《光纖通信網(wǎng)》課件第8章

第8章全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.1全光網(wǎng)的特性與結(jié)構(gòu)8.2全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)8.3全光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)8.4全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 8.1全光網(wǎng)的特性與結(jié)構(gòu)

8.1.1全光網(wǎng)的概念

全光網(wǎng)AON（AllOpticalNetwork）是指信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸完全在光域進(jìn)行，以光節(jié)點(diǎn)取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電節(jié)點(diǎn)，并用光纖將光節(jié)點(diǎn)連成網(wǎng)，即全部采用光波技術(shù)完成信息的傳輸和交換的寬帶網(wǎng)絡(luò)。它包括光傳輸、光放大、光再生、光選路、光交換、光存儲(chǔ)、光信息處理等先進(jìn)的全光技術(shù)。全光網(wǎng)克服了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在傳送和變換時(shí)的電子瓶頸，減少了信息傳輸?shù)膿砣?，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。光節(jié)點(diǎn)取代了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電節(jié)點(diǎn)，信號(hào)在通過(guò)光節(jié)點(diǎn)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)比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高節(jié)點(diǎn)的吞吐量，克服原有電子交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘偏移、漂移、串話、響應(yīng)速度慢、固有的RC參數(shù)等缺點(diǎn)。全光網(wǎng)有如下特點(diǎn)：

（1）充分利用了光纖的帶寬資源，有極大的傳輸容量和極好的傳輸質(zhì)量；

（2）全光網(wǎng)最重要的優(yōu)點(diǎn)是其開(kāi)放性，即對(duì)不同的速率、協(xié)議、調(diào)制頻率和制式的信號(hào)同時(shí)兼容，并允許幾代設(shè)備（PDH/SDH/ATM）甚至與IP技術(shù)共存，共同使用光纖基礎(chǔ)設(shè)施；

（3）全光網(wǎng)不僅擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)容量，更重要的是易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，可為大業(yè)務(wù)量的節(jié)點(diǎn)建立直通的光通道；

（4）采用虛波長(zhǎng)通道（VWP）技術(shù)，解決了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源（光纖、節(jié)點(diǎn)規(guī)模、波長(zhǎng)數(shù)）。8.1.2全光網(wǎng)的性能和類型

1.全光網(wǎng)的性能

全光網(wǎng)主要由光纖鏈路、光節(jié)點(diǎn)和智能網(wǎng)絡(luò)管理等組成。它所關(guān)注的基本特性有：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、光纖鏈路、光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和接入點(diǎn)的功能特性，對(duì)連接進(jìn)行分配、選路和復(fù)用的控制及算法。

全光網(wǎng)相對(duì)于傳統(tǒng)光纖網(wǎng)的突出特點(diǎn)是，具有好的透明性、存活性、可重構(gòu)性、可擴(kuò)展性和對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性。（1）透明性：光傳送網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)OADM和OXC不對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光－電、電－光處理，因此，它的工作與光信號(hào)的內(nèi)容無(wú)關(guān)，對(duì)于信息的調(diào)制方式、傳送模式和傳輸速率透明；

（2）存活性：網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力、抗毀能力、自愈能力、快速恢復(fù)及重構(gòu)能力是確保網(wǎng)絡(luò)安全可靠運(yùn)行的重要性能；

（3）可擴(kuò)展性：全光網(wǎng)具有分區(qū)分層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，OADM及OXC節(jié)點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì)，在原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和OXC結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，就能方便地增加網(wǎng)絡(luò)的光信道復(fù)用數(shù)、路徑數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充；

（4）兼容性：全光網(wǎng)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是完全兼容的。

2.全光網(wǎng)的類型

按照網(wǎng)絡(luò)的多址方式、網(wǎng)絡(luò)的功能與作用、網(wǎng)絡(luò)的工作方式可以對(duì)全光網(wǎng)進(jìn)行不同的分類。

1）按照網(wǎng)絡(luò)的多址方式不同進(jìn)行分類

（1）光波分多址全光網(wǎng)。光波分多址全光網(wǎng)利用不同的光載頻，實(shí)現(xiàn)光信道的多路復(fù)用和多址組網(wǎng)，利用密集波分復(fù)用技術(shù)和光放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路的全光傳輸。

光波分多址全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：容量大，可成倍地?cái)U(kuò)展；傳輸速率高，可運(yùn)作在10Gb/s和更高的速率信道上；兼容性好，適用于ATM、SONET、IP以及其他信息制式；具有對(duì)傳輸和交換的速率、波長(zhǎng)和協(xié)議的透明性，網(wǎng)絡(luò)的抗毀恢復(fù)性能好；網(wǎng)絡(luò)易于升級(jí)，可擴(kuò)展性好。（2）光時(shí)分多址全光網(wǎng)。光時(shí)分多址全光網(wǎng)是基于光時(shí)分多址技術(shù)的全光聯(lián)網(wǎng)方案。它是將光信道在時(shí)間上劃分成若干時(shí)隙，將時(shí)隙作為地址，不同用戶分配給不同的時(shí)隙，進(jìn)行復(fù)用和組網(wǎng)。

光時(shí)分多址全光網(wǎng)的顯著特點(diǎn)是：可以將低速信道轉(zhuǎn)換為高速信道，多址性能好，但當(dāng)信道上傳輸速率高時(shí)，對(duì)同步、時(shí)鐘提取等難度增加。（3）光碼分多址全光網(wǎng)。光碼分多址全光網(wǎng)是通過(guò)給不同的用戶分配不同的地址碼來(lái)實(shí)現(xiàn)多路信道復(fù)用和組網(wǎng)的。

光碼分多址全光網(wǎng)基于擴(kuò)頻通信、碼分多址接入和全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、實(shí)現(xiàn)多址連接靈活方便、動(dòng)態(tài)分配帶寬、網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，并直接進(jìn)行光編碼和光解碼，網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有電節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)全光通信，克服了“電子瓶頸”效應(yīng)，充分發(fā)揮了光纖信道寬帶寬的潛力。光碼分復(fù)用全光網(wǎng)對(duì)光源性能的穩(wěn)定性、譜線寬度等要求比光波分多址全光網(wǎng)大大降低，且在全網(wǎng)中不同信道均采用同一波長(zhǎng)，頻譜資源利用率高，設(shè)備相同，便于制造、維護(hù)和管理，成本低，而且有極大的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。

2）按照網(wǎng)絡(luò)的功能與作用不同進(jìn)行分類

（1）全光核心網(wǎng)。全光核心網(wǎng)用作長(zhǎng)途骨干網(wǎng)，是當(dāng)前研究的主流，重點(diǎn)解決多媒體全業(yè)務(wù)信息的超大容量、超高速的全光傳輸和交換，基于光放大技術(shù)、光調(diào)制技術(shù)、光多路復(fù)用技術(shù)、光交換技術(shù)以及新型光纖和色散補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，可構(gòu)成多種類型的全光網(wǎng)絡(luò)。其大量的場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)已獲成功。

（2）全光接入網(wǎng)。全光接入網(wǎng)是最終實(shí)現(xiàn)光纖到家（FTTH）的網(wǎng)絡(luò)形式，利用全光多址接入和抗多址干擾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)服務(wù)。現(xiàn)在的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON），包括支持ATM的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（APON）和支持以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON），均有其局限性，尚需探索新一代的全光接入網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)All－OpticalPON，以及IPoverOptical。（3）全光互聯(lián)網(wǎng)。全光互聯(lián)網(wǎng)基于各類全光網(wǎng)之間的光互聯(lián)以及IP技術(shù)，構(gòu)成全透明的“AllOpticalInternet”，實(shí)現(xiàn)任何人、在任何地方、在任何時(shí)候都可以與任何人進(jìn)行任何方式的實(shí)時(shí)的、無(wú)阻塞的通信，并可以享用全光互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的信息資源。

3）按照網(wǎng)絡(luò)的工作方式不同進(jìn)行分類

（1）廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)。廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)具有廣播和組播功能，所需播送的信息可以到達(dá)網(wǎng)上的全部用戶或指定的一組用戶，用戶可以對(duì)播送來(lái)的信息有選擇地接收和使用。星形和線形網(wǎng)多采用這種工作方式。

（2）路由尋徑網(wǎng)。在路由尋徑網(wǎng)中，單跳網(wǎng)的信息傳送按照所給定的地址直接從信源送到信宿；多跳網(wǎng)的信息傳送要經(jīng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照所給定的地址選擇路由，逐段傳送和交換，最終將信息從信源送到信宿。網(wǎng)狀網(wǎng)多采用這種方式。 8.2全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

