《光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第8章

第8章全光網(wǎng)絡(luò)8.1全光網(wǎng)絡(luò)的概念及特點

8.2全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)8.3全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

8.4全光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點設(shè)備

通信網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了三代：

第一代為純電網(wǎng)，它采用電纜將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互聯(lián)在一起，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用電子交換節(jié)點。在純電網(wǎng)絡(luò)中，信息的傳輸、交換、存儲和處理均在電域中進行。其特點是：

①以模擬信號為主要信息；8.1全光網(wǎng)絡(luò)的概念及特點②信息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的時延較大；

③節(jié)點的信息吞吐量小；

④損耗大，帶寬窄。

第二代為光電混合網(wǎng),它在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間用光纖(光纜)取代傳統(tǒng)的電纜，其拓撲架構(gòu)基本上是電信網(wǎng)的模式。光電混合網(wǎng)的成本和性能得益于光纖的優(yōu)點。典型網(wǎng)絡(luò)有同步光網(wǎng)絡(luò)(SONET)、SDH和各類企業(yè)網(wǎng)如FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)等。

第三代為全光網(wǎng)絡(luò),全光網(wǎng)(AON,AllOpticalNetwork)用光節(jié)點取代電節(jié)點，并用光纖(光纜)將光節(jié)點互聯(lián)成網(wǎng)，即在光域中完成信息的傳輸、交換和處理等功能，克服了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在信息傳送和交換時的電子瓶頸問題，減少了信息傳輸?shù)膿砣?，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。全光網(wǎng)絡(luò)與光電混合網(wǎng)絡(luò)的顯著區(qū)別是它只有最小量的電/光和光/電轉(zhuǎn)換，沒有一個節(jié)點為其他節(jié)點的傳輸和處理信息服務(wù)。

AON以在光域中完成節(jié)點數(shù)據(jù)的選路與交換為重要標志，隨著DWDM設(shè)備、光層直接聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配的、具有智能型的光交換機(光路由器)的相繼開發(fā)成功，特別是在組網(wǎng)方面的兩項技術(shù)的進展使全光網(wǎng)成為可能。這兩項組網(wǎng)技術(shù):一是可重構(gòu)型的光聯(lián)網(wǎng)節(jié)點如光交叉連接器(OXC)和光分插復(fù)用器(OADM)的開發(fā)成功，在這些光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的控制通路中通過使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(如多協(xié)議標簽交換MPLS、開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF)來決定路由，并可實現(xiàn)動態(tài)指配帶寬；二是在IP路由器、ATM交換機和光交換機等設(shè)備中強化了流量工程(TrafficEngineering)和基于約束的路由(Constraint-basedRouting)技術(shù)，使這些設(shè)備能動態(tài)地決定在什么時間和什么位置需要增加(或減少)多少帶寬。上述這兩項技術(shù)將智能控制和管理信令引入光網(wǎng)絡(luò)，從而使光網(wǎng)絡(luò)具有智能性和自動性。全光網(wǎng)絡(luò)的概念一提出便引起人們極大的興趣和廣泛的關(guān)注。在20世紀90年代初，一些雄心勃勃的光網(wǎng)絡(luò)試驗網(wǎng)項目相繼在美國、歐洲和日本出現(xiàn)，這些項目都以關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備、部件、器件以及材料的研制開發(fā)為突破口，通過現(xiàn)場試驗來完成實用化和商用化進程。例如,美國國防部遠景規(guī)劃局于20世紀90年代初便著手部署光網(wǎng)絡(luò)及其支持技術(shù)方面的重大研究計劃。該計劃分為兩期進行，第一期側(cè)重于驗證光網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上的可行性，并形成了兩個研究集團：全光網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(AON)和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)會(ONTC)；第二期研究從1994年底到1995年初開始，ARPA支持四個新集團：MONET、NTON、ICON和WEST。目前它們在器件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和控制以及現(xiàn)場試驗等方面已經(jīng)取得了顯著的進展。歐洲通信委員會進行的光網(wǎng)絡(luò)計劃有RACE(歐洲先進通信研究與技術(shù)發(fā)展)和ACTS(先進通信技術(shù)與業(yè)務(wù))等。在光網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中，RACE計劃著重于建設(shè)集中寬帶網(wǎng)絡(luò)用到的基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)工作，通過關(guān)鍵器件的研制和測試證實它們在子系統(tǒng)和系統(tǒng)中的應(yīng)用；而ACTS計劃則把注意力集中在光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,ACTS計劃當前開展的代表性援救項目主要有PHOTON(泛歐光子傳輸網(wǎng))和OPEN(泛歐光網(wǎng)絡(luò))等。

我國也在加緊對光網(wǎng)絡(luò)的研究,1999年9月國家“863”項目組設(shè)立中國高速信息示范網(wǎng)(CAINONET)項目，目的是要在中國建立一個DWDM全光互聯(lián)網(wǎng)，為所有的接入業(yè)務(wù)如IP、ATM、PSTN和SDH等建立一個統(tǒng)一的操作平臺，使子網(wǎng)之間在全光域上實現(xiàn)互聯(lián)。

在各國加緊對全光網(wǎng)絡(luò)進行研究、試驗和開發(fā)的同時，ITU-T也正在抓緊研究有關(guān)全光網(wǎng)絡(luò)的建議。ITU-T在光組網(wǎng)傳送結(jié)構(gòu)、光參數(shù)規(guī)范、光接口定義、光網(wǎng)元的功能定義和全光網(wǎng)的管理等方面加速了標準化進程。

全光網(wǎng)絡(luò)全部采用光波技術(shù)來完成信息的傳輸和交換，包括光傳輸、光放大、光再生、光選路、光交換、光存儲和光信息處理等先進的全光技術(shù)。全光網(wǎng)絡(luò)既是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段,實現(xiàn)透明、應(yīng)用靈活、性能穩(wěn)定和具有高度生存性的全光通信網(wǎng)是寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展目標。全光網(wǎng)絡(luò)具有如下特點：

(1)充分利用光纖的帶寬資源，傳輸信息的容量大、質(zhì)量高。全光網(wǎng)采用DWDM技術(shù)，可以充分發(fā)掘光纖的寬帶潛力，增大傳輸容量；光域的組網(wǎng)使網(wǎng)內(nèi)光信號的流動沒有光/電轉(zhuǎn)換的障礙和信息傳輸電子瓶頸的限制。

