全光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)架構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)

1、全光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)架構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)全光網(wǎng)絡(luò)的概念全光通信網(wǎng)就是信號(hào)傳輸與交換等主要功能均在光狀態(tài)下進(jìn)行而不經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)的通信網(wǎng)絡(luò)。在全光網(wǎng)絡(luò)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(duì)電子器件處理信息速率難以提高的困難。全光網(wǎng)絡(luò)，是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在。因?yàn)樵谡麄€(gè)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(luò)資源的利用率。全光網(wǎng)絡(luò)(AONAllOpticalNetwork)所謂全光網(wǎng)絡(luò)，是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光

2、/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在。全光網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)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(fù)用/去復(fù)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(jī)。熱光交換機(jī)采用可調(diào)節(jié)熱量的聚合物波導(dǎo)，其交換機(jī)制是由分布在聚合物中的薄膜加熱元素控制。當(dāng)電流通過加熱器時(shí)改變波導(dǎo)分支的熱量分布，從而改變了折射率，將光從主波導(dǎo)耦合至分支波導(dǎo)中。它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、交換速度快；缺點(diǎn)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(jī)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(dǎo)光信號(hào)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(jī)，但接入損耗大，串光嚴(yán)重，驅(qū)動(dòng)電路也較昂貴。聲光交換機(jī)以聲光技術(shù)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的交換速度，但不適合矩陣交換機(jī)，因需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)并需要通過改變波長來控制交換機(jī)。此外，介入損耗隨波長變化較大，驅(qū)動(dòng)電路昂貴。由于在網(wǎng)絡(luò)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(jī)好有很長的一段路程。(2) 光交叉連接OXCOXC設(shè)備是光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，用于光層上的保護(hù)、回復(fù)和分布式網(wǎng)管，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)中光波之間的交換。1998年年底貝爾實(shí)驗(yàn)室宣布一項(xiàng)

4、專利成果微電子機(jī)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(jī)械陣列，其相應(yīng)速度和可靠性很髙。利用MEMS實(shí)現(xiàn)的OXC實(shí)際是一個(gè)二維的鏡片陣，當(dāng)需要將入射的光波進(jìn)行改變時(shí)，可通過改變鏡片的角度，將光波反射到相應(yīng)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(xué)特性。當(dāng)組成一個(gè)256*256的OXC時(shí)，其體積僅有25*50*50mm3大小，光路轉(zhuǎn)換時(shí)間小于5ms,串光優(yōu)于-50dB,介入損耗為6dB。由于采用半導(dǎo)體光放大器陣列構(gòu)成的OXC，隨陣列擴(kuò)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(fù)用與解復(fù)用有光時(shí)分復(fù)用與解復(fù)

5、用技術(shù)(同一波長但不同的時(shí)間間隔復(fù)用，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段),廣播分復(fù)用與解復(fù)用技術(shù)，光空間復(fù)用與解復(fù)用技術(shù)，光空間復(fù)用與解復(fù)用技術(shù)，例如用不同的光纖傳輸。上下光路(波長)復(fù)用(OADM)技術(shù)。因?yàn)樵赪DM光網(wǎng)絡(luò)中人們的興趣越來越集中到OADM上。它用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)僅上下所需的波長(光路)信號(hào)，而讓其他波長信號(hào)光學(xué)透明地通過，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)靈活、經(jīng)濟(jì)地重構(gòu)配置網(wǎng)絡(luò)。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(diǎn)的路由是固定的；優(yōu)點(diǎn)是性能可靠、延時(shí)小，缺點(diǎn)是缺乏組網(wǎng)靈活性。后者可在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)任意上下光路，可實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)與配置，使網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)室的MEMS和可變波長變換器實(shí)現(xiàn)可變波長0ADM。它作為光傳送網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)多用于環(huán)狀網(wǎng)拓?fù)?，?shí)現(xiàn)單向或雙向自愈環(huán)功能。全光網(wǎng)絡(luò)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?yàn)閿?shù)據(jù)僅以光的形式進(jìn)行編碼。“僅”是個(gè)關(guān)鍵字。目前，光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從光纜中接收光脈沖，將它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行處理，然后將電信號(hào)還原為光進(jìn)行傳輸。即使處理時(shí)間為零，這種轉(zhuǎn)換也會(huì)增加時(shí)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(dá)到萬億位級(jí)。一個(gè)經(jīng)常引用的統(tǒng)計(jì)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(gè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)速率通常以百萬位計(jì)的銅線進(jìn)行比較，體現(xiàn)其優(yōu)勢。但是，這種論點(diǎn)沒有涉及全光網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)基本要求：路由和緩沖?，F(xiàn)在全光網(wǎng)絡(luò)中沒有路由協(xié)議這類東西。目前，光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行在點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。點(diǎn)到點(diǎn)是指，光脈沖要么由設(shè)備A傳送到設(shè)備B,要么不傳送。如果電纜出現(xiàn)中斷，點(diǎn)到點(diǎn)方式?jīng)]有后備連接。像SONET的自動(dòng)保護(hù)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(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都需要路由技術(shù)。一些光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)鼓吹者說，路由決策屬于光網(wǎng)絡(luò)的邊緣。的確如此，

