全光网络的技术架构及其优缺点

1、全光网络的技术架构及其优缺点 全光网络的概念 全光通信网就是信号传输与交换等主要功能均在光状态下进行 而不经过光电转换变成电信号的通信网络。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，且无需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。 全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，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 PDHPDH、SDHSDH、ATMATM 等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。 全光网络(AONAllOpticalNetwork)(AONAllOpt

2、icalNetwork) 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/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。 全光网络相关技术 全光网络的相关技术主要包括全光交换、光交叉连接、全光中继 和光复用/去复用等。 1 1全光交换 目前在研究开发热光、液晶光和声光交换机。热光交换机采用可调节热量的聚合物波导，其交换机制是由分布在聚合物中的薄膜加热元素控制。当电流通过加热器时改变波导分支内的热量分布，从而改 变了折射率，将光从主波导耦合至分支波导中。它的优点是体积小、交换速度快；缺点是介入损耗高、串光大，且要求有良好的散热器。 液晶光交换机包含液晶片、极化光束别离器或光束

3、调相器。液晶片的作用是旋转入射光的极化角，而角度受电极上的电压控制。极化光束别离器或光束调相器起引导光信号到目的端口的作用。用此技 术可构造多光路矩阵交换机，但接入损耗大，串光严重，驱动电路也较昂贵。 声光交换机以声光技术为基础，可实现微秒级的交换速度，但不适合矩阵交换机，因需要复杂的控制系统并需要通过改变波长来控制交换机。止匕外，介入损耗随波长变化较大，驱动电路昂贵。 由于在网络的边界，例如骨干网与城域网，它们所传输的波长是不一样的，光路的交换必须改变波长，而不仅是改变光的传输方向或光纤，所以，开发技术成熟、 商用的全光交换机好有很长的一段路程。 (2)(2)光交叉连接 OXCOXC OXO

4、X 狈备是光网络的关键设备，用于光层上的保护、回复和分布式网管，实现光网络中光波之间的交换。 19981998 年年底贝尔实验室宣布一项专利成果微电子机械系统 (MEMS(MEMS) )MEMMEM 豉术可以在极小的精片上排列大规模的机械阵列， 其相应速度和可靠性很高。利用 MEMS;MEMS;现的 OXCg?OXCg?际是一个二维的镜片阵，当需要将入射的光波进行改变时，可通过改变镜片的角度，将光波反射到相应得光纤中，如图 1 1 所示，用这种结构得 OXC1OXC1 以组成大型光交叉矩阵，具有极好的光学特性。当组成一个 256*256256*256 的 OXCOXC 时，其体积仅有 25*5

5、0*50mm25*50*50mm 狄小，光路转换时间小于 5ms5ms 串光优于- -50dB,50dB,介入损耗为 6dR6dR 由于采用半导体光放大器阵列构成的 OXCOXC 随阵列扩大接入损耗增加很多，从而在向容量大型化发展上遇到难于克服的障碍。 (3)(3)光复用与解复用 有光时分复用与解复用技术(同一波长但不同的时间间隔复用， 目前仍处于实验室研发阶段),广播分复用与解复用技术，光空间复用与解复用技术，光空间复用与解复用技术，例如用不同的光纤传输。上下光路(波长)复用(OADM(OADM 技术。因为在 WDMtWDMt 网络中人们的兴趣越来越集中到 OADMbOADMb 它用于网络节

6、点仅上下所需的波长(光路)信号,而让其他波长信号光学透明地通过，实现动态灵活、经济地重构配置网络。OADMWOADMW 固定波长型和可变波长型。前者仅上下固定波长的光路，节点的路由是固定的；优点是性能可靠、延时小，缺点是缺乏组网灵活性。后者可在网络节点任意上下光路，可实现光网络的动态重构与配置，使网络的波长资源得到最正确分配利用，其核心光器件是光开关与波长可调谐激光器。 构成 OADMOADM 勺方案有体光栅(Bulk(Bulk Grating)Grating), ,法布里泊罗(Fabry(Fabry- -Perot)Perot)、光纤光栅、平面波导 InPInP 或硅沉积二氧化硅(Silic