(2)全光網(wǎng)最重要的優(yōu)點在于它的開放性。它不但與現(xiàn)有的通信網(wǎng)有良好的兼容性，而且還支持未來的B-ISDN以及網(wǎng)絡(luò)的升級。

(3)全光網(wǎng)具有可擴展性和可重構(gòu)性。全光網(wǎng)利用OADM可在不同的節(jié)點上靈活地上/下波長。在網(wǎng)絡(luò)中使用OXC，可以方便地增加節(jié)點或移動節(jié)點。當用戶通信量增加或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，可以通過改變OXC的連接方式動態(tài)地變換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)。

(4)波長再利用。在網(wǎng)絡(luò)不同位置的光通道中可重復(fù)使用同一波長，即在兩個空間上不重疊的光通道中可以用同一波長來傳送數(shù)據(jù)。例如,在圖8-1中，節(jié)點A、B之間和節(jié)點C、D之間的光通道可以同時采用波長λ1來傳送信息。雖然可用的波長數(shù)量是有限的，但網(wǎng)絡(luò)可提供的光通道數(shù)量比可用波長的數(shù)量要多得多。

圖8-1波長選擇路由示意圖

(5)全光網(wǎng)通過波長選擇器來實現(xiàn)路由選擇，即以波長來選擇路由(見圖8-1)，各個連接是通過承載信息的波長來識別的，因此它具有對調(diào)制方式(模擬或數(shù)字)、轉(zhuǎn)移模式(ATM、STM等)、傳輸速率的透明性，可以提供多種協(xié)議業(yè)務(wù)，同時不受限制地提供端對端業(yè)務(wù)。全光網(wǎng)在本質(zhì)上是完全透明的。

(6)全光網(wǎng)具有高的靈活性和可靠性。在組網(wǎng)上,可通過波長選路由，減少了網(wǎng)絡(luò)硬件，降低了費用，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。在全光網(wǎng)中引入了一個新的通道層——光通道子層，它能夠完成路由選擇、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、保護倒換和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等功能。另外，在網(wǎng)絡(luò)中使用的許多光器件是無源器件，增強了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可維護性。

8.2.1全光傳輸

采用單模光纖的好處是傳輸距離長、通信頻帶寬，但隨著全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們已開始不滿足于目前常規(guī)單模光纖的傳輸距離和通信容量，對單模光纖的傳輸能力提出了更高的要求。8.2全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)影響傳輸距離的因素主要有兩個，其一是光纖損耗，其二是光纖色散。光纖損耗所限制的最長傳輸距離可通過光放大器得以繼續(xù)延伸，光纖色散所導(dǎo)致的距離限制可以采用色散補償技術(shù)和非線性色散調(diào)節(jié)技術(shù)來解決。

1.光放大器

補償光纖損耗最有效的辦法是用光放大器直接對光信號進行放大，無需轉(zhuǎn)換成電信號。這一技術(shù)的出現(xiàn)是光纖通信發(fā)展史上的一場革命，是實現(xiàn)全光通信的關(guān)鍵。至今研制出的光放大器有兩大類，即光纖放大器(最典型的是EDFA)和半導(dǎo)體光放大器(SOA)，其中光纖放大器又分為兩種，即摻稀土元素的光纖放大器和利用常規(guī)光纖的非線性效應(yīng)(如受激拉曼散射、受激希里淵散射等)的光放大器(見圖8-2)；半導(dǎo)體光放大器主要是行波半導(dǎo)體激光放大器，商用化的是EDFA，但半導(dǎo)體激光放大器(SOA)是研究的熱點，這是因為它在全光網(wǎng)中有較好的應(yīng)用前景。

圖8-2光放大器的類型

1)光纖放大器

光纖放大器的工作原理與固體激光器的工作原理非常相似。在激光激活物質(zhì)內(nèi)造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，并產(chǎn)生受激輻射。為了造成穩(wěn)定的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，參與光躍遷的能級應(yīng)超過兩個，一般是三能級和四能級系統(tǒng)，同時要有泵浦源不斷地提供能量。為了有效的提供能量，泵浦光子的波長應(yīng)短于激光光子的波長，即泵浦光子的能量要大于激光光子的能量。另外諧振腔形成正反饋，這樣一來就可形成激光放大器。

(1)摻鉺光纖放大器(EDFA)的特性。摻Er3＋光纖中的鉺離子被泵浦光激勵后從低能態(tài)激發(fā)躍遷到激發(fā)態(tài)，當信號光(1.53μm~1.56μm)通過該光纖時就會產(chǎn)生受激發(fā)射，使信號得到放大。這種光纖放大器具有以下一些特點：

①帶寬值很大。若增益為27dB，則3dB帶寬為33nm，如果每路占5GHz的帶寬，那么可同時放大1000路信號。

②增益值很高。增益一般可大于30dB，甚至高于46dB。

③泵浦效率很高。在激光器中，外部能量通常會以光或電流的形式輸入到產(chǎn)生激光的媒質(zhì)中，把處于基態(tài)的電子激勵到較高的能級(高能態(tài))。若用980nm光源泵浦，則效率為10dB/mW；若用1480nm光源泵浦，則效率為5.1dB/mW。④噪聲低，并接近量子極限。在1000km干線上用幾十或上百個光放大器，能在很寬的頻帶內(nèi)保持低噪聲。

⑤工作穩(wěn)定性好。增益與泵浦頻譜和泵源的大小之間關(guān)系不大，基本上不受溫度變化的影響，而且串擾也很小。

⑥放大特性與偏振無關(guān)，即對偏振不敏感。放大特性與光信號的傳輸方向無關(guān)，可以實現(xiàn)雙向放大。

⑦光纖放大器與傳輸光纖之間的連接耦合效率高。

光纖放大器的唯一一個缺點就是不能與其他器件集成，這將限制它在光電子集成(OEIC)中的應(yīng)用，而光電子集成又是光電子領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。

(2)拉曼(Raman)光放大器。拉曼光放大器是在最近幾年內(nèi)對光放大器的研究所取得的重要成果，已開始進入商業(yè)應(yīng)用。它的工作原理是這樣的：當一定波長的大功率激光耦合進入光纖時，激光就會與光纖波導(dǎo)介質(zhì)發(fā)生相互作用而產(chǎn)生非線性效應(yīng)，如受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)等。拉曼光放大器就是利用拉曼散射過程中，把泵浦光的能量不斷轉(zhuǎn)移給信號光，從而使信號光不斷地得到放大，這就是拉曼光放大器的工作原理。拉曼光放大器有以下優(yōu)點：

