全光通信網，全光通信網是什么意思

全光光纖通信網是新一代網絡，是信息社會的神經系統。本書基于語音、數據、圖像等多媒體信息的高速無阻塞傳輸和交換，闡述打破現有網絡的“電子瓶頸”限制，在光域上進行傳輸和交換的新型網絡及其關鍵單元技術。

通信網傳輸容量的增加，促進了光纖通信技術的發展，光纖近30THz的巨大潛在帶寬容量，使光纖通信成為支撐通信業務量增長最重要的技術。光的復用技術——波分復用（WDM） 、時分復用（TDM）、空分復用（SDM）越來越受到人們的重視。但在以這些技術為基礎的現有通信網中，網絡的各個節點要完成光/電/光的轉換，其中的電子器件在適應高速 、大容量的需求上，存在著諸如帶寬限制、時鐘偏移、嚴重串話、高功耗等缺點，由此產生了通信網中的“電子瓶頸”現象。為了解決這一問題，人們提出了全光網（AON）的概念。

一、全光網的概念

所謂全光網，就是網中直到端用戶節點之間的信號通道仍然保持著光的形式，即端到端的完全的光路，中間沒有電轉換的介入。數據從源節點到目的節點的傳輸過程都在光域內進行，而其在各網絡節點的交換則使用高可靠、大容量和高度靈活的光交叉連接設備（OXC）。在全光網絡中，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。

二、全光網的優點

基于波分復用的全光通信網，能比傳統的電信網提供更為巨大的通信容量，可使通信網具備更強的可管理性、靈活性、透明性。

全光網具備如下以往通信網和現行光通信系統所不具備的優點：

1.全光網通過波長選擇器來實現路由選擇，即以波長來選擇路由，對傳輸碼率、數據格式以及調制方式均具有透明性，可以提供多種協議業務，可不受限制地提供端到端業務。透明性是指網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。由于全光網中信號的傳輸全在光域中進行，信號速率、格式等僅受限于接收端和發射端，因此全光網對信號是透明的。

2.全光網不僅可以與現有的通信網絡兼容，而且還可以支持未來的寬帶綜合業務數字網以及網絡的升級。

3.全光網絡具備可擴展性，加入新的網絡節點時，不影響原有網絡結構和設備，降低了網絡成本。

4.可根據通信業務量的需求，動態地改變網絡結構，充分利用網絡資源，具有網絡的可重組性。

5.全光網絡結構簡單，端到端采用透明光通路連接，沿途沒有變換與存儲，網中許多光器件都是無源的，可靠性高、可維護性好。

全光網由于具有以上的優點，因此成為寬帶通信網未來發展的目標。

三、全光網的體系結構和基本結構

圖1. 全光通信網結構

利用波分復用技術的全光通信網將采用三級體系結構。最低一級（0級）是眾多單位各自擁有的局域網（LAN），它們各自連接若干用戶的光終端（OT）。每個0級網的內部使用一套波長，但各個0級網多數也可使用同一套波長，即波長或頻率再用。全光網的中間一級（1級）可看作許多城域網（MAN），它們各自設置波長路由器連接若干個0級網。最高一級（2級）可以看作全國或國際的骨干網，它們利用波長轉換器或交換機連接所有的1級網。全光網的基本結構可以分為光網絡層和電網絡層。

光網絡層是光鏈路相連的部分，采用了WDM技術，使一個光網絡中能傳送幾個波長的光信號，并在網絡各節點之間采用OXC，以實現多個光信號的交叉連接。光網絡層通過光鏈路與寬帶網絡用戶接口和局域網（LAN）相連。光網絡層的拓撲結構可以是環形、星形和網孔形等，交換方式可采用空分、時分或波分光交換。

電網絡層中的ADM為電子分插復用器，它能夠把高速STM-N光信號直接分纖成各種PDH支路信號或作為STM-1信號的復用器，它的速率可選STM-1、STM-4或STM-16。DXC相當于自動數字配線架的數字交叉連接設備，它可以對各種端口速率（PDH或SDH）進行可控的連接和再連接。所謂交叉連接也是一種“交換功能”，所以電網絡層中有各種電子交換，從程控交換（如PABX）、ATM交換（如視頻、數據信號的交換）到未來的某種交換（如圖像、多媒體信號的交換）。

