通信網(wǎng)傳輸容量的增加，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖近３０ＴＨｚ的巨大潛在帶寬容量，使光纖通信成為支撐通信業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)最重要的技術(shù)。光的復(fù)用技術(shù)——波分復(fù)用（ＷＤＭ） 、時(shí)分復(fù)用（ＴＤＭ）、空分復(fù)用（ＳＤＭ）越來(lái)越受到人們的重視。但在以這些技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)有通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)要完成光／電／光的轉(zhuǎn)換，其中的電子器件在適應(yīng)高速 、大容量的需求上，存在著諸如帶寬限制、時(shí)鐘偏移、嚴(yán)重串話、高功耗等缺點(diǎn)，由此產(chǎn)生了通信網(wǎng)中的“電子瓶頸”現(xiàn)象。為了解決這一問(wèn)題，人們提出了全光網(wǎng)（ＡＯＮ）的概念。
一、全光網(wǎng)的概念
所謂全光網(wǎng)，就是網(wǎng)中直到端用戶節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)通道仍然保持著光的形式，即端到端的完全的光路，中間沒(méi)有電轉(zhuǎn)換的介入。數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行，而其在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換則使用高可靠、大容量和高度靈活的光交叉連接設(shè)備（ＯＸＣ）。在全光網(wǎng)絡(luò)中，由于沒(méi)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(wú)需面對(duì)電子器件處理信息速率難以提高的困難。
二、全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)
基于波分復(fù)用的全光通信網(wǎng)，能比傳統(tǒng)的電信網(wǎng)提供更為巨大的通信容量，可使通信網(wǎng)具備更強(qiáng)的可管理性、靈活性、透明性。
全光網(wǎng)具備如下以往通信網(wǎng)和現(xiàn)行光通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)：
１．全光網(wǎng)通過(guò)波長(zhǎng)選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)路由選擇，即以波長(zhǎng)來(lái)選擇路由，對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式均具有透明性，可以提供多種協(xié)議業(yè)務(wù)，可不受限制地提供端到端業(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(guò)程中，不受任何干涉。由于全光網(wǎng)中信號(hào)的傳輸全在光域中進(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)對(duì)信號(hào)是透明的。
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(lái)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(jiǎn)單，端到端采用透明光通路連接，沿途沒(méi)有變換與存儲(chǔ)，網(wǎng)中許多光器件都是無(wú)源的，可靠性高、可維護(hù)性好。
全光網(wǎng)由于具有以上的優(yōu)點(diǎn)，因此成為寬帶通信網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)。
三、全光網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和基本結(jié)構(gòu)
利用波分復(fù)用技術(shù)的全光通信網(wǎng)將采用三級(jí)體系結(jié)構(gòu)。最低一級(jí)（０級(jí)）是眾多單位各自擁有的局域網(wǎng)（ＬＡＮ），它們各自連接若干用戶的光終端（ＯＴ）。每個(gè)０級(jí)網(wǎng)的內(nèi)部使用一套波長(zhǎng)，但各個(gè)０級(jí)網(wǎng)多數(shù)也可使用同一套波長(zhǎng)，即波長(zhǎng)或頻率再用。全光網(wǎng)的中間一級(jí)（１級(jí)）可看作許多城域網(wǎng)（ＭＡＮ），它們各自設(shè)置波長(zhǎng)路由器連接若干個(gè)０級(jí)網(wǎng)。最高一級(jí)（２級(jí)）可以看作全國(guó)或國(guó)際的骨干網(wǎng)，它們利用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器或交換機(jī)連接所有的１級(jí)網(wǎng)。全光網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)可以分為光網(wǎng)絡(luò)層和電網(wǎng)絡(luò)層。