①帶寬值很大，幾乎無限；

②低噪聲；

③靈活的帶寬設(shè)計，帶寬取決于泵浦波長，如1480nm和1450nm；

④分體式放大，即沿光纖線路逐漸地放大,這可使非線性影響最小化；

⑤傳輸介質(zhì)直接作增益介質(zhì)，避免或減少了有關(guān)的耦合和連接。

當前拉曼光放大器已廣泛地應(yīng)用于各種光纖通信系統(tǒng)，為了降低光纖線路的非線性效應(yīng)，常常同時采用EDFA和拉曼光放大器，將兩者混合使用。

2)半導(dǎo)體光放大器

半導(dǎo)體光放大器(SOA)基本上是偏置在略低于閾值電流的半導(dǎo)體激光二極管(LD)芯片，被放大的信號從其一端輸入，在有源區(qū)放大后從其另一端輸出。通常LD芯片兩端面的反射系數(shù)為R1＝R2＝0.3左右；但對于SOA，其兩端面一般要抗反(AR)鍍膜以降低反射系數(shù)，一方面是為了增大增益帶寬，另一方面可減小偏置電流、溫度和輸入信號偏振態(tài)等的脈動對增益特性的影響。為了降低芯片與輸入光纖的耦合損耗，通常采用透鏡光。按端面反射系數(shù)值的大小可將SOA分為兩類：一類為FP的放大器(FPA)，端面反射系數(shù)為0.01~0.3，輸入信號在兩端面間產(chǎn)生正反饋諧振放大后才輸出；另一類為行波放大器(TWA)，理論上要求端面反射系數(shù)為0，即沒有端的反饋。輸入信號單向通過放大器被放大后輸出，稱為單通放大；其增益稱為單通增益或行波增益。在實際情況中，TWA的端面反射系數(shù)不可能為0，但要盡可能地低，小于10－4甚至10－6。半導(dǎo)體光放大器工作在線性狀態(tài)時，可作為光纖通信系統(tǒng)的全光中繼器、功率提升放大器及接收機前置放大器等；若而工作在非線性狀態(tài)時，則可作為波長轉(zhuǎn)換器、光開關(guān)、調(diào)制器和雙穩(wěn)態(tài)器件等。SOA的主要優(yōu)點是頻帶寬、體積小、功率消耗小，同時在波長的選擇上比EDFA和FRA有更大的自由度，能填補EDFA不能工作的波長間隙。傳統(tǒng)的SOA中存在的主要問題是較高的噪聲系數(shù)，多信道應(yīng)用時的信道間串擾和增益對偏振態(tài)靈敏，限制了它在光纖通信系統(tǒng)，尤其是在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2.超高速光纖傳輸

光纖制造技術(shù)正在進入成熟階段，自從20世紀70年代后期光纖實現(xiàn)商業(yè)化以來，光纖的制造技術(shù)逐漸走向成熟，光纖在通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)以及有線電視產(chǎn)業(yè)中得到了應(yīng)用。在通信中光纖可用于局間子線、陸地長途骨干網(wǎng)、饋入環(huán)網(wǎng)以及海底的長途系統(tǒng)；在數(shù)據(jù)網(wǎng)中，光纖的應(yīng)用包括局域網(wǎng)(LANs)、城域網(wǎng)(MANs)和廣域網(wǎng)(WANs)?，F(xiàn)在全光網(wǎng)絡(luò)正在面臨新的挑戰(zhàn)。從光纖的角度來看，全光網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)上是在一根光纖中必須能夠?qū)⒏嗟牟ㄩL傳輸更遠的距離，通常是以更高的速率和功率電平實現(xiàn)的。無再生中繼傳輸?shù)木嚯x可以從少于300m的系統(tǒng)到遠至幾千千米的海底通信系統(tǒng)。每個波長信號的速率可能只有10Mb/s，但也有速率可能高達10Gb/s的長途通信系統(tǒng)，而且在不久的將來速率可能高達40Gb/s?，F(xiàn)在全光網(wǎng)絡(luò)對光纖提出的新的要求使其更加完善和專業(yè)化。自1990年以來,人們?yōu)榱颂岣吖饫w的傳輸速率進行了各種研究和測試,有幾項技術(shù)日漸成熟:

(1)EDFA。摻鉺光纖放大器改變了傳統(tǒng)的光—電—光中繼方式,使光通信的格局發(fā)生了巨大變化,它可以同時放大一根光纖中的多路光信號,可使一根光纖中傳輸?shù)男畔⒘繕O大地增加,解決了光中繼的成本和傳輸中的損耗問題。

(2)WDM。波分復(fù)用能在一根光纖中傳輸多路不同波長的信號。

(3)色散管理。色散管理可以在一定程度上解決信號傳輸過程中的色散和非線性的限制。目前,實現(xiàn)超高速光纖通信主要有四種方式:光時分復(fù)用、光頻分復(fù)用、采用特殊的光脈沖和編碼方式，使相同碼元攜帶更多的信息。

1)光時分復(fù)用

光時分復(fù)用(OTDM)是將多路光信號用時分復(fù)用的方式使它們在同一根光纖中傳輸,實現(xiàn)超高速傳輸,達到大幅度、大容量的目的。OTDM采用超短光脈沖,可使單信道的最高速率達到640Gb/s,頻帶的利用率很高。由于其傳輸只采用一個載波,因此OTDM系統(tǒng)可在光頻上直接進行信號處理,控制和管理十分方便。

OTDM的關(guān)鍵技術(shù)有超短光脈沖的產(chǎn)生技術(shù)、時分復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)、同步和時鐘提取技術(shù)以及超高速光脈沖的傳輸和測量技術(shù)。

2)光頻分復(fù)用

光頻分復(fù)用就是使用不同的光載波在頻率上分開,包括WDM(波分復(fù)用)、DWDM(密集波分復(fù)用)和FDM(頻分復(fù)用),這三種傳輸方式的基本原理相同,但因為其波長之間的間隔不同,所以其結(jié)構(gòu)的特點也有所不同。WDM中光波的波長間隔比較大,容易實現(xiàn),因而實用性較強,應(yīng)用也比較普遍。下面以WDM為例,簡單介紹一下其關(guān)鍵技術(shù)以及受限因素和相應(yīng)的解決辦法。

WDM的關(guān)鍵技術(shù)有:

