全光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)架構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)

1、全光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)架構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)全光網(wǎng)絡(luò)的概念全光通信網(wǎng)就是信號(hào)傳輸與交換等主要功能均在光狀態(tài)下進(jìn)行而不經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)的通信網(wǎng)絡(luò).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升的困難.全光網(wǎng)絡(luò),是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光/電的變換,而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過(guò)程中始終以光的形式存在.由于在整個(gè)傳輸過(guò)程中沒(méi)有電的處理,所以PDH、SDH、ATM等各種傳送方式均可使用,提升了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率.全光網(wǎng)絡(luò)(AONAllOpticalNetwork)所謂全光網(wǎng)絡(luò),是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光

2、/電的變換,而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過(guò)程中始終以光的形式存在.全光網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)主要包括全光交換、光交叉連接、全光中繼和光復(fù)用/去復(fù)用等.(1)全光交換目前在研究開(kāi)發(fā)熱光、液晶光和聲光交換機(jī).熱光交換機(jī)采用可調(diào)節(jié)熱量的聚合物波導(dǎo),其交換機(jī)制是由分布在聚合物中的薄膜加熱元素限制.當(dāng)電流通過(guò)加熱器時(shí)改變波導(dǎo)分支的熱量分布,從而改變了折射率,將光從主波導(dǎo)耦合至分支波導(dǎo)中.它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、交換速度快；缺點(diǎn)是介入損耗高、串光大,且要求有良好的散熱器.液晶光交換機(jī)包含液晶片、極化光束別離器或光束調(diào)相器.液晶片的作用是旋轉(zhuǎn)入射光的極化角,而角度受電極上的電壓限制.極化光束別離器或光束調(diào)相器起

3、引導(dǎo)光信號(hào)到目的端口的作用.用此技術(shù)可構(gòu)造多光路矩陣交換機(jī),但接入損耗大,串光嚴(yán)重,驅(qū)動(dòng)電路也較昂貴.聲光交換機(jī)以聲光技術(shù)為根底,可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的交換速度,但不適合矩陣交換機(jī),因需要復(fù)雜的限制系統(tǒng)并需要通過(guò)改變波長(zhǎng)來(lái)限制交換機(jī).此外,介入損耗隨波長(zhǎng)變化較大,驅(qū)動(dòng)電路昂貴.由于在網(wǎng)絡(luò)的邊界,例如骨干網(wǎng)與城域網(wǎng),它們所傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)是不一樣的,光路的交換必須改變波長(zhǎng),而不僅是改變光的傳輸方向或光纖,所以,開(kāi)發(fā)技術(shù)成熟、商用的全光交換機(jī)好有很長(zhǎng)的一段路程.(2)光交叉連接OXCOXC設(shè)備是光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備,用于光層上的保護(hù)、回復(fù)和分布式網(wǎng)管,實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)中光波之間的交換.1998年年底貝爾實(shí)驗(yàn)室宣布一項(xiàng)專利

4、成果微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)oMEMS技術(shù)可以在極小的精片上排列大規(guī)模的機(jī)械陣列,其相應(yīng)速度和可靠性很高.利用MEMS實(shí)現(xiàn)的OXC實(shí)際是一個(gè)二維的鏡片陣,當(dāng)需要將入射的光波進(jìn)行改變時(shí),可通過(guò)改變鏡片的角度,將光波反射到相應(yīng)得光纖中,如圖1所示,用這種結(jié)構(gòu)得OXC可以組成大型光交叉矩陣,具有極好的光學(xué)特性.當(dāng)組成一個(gè)256*256的OXC時(shí),其體積僅有25*50*50mm3大小,光路轉(zhuǎn)換時(shí)間小于5ms,串光優(yōu)于-50dB,介入損耗為6dB.由于采用半導(dǎo)體光放大器陣列構(gòu)成的OXC,理時(shí)間為零,這種轉(zhuǎn)換也會(huì)增加時(shí)延.光技術(shù)鼓吹者說(shuō),消除光電轉(zhuǎn)換將使數(shù)據(jù)傳輸速率到達(dá)萬(wàn)億位級(jí).一個(gè)經(jīng)常引用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)