8.2.1全光網(wǎng)的構(gòu)成

全光網(wǎng)由光節(jié)點(diǎn)、光鏈路、光網(wǎng)絡(luò)管理單元等構(gòu)成，如圖8－1所示。圖8－1全光網(wǎng)的構(gòu)成1.光節(jié)點(diǎn)

目前的光節(jié)點(diǎn)主要有接入節(jié)點(diǎn)（光分插復(fù)用器）和光交換節(jié)點(diǎn)（光交叉連接）兩種類型。

光分插復(fù)用器（OADM）是全光網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備和重要的網(wǎng)元，它是WDM系統(tǒng)用于選擇和路由不同光信道的關(guān)鍵器件。其功能是將本地用戶信息上路（add）到網(wǎng)上，并經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，同時(shí)從網(wǎng)上有選擇地下路（drop）到本地的光信號(hào)；可以直接旁路不是以本地為目的節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)，非到達(dá)本地節(jié)點(diǎn)的光信號(hào)不需要經(jīng)過(guò)下路到本地和作出處理后再上路。因而，光分插復(fù)用器簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)設(shè)備的信息處理，使設(shè)備操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本。這也是全光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)越于SDH等其他光網(wǎng)絡(luò)的重要原因。光交叉連接器（OXC）是全光網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備和核心網(wǎng)元。它通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接，能夠靈活有效地管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、恢復(fù)，以及自動(dòng)路由和監(jiān)控功能。光交叉連接器具有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的光纖接口，可對(duì)任一光纖的信號(hào)（或各波長(zhǎng)信號(hào)）與其他光纖的信號(hào)進(jìn)行可控的光連接和再連接，在光層上提供光的“直通”路徑，以及路由選擇和交換功能。它通過(guò)設(shè)計(jì)恢復(fù)方案和進(jìn)行有效選路，可獨(dú)立管理波長(zhǎng)和信道，以充分利用光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低成本，提高利用率。光交叉連接還具有網(wǎng)絡(luò)物理層管理和波長(zhǎng)管理功能。前者主要進(jìn)行故障路由恢復(fù)和選路，光復(fù)用層不同光纖光信號(hào)的自動(dòng)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)負(fù)荷的平衡控制；后者主要進(jìn)行選路，包括波長(zhǎng)交換、波長(zhǎng)變換、波長(zhǎng)復(fù)用和解復(fù)用、波長(zhǎng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

2.光鏈路

光鏈路一般指光纖鏈路。現(xiàn)已普遍采用的G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，也可應(yīng)用于全光網(wǎng)，必要時(shí)作一些色散補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)處理后即可作為全光網(wǎng)的光鏈路，具有低廉、可充分利用現(xiàn)有資源的優(yōu)點(diǎn)。G.655非零色散光纖是近幾年來(lái)點(diǎn)到點(diǎn)WDM系統(tǒng)擴(kuò)容主要選擇的光鏈路，它作為全光網(wǎng)的光鏈路也是適宜的，但其價(jià)格比G.652的價(jià)格高出3倍。大有效面積光纖具有易于連接、減低非線性等優(yōu)點(diǎn)，也獲得了廣泛的應(yīng)用。全波光纖消除了水峰損耗，可以獲得更寬的帶寬和WDM的信道數(shù)，是一種全光網(wǎng)較為理想的光鏈路，具有性能優(yōu)良、易于制造、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。保偏光纖可以有效地防止極化模色散，是很有希望的全光網(wǎng)用光纖。光纖鏈路中可設(shè)置光放大器，用以提高鏈路性能；同時(shí)，光放大器是光網(wǎng)絡(luò)不可缺少的重要組成部分，在一些光節(jié)點(diǎn)中也大量采用了光放大器。

光無(wú)線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已得到迅速發(fā)展，其技術(shù)難點(diǎn)也得到克服，并獲試驗(yàn)成功，并開(kāi)始走向應(yīng)用。視其應(yīng)用要求，也可以采用空間光信道作為全光網(wǎng)的光鏈路。

3.光網(wǎng)絡(luò)管理單元

光網(wǎng)絡(luò)管理單元是全光網(wǎng)絡(luò)的頭腦和指揮系統(tǒng)，具有性能管理、設(shè)備管理、故障管理等功能，還應(yīng)包括網(wǎng)絡(luò)的安全體系、安全管理，以確保網(wǎng)絡(luò)的存活性、可靠性和安全性，以及計(jì)費(fèi)管理等實(shí)用化功能。8.2.2全光網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

通俗地說(shuō)，拓?fù)渚褪蔷W(wǎng)絡(luò)的形狀。任何通信網(wǎng)絡(luò)都存在兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那就是物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)?。其中，物理拓?fù)浔碚骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理結(jié)構(gòu)；邏輯拓?fù)浔碚骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的業(yè)務(wù)分布情況。

1.物理拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)渚褪蔷W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理連接關(guān)系，從組成上講，它是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與光纜鏈路的集合。

除簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式外，基本的物理拓?fù)溆幸韵聨追N：線形、星形、樹(shù)形、環(huán)形和網(wǎng)狀形，如圖8－2所示。圖8－2基本物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1）線形

當(dāng)所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以一種非閉合的鏈路形式連接在一起時(shí)，就構(gòu)成了線形拓?fù)?。通常這種結(jié)構(gòu)的端節(jié)點(diǎn)是波分復(fù)用終端，中間節(jié)點(diǎn)是光分插復(fù)用設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且可以靈活上下光載波，但其生存性較差。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)或鏈路的失效將把整個(gè)系統(tǒng)割裂成獨(dú)立的若干個(gè)部分，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)通信。

2）星形

當(dāng)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中只有一個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)（中心節(jié)點(diǎn)）與其他所有節(jié)點(diǎn)有物理連接，而其他各節(jié)點(diǎn)之間都沒(méi)有物理連接時(shí)，就構(gòu)成了所謂的星形結(jié)構(gòu)（也稱樞紐結(jié)構(gòu)）。

在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，除中心節(jié)點(diǎn)外，其他任何節(jié)點(diǎn)之間的通信都要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接（光或電的轉(zhuǎn)接），這為網(wǎng)絡(luò)帶寬的綜合管理提供了有利的條件，但一個(gè)潛在的危險(xiǎn)是中心節(jié)點(diǎn)的失效。

3）樹(shù)形

樹(shù)形拓?fù)涫切切瓮負(fù)渑c線形拓?fù)涞慕Y(jié)合，也可以看做是星形拓?fù)涞耐卣埂？梢允褂梅指罡拍顚?duì)樹(shù)形拓?fù)溥M(jìn)行分析，即把它分割成若干個(gè)星形與線形子網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)集合，再在子網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合。

4）環(huán)形

如果在線形拓?fù)渲袃蓚€(gè)端節(jié)點(diǎn)也使用光分插復(fù)用設(shè)備，并用光纜鏈路連接，便形成了環(huán)形拓?fù)??？梢宰⒁獾?，在環(huán)形拓?fù)渲?，任何兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間都有長(zhǎng)、短兩條傳輸方向相反的路由，這就為網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)提供了有力的物理基礎(chǔ)。環(huán)形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，生存性強(qiáng)，可以應(yīng)用于各種場(chǎng)合。

5）網(wǎng)狀形

在保持連通的情況下，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間至少存在兩條不同物理連接的非環(huán)形拓?fù)浔銥榫W(wǎng)狀形拓?fù)?。如果所有?jié)點(diǎn)兩兩之間都有直接的物理連接，則成為理想的網(wǎng)孔形。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)連通要求，構(gòu)成網(wǎng)狀形網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)至少應(yīng)該是OADM，通常使用OXC。顯然，與其他拓?fù)湎啾龋W(wǎng)狀形拓?fù)涞目煽啃宰罡撸Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)的控制和管理也相當(dāng)復(fù)雜。通常僅在要求高可靠性的骨干網(wǎng)絡(luò)中使用。

2.邏輯拓?fù)?/p>

邏輯拓?fù)渲傅氖蔷W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間業(yè)務(wù)的分布情況。它與物理拓?fù)渚o密聯(lián)系，比較常見(jiàn)的有以下幾種結(jié)構(gòu)：星形拓?fù)?、平衡形拓?fù)浜途W(wǎng)狀形拓?fù)?，如圖8－3所示。圖8－3基本邏輯拓?fù)錁?gòu)型1）星形拓?fù)?/p>