(1)器件及設(shè)備。在WDM中有多個光載波,因而必須有頻率穩(wěn)定、多波長的光源-波長復(fù)用/解復(fù)用器，如寬帶增益平坦的ED2FA,穩(wěn)定的可調(diào)諧濾波器,大規(guī)模開關(guān)陳列,波長轉(zhuǎn)換器,光交叉連接設(shè)備(OXC),光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)等。

(2)長距離傳輸中的管理。它包括減少光傳輸中的色散,使各波長的色散相等以減小非線性的影響等。

(3)WDM組網(wǎng)。它包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和資源分配以及維護控制,主要解決WDM網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在通信網(wǎng)絡(luò)中的位置，如波長分配,路由選擇算法，全光網(wǎng)絡(luò)的運營維護管理、可重構(gòu)性和可擴展性等問題。

現(xiàn)階段的WDM主要應(yīng)用于點到點的通信系統(tǒng)中,在長距離傳輸中其受到限制的因素有兩個:光信噪比SNR和色散及色散傾斜率。

(1)在長距離傳輸中，ED2FA的級聯(lián)使放大的自發(fā)輻射(ASE)噪聲累積,從而降低了光信噪比,可以通過減小兩個放大器之間的距離或者改善放大器的噪聲指數(shù)來改善SNR。

(2)發(fā)射機信號與色散的混合效應(yīng)和光纖的非線性效應(yīng)(克爾效應(yīng)與色散的混合)使光信號發(fā)生畸變，可以采用色散管理技術(shù),使傳輸中采用的光纖的色散正、負值交替,使系統(tǒng)總的色散值為0,以減小信號畸變的影響。另外,色散斜率使WDM不同信道的色散不同,導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降,可以采用在接收端加入色散均衡設(shè)備進行補償，也可在系統(tǒng)中進行色散補償,如采用光纖布拉格光柵色散補償器等。

3)光孤子

光孤子是一種在傳輸過程中形狀和速度均不改變脈沖狀的波,這些孤立的波在相互碰撞后保持各自原來的形狀和速度,像粒子一樣,因此也被稱做孤立子。在光纖中,光孤立子的產(chǎn)生是光纖中的色散和非線性效應(yīng)共同作用的結(jié)果,由于光孤子脈沖波形在傳輸過程中保持不變,減小了光纖色散對光纖傳輸速率及傳輸距離的限制,因此大大提高了光纖通信的傳輸速率。同時,利用光孤子可以實現(xiàn)頻分復(fù)用、時分復(fù)用及雙向傳輸,即在OTDM和WDM技術(shù)中利用光孤子來傳輸。光孤子通信是一種全光非線性通信,在光孤子的傳輸中,光纖折射率的非線性效應(yīng)導(dǎo)致對光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬平衡。在一定條件下,光孤子能夠長距離、不變形地在光纖中傳輸,完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制。

4)光CDMA

CDMA是基于OTDM和WDM之上的一種多路存取方式,它可以使相同帶寬和比特率的光信號攜帶更多的信息。在光纖CDMA(OCDMA)中,每一位數(shù)據(jù)都被一個序列編碼,每個用戶都有一個單獨的序列,在發(fā)送端,對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的序列碼進行光正交編碼,然后實現(xiàn)多個用戶共享同一光纖信道;在接收端,用與發(fā)送端相同的地址碼進行光正交解碼,恢復(fù)原用戶數(shù)據(jù)。OCDMA技術(shù)以光纖作為傳輸信道,利用高速光信息處理技術(shù)進行擴頻和解頻,實現(xiàn)了多址接入和信道共享,其關(guān)鍵技術(shù)主要是采用何種擴頻碼和光編/解碼技術(shù)。

3.色散補償

色散是光纖具有的一種重要的光學(xué)特性，色散引起光脈沖的展寬，嚴重限制了光纖的傳輸容量及帶寬。對于多模光纖，起主要作用的色散機理是模式色散或稱模間色散(即不同的模以不同的速率傳輸所引起的色散)。對于單模光纖，起主要作用的色散機理是色度色散或稱模內(nèi)色散(即不同的光頻率在不同的速率下傳輸所引起的色散)。由于多模光纖受模間色散的限制，因此其傳輸速率不能超過100Mb/s，而單模光纖則比多模光纖更優(yōu)越，在長途干線實際應(yīng)用中用的也都是單模光纖，下面也僅考慮單模光纖的色散。單模光纖的模內(nèi)色散主要是材料色散和波導(dǎo)色散。材料色散是指由于頻率的變化導(dǎo)致介質(zhì)折射率變化而造成的傳輸常數(shù)或群速變化的現(xiàn)象;波導(dǎo)色散是指由于頻率的變化導(dǎo)致波導(dǎo)參數(shù)變化而造成的傳輸常數(shù)或群速變化的現(xiàn)象。造成模內(nèi)色散的主要原因是實際光源都是復(fù)色光源。另外,在單模光纖中實際上傳輸著兩個相互正交的線性偏振模式，但由于光纖的非圓對稱、邊應(yīng)力、光纖扭曲和彎曲等造成輕微的傳輸速度差，從而形成偏振模色散。目前，已有多種光纖色散補償方案被提了出來，如后置色散補償技術(shù)、前置色散補償技術(shù)、色散補償濾波器、高色散補償光纖(DCF)技術(shù)、凋啾光纖光柵色散補償技術(shù)以及光孤子通信技術(shù)等。后置色散補償技術(shù)是通過電子技術(shù)在光信號接收端補償光纖色散引起的脈沖展寬，多用于相干光纖通信系統(tǒng)，適應(yīng)于低碼速的通信系統(tǒng)，傳輸距離僅有幾個色散長度。前置色散補償技術(shù)主要包括預(yù)啁啾技術(shù)、完全頻率調(diào)制技術(shù)、雙二進制編碼技術(shù)、放大器誘導(dǎo)啁啾技術(shù)和光纖誘導(dǎo)啁啾技術(shù)，無論是使用哪種前置色散補償技術(shù),都要在光脈沖進入光纖之前產(chǎn)生一個正的凋啾(C>0)，以實現(xiàn)脈沖壓縮。色散補償濾波器技術(shù)是采用Fanry-Perot干涉和Mach-Zehnder干涉技術(shù)進行色散補償。然而相對較高的損耗和較窄的帶寬限制了Fabry-Perot干涉技術(shù)的應(yīng)用，對輸入光偏振比較靈敏和帶寬比較窄是Mach-Zehnder干涉技術(shù)的缺點。8.2.2光波分復(fù)用技術(shù)

