20世紀(jì)90年代以來，隨著光纖通信技術(shù)的迅速發(fā)展，許多學(xué)者提出了“全光網(wǎng)絡(luò)”的概念，其本意是信號(hào)以光的形式穿過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，直接在光域內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的傳輸、再生和交換/選路，中間不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，以達(dá)到全光透明性，實(shí)現(xiàn)在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)、傳送任意格式信號(hào)的理想目標(biāo)。



    全光網(wǎng)絡(luò)由光傳輸系統(tǒng)和在光域內(nèi)進(jìn)行交換/選路的光節(jié)點(diǎn)組成，光傳輸系統(tǒng)的容量和光節(jié)點(diǎn)的處理能力非常大，電子處理通常在邊緣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，邊緣網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)可采用光通道通過光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接連接。光節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行按信元或按數(shù)據(jù)包的電子處理，因而具有很大的吞吐量，可大大地降低傳輸延遲。不同類型的信號(hào)可以直接接入光網(wǎng)絡(luò)。光網(wǎng)絡(luò)具有光通道的保護(hù)能力，以保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃�。為了提高傳輸效率，也可以�?jiǎn)化或去掉SDH和ATM等中有關(guān)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的功能，避免各個(gè)層次的功能重復(fù)。



    由于光器件技術(shù)的局限性，目前全光網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍還很小，要擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，必須要通過光電轉(zhuǎn)換來消除光信號(hào)在傳輸過程中積累的損傷（色散、衰減、非線性效應(yīng)等），進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、控制和管理。因此，目前所說的“光網(wǎng)絡(luò)”是由高性能的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備連接眾多的全光透明子網(wǎng)的集合，是ITU－T有關(guān)“光傳送網(wǎng)”概念的通俗說法。ITU－T在G.872建議中定義光傳送網(wǎng)為一組可為客戶層信號(hào)提供主要在光域上進(jìn)行傳送復(fù)用、選路、監(jiān)控和生存性處理的功能實(shí)體，它能夠支持各種上層技術(shù)，是適應(yīng)公用通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的理想基礎(chǔ)傳送網(wǎng)絡(luò)。



    2.光傳送技術(shù)



    大容量光傳送技術(shù)是最先應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)，技術(shù)的發(fā)展主要圍繞以下幾點(diǎn)展開：



    2.1提高單信道速率



    主要有ETDM和OTDM方式，ETDM應(yīng)用最廣泛，目前40Gb/s的ETDM系統(tǒng)即將進(jìn)入實(shí)用，更高速率的系統(tǒng)也處在研發(fā)之中，其中的關(guān)鍵技術(shù)是色散補(bǔ)償和偏振模色散補(bǔ)償。此外，受“電子瓶頸”的限制，純粹的ETDM方式發(fā)展?jié)摿σ巡惶�大，今后的發(fā)展將是“ETDM＋OTDM”方式。



    2.2增加通道數(shù)量



    主要采用WDM方式，通過增加可用帶寬和減小信道間隔都可實(shí)現(xiàn)通道數(shù)量的增加。打通1310nm和1550nm窗口之間的氫氧根吸收峰以后，光纖在0.35dB以下的低損耗可用帶寬增加到50THz，非常豐富，由于一些主要光器件的損耗/增益與波長(zhǎng)密切相關(guān)，因此，可用帶寬的增加主要取決于光器件，尤其是光放大器。目前應(yīng)用的光放大器主要是EDFA，增益帶寬僅35nm左右。因此擴(kuò)展光放大器的增益帶寬是提高WDM信道數(shù)量和傳輸容量最有效的方法。擴(kuò)展光放大器帶寬的主要技術(shù)有以下幾種：



    2.2.1基于新材料帶增益均衡光濾波器的EDFA；



    2.2.2采用平行配置使用EDFA的兩個(gè)增益波段；



    2.2.3將局部增益平坦的EDFA與光纖拉曼放大器（FRA）進(jìn)行串聯(lián)使用；



    2.2.4采用拉曼激光放大器；



    2.2.5將摻稀土光纖放大器與FRA進(jìn)行組合。



    EDFA在1580nm和1550nm處有非常好的增益平擔(dān)度，①～③種技術(shù)都是針對(duì)這兩個(gè)增益波段所采用的擴(kuò)大EDFA增益帶寬的方法。采用帶增益均衡器（GEQ）的常規(guī)二氧化硅基EDFA使用二級(jí)放大器配置可以在1550和1580nm周圍得到50nm的帶寬；采用基于新材料的EDFA加GEQ則可在此基礎(chǔ)上將帶寬進(jìn)一步擴(kuò)展到近80nm帶寬；采用平行配置利用EDFA的兩增益波段可得到85nm的帶寬。混合放大器的帶寬受常規(guī)EDFA帶寬所限，只能達(dá)到80nm左右，今后的發(fā)展趨勢(shì)將是拉曼光放大器，將摻稀土光纖放大器與拉曼光放大器進(jìn)行結(jié)合則顯示出增益帶寬幾乎覆蓋光纖全部低損窗口的發(fā)展前景。