光網(wǎng)絡(luò)層是光鏈路相連的部分，采用了ＷＤＭ技術(shù)，使一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)中能傳送幾個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，并在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間采用ＯＸＣ，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)光信號(hào)的交叉連接。光網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)光鏈路與寬帶網(wǎng)絡(luò)用戶接口和局域網(wǎng)（ＬＡＮ）相連。光網(wǎng)絡(luò)層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、星形和網(wǎng)孔形等，交換方式可采用空分、時(shí)分或波分光交換。
電網(wǎng)絡(luò)層中的ＡＤＭ為電子分插復(fù)用器，它能夠把高速ＳＴＭ－Ｎ光信號(hào)直接分纖成各種ＰＤＨ支路信號(hào)或作為ＳＴＭ－１信號(hào)的復(fù)用器，它的速率可選ＳＴＭ－１、ＳＴＭ－４或ＳＴＭ－１６。ＤＸＣ相當(dāng)于自動(dòng)數(shù)字配線架的數(shù)字交叉連接設(shè)備，它可以對(duì)各種端口速率（ＰＤＨ或ＳＤＨ）進(jìn)行可控的連接和再連接。所謂交叉連接也是一種“交換功能”，所以電網(wǎng)絡(luò)層中有各種電子交換，從程控交換（如ＰＡＢＸ）、ＡＴＭ交換（如視頻、數(shù)據(jù)信號(hào)的交換）到未來(lái)的某種交換（如圖像、多媒體信號(hào)的交換）。
四、全光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)
要在全光網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的透明性、可重構(gòu)性傳輸，必須研究全光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。下面分別介紹這幾種關(guān)鍵技術(shù)：
１．光交叉連接（ＯＸＣ）。ＯＸＣ是全光網(wǎng)中的核心器件，它與光纖組成了一個(gè)全光網(wǎng)絡(luò)。ＯＸＣ 交換的是全光信號(hào)，它在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處，對(duì)指定波長(zhǎng)進(jìn)行互連，從而有效地利用波長(zhǎng)資源，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)重用，也就是使用較少數(shù)量的波長(zhǎng)，互連較大數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)光纖中斷或業(yè)務(wù)失效時(shí)，ＯＸＣ能夠自動(dòng)完成故障隔離、重新選擇路由和網(wǎng)絡(luò)重新配置等操作，使業(yè)務(wù)不中斷，即它具有高速光信號(hào)的路由選擇、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等功能。ＯＸＣ除了提供光路由選擇外，還允許光信號(hào)插入或分離出電網(wǎng)絡(luò)層，它好像ＳＤＨ中的ＤＸＣ。
２．光分插復(fù)用（ＯＡＤＭ）。ＯＡＤＭ具有選擇性，可以從傳輸設(shè)備中選擇下路信號(hào)或上路信號(hào)，也可僅僅通過(guò)某個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，但不要影響其他波長(zhǎng)信道的傳輸。ＯＡＤＭ在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了ＳＤＨ中的分插復(fù)用器在時(shí)域內(nèi)完成的功能，且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號(hào)，能提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，降低節(jié)點(diǎn)成本。提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，是組建全光網(wǎng)必不可少的關(guān)鍵性設(shè)備。
３．摻餌光纖放大器（ＥＤＦＡ）。在光纖通信中采用ＷＤＭ技術(shù)能實(shí)現(xiàn)超大容量、超高速的光傳輸。而ＥＤＦＡ的商用可以使全光中繼成為現(xiàn)實(shí)。ＥＤＦＡ是８０年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型光放大器件，它具有高增益、低噪聲、寬頻帶，以及對(duì)數(shù)據(jù)速率與格式透明等特點(diǎn)。它可以對(duì)波長(zhǎng)在１５３０～１５７５ｍｍ的光信號(hào)同時(shí)放大。在１５５０ｍｍ波段，ＥＤＦＡ的放大增益可達(dá)３０～４０ｄＢ。ＥＤＦＡ不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與光纖耦合方便，而且連接損耗小。ＥＤＦＡ可用于１００個(gè)信道以上的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)中的光圖像信號(hào)分配系統(tǒng)、空間光通信，以及用于研究非線性現(xiàn)象等。ＥＤＦＡ是目前光放大技術(shù)的主流，它能簡(jiǎn)化系統(tǒng)，降低傳輸成本，增加中繼距離，提高光信號(hào)傳輸?shù)耐该餍裕菍?shí)現(xiàn)全光網(wǎng)的關(guān)鍵器件。