星形邏輯拓?fù)溆袉涡切魏碗p星形兩種，分別如圖8－3（a）、（b）所示。在單星形結(jié)構(gòu)中，存在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)（M），負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)（S）溝通。這樣，除中心節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)之間的所有通信聯(lián)系都要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)，這給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信帶來(lái)不便。在單中心節(jié)點(diǎn)的情況下，中心節(jié)點(diǎn)的失效將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓，因此它的可靠性比較差。

為了加強(qiáng)可靠性，可以使用雙中心節(jié)點(diǎn)的配置，如圖8－3(b)所示。M1和M2是兩個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，S1~S3是從節(jié)點(diǎn)。在這種配置中，所有從節(jié)點(diǎn)都與兩個(gè)中心節(jié)點(diǎn)有通信聯(lián)系，同時(shí)中心節(jié)點(diǎn)之間也有通信聯(lián)系。這樣，即使一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)失效，也不會(huì)影響從節(jié)點(diǎn)之間的通信，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2）平衡形拓?fù)?/p>

平衡形拓?fù)淙鐖D8－3（c）所示。這種邏輯拓?fù)錁?gòu)型只存在于線形與環(huán)形物理拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)中。在這種結(jié)構(gòu)中，業(yè)務(wù)連接關(guān)系只存在于有物理連接的節(jié)點(diǎn)之間。這樣，沒(méi)有物理連接的節(jié)點(diǎn)之間的通信將要通過(guò)所有中間節(jié)點(diǎn)的中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)。本質(zhì)上，這是一種點(diǎn)到點(diǎn)通信方式的背靠背組合形式，因而在很大程度上喪失了全光通信網(wǎng)絡(luò)的靈活性。它通常只用于相鄰節(jié)點(diǎn)間有業(yè)務(wù)的情況。

3）網(wǎng)狀形拓?fù)?/p>

如果任選兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可構(gòu)成一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)，則在網(wǎng)狀形邏輯拓?fù)渲?，除了可以保證所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都能建立通信連接之外，絕大部分節(jié)點(diǎn)對(duì)都存在直接的通信通道，如圖8.3（d）所示。這種邏輯拓?fù)溆泻軓?qiáng)的生存能力，但相應(yīng)的控制和管理相當(dāng)復(fù)雜。

3.物理拓?fù)渑c邏輯拓?fù)涞谋容^

由上所述，光網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)涫侵赣删W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的光纖鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)物理連接結(jié)構(gòu)，與光纜線路的敷設(shè)路由直接相關(guān)，通常不可能隨業(yè)務(wù)改變而隨時(shí)改變。利用光通道概念構(gòu)成的邏輯拓?fù)渑c節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)分布緊密相關(guān)，可以由軟件配置而比較容易改變。物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)涞闹饕獏^(qū)別是：

（1）物理拓?fù)涞幕A(chǔ)是節(jié)點(diǎn)之間的物理連接；邏輯拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ)是節(jié)點(diǎn)之間的邏輯連接關(guān)系，而實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是節(jié)點(diǎn)的物理連接關(guān)系。

（2）在全光網(wǎng)中，物理拓?fù)浞从沉宋锢砻劫|(zhì)層的連接關(guān)系，拓?fù)涞膹?fù)雜度與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的端口數(shù)量緊密相關(guān)；邏輯拓?fù)浞从沉斯馔ǖ缹拥木W(wǎng)絡(luò)連接、傳輸和處理功能，拓?fù)涞膹?fù)雜度與節(jié)點(diǎn)端口數(shù)量、復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)的功能結(jié)構(gòu)都有直接的關(guān)系。

（3）物理拓?fù)湓O(shè)計(jì)是以滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求為目的，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地理分布和節(jié)點(diǎn)之間的物理連接關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程；邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)是依據(jù)已有的物理拓?fù)?，以提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)為目的，優(yōu)化光通道層網(wǎng)絡(luò)功能的過(guò)程。將光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)劃分為物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)涞乃枷牒?jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過(guò)程，使設(shè)計(jì)者可以依據(jù)不同的條件和面向不同的目標(biāo)設(shè)計(jì)最佳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。分組網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)問(wèn)題尤其體現(xiàn)了波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性。在用于傳送分組業(yè)務(wù)的波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)間的分組通信可以經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)光通道，稱做分組信息在邏輯拓?fù)渖系倪x徑。邏輯拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光路徑在物理拓?fù)渖系倪x路、波長(zhǎng)分配以及分組選徑過(guò)程統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題。確定最佳的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和光路徑選路方案，可以充分利用有限數(shù)量的光收發(fā)機(jī)和可用的波長(zhǎng)資源，最大可能地減小節(jié)點(diǎn)上電的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)操作，使網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)得到優(yōu)化。 8.3全光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)

8.3.1空分光交換

空分光交換是根據(jù)需要在兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立物理通道。這個(gè)通道可以是光波導(dǎo)，也可以是自由空間的波束。信息的交換需通過(guò)改變傳輸路徑來(lái)完成，如圖8－4所示。

空分光交換中的核心器件是光開(kāi)關(guān)。人們根據(jù)不同的機(jī)理研制出多種2×2光開(kāi)關(guān)，然后再用這些2×2光開(kāi)關(guān)單元構(gòu)成大規(guī)模交換矩陣。目前主要的光開(kāi)關(guān)類型有：電光型、聲光型、磁光型、熱光型等。其中，電光型開(kāi)關(guān)具有開(kāi)關(guān)速度高、串音小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。

圖8－4空分光交換自由空間光交換是指在自由空間無(wú)干涉地控制光波路徑的一種技術(shù)。它一般采用陣列器件和自由空間光開(kāi)關(guān)，因此必須對(duì)陣列器件進(jìn)行精確的校準(zhǔn)和準(zhǔn)直。

自由空間光交換的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)所需的互連不用物理接觸，沒(méi)有信號(hào)干擾和串音干擾，具有高的空間帶寬和瞬時(shí)帶寬，而且色散很低。自由空間光交換通過(guò)平行反射提供很高的信號(hào)互連性，能夠提供比波導(dǎo)技術(shù)更優(yōu)越的系統(tǒng)性能，被認(rèn)為是一種新型交換技術(shù)，其構(gòu)成器件可以是二維陣列連接芯片，而不是像連接電線和光纖那樣只有一維接口。對(duì)不同空間光交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)的主要性能指標(biāo)有：

（1）基本光開(kāi)關(guān)數(shù)和可集成度；

（2）阻塞特性；

（3）光路損耗；

（4）信噪比。8.3.2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。時(shí)分光交換就是在時(shí)間軸上將復(fù)用光信號(hào)的時(shí)間位置ti，轉(zhuǎn)換成另一時(shí)間位置tj。信號(hào)的時(shí)分復(fù)用可分為比特復(fù)用和塊復(fù)用兩種。由于光開(kāi)關(guān)需要由電信號(hào)控制，在復(fù)用的信號(hào)間需要有保護(hù)帶來(lái)完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，因此采用塊復(fù)用比采用比特復(fù)用的效率高得多，而且塊復(fù)用允許光信號(hào)的數(shù)據(jù)速率比電控制信號(hào)的速率高得多?，F(xiàn)假定時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)每幀復(fù)用N個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度相等，代表一個(gè)信道。光時(shí)分復(fù)用與電時(shí)分復(fù)用有些類似，也是把時(shí)間劃分成一個(gè)一個(gè)的幀，再把每個(gè)幀劃分成N個(gè)時(shí)隙（若有N路信號(hào)復(fù)用），把這些時(shí)隙輪流地分配給各路原始信號(hào)，把N路信號(hào)復(fù)用到一條線路上，在另一端用一個(gè)有N條出線的分路器便可恢復(fù)出各路原始信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了時(shí)分復(fù)用。光時(shí)分復(fù)用是在光域上進(jìn)行的，電時(shí)分復(fù)用是以電的方式處理的。

對(duì)于時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)，可采用光技術(shù)來(lái)完成時(shí)隙互換，實(shí)現(xiàn)時(shí)分光交換，如圖8－5所示。首先，將時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)分路；然后，把這些信號(hào)分別通過(guò)具有不同時(shí)延的光時(shí)延器件，使其獲得不同的時(shí)延；最后，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)用器重新復(fù)合起來(lái)，即完成了時(shí)隙互換。圖8－5時(shí)分光交換

