全光通信網(wǎng)——未來(lái)寬帶的發(fā)展方向 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)出現(xiàn)了高層次和多樣化的需求，這對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的容量提出了巨大的挑戰(zhàn)，而光通信技術(shù)的出現(xiàn)給通信領(lǐng)域帶來(lái)了蓬勃發(fā)展的機(jī)遇。非凡是在提出信息高速公路以來(lái)，光技術(shù)開始滲透于整個(gè)通信網(wǎng)，光纖通信有向全光網(wǎng)（AON）推進(jìn)的趨勢(shì)。 一、全光網(wǎng)的提出 光纖通信的優(yōu)勢(shì)之一是其近30THZ的巨大潛在帶寬容量。貝爾實(shí)驗(yàn)室于去年推出了一項(xiàng)突破性的技術(shù)，就是答應(yīng)在單報(bào)光纖上傳輸相當(dāng)于整個(gè)Interent上每秒傳輸總量的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前在單報(bào)光纖上可以實(shí)現(xiàn)400千兆字節(jié)的傳輸；預(yù)計(jì)到2002年，這個(gè)傳輸數(shù)字將達(dá)到千千兆字節(jié)。 光纖傳輸系統(tǒng)速率的提高也帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題。在這種超高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中，假如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處仍以電信號(hào)處理信息的速度進(jìn)行交換，就會(huì)受到所謂“電子瓶頸”的限制，節(jié)點(diǎn)將變得龐大而復(fù)雜，超高速傳輸所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將被昂貴的光／電和電／光轉(zhuǎn)換費(fèi)用所抵消。為了解決這一問(wèn)題，人們提出了全光網(wǎng)的概念。 二、何為全光網(wǎng) 1．全光網(wǎng)的概念 全光網(wǎng)，原理上講就是網(wǎng)中直到端用戶節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)通道仍然保持著光的形式，即端到端的全光路，中間沒(méi)有光電轉(zhuǎn)換器。這樣，網(wǎng)內(nèi)光信號(hào)的流動(dòng)就沒(méi)有光電轉(zhuǎn)換的障礙，信息傳遞過(guò)程無(wú)需面對(duì)電子器件處理信息速率難以提高的困難。 目前大多數(shù)寬帶網(wǎng)的底層是單波長(zhǎng)點(diǎn)到點(diǎn)光纖鏈路，而波分復(fù)用（WDM）技術(shù)和短脈沖光時(shí)分復(fù)用（OTDM）技術(shù)可以大大增加傳輸鏈路的帶寬。波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)將光纖帶寬分成很多光波帶，每個(gè)光波帶以電子速率（約10GpbS）攜帶信息；光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)將光纖帶寬分成幾個(gè)較寬的波帶，以很高的速率（＞1000GbPS）傳送信息。然后，這些脈沖流經(jīng)過(guò)光的分接處理之后，速率下降以便交換和分配給用戶。由于波分復(fù)用技術(shù)遠(yuǎn)比光時(shí)分復(fù)用技術(shù)成熟，所以，波分復(fù)用系統(tǒng)現(xiàn)在是寬帶通信網(wǎng)中最有前途的傳輸系統(tǒng)。 2．全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 全光通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分為服務(wù)層（Service layer）和傳送層（Transport layer），網(wǎng)絡(luò)傳送層分為SDH層。ATM層和光傳送層。光傳送層由光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接（OXC）組成。在光傳送層，通過(guò)迂回路由波長(zhǎng)（Rerouting wavelength），在網(wǎng)絡(luò)中形成大帶寬的重新分配。當(dāng)光纜斷開時(shí)，光傳送層起網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)（Restoration）的作用。在遠(yuǎn)端，光纖環(huán)中的OADM插人／分離所確定的波長(zhǎng)通道至ATM復(fù)用器，而OXC則連接兩個(gè)光WDM環(huán)路到ATM交換機(jī)。 利用波分復(fù)用技術(shù)的全光網(wǎng)將采用三級(jí)體系結(jié)構(gòu)。0級(jí)（最低一級(jí)）是眾多單位各自擁有的局域網(wǎng)（LAN），它們各自連接若干用戶的光終端（OT）。每個(gè)0級(jí)網(wǎng)的內(nèi)部使用一套波長(zhǎng)，但各個(gè)0級(jí)網(wǎng)多數(shù)也可重復(fù)使用同一套波長(zhǎng)，1級(jí)可看作許多城域網(wǎng)（MAN），它們各自設(shè)置波長(zhǎng)路由器連接若干個(gè)0級(jí)網(wǎng)。2級(jí)可以看作全國(guó)或國(guó)際的骨干網(wǎng)，它們利用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器或交換機(jī)連接所有的1級(jí)網(wǎng)。 3．全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn) 基于波分復(fù)用的全光通信網(wǎng)比傳統(tǒng)的電信網(wǎng)具有更大的通信容量，具備以往通信網(wǎng)和現(xiàn)行光通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)： ·全光網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，端到端采用透明光通路連接，沿途沒(méi)有光電轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)，網(wǎng)中許多光器件都是無(wú)源的，便于維護(hù)、可靠性高。 ·加入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，不影響原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備，降低成本，具有網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。 ·全光網(wǎng)以波長(zhǎng)選擇路由，對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式均具有透明性，可提供多種協(xié)議業(yè)務(wù)，可不受限制地提供端到瑞業(yè)務(wù)。 ·可根據(jù)通信業(yè)務(wù)量的需求，動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，具有網(wǎng)絡(luò)可重組性。 4．