8、只要全光網(wǎng)絡(luò)很小并且簡單。如果交換機(jī)制造商真正想增加銷售量，他們就需要在他們的設(shè)備中提供更多的智能。全光網(wǎng)絡(luò)的另一主要障礙是找到一種緩沖光的方式。沒有一種光設(shè)備可以像電子設(shè)備緩沖數(shù)據(jù)包那樣減緩光的傳播速度或存儲(chǔ)光。無法緩沖光使得全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在任何存在擁塞的環(huán)境中不具有實(shí)用性。假設(shè)有一臺(tái)光網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，兩個(gè)發(fā)向同一目的地的光脈沖同時(shí)到達(dá)到這臺(tái)設(shè)備。這臺(tái)交換機(jī)無法緩沖光則將只有拋棄其中一個(gè)脈沖。無法緩沖光的情況可能會(huì)改變。但是也有人估計(jì)，將需要10到50年時(shí)間，這項(xiàng)研究才能投入實(shí)際應(yīng)用。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)絡(luò)包括城域邊緣網(wǎng)絡(luò)，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(luò)；而光核心網(wǎng)絡(luò)則包括城市間骨干核心網(wǎng)絡(luò)與城域核心網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，作為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營維護(hù)手段還需要網(wǎng)絡(luò)管理層面，有關(guān)運(yùn)行、管理與維護(hù)所需要的功能應(yīng)符合ITU-TG.872建議。通常理想情況下的全光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備以下特征：*光路的起始、終結(jié)點(diǎn)應(yīng)不受限制，例如，不受光噪聲累積效應(yīng)的限制，不受廠商的特定波長的限制等；*與光路傳輸?shù)男盘?hào)種類、速率無關(guān)；*波長變換所需的設(shè)備愈少、容量愈小愈好；*支持多廠商產(chǎn)品的光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；*易于升級(jí)擴(kuò)容，可按需求隨時(shí)擴(kuò)展帶寬。全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)全光網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性，結(jié)構(gòu)簡單，透明性，可靠性高，可維護(hù)

10、性好。全光通信網(wǎng)的主要優(yōu)勢：1）全光網(wǎng)絡(luò)通過波長選擇器來實(shí)現(xiàn)路由選擇，即以波長來選擇路由，對(duì)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(wù)，可不受限制、地提供端到端以業(yè)務(wù)。透明性是指網(wǎng)絡(luò)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(hào)的全書全是在光域中進(jìn)行，信號(hào)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(duì)信號(hào)透明的。2）全光網(wǎng)不僅可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，而且還可以支持未來的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。3）全光網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性，加入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，不影響原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備，降低了網(wǎng)絡(luò)成本。4）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)的可重組性。5）全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