光信號(hào)的時(shí)延可通過(guò)光時(shí)延線來(lái)實(shí)現(xiàn)，但要得到精確的、可變的時(shí)延有較大的困難。對(duì)交換系統(tǒng)來(lái)講，希望在不同時(shí)刻實(shí)現(xiàn)不同輸入與輸出的光連接，即在各個(gè)不同時(shí)刻，同一時(shí)隙的光信號(hào)可能要經(jīng)歷不同的時(shí)延，要求具有可變時(shí)延的光時(shí)延線，較為復(fù)雜；另外，時(shí)隙交換是通過(guò)時(shí)延來(lái)實(shí)現(xiàn)的，會(huì)使信息的時(shí)延增加，使系統(tǒng)性能下降。圖8－6波長(zhǎng)變換器8.3.3波分光交換

密集波分復(fù)用是光纖通信中的一個(gè)趨勢(shì)。它利用光纖的寬帶特性，在1550nm波段的低損耗窗口中復(fù)用多路光信號(hào)，大大提高了光纖的通信容量。波分光交換就是將波分復(fù)用信號(hào)中任一波長(zhǎng)λi變換成另一波長(zhǎng)λj。注意，這里的波分光交換與波長(zhǎng)路由不同。后者利用波長(zhǎng)的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)選路，即實(shí)現(xiàn)空分交換，其中不包含波長(zhǎng)交換功能。與時(shí)分光交換類似，波分光交換所需的波長(zhǎng)變換器也只能先用波分解復(fù)用器件將波分信道空間分割開(kāi)，對(duì)每一波長(zhǎng)信道分別進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，然后再把它們復(fù)用起來(lái)輸出，如圖8－6所示。目前實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換有三種主要方案，一種是利用O/E/O波長(zhǎng)變換器，即光信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再用電信號(hào)來(lái)調(diào)制可調(diào)諧激光器，調(diào)節(jié)可調(diào)諧激光器的輸出波長(zhǎng)，即可完成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，此技術(shù)最為成熟，容易實(shí)現(xiàn)，且光電變換后還可進(jìn)行整形、放大處理。但是由于其間經(jīng)過(guò)了光電和電光變換、整形和放大處理，失去了光域的透明性，帶寬也受檢測(cè)器和調(diào)制器的限制。第二種是利用行波半導(dǎo)體放大器的飽和吸收特性，由半導(dǎo)體光放大器交叉增益調(diào)制效應(yīng)或交叉相位調(diào)制效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換。第三種是利用半導(dǎo)體光放大器中的四波混頻效應(yīng)，具有高速率、寬帶寬和良好的光域透明性等優(yōu)點(diǎn)。8.3.4碼分光交換

光碼分復(fù)用（OCDMA）是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，不同用戶的信號(hào)用互成正交的不同碼序列來(lái)填充，經(jīng)過(guò)填充的用戶信號(hào)可調(diào)制在同一光載波上在光纖信道中傳輸，接收時(shí)只要用與發(fā)方向相同的碼序列進(jìn)行相關(guān)接收，即可恢復(fù)原用戶信息。由于各用戶采用的是正交碼，因此相關(guān)接收時(shí)不會(huì)構(gòu)成干擾。由于采用不同的擴(kuò)頻碼序列對(duì)碼元進(jìn)行填充，因此關(guān)鍵是擴(kuò)頻編解碼。碼分光交換的原理就是將某個(gè)正交碼上的光信號(hào)交換到另一個(gè)正交碼上，實(shí)現(xiàn)不同碼字之間的交換。

碼分光交換與時(shí)分光交換相比不需要同步，圖8－7中其OCDMA編碼主要完成的功能是用不同的正交碼來(lái)對(duì)光比特或光分組進(jìn)行填充，星形耦合器用于將信息送到所有的輸出端口。圖8－7光碼分交換原理8.3.5復(fù)合光交換

復(fù)合光交換技術(shù)是指將以上幾種光交換技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，根據(jù)各自特點(diǎn)合理使用，完成超大容量光交換的功能。例如，將空分和波分光交換技術(shù)結(jié)合起來(lái)，總的交換量等于它們各自交換量的乘積。

常用的復(fù)合光交換方式有：空分+時(shí)分、空分+波分、空分+時(shí)分+波分等?？辗?時(shí)分光交換單元需要時(shí)間復(fù)用的空分光交換模塊和空間復(fù)用的時(shí)分光交換模塊，分別用S和T表示；空分+波分光交換需要波長(zhǎng)復(fù)用的空分光交換模塊和空間復(fù)用的波分光交換模塊，分別用S和W表示；用S、T和W三種交換模塊可以組合成空分+時(shí)分+波分光交換單元，組合形式有WTSTW、TWSWT、STWTS、TSWST、SWTWS和WSTSW六種。

8.4全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

8.4.1光交叉連接器OXC

1.OXC的性能指標(biāo)

OXC要完成兩個(gè)主要功能：光通道的交叉連接功能和本地上下路功能。本地上下路功能可以使某些光通道在本地下路，進(jìn)入本地網(wǎng)絡(luò)或直接經(jīng)過(guò)光電變換后送入SDH層的DXC，由DXC對(duì)其中的電通道進(jìn)行處理。同時(shí)，允許本地的光通道上路，復(fù)用到輸出鏈路中傳輸。評(píng)價(jià)OXC結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮以下主要性能指標(biāo)：

（1）支持波長(zhǎng)通道還是支持虛波長(zhǎng)通道。根據(jù)OXC能否提供波長(zhǎng)變換功能，光通道可以分為波長(zhǎng)通道和虛波長(zhǎng)通道。波長(zhǎng)通道是指OXC沒(méi)有波長(zhǎng)變換功能，光通道在不同的光纖段中必須使用同一波長(zhǎng)。這樣，為了建立一條波長(zhǎng)通道，光網(wǎng)絡(luò)必須找到一條路由，在這條路由的所有光纖段中，有一個(gè)共同的波長(zhǎng)是空閑的。如果找不到這樣一條路由，就會(huì)發(fā)生波長(zhǎng)阻塞。虛波長(zhǎng)通道是指OXC具有波長(zhǎng)變換功能，光通道在不同的光纖可以占用不同的波長(zhǎng)，從而提高了波長(zhǎng)的利用率，降低了阻塞概率。（2）阻塞特性。根據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)的阻塞特性可將OXC分為絕對(duì)無(wú)阻塞型、可重構(gòu)無(wú)阻塞型和阻塞型三種。由于光通道的傳輸容量很大，阻塞對(duì)系統(tǒng)性能的影響非常大，因此OXC結(jié)構(gòu)最好為絕對(duì)無(wú)阻塞型。當(dāng)不同輸入鏈路中同一波長(zhǎng)的信號(hào)要連接到同一輸出鏈路時(shí)，只支持波長(zhǎng)通道的OXC結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生阻塞，但這種阻塞可以通過(guò)選路算法來(lái)預(yù)防。而可重構(gòu)無(wú)阻塞是指如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化配置就會(huì)發(fā)生堵塞的情況。（3）鏈路模塊性。考慮到通信業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)和建設(shè)OXC的成本，OXC結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有模塊性。這樣可以做到：當(dāng)業(yè)務(wù)量比較小時(shí)，OXC只需很小的成本就能提供充分的連接性；而當(dāng)業(yè)務(wù)量增加時(shí)，在不中斷、改動(dòng)現(xiàn)有連接的情況下就可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)吞吐量的擴(kuò)容。如果除了增加新模塊外，不需改動(dòng)現(xiàn)有的OXC結(jié)構(gòu)，就能增加節(jié)點(diǎn)的輸入/輸出鏈路數(shù)，則稱這種結(jié)構(gòu)具有鏈路模塊性。這樣就可以很方便地通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)數(shù)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。（4）波長(zhǎng)模塊性。如果除了增加新模塊外，不需改動(dòng)現(xiàn)有OXC結(jié)構(gòu)，就能增加每條鏈路中復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)，則稱這種結(jié)構(gòu)具有波長(zhǎng)模塊性。這樣就可以很方便地通過(guò)增加每條鏈路的容量來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。

（5）廣播發(fā)送能力。如果輸入光通道中的信號(hào)經(jīng)過(guò)OXC節(jié)點(diǎn)后，可以被廣播發(fā)送到多個(gè)輸出的光通道中，稱這種結(jié)構(gòu)具有廣播發(fā)送能力。這種能力在一些新業(yè)務(wù)中是必要的。（6）成本。成本是決定將來(lái)哪種結(jié)構(gòu)占主要地位的關(guān)鍵因素之一。在節(jié)點(diǎn)的輸入/輸出光通道數(shù)一定時(shí)，所需的器件越少、越便宜，則成本越低。在下面的討論中主要考慮光開(kāi)關(guān)、復(fù)用/解復(fù)用器、可調(diào)諧濾波器和波長(zhǎng)變換器，而忽略較為便宜且性能相對(duì)較差的星形耦合器等器件。