5、光纖具有25萬(wàn)億到75萬(wàn)億位/秒的理論容量,并把這個(gè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)速率通常以百萬(wàn)位計(jì)的銅線進(jìn)行比較,表達(dá)其優(yōu)勢(shì).但是,這種論點(diǎn)沒(méi)有涉及全光網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)根本要求：路由和緩沖.現(xiàn)在全光網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有路由協(xié)議這類東西.目前,光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行在點(diǎn)到點(diǎn)或環(huán)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中.點(diǎn)到點(diǎn)是指,光脈沖要么由設(shè)備A傳送到設(shè)備B,要么不傳送.如果電纜出現(xiàn)中斷,點(diǎn)到點(diǎn)方式?jīng)]有后備連接.像SONET的自動(dòng)保護(hù)交換這樣的環(huán)路技術(shù)提供了略好一些的冗余性：一旦電纜出現(xiàn)中斷,環(huán)路可以繞過(guò)去.而任何更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都需要路由技術(shù).一些光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)鼓吹者說(shuō),路由決策屬于光網(wǎng)絡(luò)的邊緣.確實(shí)如此,只要全光網(wǎng)絡(luò)很小并且簡(jiǎn)單.如果交換機(jī)制造商真正想增加銷售量

6、,他們就需要在他們的設(shè)備中提供更多的智能.全光網(wǎng)絡(luò)的另一主要障礙是找到一種緩沖光的方式.沒(méi)有一種光設(shè)備可以像電子設(shè)備緩沖數(shù)據(jù)包那樣減緩光的傳播速度或存儲(chǔ)光.無(wú)法緩沖光使得全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在任何存在擁塞的環(huán)境中不具有實(shí)用性.假設(shè)有一臺(tái)光網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),兩個(gè)發(fā)向同一目的地的光脈沖同時(shí)到到達(dá)這臺(tái)設(shè)備.這臺(tái)交換機(jī)無(wú)法緩沖光那么將只有拋棄其中一個(gè)脈沖.無(wú)法緩沖光的情況可能會(huì)改變.但是也有人估計(jì),將需要10到50年時(shí)間,這項(xiàng)研究才能投入實(shí)際應(yīng)用.從網(wǎng)絡(luò)功能上講,全光網(wǎng)絡(luò)將由光核心網(wǎng)和光邊緣網(wǎng)組成.光邊緣網(wǎng)絡(luò)包括城域邊緣網(wǎng)絡(luò),城域接入與農(nóng)村接入,以及校園、企業(yè)等用戶駐地網(wǎng)絡(luò)；而光核心網(wǎng)絡(luò)那么包括城市間骨干核心網(wǎng)絡(luò)與

7、城域核心網(wǎng)絡(luò).當(dāng)然,作為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)手段還需要網(wǎng)絡(luò)治理層面,有關(guān)運(yùn)行、治理與維護(hù)所需要的功能應(yīng)符合ITU-TG.872建議.通常理想情況下的全光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備以下特征：* 光路的起始、終結(jié)點(diǎn)應(yīng)不受限制,例如,不受光噪聲累積效應(yīng)的限制,不受廠商的特定波長(zhǎng)的限制等；* 與光路傳輸?shù)男盘?hào)種類、速率無(wú)關(guān)；* 波長(zhǎng)變換所需的設(shè)備愈少、容量愈小愈好；* 支持多廠商產(chǎn)品的光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；* 易于升級(jí)擴(kuò)容,可按需求隨時(shí)擴(kuò)展帶寬.全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)全光網(wǎng)絡(luò)能充分利用光纖的帶寬資源,故容量大,傳輸質(zhì)量好,開(kāi)放性,易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu),可擴(kuò)展性,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,透明性,可靠性高,可維護(hù)性好.全光通信網(wǎng)的主要優(yōu)勢(shì)：1全光網(wǎng)絡(luò)通過(guò)波

8、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)制方式均有透明性,可提供多種協(xié)議業(yè)務(wù),可不受限制、地提供端到端以業(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,不受任何干預(yù).由于全光網(wǎng)號(hào)的全書(shū)全是在光域中進(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)是對(duì)信號(hào)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,參加新的網(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)本錢.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)有變換和存儲(chǔ),網(wǎng)中許多光器