光波分復(fù)用技術(shù)是將光纖的低損耗窗口可使用的光譜帶寬劃分為若干極窄的子帶寬，信號經(jīng)強度調(diào)制后，被調(diào)制在子帶寬的中心波長上并在子帶寬內(nèi)傳輸，即在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來(復(fù)用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開(解復(fù)用)，并作進一步處理，恢復(fù)原信號后送入不同的終端，因此將此項技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡稱光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。人們把在同一窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用成為密集波分復(fù)用(DWDM,DenseWavelengthDivisionMultiplexing)；光信道十分密集的稱為光頻分復(fù)用(OFDM，OpticalFrequencyDivisionMultiplexing)。習(xí)慣上采用WDM和DWDM來區(qū)分是由1310/1550nm簡單復(fù)用(雙波長復(fù)用)還是在1550nm波長區(qū)段內(nèi)的復(fù)用。由于目前一些光器件與技術(shù)還不十分成熟，因此要實現(xiàn)光頻分復(fù)用還較為困難，而1310/1550nm的復(fù)用由于超出了摻鉺光纖放大器(EDFA)的范圍，只用在一些專門場合，在這種情況下，在電信網(wǎng)中應(yīng)用時都采用DWDM技術(shù)，因此本書在下面的內(nèi)容中均采用DWDM這個名稱來介紹WDM技術(shù)。目前DWDM都是在1550nm波長區(qū)段內(nèi)，其中波長區(qū)段1525nm~1565nm一般被稱為C波段，這是目前系統(tǒng)所用的波段，若能消除其損耗譜中的尖峰，則可在1280nm~1620nm波段內(nèi)充分利用光纖的低損耗特性(稱之為全波光纖)，使波分復(fù)用系統(tǒng)的可用波長范圍達到340nm左右，從而大大提高傳輸容量。

WDM采用C波段的8、16或更多個波長，在一對光纖上(也可采用單光纖)構(gòu)成光通信系統(tǒng)，其中每個波長之間的間隔為1.6nm、0.8nm或更低，分別對應(yīng)約200GHz、100GHz或更窄的帶寬。目前一般系統(tǒng)應(yīng)用時所采用的信道波長是等間隔的，即k×0.8nm(k取正整數(shù))。人們正在研究與開發(fā)的波段是L波段(1570nm~1620nm)和S波段(1400nm)的DWDM系統(tǒng)。

WDM技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的擴容升級，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)(如CATV、HDTV和B-ISDN等)，充分挖掘光纖帶寬能力，實現(xiàn)超高速通信等具有十分重要的意義，尤其是WDM加上摻鉺光纖放大器(EDFA)更是對現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)具有強大的吸引力。就光通信系統(tǒng)的發(fā)展而言，如果某一個區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級為WDM傳輸，我們就可以在這些WDM鏈路的交叉處設(shè)置以波長為單位對光信號進行交叉連接的光交叉連接設(shè)備(OXC)，或進行光上/下路的光分插復(fù)用器(OADM)，那么在原來由光纖鏈路組成的物理層上面就會形成一個新的光層。在這個光層中，相鄰光纖鏈路中的波長通道可以連接起來，形成一個跨越多個OXC和OADM的光通道，完成端到端的信息傳送，并且這種光通路還可以根據(jù)需要靈活、動態(tài)地建立和釋放，這個光層就是目前引人注目的、新一代的WDM全光網(wǎng)絡(luò)。下面分析WDM技術(shù)的主要特點：

(1)充分利用光纖的巨大帶寬資源。WDM技術(shù)充分利用了光纖的巨大帶寬資源(低損耗波段)，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸?shù)脑黾訋妆吨翈资?，從而增加光纖的傳輸容量，降低其成本，具有很大的應(yīng)用價值和經(jīng)濟價值。目前光纖通信系統(tǒng)只在一根光纖中傳輸一個波長信道，而光纖本身在長波長區(qū)域有很寬的低損耗區(qū)，有很多的波長可以利用，例如，現(xiàn)在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜中極少的一部分，即使全部利用摻鉺光纖放大器(EDFA)的放大區(qū)域帶寬(1530nm~1565nm)，也只是占用其帶寬的1/6左右，所以WDM技術(shù)可以充分利用單模光纖的巨大帶寬，從而在很大程度上解決了傳輸?shù)膸拞栴}。

(2)同時傳輸多種不同類型的信號。由于WDM技術(shù)中使用的各波長相互獨立，因而可以傳輸具有完全不同特性的信號，完成各種電信業(yè)務(wù)的綜合和分類，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號，實現(xiàn)多媒體信號(如音頻、視頻、數(shù)據(jù)、文字和圖像等)的混合傳輸。

(3)實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸。由于許多通信(如電話業(yè)務(wù))都采用全雙工方式，因此采用WDM技術(shù)可節(jié)省大量的線路投資。

(4)多種應(yīng)用形式。根據(jù)需要WDM技術(shù)可有很多應(yīng)用形式，如陸地長途干線網(wǎng)、廣播式分配網(wǎng)絡(luò)、用戶接入網(wǎng)、局域網(wǎng)絡(luò)和海底光纜等，這對網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用十分重要。

(5)節(jié)約線路資源。采用WDM技術(shù)可使N個波長復(fù)用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量的光纖。另外，對已建成的光纖通信系統(tǒng)擴容方便，只要原系統(tǒng)的功率富余度較大，就可進一步增容而不必對原系統(tǒng)做大的改動。

(6)降低器件的超高速要求。隨著傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的性能已不能滿足要求，使用WDM技術(shù)既可降低對一些器件在性能上的極高要求，如激光器的頻率穩(wěn)定性等，同時又可實現(xiàn)大容量傳輸。

(7)IP的傳送通道。波分復(fù)用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號的速率及電調(diào)制的方式無關(guān)，在網(wǎng)絡(luò)的擴充和發(fā)展中是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)(如IP等)的方便手段，通過增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量，如目前或?qū)⒁獙崿F(xiàn)的IPoverWDM技術(shù)。

(8)高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性。利用WDM技術(shù)進行波長的選擇，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的交換和恢復(fù)，從而實現(xiàn)未來透明、靈活、經(jīng)濟且具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。8.2.3全光交換