2.OXC節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分析與比較

OXC的光交換模塊中可采用兩種基本交換機(jī)制：空間交換和波長(zhǎng)交換。實(shí)現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開(kāi)關(guān)，它們?cè)诳臻g域上完成入端到出端的交換功能；實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交換的器件是指各種類型的波長(zhǎng)變換器，它們可以將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)上變換到另一個(gè)波長(zhǎng)上，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)域上的交換。另外，光交換模塊中還廣泛使用了波長(zhǎng)選擇器，它完成選擇WDM信號(hào)中一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)通過(guò)，而濾掉其他波長(zhǎng)信號(hào)的功能。這些器件的不同組合可以構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)的OXC。根據(jù)選路功能主要是由哪一種器件實(shí)現(xiàn)的，OXC可分為兩大類：基于空間交換的OXC和基于波長(zhǎng)交換的OXC。目前已提出的OXC結(jié)構(gòu)有很多種，且由于器件的相互可替代性，它們又可演化為更多種類的結(jié)構(gòu)。

1）基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)

（1）基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)的OXC結(jié)構(gòu)。圖8－8所示為兩種基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)的OXC結(jié)構(gòu)。它利用波分解復(fù)用器將鏈路中的WDM信號(hào)在空間上分開(kāi)，然后利用空間光開(kāi)關(guān)矩陣在空間上實(shí)現(xiàn)交換。完成空間交換后各波長(zhǎng)信號(hào)直接經(jīng)波分復(fù)用器復(fù)用到輸出鏈路中。圖8－8(a)所示結(jié)構(gòu)中無(wú)波長(zhǎng)變換器，因此它只能支持波長(zhǎng)通道；圖8－8(b)所示結(jié)構(gòu)中每個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)變換器實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交換后，再?gòu)?fù)用到輸出鏈路中，因此它支持虛波長(zhǎng)通道。圖8－8基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)的OXC結(jié)構(gòu)假設(shè)節(jié)點(diǎn)有Nf條輸入/輸出鏈路，每條鏈路中復(fù)用同一組M個(gè)波長(zhǎng)，空間光開(kāi)關(guān)矩陣的交換容量是N×N（N≥Nf），每個(gè)光開(kāi)關(guān)矩陣有N-Nf個(gè)端口用于本地上下路功能，與DXC相連。在下面的討論中，設(shè)N＝Nf＋1，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)共可上下M路信號(hào)。圖8－8(a)所示結(jié)構(gòu)需要Nf個(gè)復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)，M個(gè)N×N空間光開(kāi)關(guān)矩陣，即MN2個(gè)交叉點(diǎn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量比較小時(shí)，每條鏈路中需要復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)可能就比較少，這時(shí)OXC中的M個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣就不用全部配置上，從而使建網(wǎng)初期的投資比較小。隨著業(yè)務(wù)量的增加，當(dāng)波長(zhǎng)數(shù)需要增加時(shí)，只需增加相應(yīng)數(shù)量的開(kāi)關(guān)矩陣。因此這種結(jié)構(gòu)具有波長(zhǎng)模塊性。但是即便最初OXC不需要Nf條輸入/輸出鏈路，為了滿足將來(lái)容量的要求，每個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣也必須配置成N×N，即開(kāi)關(guān)矩陣的大小不能隨輸入/輸出鏈路數(shù)的變化而變化，所以這種結(jié)構(gòu)不具有鏈路模塊性。由于使用的是波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)，一個(gè)輸入的光信號(hào)只能惟一地被交叉連接到一條輸出光通道中，而不能被廣播發(fā)送到多條輸出光通道中，因此它不具有廣播發(fā)送能力。在圖8－8(b)所示結(jié)構(gòu)中，由于任一輸入鏈路中的任一波長(zhǎng)可能需要交換到任一輸出鏈路中的任一波長(zhǎng)上，因此這種結(jié)構(gòu)的光開(kāi)關(guān)矩陣必須實(shí)現(xiàn)MN×MN絕對(duì)無(wú)阻塞交換，最多時(shí)需要M2N2個(gè)交叉點(diǎn)。另外，這種結(jié)構(gòu)還需要Nf個(gè)波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)，MNf個(gè)波長(zhǎng)變換器。在OXC的最終設(shè)計(jì)容量M和N確定下來(lái)后，MN×MN這個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣就定下來(lái)了。即使所需業(yè)務(wù)量比較小，開(kāi)關(guān)矩陣也不能減小，因此它既無(wú)波長(zhǎng)模塊性，也無(wú)鏈路模塊性，但它支持虛波長(zhǎng)通道。與圖8－8(a)所示結(jié)構(gòu)一樣，它也不具有廣播發(fā)送能力。（2）基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)。圖8－9所示為兩種基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)，它們利用耦合器+可調(diào)諧濾波器完成將輸入的WDM信號(hào)在空間上分開(kāi)的功能，經(jīng)過(guò)空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波長(zhǎng)變換器（見(jiàn)圖8－9（b））后，再由耦合器將各個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)。圖8－9基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)圖8－9(a)所示結(jié)構(gòu)中無(wú)波長(zhǎng)變換器，只能支持波長(zhǎng)通道。它需要的器件有M個(gè)N×N開(kāi)關(guān)矩陣和MNf個(gè)可調(diào)諧濾波器。與圖8－8（a）結(jié)構(gòu)相似，它具有波長(zhǎng)模塊性，但不具有鏈路模塊性。由于它使用可調(diào)諧濾波器來(lái)選出某一波長(zhǎng)的信號(hào)，只要將一條鏈路對(duì)應(yīng)的多個(gè)可調(diào)諧濾波器調(diào)諧到同一波長(zhǎng)上，即可將這一信號(hào)廣播發(fā)送到多條輸出鏈路中，因此它具有廣播發(fā)送能力。

圖8－9(b)所示結(jié)構(gòu)僅僅比圖8－9（a）所示結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)波長(zhǎng)變換器，從而可支持虛波長(zhǎng)通道。它的其他性能與圖8－9(a)所示結(jié)構(gòu)完全相同。（3）基于分送耦合開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)。分送耦合開(kāi)關(guān)是一種新型光開(kāi)關(guān)，它由1×2光開(kāi)關(guān)和耦合器構(gòu)成，由其構(gòu)成的兩種OXC結(jié)構(gòu)如圖8－10所示。由于分送耦合開(kāi)關(guān)可將多個(gè)輸入波長(zhǎng)耦合到一個(gè)輸出端，也可將一個(gè)輸入波長(zhǎng)廣播發(fā)送到多個(gè)輸出端，因此使得這兩種OXC結(jié)構(gòu)用波分解復(fù)用器就可實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送能力，比使用可調(diào)諧濾波器減小了損耗，降低了成本。圖8－10結(jié)構(gòu)中含有波長(zhǎng)變換器，故它們都支持虛波長(zhǎng)通道。其中圖8－10(a)所示結(jié)構(gòu)具有波長(zhǎng)模塊性，但不具有鏈路模塊性；由于圖8－10(b)所示結(jié)構(gòu)中每條輸入/輸出鏈路對(duì)應(yīng)一個(gè)M×N分送耦合開(kāi)關(guān)，增加一條鏈路只需增加一個(gè)波分解復(fù)用器、M個(gè)波長(zhǎng)變換器、一個(gè)分送耦合開(kāi)關(guān)和一個(gè)耦合器，因此其具有鏈路模塊性，但不具有波長(zhǎng)模塊性。圖8－10基于分送耦合開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)

(4）基于平行波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)?；谄叫胁ㄩL(zhǎng)開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)如圖8－11所示。它的每條輸入鏈路對(duì)應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)，每個(gè)波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)由N個(gè)1×M星形耦合器、M個(gè)N×1空間交換矩陣、M個(gè)可調(diào)諧濾波器、M個(gè)波長(zhǎng)變換器和一個(gè)M×1星形耦合器組成。它將輸入的每路WDM信號(hào)都耦合到所有的支路中，先由N×1光開(kāi)關(guān)選出所需的輸入鏈路，再由可調(diào)諧濾波器選出所需的波長(zhǎng)，這樣就可以選出任一輸入鏈路中任一波長(zhǎng)的信號(hào)了。在此之后，再由波長(zhǎng)變換器完成波長(zhǎng)交換，與其他波長(zhǎng)耦合到輸出鏈路中。圖8－11基于平行波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)支持虛波長(zhǎng)通道。它主要需要MN個(gè)N×1光開(kāi)關(guān)（MM個(gè)交叉點(diǎn)）、MN個(gè)可調(diào)諧濾波器和MN個(gè)波長(zhǎng)變換器。當(dāng)需要增加鏈路數(shù)時(shí)，只需增加一個(gè)波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)，因此這種結(jié)構(gòu)具有鏈路模塊性，但不具有波長(zhǎng)模塊性。由于使用耦合器進(jìn)行分路，因此它具有廣播發(fā)送能力。