全光網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)類型 光網(wǎng)絡(luò)（ON）可以在用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）處提供電路、分組和信元模式3種業(yè)務(wù)，另外還可以把光業(yè)務(wù)分成模擬或數(shù)字式。具體地說(shuō)，全光網(wǎng)提供寬帶信息業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)、音頻和視頻通信，可以把全光網(wǎng)支持的業(yè)務(wù)及應(yīng)用分為3類： ·傳統(tǒng)數(shù)字信號(hào)業(yè)務(wù) 其數(shù)據(jù)速率范圍從低速KbpS至高速GpbS，如異步傳送模式（ATM）、局域網(wǎng)的互連、多路數(shù)字電話、以太網(wǎng)等。 ·模擬信號(hào)業(yè)務(wù) 如有線電視（CATV）節(jié)目的多路傳送。 ·用戶需要光接口業(yè)務(wù) 高速數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，包括視頻工作站、大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)和多路高清楚度電視等，這將是全光網(wǎng)業(yè)務(wù)的主流。 三、全光網(wǎng)的進(jìn)展?fàn)顩r 全光網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)，分兩個(gè)階段完成。第一個(gè)階段為全光傳送網(wǎng)，即在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖傳輸系統(tǒng)中，全程不需要任何光／電和電／光的轉(zhuǎn)換。長(zhǎng)距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發(fā)端與收端間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)全光傳輸。第二個(gè)階段為完整的全光網(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／分用、進(jìn)網(wǎng)／出網(wǎng)等功能都要由光子技術(shù)完成。完成端到瑞的光傳輸。交換和處理等功能，這是全光網(wǎng)發(fā)展的第二階段，即完整的全光網(wǎng)。 1．光交換技術(shù)的進(jìn)展 光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換＆術(shù)。光路交換又可分成三種類型，即空分（SD）、時(shí)＃（TD）和波分／頻分（WD／FD）光交換，以及由這些交換形式組合而成的結(jié)合型。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來(lái)廣泛研究的一種方式。 日本開發(fā)了兩種空分光交換系統(tǒng)——多媒體交換系統(tǒng)和模塊光互連器。兩種系統(tǒng)均采用8*8二氧化硅光開關(guān)。多媒體光交換系統(tǒng)支持G4傳真、10MphS局域網(wǎng)和400Mpbs的高清楚度電視。 光時(shí)分交換技術(shù)開發(fā)進(jìn)展很快，交換速率幾乎每年提高一倍。1996年推出了世界上第一臺(tái)采用光纖延遲線和4*4鋸酸理光開關(guān)的32MpbS時(shí)分復(fù)用交換系統(tǒng)。光波分交換能充分利用光路的寬帶特性，不需要高速率交換，技術(shù)上較易實(shí)現(xiàn)。1997年采用高速M(fèi)I（Michelson Interferometer）波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的20Gpbs被分復(fù)用光交換系統(tǒng)問(wèn)世。 采用極短脈沖的超高速ATM光交換機(jī)較為普遍，交換容量可達(dá)64GpbS，目前已有實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。 2．光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)展 在傳輸方面，摻餌光纖放大器、波分復(fù)用和光纖色散補(bǔ)償技術(shù)是建立全光通信網(wǎng)的核心技術(shù)。光纖在1．55um窗口有一較寬的低損耗帶寬（30THZ），可以容納密集波分復(fù)用（DWDM）的光信號(hào)同時(shí)在一根光纖上傳輸，這樣的多路傳輸系統(tǒng)是可以擴(kuò)展的，經(jīng)濟(jì)合理。1．55um摻餌光纖放大器（EDFA）能在較寬波段提供同等增益，它與波分復(fù)用和光纖色散補(bǔ)償技術(shù)結(jié)合，成為挖掘光纖潛在帶寬容量的最好辦法。 波分復(fù)用的概念很早就有了，但因沒(méi)有合適的光放大器，延長(zhǎng)距離有困難。到了1990年摻餌光纖放大器開始用于波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。近幾年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，每根光纖能夠傳輸數(shù)字速率幾乎每年提高三S倍。 1996年以來(lái)，波分復(fù)用系統(tǒng)已進(jìn)入實(shí)用化階段。未來(lái)10年，波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的速率還可望提高100倍，預(yù)計(jì)下世紀(jì)初，實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)速率可達(dá)320GpbS。 四、結(jié)束語(yǔ) 全光通信網(wǎng)由于引入了波分復(fù)用技術(shù)，從而使傳輸鏈路的帶寬大大增加。另外，在交換技術(shù)方面，波長(zhǎng)路由選擇的引入也使波分復(fù)用全光網(wǎng)在交換節(jié)點(diǎn)上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：可以實(shí)現(xiàn)光層上的信息交換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，易于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)等。總之，全光通信網(wǎng)因具有處理高速率的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、超大容量的無(wú)中繼通信提高網(wǎng)絡(luò)效率等多種優(yōu)點(diǎn)而成為通信網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向。 近幾年，波分復(fù)用傳輸技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化和商用化階段。目前，世界上許多國(guó)家已開始利用波分復(fù)用技術(shù)和現(xiàn)有的以及即將鋪設(shè)的光纖聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行全光網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，以尋求一個(gè)具有透明性、可擴(kuò)性、可重構(gòu)性的全光網(wǎng)的全面解決方案，為實(shí)現(xiàn)未來(lái)的寬帶通信網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。