1.光交換技術(shù)的概念及特點

光交換技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是指不經(jīng)過任何光／電轉(zhuǎn)換在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。光交換系統(tǒng)主要由輸入(接口)模塊、光交換矩陣、輸出(接口)模塊和控制單元四部分組成，如圖8-3所示。光交換技術(shù)可分成光路光交換和分組光交換兩種類型，前者可利用OADM(光分插復(fù)用器)和OXC(光交叉連接設(shè)備)等設(shè)備來實現(xiàn)，而后者對光部件的性能要求更高。

圖8-3光交換系統(tǒng)的組成由于目前光交換技術(shù)不算十分成熟，還不能完成控制部分復(fù)雜的邏輯處理功能，因此國際上現(xiàn)有的分組光交換單元還要由電信號來控制，即電控光交換。隨著光器件技術(shù)的發(fā)展，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢將是光控光交換。光分組交換系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光分組交換(OPS)技術(shù)、光突發(fā)交換(OBS)技術(shù)、光標簽分組交換(OMPLS)技術(shù)和光子時隙路由(PSR)技術(shù)等，目前主要是在實驗室內(nèi)進行研究與功能實現(xiàn)。這些技術(shù)能確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內(nèi)進行。隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護和自愈功能在光通信領(lǐng)域中顯得越來越重要。光交換技術(shù)能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號路由平臺，盡管現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都采用電路交換技術(shù)，但是發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)卻需要由純光交換技術(shù)來完成信號路由功能以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。光交換技術(shù)為進入節(jié)點的高速信息流提供動態(tài)光域處理，僅將屬于該節(jié)點及其子網(wǎng)的信息上/下路并交由電交換設(shè)備繼續(xù)處理，它具有以下幾個優(yōu)點：

(1)可以克服純電子交換的容量瓶頸問題。

(2)可以大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級的成本。如果采用全光網(wǎng)技術(shù)，那么網(wǎng)絡(luò)的運行費用將節(jié)省70％，設(shè)備費用將節(jié)省90％。

(3)可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，以及縮短網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時間。

2.光交換技術(shù)的分類

目前，光交換技術(shù)可分成光的電路交換(OCS)和光分組交換(OPS)兩種主要類型。光的電路交換類似于現(xiàn)存的電路交換技術(shù)，采用OXC、OADM等光器件設(shè)置光通路，中間節(jié)點不需要使用光緩存，目前對OCS的研究已經(jīng)較為成熟。根據(jù)交換對象的不同OCS又可以分為光時分交換技術(shù)、光波分交換技術(shù)、光空分交換技術(shù)和光碼分交換技術(shù)。

(1)光時分交換技術(shù)。時分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式，時分光交換就是在時間軸上將復(fù)用的光信號的時間位置t1轉(zhuǎn)換成另一個時間位置t2。

(2)光波分交換技術(shù)。它是指光信號在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中不經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換而直接將所攜帶的信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一個波長上。

(3)光空分交換技術(shù)。它是根據(jù)需要在兩個或多個點之間建立物理通道，這個通道可以是光波導(dǎo)也可以是自由空間的波束，信息交換是通過改變傳輸路徑來完成的。

(4)光碼分交換技術(shù)。光碼分復(fù)用(OCDMA)是一種擴頻通信技術(shù)，不同用戶的信號用互成正交的不同碼序列來填充，接收時只要用與發(fā)送方相同的碼序列進行相關(guān)接收即可恢復(fù)原用戶信息。光碼分交換的原理就是將某個正交碼上的光信號交換到另一個正交碼上，實現(xiàn)不同碼之間的交換。光分組交換系統(tǒng)根據(jù)對控制包頭處理及交換粒度的不同，又可分為光分組交換技術(shù)、光突發(fā)交換技術(shù)和光標簽分組交換技術(shù)。相關(guān)內(nèi)容在7.1節(jié)中已作了介紹。

8.3.1全光網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

對于全光網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，通俗地說，拓撲就是網(wǎng)絡(luò)的形狀，包括一組節(jié)點的集合和一組點到點的光纖鏈路的集合。任何通信網(wǎng)絡(luò)都存在兩種拓撲結(jié)構(gòu)，那就是物理拓撲和邏輯拓撲(也稱為虛拓撲)，其中物理拓撲表征網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的物理結(jié)構(gòu)；邏輯拓撲表征網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間業(yè)務(wù)的分布情況。8.3全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.物理拓撲

網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的物理連接關(guān)系，從其組成上講，它是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與光纜鏈路的集合。在波分復(fù)用技術(shù)發(fā)展的早期，點到點的連接是唯一的應(yīng)用方式。隨著節(jié)點技術(shù)的發(fā)展，WDM組網(wǎng)技術(shù)得到了人們的重視，光分叉復(fù)用器(OADM)以及光交叉連接(OXC)設(shè)備的出現(xiàn)使各種物理拓撲的實現(xiàn)成為可能。除簡單的點到點的連接方式外，基本的物理拓撲還有以下幾種，如圖8-4所示。

(1)線型。當所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以一種非閉合的鏈路形式連接在一起時，就構(gòu)成了線型拓撲，如圖8-4(a)所示。通常這種結(jié)構(gòu)的端節(jié)點是波分復(fù)用終端(LTmcs)，中間節(jié)點是光分叉復(fù)用器(OADM)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，而且可以靈活上/下光載波，但其生存性較差,這是因為節(jié)點或鏈路的失效將把整個系統(tǒng)割裂成若干個獨立的部分，而無法實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)通信。圖8-4全光網(wǎng)物理拓撲

(2)星型。當所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中只有一個特殊節(jié)點與其他所有節(jié)點有物理連接，而其他各節(jié)點之間都沒有物理連接時就構(gòu)成了所謂的星型結(jié)構(gòu)(也稱樞紐結(jié)構(gòu))，如圖8-4(b)所示。其中該特殊節(jié)點稱為中心節(jié)點，它通常由具有WXC功能的節(jié)點承擔；而其他節(jié)點稱為從節(jié)點，可以使用波分復(fù)用終端設(shè)備。

在這種結(jié)構(gòu)中，除中心節(jié)點外，其他任何節(jié)點之間的通信都要經(jīng)過中心節(jié)點轉(zhuǎn)接(光或電的轉(zhuǎn)換)，這為網(wǎng)絡(luò)帶寬的綜合管理提供了有利的條件，但一個潛在的危險是中心節(jié)點的失效。另外，這種網(wǎng)絡(luò)要求中心節(jié)點有很強的業(yè)務(wù)處理能力，以疏導(dǎo)各從節(jié)點與中心節(jié)點以及從節(jié)點之間的通信業(yè)務(wù)，這種結(jié)構(gòu)與樹型網(wǎng)絡(luò)通常用于業(yè)務(wù)分配網(wǎng)絡(luò)，在這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，除與中心節(jié)點的通信外，各節(jié)點之間的通信要求比較低。