2）基于波長(zhǎng)交換的OXC結(jié)構(gòu)

（1）基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的多級(jí)波長(zhǎng)交換OXC結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)巧妙地利用了陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的特性，將多級(jí)的波長(zhǎng)變換器級(jí)聯(lián)起來(lái)，完全在波長(zhǎng)域上實(shí)現(xiàn)光通道的交換，如圖8－12所示。圖8－12基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的多級(jí)波長(zhǎng)交換OXC結(jié)構(gòu)一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和解復(fù)用的功能，并且將相隔寬度為自由譜寬整數(shù)倍的多個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用到一個(gè)輸出端。圖8－12中，1×1波長(zhǎng)變換器由一個(gè)解復(fù)用器、M個(gè)波長(zhǎng)變換器和一個(gè)耦合器構(gòu)成，完成將M個(gè)輸入波長(zhǎng)變換為R個(gè)內(nèi)部波長(zhǎng)中某個(gè)波長(zhǎng)的功能。當(dāng)R≥［(2M-1)/N］×N時(shí)，這種結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)無(wú)阻塞的虛波長(zhǎng)通道交叉連接，［x］表示大于或等于x的最小整數(shù)。由圖8－12可知，它具有波長(zhǎng)模塊性，但不具有鏈路模塊性。如果波長(zhǎng)變換器中使用的是解復(fù)用器，它不具有廣播發(fā)送能力；如果使用的是可調(diào)諧濾波器，則具有廣播發(fā)送能力。這種結(jié)構(gòu)需要2個(gè)陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器和3N個(gè)1×1波長(zhǎng)變換器，后者相當(dāng)于3N個(gè)解復(fù)用器和3MN個(gè)波長(zhǎng)變換器。

這種結(jié)構(gòu)也有兩種改進(jìn)形式。它們通過(guò)增加波長(zhǎng)變換器數(shù)和/或空間光開(kāi)關(guān)數(shù)來(lái)減少所需的內(nèi)部波長(zhǎng)數(shù)，降低了對(duì)波長(zhǎng)變換器的性能要求。在這兩種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)R≥［M/N］×N時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)無(wú)阻塞的虛波長(zhǎng)通道交叉連接。（2）完全基于波長(zhǎng)交換的OXC結(jié)構(gòu)。圖8－13所示是這種支持虛波長(zhǎng)通道的結(jié)構(gòu)。其所有輸入鏈路中的WDM信號(hào)首先被波長(zhǎng)變換器轉(zhuǎn)換成MN個(gè)不同的內(nèi)部波長(zhǎng)，然后通過(guò)一個(gè)大耦合器送到MN條支路中，由可調(diào)諧濾波器選出一個(gè)所需的波長(zhǎng)，再由波長(zhǎng)變換器轉(zhuǎn)換成所需的外部波長(zhǎng)與其他波長(zhǎng)復(fù)用到輸出鏈路中。圖8－13完全基于波長(zhǎng)交換的OXC結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)主要需要Nf個(gè)上述的1×1波長(zhǎng)變換器、MNf個(gè)一般波長(zhǎng)變換器和MNf個(gè)可調(diào)諧濾波器，而不需要空間交換器件。由于增加一條輸入/輸出鏈路只需增加M個(gè)可調(diào)諧濾波器、M+1個(gè)波長(zhǎng)變換器、一個(gè)1×1波長(zhǎng)變換器和一個(gè)耦合器，每條鏈路增加一個(gè)波長(zhǎng)只需增加N個(gè)可調(diào)諧濾波器和N個(gè)波長(zhǎng)變換器，因此它不僅具有鏈路模塊性和波長(zhǎng)模塊性，而且還具有廣播發(fā)送能力。它的缺點(diǎn)是對(duì)波長(zhǎng)變換器和可調(diào)諧濾波器的性能要求很高，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞣秶枰采w所有MN個(gè)內(nèi)部波長(zhǎng)。

為了防止這種結(jié)構(gòu)中由于大耦合器的失效引起整個(gè)OXC的癱瘓，可以使用Nf個(gè)1×M耦合器和Nf個(gè)N×M耦合器代替圖8－13中的大耦合器，從而提高系統(tǒng)的可靠性，并使系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)更加方便。

3.OXC結(jié)構(gòu)的比較與討論

如前所述，支持虛波長(zhǎng)通道的OXC能夠充分利用有限的波長(zhǎng)資源，提高波長(zhǎng)重用效率，但是目前全光波長(zhǎng)變換器的實(shí)用化還取決于技術(shù)的成熟程度。如果波長(zhǎng)變換器采用光電、電光轉(zhuǎn)換的形式實(shí)現(xiàn)，將限制光網(wǎng)絡(luò)的透明性（如限制了最高速率）。因此，是否采用波長(zhǎng)變換器和采用何種波長(zhǎng)變換器仍需根據(jù)器件的發(fā)展水平和系統(tǒng)的實(shí)際需要來(lái)決定。在不采用波長(zhǎng)變換器的結(jié)構(gòu)中，圖8－8（a）所示結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、實(shí)用。圖8－9所示結(jié)構(gòu)雖然具有廣播發(fā)送能力，但耦合器+可調(diào)諧濾波器的損耗大于波分復(fù)用器，濾波性能也差一些，因此其傳輸性能不如圖8－8所示結(jié)構(gòu)。如果分送耦合開(kāi)關(guān)的性能滿足要求，圖8－10所示的兩種結(jié)構(gòu)很有優(yōu)勢(shì)。由于可用波長(zhǎng)數(shù)的有限性，將來(lái)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容將更多地通過(guò)增加鏈路數(shù)來(lái)進(jìn)行，因此鏈路模塊性更為重要，即圖8－10（a）所示結(jié)構(gòu)更可能實(shí)用。圖8－11所示結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是損耗太大，需要光放大器進(jìn)行補(bǔ)償，影響了傳輸性能并提高了成本。圖8－12和圖8－13所示的兩種結(jié)構(gòu)都是利用內(nèi)部波長(zhǎng)的概念在波長(zhǎng)域上實(shí)現(xiàn)交換的，它們的缺點(diǎn)是對(duì)波長(zhǎng)變換器和可調(diào)諧濾波器的要求過(guò)高。光交叉連接是WDM全光網(wǎng)的核心功能之一，上述的討論主要是針對(duì)OXC節(jié)點(diǎn)的光通道交叉連接實(shí)現(xiàn)的，并對(duì)各種實(shí)現(xiàn)方案作了簡(jiǎn)要的比較。當(dāng)然，實(shí)用的OXC節(jié)點(diǎn)一般還應(yīng)包括光監(jiān)控模塊、光功率均衡模塊、光放大模塊，具有完善的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，不僅能對(duì)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理，并能實(shí)施波長(zhǎng)路由算法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自動(dòng)恢復(fù)。同時(shí)，光交換模塊應(yīng)盡可能滿足各種應(yīng)用，如有限廣播功能等。從另一方面考慮，OXC的研究應(yīng)集中體現(xiàn)WDM全光網(wǎng)的透明性、靈活性和生存性，充分考慮設(shè)備的實(shí)用性、可靠性、先進(jìn)性和可升級(jí)性。在實(shí)用環(huán)境下，OXC節(jié)點(diǎn)一般是同其他的OXC節(jié)點(diǎn)組成骨干網(wǎng)，同時(shí)又要和本地網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)本地網(wǎng)與骨干網(wǎng)的信息交流。

總之，隨著WDM技術(shù)和相應(yīng)器件的成熟，目前的傳送網(wǎng)正朝著以WDM為基礎(chǔ)的光傳送網(wǎng)方向發(fā)展，而OXC正是全光傳送網(wǎng)中的一類關(guān)鍵網(wǎng)元設(shè)備，在干線網(wǎng)中發(fā)揮著重要的路由調(diào)度、保護(hù)/恢復(fù)等作用，屬于一種高端設(shè)備。8.4.2光分插復(fù)用器OADM

