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最新整理)全光网技术
2025-08-10
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返回列表全光网的一种层次结构如图 2 所示，共分为 3 层。应用层提供包括数据、话音到图象各种 业务； 电子层中主要完成各种电子交换； 从程控交换、ATM 交换到未来的某种交换; 光网层 是以 WDM 为基础的可变的光网络，其中的关键网元有 WDM 的交叉连接设备(图中光网层中的三 角形）、WDM 的星型路由器（中光网层中的五角星）WDM 的分插复用器（中光网层中的 X-C)全光 网的层次结构虽然有多种形式，但都大同小异,这些结构中一般都会包括光网层和电网层。
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光纤通信系统传输距离受到光纤损耗、色散和非线性的限制，在传统的系统中信号的中继 是通过光电转换、电放大、电光转换三步来实现的，这实际上就是传输线上的最直接的“电子 瓶颈”.随着 EDFA 技术的成熟，在全光网中可以不用进行光-电-光的转换，利用 EDFA 直接在光 路上对信号进行放大传输，这就是全光中继技术。它的作用除了克服光-电—光中继器造成的“电 子瓶颈”以外，还使信号在线路上“透明”传输，即传输线路与信号的数据率和调制方式等无 关。光放大器不仅仅用于光中继，还可以用于光发射机后作为光功率放大器以提高发射光功率， 用于光接收机之前作为前置光预放大器以提高光接收灵敏度。
实现全光网络通信，克服电光网络中存在的“电子瓶颈”问题， 要取决于一些关键技术的 实现，而完成这些关键技术的设备也就成为全光网的关键组成要素。下面将较全面地介绍全光 网络中的关键技术与设备.
和传统光通信网络不同，全光网任意两个结点之间的信号传输与交换全部采用了光波技术， 也就是网络节点的交换中使用了光交叉连接器（OpticalCross—connect，OXC)和光分插复 用器（OpticalAdd DropMultiplexers，OADM）来替代传统的数字交叉连接器（DXC)和数字 分插复用器(ADM）.(见图 4）
未来的光网络将彻底解决以上问题。在未来光网络中，网络是可以动态调整的，可以根据
客户端需求设置波长；未来的网络不再是环型的，而是网状的，从而大大降低设置连接的复杂 度；DWDM 将从本地网开始得到应用,甚至在接入网中都会应用;未来的网络是基于 IP 的，是三网 融合的。
ATM 等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。在全光网络中，由于没有光电转换的 障碍,所以允许存在各种不同的协议和编码形式，信息传输具有透明性,且无须面对电子器件处 理信息速率难以提高的困难。
由于具有以上优点，因此，全光网成为宽带通信网未来发展的目标。 全光通信网是通信网发展的目标。这一目标的实现将分两个阶段完成：第一步是建成全光 传送网，在任一用户地点与任一其它用户地点之间实现全光传输；第二步是在完成上述用户间 全程光传送网后，实现信号处理、存储、交换以及多路复用/分接与进网/出网等功能的电子化 向光子化的转变，建成完整的全光网。
1998 年，朗讯公司研制出工作扩展的光纤(低水峰光纤）; 1998 年，川本 NEC 公司在实验室实现了 20Gb/s 的 DWDM 系统; 21 世纪初，商用的 DWDM 系统传输容量已达到 40Gbit/s，1.6Tbit/s 和 6.4Tbit/s 的 DWDM 系统投放市场； 2001 年，日本 NTT 或者法国阿尔卡特再创佳绩，成功研制出世界上最高容量的 DWDM 系统 （4OGbit/s 信道 10Tbit/s)。 在此期间，光交叉连接器(OXC）、光分叉复用器（OADM)、波长选择开关（WSS）、交叉矩阵 等全光网中的关键器件也快速的发展,由于其巨大的优势,全光网被许多国家和地区列为重点发 展项目,全光网得到长足的进步。
21 世纪是人类历史上高速持续发展的新时代，信息化成为社会经济发展的火车头,信息网 络的应用渗透了国民经济和社会发展的各个领域和层次，人类在步入知识经济时代的同时,也进 入了网络时代.随着 Internet 业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正在以指数级的速 度迅速膨胀,这就要求网络必须具有高比特率数据传输能力和大吞吐量的交叉能力。光纤通信技 术出现以后，其近 30THz 的巨大潜在带宽容量给通信领域带来了蓬勃发展的机遇，特别是在提 出信息高速公路以来,光技术开始渗透于整个通信网，光纤通信有向全光网推进的趋势。所以面 对因特网宽带接入需求的飞速发展，迫切需要成倍地提升通信容量，降低成本,迅速提供业务.
从 23 年下半年开始,随着光交换/光路由、光信号处理、光存储、光多址技术、光接入以及 全光中继等技术的发展，光交叉连接端（QXC)、光分叉复用器(OADM）、波长选择开关(WSS）等 光器件成本的降低,各种新业务（ Internet、IPTV、视频通信）的出现（特别足数据通衍快速 增长）使网络带宽不再适应创业务需求。补充、完善、优化自己的网络已成当务之急，不仅核 心网须新建和扩容，城域网更是发展的重点。光纤接入也掀起向潮，FTTH （光纤到户)成为光 通信发展的新亮点，通过曾及光纤到户，将全面带动光纤通信各方面技术的发展，包括光电子 器件、光纤、光镜、系统设备，还有前面提到的工程设计、施了、测试、维护、经营、管理等 方方面面的发展。全光网络因需求开始了逐步的复苏。
通信网络的发展已经经历了两代，第一代是全电网络,它的容量已经远不能满足要求； 第 二代是用光纤取代电缆后形成的电光网络，这是目前正广泛使用的网络.光纤通信的高速率和大 容量等优越性能已经使人们认识到光纤通信取代传统的电子通信的必然趋势。
但目前在光通信系统中的电子线路严重限制了光纤通信优势的发挥，即出现所谓的“电子 瓶颈”问题。全光网络即是基于克服“电子瓶颈”这一局限性的第三代网络.DWDM 光传输系统无 疑解决了提升通信容量的问题,但 DWDM 也带来了很多问题。现在的通信网络是多种接入方式并 存，语音通过网络，IP 通过以太网或 AIT，视频通过 HFC 网络，骨干网普遍采用 SDH 体制（包 括本地，地区以及全国三级)，并通过 ADM 和 DXC 连接起来，这种体制下 DWDM 只用在地区以及 全国网两级。骨干网中光信号需要再生，成了影响系统成本和性能的大问题。另外现有体制如 果要修改 SDH 的上下话路，交叉连接以及环的设置往往需要几周甚至几月的时间。现有的数字 交叉连接设备也无法处理应用 DWDM 带来的成百上千的端口连接.