(3)樹型。樹型網(wǎng)絡(luò)是星型網(wǎng)絡(luò)與線型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，如圖8-4(c)所示，也可以看做是星型拓撲的拓展，可以使用分割概念對樹型拓撲進行分析，即把它分割成若干個星型與線型子網(wǎng)絡(luò)的有機結(jié)合，再在子網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)上進行綜合。

(4)環(huán)型。如果在線型拓撲中兩個端節(jié)點也使用光分插復(fù)用設(shè)備，并用光纜鏈路連接，那么就形成了環(huán)型拓撲，如圖8-4(d)所示。可以注意到，在環(huán)型拓撲中，任何兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間都有長短不同的兩條且傳輸方向相反的路由，這就為網(wǎng)絡(luò)的保護提供了有力的物理基礎(chǔ)。環(huán)型拓撲的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，生存性強，可以應(yīng)用于各種場合。

(5)網(wǎng)孔型。在保持連通的情況下，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間至少存在兩條不同的物理連接的非環(huán)型拓撲便為網(wǎng)孔型拓撲，如圖8-4(e)所示。若所有節(jié)點兩兩之間都有直接的物理連接，則成為理想的網(wǎng)孔型。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的強連通要求，構(gòu)成網(wǎng)孔型網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點至少應(yīng)該是OADM，通常使用OXC。顯然，與其他拓撲相比，網(wǎng)孔型拓撲的可靠性最高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)的控制和管理也相當復(fù)雜，通常僅在要求高可靠性的骨干網(wǎng)絡(luò)中使用。

綜上所述，各種拓撲結(jié)構(gòu)各有特點，在選用時，應(yīng)該根據(jù)其建設(shè)成本、站點分布、業(yè)務(wù)需求以及網(wǎng)絡(luò)的可擴展性等多方面的因素進行綜合考慮。

2.邏輯拓撲(虛拓撲)

邏輯拓撲指的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間業(yè)務(wù)的分布狀況，它與物理拓撲聯(lián)系緊密，比較常見的以下幾種結(jié)構(gòu)，如圖8-5所示。

圖8-5全光網(wǎng)的邏輯拓撲1)星型

星型邏輯拓撲有單星型和雙星型兩種，分別如圖8-5(a)和(b)所示。在單星型結(jié)構(gòu)中，存在一個中心節(jié)點(M)，負責(zé)與其他節(jié)點(S)溝通，這樣，除中心節(jié)點外，其他節(jié)點之間的所有通信聯(lián)系都要經(jīng)過中心節(jié)點中轉(zhuǎn)，這給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信帶來不便。在單中心節(jié)點的情況下，中心節(jié)點的失效將使整個網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓，因此它的可靠性比較差。為了加強可靠性，可使用雙中心節(jié)點的配置，如圖8-5(b)所示，其中M1和M2是兩個中心節(jié)點，S1~S3是從節(jié)點。在這種配置中，所有的從節(jié)點都與兩個中心節(jié)點有通信聯(lián)系，同時中心節(jié)點之間也有通信聯(lián)系，這樣，即使一個中心節(jié)點失效，也不會影響從節(jié)點之間的通信，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2)平衡型拓撲

平衡型拓撲如圖8-5(c)所示，這種邏輯拓撲構(gòu)型只存在于線型與環(huán)型物理拓撲的網(wǎng)絡(luò)中。在這種結(jié)構(gòu)中，業(yè)務(wù)連接關(guān)系只存在于有物理連接的節(jié)點之間,沒有物理連接的節(jié)點之間的通信將要通過所有中間節(jié)點的中轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)。在本質(zhì)上，這是一種點到點通信方式的背靠背組合形式，因而在很大程度上喪失了全光通信網(wǎng)絡(luò)的靈活性，通常只用于相鄰節(jié)點間有業(yè)務(wù)的情況。

3)網(wǎng)孔型拓撲

如果任選兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成一個節(jié)點對，那么在網(wǎng)孔型邏輯拓撲中，除了可以保證所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都能建立通信連接外，絕大部分節(jié)點對都存在直接的通信通道，如圖8-5(d)所示。這種邏輯拓撲有很強的生存能力，但相應(yīng)的控制和管理相當復(fù)雜。

3.物理拓撲與邏輯拓撲的區(qū)別

由上所述，波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲是指由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和節(jié)點之間的波分復(fù)用鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)物理連接結(jié)構(gòu)，與光纜線路的敷設(shè)路由直接相關(guān)，通常不可能隨業(yè)務(wù)的改變而隨時改變。利用光通道概念構(gòu)成的邏輯拓撲與節(jié)點之間的業(yè)務(wù)分布緊密相關(guān)，可以由軟件配置而比較容易地將其改變。

物理拓撲和邏輯拓撲的主要區(qū)別如下：

(1)物理拓撲的基礎(chǔ)是節(jié)點之間的物理連接；邏輯拓撲的設(shè)計基礎(chǔ)是節(jié)點之間的邏輯連接(業(yè)務(wù)連接)關(guān)系，而實現(xiàn)基礎(chǔ)是節(jié)點的物理連接關(guān)系。

(2)在全光網(wǎng)絡(luò)中，物理拓撲反映了物理媒質(zhì)的連接關(guān)系，拓撲的復(fù)雜度與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的端口數(shù)量緊密相關(guān)；邏輯拓撲反映了光通道層的網(wǎng)絡(luò)連接、傳輸和處理能力，拓撲的復(fù)雜度與節(jié)點端口的數(shù)量、復(fù)用的波長數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)的功能結(jié)構(gòu)都有直接的關(guān)系。

(3)物理拓撲設(shè)計是以滿足網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求為目的，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的地理分布和節(jié)點之間的物理連接關(guān)系進行優(yōu)化的過程；邏輯拓撲設(shè)計是依據(jù)已有的物理拓撲，以提高網(wǎng)絡(luò)的運營(如何使用網(wǎng)絡(luò))指標為目的，優(yōu)化光通道層網(wǎng)絡(luò)功能的過程。8.3.2全光網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