４．全光網(wǎng)的管理、控制和運(yùn)作。全光網(wǎng)對(duì)管理和控制提出了新的問(wèn)題：①現(xiàn)行的傳輸系統(tǒng)（ＳＤＨ）有自定義的表示故障狀態(tài)監(jiān)控的協(xié)議，這就存在著要求網(wǎng)絡(luò)層必須與傳輸層一致的問(wèn)題；②由于表示網(wǎng)絡(luò)狀況的正常數(shù)字信號(hào)不能從透明的光網(wǎng)絡(luò)中取得，所以存在著必須使用新的監(jiān)控方法的問(wèn)題；③在透明的全光網(wǎng)中，有可能不同的傳輸系統(tǒng)共享相同的傳輸媒質(zhì)，而每一不同的傳輸系統(tǒng)會(huì)有自己定義的處理故障的方法，這便產(chǎn)生了如何協(xié)調(diào)處理好不同系統(tǒng)、不同傳輸層之間關(guān)系的問(wèn)題。對(duì)于以上每一種問(wèn)題都要有相應(yīng)的處理方案。從現(xiàn)階段的ＷＤＭ全光網(wǎng)發(fā)展來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)的控制和管理要比網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，網(wǎng)絡(luò)的配置管理、波長(zhǎng)的分配管理、管理控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的性能測(cè)試等都是網(wǎng)絡(luò)管理方面需解決的技術(shù)。若沒(méi)有行之有效的網(wǎng)管控制系統(tǒng)，則全光網(wǎng)是無(wú)法商用的。
五、全光網(wǎng)的兩個(gè)發(fā)展階段
全光通信網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)分兩個(gè)階段完成。
１．全光傳送網(wǎng)。在點(diǎn)到點(diǎn)光纖傳輸系統(tǒng)中，整條線路中間不需要作任何光／電和電／光的轉(zhuǎn)換。這樣的長(zhǎng)距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發(fā)端與收端間點(diǎn)到點(diǎn)全光傳輸。那么整個(gè)光纖通信網(wǎng)任一用戶地點(diǎn)應(yīng)該可以設(shè)法做到與任一其它用戶地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全光傳輸，這樣就組成全光傳送網(wǎng)。
２．完整的全光網(wǎng)。在完成上述用戶間全程光傳送網(wǎng)后，有不少的信號(hào)處理、儲(chǔ)存、交換，以及多路復(fù)用／分接、進(jìn)網(wǎng)／出網(wǎng)等功能都要由電子技術(shù)轉(zhuǎn)變成光子技術(shù)完成，整個(gè)通信網(wǎng)將由光實(shí)現(xiàn)傳輸以外的許多重要功能，完成端到端的光傳輸、交換和處理等，這就形成了全光網(wǎng)發(fā)展的第二階段，將是更完整的全光網(wǎng)。
六、目前全光網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r
現(xiàn)階段全光通信網(wǎng)的研究與試驗(yàn)明顯地以波分復(fù)用技術(shù)為核心，即主要對(duì)波分復(fù)用傳輸、交換和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究與試驗(yàn)，構(gòu)成波分復(fù)用全光通信試驗(yàn)網(wǎng)。在傳輸方面，摻鉺光纖放大器加波分復(fù)用，再加上光纖色散補(bǔ)償技術(shù)是走向全光通信網(wǎng)的合理途徑。帶光放大的波分復(fù)用技術(shù)已經(jīng)成熟，并已投入商用。在交換技術(shù)方面，波長(zhǎng)路由選擇的引入使波分復(fù)用全光網(wǎng)在交換節(jié)點(diǎn)上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：可以實(shí)現(xiàn)光層上的信息交換，克服了電子交換瓶頸現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，易于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。預(yù)計(jì)在全光通信網(wǎng)中，波分復(fù)用光交換技術(shù)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。
在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面，近幾年波分復(fù)用傳輸技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化和商用階段，世界許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始利用波分復(fù)用技術(shù)和現(xiàn)有的、以及即將鋪設(shè)的光纖聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行全光通信網(wǎng)試驗(yàn)，以尋求一個(gè)具有透明性、可擴(kuò)性、可重構(gòu)性的全光通信網(wǎng)的全面解決方案，為實(shí)現(xiàn)未來(lái)的寬帶通信網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