四、全光網絡中的關鍵技術

要在全光網中實現信號的透明性、可重構性傳輸，必須研究全光傳輸的關鍵技術。下面分別介紹這幾種關鍵技術：

1.光交叉連接（OXC）。OXC是全光網中的核心器件，它與光纖組成了一個全光網絡。OXC 交換的是全光信號，它在網絡節點處，對指定波長進行互連，從而有效地利用波長資源，實現波長重用，也就是使用較少數量的波長，互連較大數量的網絡節點。當光纖中斷或業務失效時，OXC能夠自動完成故障隔離、重新選擇路由和網絡重新配置等操作，使業務不中斷，即它具有高速光信號的路由選擇、網絡恢復等功能。OXC除了提供光路由選擇外，還允許光信號插入或分離出電網絡層，它好像SDH中的DXC。

2.光分插復用（OADM）。OADM具有選擇性，可以從傳輸設備中選擇下路信號或上路信號，也可僅僅通過某個波長信號，但不要影響其他波長信道的傳輸。OADM在光域內實現了SDH中的分插復用器在時域內完成的功能，且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號，能提高網絡的可靠性，降低節點成本。提高網絡運行效率，是組建全光網必不可少的關鍵性設備。

3.摻餌光纖放大器（EDFA）。在光纖通信中采用WDM技術能實現超大容量、超高速的光傳輸。而EDFA的商用可以使全光中繼成為現實。EDFA是80年代末發展起來的一種新型光放大器件，它具有高增益、低噪聲、寬頻帶，以及對數據速率與格式透明等特點。它可以對波長在1530～1575mm的光信號同時放大。在1550mm波段，EDFA的放大增益可達30～40dB。EDFA不但結構簡單，與光纖耦合方便，而且連接損耗小。EDFA可用于100個信道以上的密集波分復用傳輸系統、接入網中的光圖像信號分配系統、空間光通信，以及用于研究非線性現象等。EDFA是目前光放大技術的主流，它能簡化系統，降低傳輸成本，增加中繼距離，提高光信號傳輸的透明性，是實現全光網的關鍵器件。

4.全光網的管理、控制和運作。全光網對管理和控制提出了新的問題：①現行的傳輸系統（SDH）有自定義的表示故障狀態監控的協議，這就存在著要求網絡層必須與傳輸層一致的問題;②由于表示網絡狀況的正常數字信號不能從透明的光網絡中取得，所以存在著必須使用新的監控方法的問題;③在透明的全光網中，有可能不同的傳輸系統共享相同的傳輸媒質，而每一不同的傳輸系統會有自己定義的處理故障的方法，這便產生了如何協調處理好不同系統、不同傳輸層之間關系的問題。對于以上每一種問題都要有相應的處理方案。從現階段的WDM全光網發展來看，網絡的控制和管理要比網絡的實現技術更具挑戰性，網絡的配置管理、波長的分配管理、管理控制協議、網絡的性能測試等都是網絡管理方面需解決的技術。若沒有行之有效的網管控制系統，則全光網是無法商用的。

五、全光網的兩個發展階段

全光通信網是通信網發展的目標。這一目標的實現分兩個階段完成。

1.全光傳送網。在點到點光纖傳輸系統中，整條線路中間不需要作任何光/電和電/光的轉換。這樣的長距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發端與收端間點到點全光傳輸。那么整個光纖通信網任一用戶地點應該可以設法做到與任一其它用戶地點實現全光傳輸，這樣就組成全光傳送網。

2.完整的全光網。在完成上述用戶間全程光傳送網后，有不少的信號處理、儲存、交換，以及多路復用/分接、進網/出網等功能都要由電子技術轉變成光子技術完成，整個通信網將由光實現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，這就形成了全光網發展的第二階段，將是更完整的全光網。

六、目前全光網的發展狀況

現階段全光通信網的研究與試驗明顯地以波分復用技術為核心，即主要對波分復用傳輸、交換和聯網技術進行研究與試驗，構成波分復用全光通信試驗網。在傳輸方面，摻鉺光纖放大器加波分復用，再加上光纖色散補償技術是走向全光通信網的合理途徑。帶光放大的波分復用技術已經成熟，并已投入商用。在交換技術方面，波長路由選擇的引入使波分復用全光網在交換節點上具有獨特的優勢：可以實現光層上的信息交換，克服了電子交換瓶頸現象，且結構簡單靈活，易于網絡升級。預計在全光通信網中，波分復用光交換技術將會得到廣泛應用。

在聯網技術方面，近幾年波分復用傳輸技術已經進入實用化和商用階段，世界許多國家已經開始利用波分復用技術和現有的、以及即將鋪設的光纖聯網進行全光通信網試驗，以尋求一個具有透明性、可擴性、可重構性的全光通信網的全面解決方案，為實現未來的寬帶通信網奠定堅實的基礎。