分層結(jié)構(gòu)是定義和研究全光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),在ITU-T標準G.otn和G.872發(fā)布以前，許多學(xué)者根據(jù)不同的側(cè)重點對光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)進行了研究。光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)應(yīng)該考慮SDH網(wǎng)絡(luò)到WDM光網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，并滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理的需要。已發(fā)布的G.872建議(草案)，已明確在光傳送網(wǎng)絡(luò)加入光層，按照該建議，光層由光信道層、光復(fù)用段層和光傳輸段層組成，如圖8-6所示。

圖8-6光通信網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)

1.光信道層

光信道層(OpticalChannelLayer)負責(zé)為來自電復(fù)用段層的客戶信息選擇路由和分配波長，為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路并安排光信道的連接，處理光信道開銷，提供光信道層的檢測和管理功能。在故障發(fā)生時，它可通過重新選路或直接把工作業(yè)務(wù)切換到預(yù)定的保護路由來實現(xiàn)保護倒換和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。

2.光復(fù)用段層

光復(fù)用段層(OpticalMultiplexingSectionLayer)保證相鄰兩個波長復(fù)用傳輸設(shè)備間多波長復(fù)用光信號的完整傳輸，為多波長信號提供網(wǎng)絡(luò)功能。其主要包括：為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路重新安排光復(fù)用段功能；為保證多波長光復(fù)用段適配信息的完整性處理光復(fù)用段開銷；為網(wǎng)絡(luò)的運行和維護提供光復(fù)用段的檢測和管理功能。

3.光傳輸段層

光傳輸段層(OpticalTransmissionSectionLayer)為光信號在不同類型的光傳輸媒質(zhì)(如光纖G.652、G.653和G.655等)上提供傳輸功能，同時實現(xiàn)對光放大器或中繼器的檢測和控制功能等。通常會涉及以下問題：功率均衡問題、EDFA增益控制問題和色散的積累與補償問題。

8.4.1光交叉連接設(shè)備

1.光交叉連接類型

通常OXC有三種交叉連接類型：光纖交叉連接、波長選擇交叉連接和波長變換交叉連接。8.4全光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點設(shè)備

1)光纖交叉連接

一種基于光纖級的交叉連接(FXC)，可以將其理解為具有交叉能力的光配線架(ODF)，或稱為智能光配線架，是OXC的初級階段。FXC的優(yōu)點是復(fù)雜程度低，容量大，有一定的市場需求；缺點是缺乏靈活性，設(shè)備本身獨立組網(wǎng)的能力差。

2)波長選擇交叉連接

波長選擇交叉連接(WSXC)能夠轉(zhuǎn)換從輸入光纖到輸出光纖的一個子集的波長信道，因此，從功能上講，需要將一個來向的波長復(fù)用/解復(fù)用為它的組成波長。這種交叉連接比FXC具有更大的靈活性，允許提供波長業(yè)務(wù)，而波長業(yè)務(wù)可支持音頻分配、遠程教育或一系列其他業(yè)務(wù)。WSXC在業(yè)務(wù)恢復(fù)方面的靈活性也較好，使用樹型、環(huán)型或混合型保護方案可以對波長信道逐個地進行保護。

3)波長變換交叉連接

波長變換交叉連接(WIXC)是一種具有附加功能的WSXC，它能夠使信道的波長改變。這一特性減少了由于波長爭用而將一個波長從輸入光纖轉(zhuǎn)到輸出光纖的不可能性，WIXC在業(yè)務(wù)恢復(fù)和提供方面具有最大的靈活性。它和波長交叉連接的區(qū)別是可以進行波長轉(zhuǎn)換。

實現(xiàn)OXC的關(guān)鍵技術(shù)是光信號的交換技術(shù)。和電交換技術(shù)類似，光交換技術(shù)按交換方式可分為電路交換和包交換，其中電路交換又含有空分(SD)、時分(TD)、波分/頻分(WD/FD)等方式；包交換有ATM光交換等方式。

2.OXC結(jié)構(gòu)及工作原理

OXC主要由輸入部分(放大器EDFA和解復(fù)用DMUX)、光交叉連接部分(關(guān)交叉連接矩陣)、輸出部分(波長變換器OTU、均功器和復(fù)用器)、控制和管理部分及其分插復(fù)用這五大部分組成，如圖8-7所示。

圖8-7OXC結(jié)構(gòu)及其工作原理設(shè)圖8-7中輸入/輸出OXC設(shè)備的光纖數(shù)為M，每條光纖復(fù)用N個波長。這些波分復(fù)用光信號首先進入放大器EDFA放大，然后經(jīng)解復(fù)用器DMUX把每一條光纖中的復(fù)用光信號分解為單波長信號(λ1～λN)，M條光纖就分解為M×N個單波長光信號。所以信號通過(M×N)×(M×N)的光交叉連接矩陣,在控制和管理單元的操作下進行波長配置和交叉連接。由于每條光纖不能同時傳輸兩個相同波長的信號，因此為了防止出現(xiàn)這種情況，實現(xiàn)無阻塞交叉連接，在連接矩陣的輸出端，每個波長通道的光信號還需要經(jīng)過波長變換器OTU進行波長變換，再進入均功器把各波長通道的光信號功率控制在可允許的范圍內(nèi)，防止非均衡增益經(jīng)EDFA放大導(dǎo)致比較嚴重的非線性效應(yīng)。最后光信號經(jīng)復(fù)用器MUX把相應(yīng)的波長復(fù)用到同一光纖中，經(jīng)EDFA放大到線路所需的功率后完成信號的匯接。

3.OXC性質(zhì)

光交叉連接(OXC)是光網(wǎng)絡(luò)最重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，光分插復(fù)用器(OADM,OpticalAdd/DropMultiplexer)可以看成是OXC功能的簡化。OXC要完成的兩個主要功能為光通道的交叉連接功能和本地上/下路功能。除了實現(xiàn)這兩個主要功能外，評價OXC結(jié)構(gòu)時還必須考慮以下主要指標：

(1)通道性質(zhì)。OXC結(jié)構(gòu)是支持波長通道，還是支持虛波長通道，這關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的阻塞率。

(2)阻塞特性。交換網(wǎng)絡(luò)的阻塞特性可分為絕對無阻塞型、可重構(gòu)無阻塞型和阻塞型三種。由于光通道的傳輸容量很大，阻塞對系統(tǒng)性能的影響非常嚴重，因此