全光通信网——未来宽带的发展方向

全光通信网——未来宽带的发展方向 随着社会经济的发展，人们对通信业务出现了高层次和多样化的需求，这对通信网络的容量提出了巨大的挑战，而光通信技术的出现给通信领域带来了蓬勃发展的机遇。非凡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（AON）推进的趋势。 一、全光网的提出 光纤通信的优势之一是其近30THZ的巨大潜在带宽容量。贝尔实验室于去年推出了一项突破性的技术，就是答应在单报光纤上传输相当于整个Interent上每秒传输总量的光网络技术。目前在单报光纤上可以实现400千兆字节的传输；预计到2002年，这个传输数字将达到千千兆字节。 光纤传输系统速率的提高也带来了一个新的问题。在这种超高速传输的网络中，假如网络节点处仍以电信号处理信息的速度进行交换，就会受到所谓“电子瓶颈”的限制，节点将变得庞大而复杂，超高速传输所带来的经济效益将被昂贵的光／电和电／光转换费用所抵消。为了解决这一问题，人们提出了全光网的概念。 二、何为全光网 1．全光网的概念 全光网，原理上讲就是网中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的全光路，中间没有光电转换器。这样，网内光信号的流动就没有光电转换的障碍，信息传递过程无需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。 目前大多数宽带网的底层是单波长点到点光纤链路，而波分复用（WDM）技术和短脉冲光时分复用（OTDM）技术可以大大增加传输链路的带宽。波分复用传输系统将光纤带宽分成很多光波带，每个光波带以电子速率（约10GpbS）携带信息；光时分复用系统将光纤带宽分成几个较宽的波带，以很高的速率（＞1000GbPS）传送信息。然后，这些脉冲流经过光的分接处理之后，速率下降以便交换和分配给用户。由于波分复用技术远比光时分复用技术成熟，所以，波分复用系统现在是宽带通信网中最有前途的传输系统。 2．全光网的网络结构 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 wavelength），在网络中形成大带宽的重新分配。当光缆断开时，光传送层起网络恢复（Restoration）的作用。在远端，光纤环中的OADM插人／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。 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。 3．全光网的优点 基于波分复用的全光通信网比传统的电信网具有更大的通信容量，具备以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点： ·全光网结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有光电转换与存储，网中许多光器件都是无源的，便于维护、可靠性高。 ·加入新的网络节点时，不影响原有的网络结构和设备，降低成本，具有网络可扩展性。 ·全光网以波长选择路由，对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可提供多种协议业务，可不受限制地提供端到瑞业务。 ·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，具有网络可重组性。 4．全光网提供的业务类型 光网络（ON）可以在用户网络接口（UNI）处提供电路、分组和信元模式3种业务，另外还可以把光业务分成模拟或数字式。具体地说，全光网提供宽带信息业务，包括数据、音频和视频通信，可以把全光网支持的业务及应用分为3类： ·传统数字信号业务 其数据速率范围从低速KbpS至高速GpbS，如异步传送模式（ATM）、局域网的互连、多路数字电话、以太网等。 ·模拟信号业务 如有线电视（CATV）节目的多路传送。 ·用户需要光接口业务 高速数据和多媒体业务，包括视频工作站、大规模数据库和多路高清楚度电视等，这将是全光网业务的主流。 三、全光网的进展状况 全光网是通信网发展的目标，分两个阶段完成。第一个阶段为全光传送网，即在点对点光纤传输系统中，全程不需要任何光／电和电／光的转换。长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点对点全光传输。第二个阶段为完整的全光网。在完成上述用户间全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换以及多路复用／分用、进网／出网等功能都要由光子技术完成。完成端到瑞的光传输。交换和处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即完整的全光网。 1．光交换技术的进展 光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换＆术。光路交换又可分成三种类型，即空分（SD）、时＃（TD）和波分／频分（WD／FD）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。 日本开发了两种空分光交换系统——多媒体交换系统和模块光互连器。两种系统均采用8*8二氧化硅光开关。多媒体光交换系统支持G4传真、10MphS局域网和400Mpbs的高清楚度电视。 光时分交换技术开发进展很快，交换速率几乎每年提高一倍。1996年推出了世界上第一台采用光纤延迟线和4*4锯酸理光开关的32MpbS时分复用交换系统。光波分交换能充分利用光路的宽带特性，不需要高速率交换，技术上较易实现。1997年采用高速MI（Michelson Interferometer）波长转换器的20Gpbs被分复用光交换系统问世。 采用极短脉冲的超高速ATM光交换机较为普遍，交换容量可达64GpbS，目前已有实验样机。 2．光纤传输系统技术的进展 在传输方面，掺饵光纤放大器、波分复用和光纤色散补偿技术是建立全光通信网的核心技术。光纤在1．55um窗口有一较宽的低损耗带宽（30THZ），可以容纳密集波分复用（DWDM）的光信号同时在一根光纤上传输，这样的多路传输系统是可以扩展的，经济合理。1．55um掺饵光纤放大器（EDFA）能在较宽波段提供同等增益，它与波分复用和光纤色散补偿技术结合，成为挖掘光纤潜在带宽容量的最好办法。 波分复用的概念很早就有了，但因没有合适的光放大器，延长距离有困难。到了1990年掺饵光纤放大器开始用于波分复用传输系统。近几年的实验结果表明，每根光纤能够传输数字速率几乎每年提高三S倍。 1996年以来，波分复用系统已进入实用化阶段。未来10年，波分复用传输系统的速率还可望提高100倍，预计下世纪初，实用化的波分复用系统速率可达320GpbS。 四、结束语 全光通信网由于引入了波分复用技术，从而使传输链路的带宽大大增加。另外，在交换技术方面，波长路由选择的引入也使波分复用全光网在交换节点上具有独特的优势：可以实现光层上的信息交换，结构简单灵活，易于网络升级等。总之，全光通信网因具有处理高速率的光信号，实现超长距离、超大容量的无中继通信提高网络效率等多种优点而成为通信网未来的发展方向。 近几年，波分复用传输技术已进入实用化和商用化阶段。目前，世界上许多国家已开始利用波分复用技术和现有的以及即将铺设的光纤联网进行全光网实验，以寻求一个具有透明性、可扩性、可重构性的全光网的全面解决方案，为实现未来的宽带通信网奠定坚实的基础。