自 1966 年，被称为”光通信之父的英籍华人高锟博士发了一篇名为《光频率的介质纤维 表面波导》的论文后，使得长距离、大容量的光通信成为可能，从此揭开了光通信发展的大序 幕;
1970 年,美国康宁公司首次研制成功损耗为 20dB/km 的石英光纤; 1979 年，研制出多模长波光纤，衰减为 1dB/km； 1983 年，研制出 G。652 非色散位移单模光纤，常规单模光纤开始商用； 1985 年，研制出 G。653 色散位移单模光纤,并开始商用； 1986 年，南安普敦大学研制出掺铒光纤放大器； 1991 年，朗讯公司研制出实用化的波分复用系统（WDM)； 1995 年，美国康宁公司研制出 G。655 非零色散位移光纤（大有小面积光纤）; 1995 年，研制出 STM— I，STM-4 SDH 设备；
图1 全光网络示意图 全光网的性能主要包括以下四点: 1。透明性（transparency） 光传送网的节点 OADM 和 OXC 不对光信号进行光—电、电—光处理，因此，它的工作与光信 号的内容无关，对于信息的调制方式，传送模式和传输速率透明。 2。存活性（survivability） 全光网通过 OXC 可以灵活地实现光信道的动态重构功能，根据网络中业务流量的动态变化和 需要,动态地调整光层中的资源和光纤路径资源配置,使网络资源得到最有效的利用. 3。可扩展性（scalability） 全光网具有分区分层的拓扑结构,OADM 及 OXC 节点采用模块化设计，在原有网络结构和 OXC 结构基础上，就能方便地增加网络的光信道复用数、路径数和节点数，实现网络的扩充。 4。兼容性(compatibility） 全光网和传统网络应是完全兼容的.光层作为新的网络层加到传统网的结构中，对 IP、SDH、 ATM 等业务，均可将其融合进光层，而呈现出巨大的包容性,从而满足各种速率、各种媒体宽带 综合业务服务的需求. 所谓全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的转换，而在网络中传输 和交换的过程中始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以 PDH，SDH，
全光网络( AON， Al l—Opt icalNetwork）是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采 用光波技术完成的先进网络。它包括光传输、光放大、光再生、光交换、光存储、光信息处理、 光信号多路复接/分插、进网/出网等许多先进全光技术。图 1 的全光网示意图较好的表示了全 光网的概念。全光网由全光内部部分和外部网络控制部分组成.内部全光网是透明的，能容纳多 种业务格式，通过光交叉连接器（ OXC）进行波长选择,网络节点可以透明地发送或从别的节点 接收信息。外部控制部分可实现网络的重构，使得波长和容量在整个网络内动态分配以满足通 信量、业务和性能需求的变化，并提供一个生存性好、容错能力强的网络。
全光网络的拓扑结构有以下各种： （1)点对点连接。发送信号通过复用器耦合到一单模光纤中传输，传输过程中采用掺铒光 纤放大器( EDFA)对信号进行放大，在传输终点用解复用器将不同波长的信号分开接收.这是最 基本的连接方式。 (2）环形网。环形网是在点到点连接基础上扩展得到的。在网络节点处加一交换机,使得在 节点处可插/分特定的信道，并允许其他的信道无阻碍地通过此节点。 （3）星形网。在星形网的拓扑结构中,各节点选定一个波长向外发送信息，所有节点的信 息传送到星形耦合器，再由星形耦合器将所有信号分送到每一个节点。 (4）复合型。复合型结构是前面 3 种结构的组合形式，例如在环形网的结构中有时需要点 对点的连接.在实际应用中，这种拓扑结构较为普遍。
利用波分复用技术的全光网将采用三级体系结构：0 级（最低一级）是众多单位各自拥有的 局域网（LAN）,它们各自连接若干用户的光终端（OT），每个 0 级网的内部使用一套波长，但各 个 0 级网多数也可重复使用同一套波长；1 级可看作许多城域网(MAN）,它们各自设置波长路由 器连接若干个 0 级网；2 级可以看作全国或国际的骨干网，它们利用波长转换器或交换机连接所 有的 1 级网。
全光通信网络的结构分为服务层（Service Layer）和传送层（Transport Layer）。网络传 送层分为 SDH 层、ATM 层和光传送层。光传送层由光分插复用器(OADM）和光交叉连接(OXC)组成。
在光传送层，通过迂回路由波长（Rerouting Waverlength),在网络中形成大带宽的重新分配。 在光缆断开时，光传送层起网络恢复（Restoration）的作用。在远端，光纤环中的 OADM 插入/ 分离所确定的波长通道至 ATM 复用器，而 OXC 则连接两个光 WDM 环路到 ATM 交换机.
