎn)就是光收發(fā)器，每個(gè)星型子網(wǎng)分配一個(gè)光信號(hào)波長(zhǎng)，采用媒質(zhì)控制協(xié)議來(lái)解決資源共享問(wèn)題，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，當(dāng)需要將各個(gè)子網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)時(shí)，則需要波長(zhǎng)路由器。電話業(yè)務(wù)接入、廣播電視(含數(shù)字電視)、不對(duì)稱業(yè)務(wù)(如視頻點(diǎn)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(jià)較低而進(jìn)入商業(yè)化階段，但隨著光無(wú)源星形耦合器等光器件的成熟及成本的下降，無(wú)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(wú)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(diǎn)將許多局域網(wǎng)(子網(wǎng)) 連接起來(lái)，要求傳輸速率較高，其結(jié)構(gòu)多為環(huán)型網(wǎng)。因?yàn)槊恳粋€(gè)光節(jié)點(diǎn)都發(fā)射、接收固定波長(zhǎng)的光信號(hào)，所以需要一定的協(xié)議如csma和aloha等。3.光傳送網(wǎng)(otn)國(guó)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(hào)提供主要在光域上進(jìn)行傳送、復(fù)用、選路、監(jiān)控和生存性處理的功能實(shí)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(jìn)的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)，通俗地說(shuō)，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(duì)光信號(hào)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(wú)限的程度。目前光網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能會(huì)受到狀態(tài)監(jiān)控、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)、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(fèi)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(lái)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(jì)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(kuò)大到全光網(wǎng)，最終實(shí)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(hào)接口，具有透明地傳送sdh、pdh、atm、ip等業(yè)務(wù)并提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、以光通路為基礎(chǔ)的組網(wǎng)功能，一般為單一波長(zhǎng)的傳輸通道；oms層能夠?yàn)閐wdm復(fù)用的多波長(zhǎng)信號(hào)提供組網(wǎng)功能；ots輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，它通過(guò)用于光層處理的開銷通道和光層控制信令與管理信息對(duì)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的控制和管理，如：邊緣節(jié)點(diǎn)的帶寬請(qǐng)求；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、帶寬資源、路由信息的傳遞；動(dòng)態(tài)路由選擇和波長(zhǎng)分配；網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、恢復(fù)、重新配置；以及對(duì)光設(shè)備和光通道進(jìn)行

50、性能監(jiān)測(cè)，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(shí)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(shí)現(xiàn)； 帶內(nèi)方式：屬于隨路方式，有多種實(shí)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(diǎn)，數(shù)字包封技術(shù)用信道開銷等額外比特?cái)?shù)據(jù)從外面包裹och客戶信號(hào)形成數(shù)字包封，它由光信道凈載荷、前向糾錯(cuò)（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(hào)，支持時(shí)鐘提取與數(shù)據(jù)信號(hào)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(dòng)保護(hù)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(tái)主要負(fù)責(zé)提供和維護(hù)連接，管理網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)路由選擇提供連接請(qǐng)求進(jìn)行計(jì)算，以及在網(wǎng)絡(luò)中沿選擇的路由請(qǐng)求和建立連接的信令機(jī)制。一旦成功地建立了連接，則維護(hù)業(yè)務(wù)級(jí)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(méi)有網(wǎng)絡(luò)管理或控制交互作用，位于控制平臺(tái)上方的管理系統(tǒng)代替用于終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的相通信。spc

52、模式對(duì)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(guò)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(jī)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(guò)uni向光網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)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(jiǎn)單請(qǐng)求。對(duì)等（peer）模式：最初發(fā)出連接請(qǐng)求的是對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)單元（ne），請(qǐng)求發(fā)出者已全面獲得拓?fù)湫畔?。通過(guò)這些信息，請(qǐng)求發(fā)出者可通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)選擇路由來(lái)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(duì)等模式中共享信息的程度。 5.3光層動(dòng)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(yǔ)言和機(jī)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(qǐng)求操作、與連接相關(guān)的屬性、通過(guò)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(guò)程與技術(shù)如下：鄰居發(fā)現(xiàn)：知道哪個(gè)終端系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)連接，哪個(gè)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(gè)過(guò)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(duì)于光網(wǎng)絡(luò)選路

54、需要考察許多因素，包括單個(gè)連接的路由計(jì)算、拓?fù)湫畔@得和發(fā)布、資源狀態(tài)信息發(fā)布和可到達(dá)信息。向光網(wǎng)絡(luò)提出連接請(qǐng)求時(shí)，要計(jì)算從源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)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(guó)際性組織正在對(duì)光層動(dòng)態(tài)控制信令協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(dá)成共識(shí)，并不期望解決多銷售商在光網(wǎng)絡(luò)中的互操作性問(wèn)題。odsi對(duì)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(kuò)展并作進(jìn)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(kuò)展信令。ietf：對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的路由和信令協(xié)議進(jìn)行技術(shù)規(guī)范多協(xié)議波長(zhǎng)交換（mplambas），作為ip協(xié)議的擴(kuò)展，可運(yùn)行疊加或?qū)Φ饶Ｊ?。在?duì)等模式中，由光和電交換機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)都在運(yùn)行相同的多協(xié)議波長(zhǎng)交換、共享拓?fù)浜唾Y源信息。在疊加模式中，只有光交換機(jī)運(yùn)行多協(xié)議波長(zhǎng)交換，業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)運(yùn)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(gè)信令工作考慮與odsi和ietf的工作進(jìn)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(hù)機(jī)制和恢復(fù)機(jī)制這兩種技術(shù)。保護(hù)機(jī)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(lái)預(yù)期可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)失效。其優(yōu)點(diǎn)是失效恢復(fù)時(shí)間短，但不夠靈活、帶寬利用率不高、無(wú)法恢復(fù)預(yù)期范圍以外的失效；恢復(fù)機(jī)制是網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)失效后，動(dòng)態(tài)尋找可用資源并采用重新選路的方式繞過(guò)失效部件。這種方式的優(yōu)點(diǎn)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(shí)間長(zhǎng)。6 全光網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展6.1全光網(wǎng)的兩個(gè)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(shí)現(xiàn)分兩個(gè)階段完成。.全光傳送網(wǎng)。在點(diǎn)到點(diǎn)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(zhǎng)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(diǎn)到點(diǎn)全光傳輸。那么整個(gè)光纖通信網(wǎng)任一用戶地點(diǎn)應(yīng)該可以設(shè)法做到與任一其它用戶地點(diǎn)實(shí)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(hào)處理、儲(chǔ)存、交換，以及多路復(fù)用分接、進(jìn)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(gè)通信網(wǎng)將由光實(shí)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(yàn)明顯地以波分復(fù)用技術(shù)為核心，即主要對(duì)波分復(fù)用傳輸、交換和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究與試驗(yàn)，構(gòu)成波分復(fù)用全光通信試驗(yàn)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(bǔ)償技術(shù)是走向全光通信網(wǎng)的