隨著WDM系統(tǒng)的廣泛使用，人們發(fā)現(xiàn)WDM技術(shù)在提高傳輸能力的同時(shí)，還具有無(wú)可比擬的聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。光分插復(fù)用器（OADM）作為光傳送網(wǎng)組網(wǎng)的重要器件，它的功能是從傳輸設(shè)備中有選擇地下路通往本地的光信號(hào)，同時(shí)上路本地用戶發(fā)往另一節(jié)點(diǎn)用戶的光信號(hào)，而不影響其他波長(zhǎng)信道的傳輸，也就是說(shuō)，OADM在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)SDH設(shè)備中的電分插復(fù)用器在時(shí)域中的功能，相比較而言，它更具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號(hào)，這一點(diǎn)比電的ADM更優(yōu)越，使整個(gè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的靈活性大大提高。一般來(lái)說(shuō)，OADM結(jié)構(gòu)包括解復(fù)用、分插控制濾波單元及復(fù)用單元。如前面所述，在解復(fù)用單元中并不意味著所有波長(zhǎng)都要從光纖中解復(fù)用，OADM節(jié)點(diǎn)用解復(fù)用器解復(fù)用需要下路的光波長(zhǎng)（λd），同時(shí)把要上路的波長(zhǎng)（λa）經(jīng)過(guò)復(fù)用器復(fù)用到光纖上傳輸。用不同的方法實(shí)現(xiàn)解復(fù)用和復(fù)用就構(gòu)成不同的OADM結(jié)構(gòu)。目前已有多種OADM方案，但總的來(lái)說(shuō)可以分為可重構(gòu)型和非重構(gòu)型兩種。前者主要采用復(fù)用器/解復(fù)用器以及固定濾波器等無(wú)源光器件，在節(jié)點(diǎn)上下固定一個(gè)和多個(gè)波長(zhǎng)，也就是說(shuō)節(jié)點(diǎn)的路由是確定的。后者采用光開(kāi)關(guān)、可調(diào)諧濾波器等光器件，能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)OADM節(jié)點(diǎn)上下話路的波長(zhǎng)，從而達(dá)到光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的能力。相比較而言，前者缺乏靈活性，但性能可靠且沒(méi)有時(shí)延；后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有時(shí)延，但可以使網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)資源得到良好的分配。從90年代提出光波長(zhǎng)上下話路開(kāi)始，到目前為止，人們提出了很多種OADM方案，這些方案很大程度上取決于光的新器件的開(kāi)發(fā)和研制，特別是無(wú)源光器件，這些器件的性能最終決定了OADM的一些主要性能參數(shù)，比如插入損耗、通道之間的隔離度以及上下路的時(shí)延等。

1）分波器+空間交換單元+合波器

在這種方案中，分波器可以是普通的解復(fù)用器，空間交換單元一般采用光開(kāi)關(guān)和光開(kāi)關(guān)陣列，合波器可以采用耦合器或復(fù)用器，因此整個(gè)OADM的串?dāng)_水平主要是由解復(fù)用器所決定的，目前解復(fù)用器可以做到的隔離度達(dá)到25dB/0.8nm以上，因此可以滿足系統(tǒng)的要求。圖8－14和圖8－15是對(duì)這種方案的具體實(shí)現(xiàn)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)上下話路的控制比較方便，特別是圖8－15所示的情況，對(duì)于采用1×8的解復(fù)用器，則8×8的光交叉矩陣使光波長(zhǎng)具有無(wú)堵塞交叉能力。由于采用了光轉(zhuǎn)發(fā)器，任意波長(zhǎng)光信號(hào)均可以插入。開(kāi)關(guān)的使用使OADM在獲得調(diào)諧能力的同時(shí)，也帶來(lái)時(shí)延和插入損耗問(wèn)題，現(xiàn)在的機(jī)械式光開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度在毫秒（ms）量級(jí)，鈮酸鋰開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間在微秒（μs）量級(jí)，但它的插入損耗比機(jī)械光開(kāi)關(guān)大得多。圖8－14基于解復(fù)用器和光開(kāi)關(guān)的OADM圖8－15基于解復(fù)用器和開(kāi)關(guān)陣列的OADM

2）耦合單元+濾波單元+合波器

這種類型的OADM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用的器件方便可得，其中耦合單元一般為普通的耦合器或光環(huán)形器等，濾波單元有光纖光柵（FBG）、法－伯腔（F－P）等濾波器，合波器為普通的耦合器或復(fù)用器。這類方案的OADM性能主要取決于濾波單元的性能，就目前的器件水平，光纖光柵的隔離度高于20dB/0.8nm，而F－P腔的隔離度性能更好，可以達(dá)到40dB/0.8nm，但前者溫度性能比較好，比較容易做到溫度補(bǔ)償，而后者的波長(zhǎng)隨溫度的漂移較大，圖8－16和圖8－17給出了此類方案的兩個(gè)典型的例子。圖8－16基于光柵和開(kāi)關(guān)的OADM圖8－17基于F－P腔濾波器的OADM圖8－16所示的方案是目前較為普遍采用的一種OADM結(jié)構(gòu)，輸入WDM信號(hào)經(jīng)開(kāi)關(guān)選路，送入一個(gè)光纖光柵。每路的光柵對(duì)準(zhǔn)一個(gè)波長(zhǎng)，被光柵反射的波長(zhǎng)經(jīng)光環(huán)形器下路到本地，其他輸入的WDM信號(hào)波長(zhǎng)通過(guò)光柵經(jīng)第二個(gè)光環(huán)形器與本地節(jié)點(diǎn)的上路信號(hào)波長(zhǎng)合波，繼續(xù)向前傳輸。這個(gè)方案同樣可以根據(jù)開(kāi)關(guān)和光柵來(lái)任意選擇上下話路的波長(zhǎng)，但開(kāi)關(guān)的使用帶來(lái)了和第一類方案同樣的缺點(diǎn)，即時(shí)延和損耗問(wèn)題。

圖8－17是采用F－P腔濾波器實(shí)現(xiàn)的OADM結(jié)構(gòu)方案。在這種方案中輸入的WDM信號(hào)經(jīng)F－P腔濾波器后，下路需要的波長(zhǎng)到本地節(jié)點(diǎn)，其他波長(zhǎng)被反射后繼續(xù)向前傳輸。本地節(jié)點(diǎn)上路的業(yè)務(wù)，使用與下路相同的波長(zhǎng)上路至輸出線上。這個(gè)方案一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)在于F－P腔濾波器的連續(xù)可調(diào)性，因此可以根據(jù)需要上下路任意的波長(zhǎng)。它的不足之處是前面提到的對(duì)溫度的不穩(wěn)定性。

3）聲光可調(diào)諧濾波器（AOTF）

聲光可調(diào)諧濾波器（AOTF）是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)之一，它本身具有良好的特性，包括調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧速度快以及隔離度高等特性，但是它存在偏振敏感性問(wèn)題，這對(duì)實(shí)用是一個(gè)很大的限制。

如圖8－18所示，上路波長(zhǎng)光信號(hào)和輸入的WDM信號(hào)中同波長(zhǎng)光信號(hào)的偏振方向垂直，它們進(jìn)入AOTF后，輸入的WDM信號(hào)經(jīng)偏振分束器（PBS）分成TM模和TE模后進(jìn)入聲波波段選頻f控制的模式轉(zhuǎn)換單元，選頻f針對(duì)不同的下路波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧。如下路λ1，選頻f調(diào)到一個(gè)相應(yīng)的頻率，當(dāng)WDM信號(hào)經(jīng)過(guò)模式轉(zhuǎn)換單元時(shí)，波長(zhǎng)λ1的光的TE模和TM模發(fā)生轉(zhuǎn)換，TE模變?yōu)門(mén)M模，TM模變?yōu)門(mén)E模，經(jīng)下一個(gè)PBS后從下路端口輸出到本地，其他的WDM波長(zhǎng)沒(méi)有發(fā)生模式變換從輸出端口到輸出光纖，而上路波長(zhǎng)經(jīng)模式轉(zhuǎn)換單元后也從輸出端口輸出到光纖上。目前，基于AOTF的OADM的調(diào)諧速度可以達(dá)到μs量級(jí)，在1550nm波段可調(diào)諧選路的帶寬最大可達(dá)到25nm，相鄰波長(zhǎng)的隔離度可達(dá)到35dB/0.8nm以上。圖8－18基于AOTF的OADM圖8－19是這種方案的一種簡(jiǎn)化變形形式。在這種方案中，上下話路的波長(zhǎng)是固定不可調(diào)諧的，對(duì)相鄰波長(zhǎng)的隔離度（1550nm）在22dB/0.8nm以上。透過(guò)波長(zhǎng)的泄漏小于-30dB。圖8－19基于PBS和FBG的OADM