7、aonSilicon)(SilicaonSilicon),声光等技术。最近倾向于采 用贝尔实验室的 MEMSMEMS 口可变波长变换器实现可变波长 OADMOADM 它作为光传送网节点时多用于环状网拓扑，实现单向或双向自愈环功能。 全光网络技术承诺的美好前景很简单：数据将以更快的速度传 输，因为数据仅以光的形式进行编码。 仅”是个关键字。目前，光网络设备从光缆中接收光脉冲，将它转换为电信号进行处理，然后将电信号复原为光进行传输。即使处理时间为零，这种转换也会增加时延。 光技术鼓吹者说，消除光电转换将使数据传输速率到达万亿位 级。一个经常引用的统计数据说光纤具有 2525 万亿到 7575 万亿

8、位/秒的理论容量，并把这个数据与数据速率通常以百万位计的铜线进行比较，表达其优势。 但是，这种论点没有涉及全光网络的两个基本要求：路由和缓冲。 现在全光网络中没有路由协议这类东西。目前，光网络设备运行在点到点或环路拓扑结构中。点到点是指，光脉冲要么由设备 A A 传 送到设备 B,B,要么不传送。如果电缆出现中断，点到点方式没有后备连接。像 SONETSONET 的自动保护交换这样的环路技术提供了略好一些的冗余性：一旦电缆出现中断，环路可以绕过去。 而任何更复杂的拓扑结构都需要路由技术。 一些光网络技术鼓吹者说，路由决策属于光网络的边缘。确实如此，只要全光网络很小并且简单。如果交换机制造商真正

9、想增加销售量，他们就需要在他们的设备中提供更多的智能。 全光网络的另一主要障碍是找到一种缓冲光的方式。没有一种光 设备可以像电子设备缓冲数据包那样减缓光的传播速度或存储光。 无法缓冲光使得全光网络设备在任何存在拥塞的环境中不具有 实用性。假设有一台光网络交换机，两个发向同一目的地的光脉冲同时到到达这台设备。这台交换机无法缓冲光则将只有抛弃其中一个脉冲。 无法缓冲光的情况可能会改变。但是也有人估计，将需要 1010 到 5050 年时间，这项研究才能投入实际应用。 从网络功能上讲，全光网络将由光核心网和光边缘网组成。光边缘网络包括城域边缘网络，城域接入与农村接入，以及校园、企业等用户驻地网络；而

10、光核心网络则包括城市间骨干核心网络与城域核心网络。当然，作为网络的运营维护手段还需要网络管理层面，有关运行、管理与维护所需要的功能应符合 ITUITU- -TG.872TG.872 建议。通常理想情况下的全光网络应具备以下特征： * 光路的起始、终结点应不受限制，例如，不受光噪声累积效应的限制，不受厂商的特定波长的限制等； * 与光路传输的信号种类、速率无关； * 波长变换所需的设备愈少、容量愈小愈好； * 支持多厂商产品的光网络环境； * 易于升级扩容，可按需求随时扩展带宽。 全光网络的优点 全光网络能充分利用光纤的带宽资源，故容量大，传输质量好,开放性， 易于实现网络的动态结构，可扩展性，

11、结构简单，透明性，可靠性高,可维护性好。 全光通信网的主要优势： 1 1全光网络通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来选择路 由，对传输码率、数据格式以及调制方式均有透明性，可提供多种协议业务，可不受限制、地提供端到端以业务。透明性是指网络中的信息在从源地址到目的地址的过程中，不受任何干预。由于全光网中信号的全书全是在光域中进行，信号速率、格式等仅受限于接收端和发射端，因此全光网是对信号透明的。 2 2 全光网不仅可以与现有的通信网络兼容， 而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。 3 3全光网络具备可扩展性，加入新的网络节点时，不影响原有网络结构和设备，降低了网络成本。 4 4 可根据通信业务量的需求， 动态地改变网络结构， 充分利用网络资源，具有网络的可重组性。 5