4）波長(zhǎng)光柵路由器（WGR）

WGR是一種光柵型的波長(zhǎng)路由器，具有雙向性，即一個(gè)方向輸入為解復(fù)用方式，則另一個(gè)方向輸入為復(fù)用方式。

如圖8－20所示，以N×N的WGR為例，它的輸出端口解復(fù)用下來(lái)的波長(zhǎng)次序與輸入端口有關(guān)，一般是這樣的：假設(shè)WDM信號(hào)有對(duì)應(yīng)于WGR的N個(gè)波長(zhǎng)，輸入和輸出端口排序分別為1~N，輸出端口1~N的解復(fù)用波長(zhǎng)分別為λ1~λN，當(dāng)WDM波長(zhǎng)信號(hào)從輸入端口1進(jìn)入時(shí)，輸出端口1~N解復(fù)用的波長(zhǎng)依次為λ1~λN，當(dāng)從輸入端口2進(jìn)入時(shí)，輸出端口1~N的解復(fù)用波長(zhǎng)依次為λN，λ1~λN-1依次類推，因此在WGR的輸入端用光開(kāi)關(guān)來(lái)選擇WDM信號(hào)的不同輸入口，由此來(lái)決定下路的波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)OADM的可調(diào)諧性。上路的信號(hào)與通過(guò)的信號(hào)進(jìn)入WGRB以復(fù)用方式合波為WDM信號(hào)，經(jīng)選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)入到輸出光纖。這種方案的一種簡(jiǎn)化方式就是WGRB和后面的1×N光開(kāi)關(guān)用一個(gè)N×1的耦合器來(lái)代替。這種方案能做到相鄰?fù)ǖ赖母綦x度在25dB/1.6nm以上。同樣也可以用這種方案同時(shí)下路多路波長(zhǎng)。還有采用WGR與2×2的光開(kāi)關(guān)組合實(shí)現(xiàn)OADM，但相鄰?fù)ǖ赖拈g隔低于20dB/1.6nm。圖8－20基于WGR的OADM圖8－21是由陣列波導(dǎo)光柵（AWG）、光濾波器及光環(huán)形器組成的雙向OADM，這是一種新型的OADM結(jié)構(gòu)。AWG是一種類似于WGR的器件，這種OADM最大的優(yōu)點(diǎn)是它具有雙向傳輸和上下路的功能。稍作結(jié)構(gòu)變換就能適用于WDM自愈環(huán)形網(wǎng)，但它沒(méi)有波長(zhǎng)模塊性。圖8－21基于AWG、光濾波器及光環(huán)形器組成的OADM在上面討論的OADM的四種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中，主要介紹了如何實(shí)現(xiàn)光的上下路功能，相比較而言，由于器件的原因、實(shí)現(xiàn)的方便與否及性能優(yōu)劣，分波器+空間交換單元+合波器和耦合單元+濾波單元+合波器兩種方案更為看好。

總之，OADM因其良好的性能、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、相對(duì)低的成本以及靈活的組網(wǎng)方式，一直吸引著人們的注意力。雖然現(xiàn)在很難做到像SDH設(shè)備那樣在不同等級(jí)上靈活的交叉和分插，但在目前的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WDM干線做中間的上下業(yè)務(wù)，OADM仍然是一種很好的選擇。而且在未來(lái)的全光WDM網(wǎng)絡(luò)中，OADM將會(huì)有其更大的應(yīng)用范圍。8.4.3全光波長(zhǎng)變換器

眾所周知，波長(zhǎng)變換器是解決全光網(wǎng)中波長(zhǎng)路由競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵器件，是充分發(fā)揮WDM帶寬資源的必要手段。為了對(duì)波長(zhǎng)變換的用途和作用有一個(gè)直觀的了解，首先讓我們來(lái)考慮圖8－22所示的網(wǎng)絡(luò)，它包含兩個(gè)交叉連接節(jié)點(diǎn)和5個(gè)接入點(diǎn)（A到E）。若要建立兩節(jié)點(diǎn)之間的全光連接，例如A和C的連接，如果沒(méi)有波長(zhǎng)變換器，這條光路上的所有連接必須采用同一個(gè)波長(zhǎng)，這就是所謂的波長(zhǎng)連續(xù)性制約。對(duì)于電路交換網(wǎng)而言，僅當(dāng)該級(jí)別的鏈路容量都被占用時(shí)，才會(huì)發(fā)生阻塞，而對(duì)于波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)，卻遠(yuǎn)非如此。如圖8－23（a）所示，在網(wǎng)絡(luò)中建立了兩個(gè)光通道，節(jié)點(diǎn)1和2之間采用λ1波長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)2和3之間的波長(zhǎng)是λ2?，F(xiàn)在假設(shè)要在1、3之間建立一條光通道，即使節(jié)點(diǎn)1、3之間的每個(gè)鏈路都有空閑的波長(zhǎng)也不一定能建立這個(gè)光通道，這是因?yàn)樵趦蓚€(gè)鏈路上可得到的波長(zhǎng)是不同的。因此，與電路交換網(wǎng)絡(luò)相比，波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)將遭受更大的阻塞。圖8－22全光波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)圖8－23波長(zhǎng)連續(xù)性限制如果能在中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行波長(zhǎng)變換，從一個(gè)波長(zhǎng)變換到另一個(gè)波長(zhǎng)，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)將是非常有利的。如圖8－23（b）所示，節(jié)點(diǎn)2的波長(zhǎng)變換器把波長(zhǎng)從λ2變到λ1，在節(jié)點(diǎn)1、2中間應(yīng)用λ2波長(zhǎng)，在節(jié)點(diǎn)2、3中間應(yīng)用λ1波長(zhǎng)，這樣，從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)3的光通道便可建立。在含有波長(zhǎng)變換器的網(wǎng)絡(luò)中，光通道能在不同的鏈路上用不同的波長(zhǎng)建立，從而大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性，消除光通道的波長(zhǎng)沖突。引入波長(zhǎng)變換技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的再利用，更有效地進(jìn)行路由選擇，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率，從而提高WDM網(wǎng)的靈活性和可擴(kuò)充性。波長(zhǎng)變換器對(duì)WDM光網(wǎng)絡(luò)的性能究竟有多大的改善，是近年來(lái)的一個(gè)熱點(diǎn)課題?，F(xiàn)在比較一致的觀點(diǎn)是：波長(zhǎng)變換器對(duì)一個(gè)波長(zhǎng)數(shù)量固定且業(yè)務(wù)量接近飽和的網(wǎng)絡(luò)作用并不大，對(duì)集中管理的網(wǎng)絡(luò)和環(huán)形網(wǎng)的影響也不明顯，而對(duì)大容量的網(wǎng)格形網(wǎng)，波長(zhǎng)變換器的加入?yún)s能大大降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率。如果節(jié)點(diǎn)的數(shù)目加大，效果會(huì)更明顯。事實(shí)上，波長(zhǎng)變換器的作用與WDM光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、波長(zhǎng)數(shù)、波長(zhǎng)從源到宿所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)及業(yè)務(wù)量都密切相關(guān)。幾種主要的波長(zhǎng)變換器的類型和原理如下：

（1）光/電/光型波長(zhǎng)變換器，即光信號(hào)經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)，電信號(hào)再調(diào)制所需波長(zhǎng)的激光器，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換。由于光/電變換技術(shù)已很成熟，對(duì)信號(hào)具有再生能力，且具有輸入動(dòng)態(tài)范圍較大、不需光濾波器、對(duì)輸入偏振不敏感等許多優(yōu)點(diǎn)，是目前惟一的一種非常成熟的波長(zhǎng)變換器。但是，由于EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的大量使用和人們對(duì)全光網(wǎng)的憧憬，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者都盡量保持光層的透明性，避免光/電變換，因此人們現(xiàn)在主要致力于全光波長(zhǎng)變換器的研究。（2）采用半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制（SOAXGM）特性來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換，是目前研究較多的一種波長(zhǎng)變換器。它利用半導(dǎo)體光放大器的增益飽和特性，將泵浦光和探測(cè)光都注入到SOA中。強(qiáng)泵浦光使SOA增益發(fā)生飽和，從而使連續(xù)的探測(cè)光受到調(diào)制，這樣，就把泵浦光上的信號(hào)