    減小信道間隔主要取決于光纖的非線性效應(yīng)，非線性效應(yīng)主要有受激拉曼散射（SRS）、受激布里淵散射（SBS）、自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）等。XPM，SBS和SRS的影響較�。ㄔ贒SF中XPM的影響也較大）；FWM與色散、波長(zhǎng)劃分密切相關(guān)，色散越小，波長(zhǎng)劃分越規(guī)則，F(xiàn)WM越大；SPM有較大的影響，限制了輸入功率；光纖中的功率密度越大，波道數(shù)越多，波道間隔越小，非線性影響越大。光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠較好地克服非線性效應(yīng)，今后干線網(wǎng)將主要應(yīng)用大有效面積、低色散斜率的G.655光纖，城域網(wǎng)主要應(yīng)用G.652C類光纖（全波光纖等），接入網(wǎng)將主要應(yīng)用普通的G.652光纖。



    2.3擴(kuò)大全光傳送距離



    上述光放大器等光器件技術(shù)、色散和偏振模色散補(bǔ)償技術(shù)以及克服非線性效應(yīng)影響的技術(shù)對(duì)擴(kuò)大全光傳送距離具有很大的影響，此外，前向糾錯(cuò)技術(shù)、光孤子等也是非常重要的技術(shù)。如果全光中繼器開發(fā)成功，則可徹底解決全光傳送問題，這有待于光器件技術(shù)的突破性發(fā)展。



    3.全光交換方式



    3.1全光交換方式



    全光交換方式主要有以下幾種：



    3.1.1空分光交換；由光開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)的，光開關(guān)矩陣節(jié)點(diǎn)可由機(jī)械、電或光進(jìn)行控制，按要求建立物理通道，使輸入端任一信道與輸出端任一信道相連，完成信息的交換。各種機(jī)械、電或光控制的相關(guān)器件均可構(gòu)成空分光交換。構(gòu)成光矩陣的開關(guān)有鈮酸鋰定向耦合器、微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）。



    3.1.2時(shí)分光交換；時(shí)分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時(shí)隙交換器，通過光讀寫門對(duì)光存儲(chǔ)器的受控有序讀寫操作完成交換動(dòng)作。關(guān)鍵技術(shù)是高速光邏輯器件，即光的讀寫器件和存儲(chǔ)器件。



    3.1.3波分/頻分光交換；信號(hào)通過不同的波長(zhǎng)，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通路來實(shí)現(xiàn)，由波長(zhǎng)開關(guān)進(jìn)行交換。波分光交換由波長(zhǎng)復(fù)用器/解復(fù)用器、可調(diào)波長(zhǎng)濾波器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和波長(zhǎng)選擇開關(guān)等組成。



    3.1.4光分組交換；類似電領(lǐng)域的分組交換的基本原理，采用波分復(fù)用、電或光緩沖技術(shù)，由分組波長(zhǎng)進(jìn)行選路。依照分組的波長(zhǎng)，分組被選路到輸出端口的光緩沖存儲(chǔ)器中，然后將選路到同一輸出端口的分組存儲(chǔ)于公用的光緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)，完成交換。



    3.1.5復(fù)合型光交換；綜合采用以上兩種或兩種以上的方式。



    3.2光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)



    光交換/選路節(jié)點(diǎn)技術(shù)



    光交換/選路是光網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵光節(jié)點(diǎn)技術(shù)，主要完成光節(jié)點(diǎn)處任意光纖端口之間的光信號(hào)交換及選路。光交換/選路的帶寬粒度可以是光線路級(jí)、波長(zhǎng)級(jí)、分組級(jí)甚至比特級(jí)。從功能上看，光交換機(jī)/選路器、OXC、OADM都屬于光交換/選路節(jié)點(diǎn)，它們是順序包容的。即OADM是OXC的特例，主要進(jìn)行光路上下，OXC是光交換機(jī)/選路器的特例，主要在光路上進(jìn)行交叉連接，OADM和OXC主要應(yīng)用于目前正準(zhǔn)備進(jìn)入實(shí)用的WDM光網(wǎng)絡(luò)，是光纖和波長(zhǎng)級(jí)的粗粒度帶寬處理光節(jié)點(diǎn)設(shè)備。下一步的應(yīng)用將是光分組交換/選路節(jié)點(diǎn)，它主要應(yīng)用于光分組交換網(wǎng)絡(luò)，這種光節(jié)點(diǎn)在分組級(jí)進(jìn)行光交換/選路，可更加靈活、有效地利用帶寬�；�于OTDM的比特級(jí)光交換節(jié)點(diǎn)對(duì)光器件的要求非常高，離實(shí)用尚遠(yuǎn)。



    3.2.1WDM光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；目前及今后較長(zhǎng)一段時(shí)期應(yīng)用的主要是基于WDM的光網(wǎng)絡(luò)，其主要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為OADM和OXC，通常由WDM復(fù)用/解復(fù)用器、光交換矩陣（由光開關(guān)和控制部分組成）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和節(jié)點(diǎn)管理系統(tǒng)組成。主要完成光路上下、光層的帶寬管理、光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)等功能。



    OADM的主要功能是從多波長(zhǎng)信道中分出或插入一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)，有固定型和可重構(gòu)型兩種類型。固定型只能上下一個(gè)或多個(gè)固定的波長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)的路由是確定的；缺乏靈活性，但性能可靠、延時(shí)小；可重構(gòu)型能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)OADM節(jié)點(diǎn)上下通道的波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu),使網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)資源得到良好的分配,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。



    OXC的主要功能是在光纖和波長(zhǎng)兩個(gè)層次上提供帶寬管理，如動(dòng)態(tài)重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)，提供光信道的交叉連接以及本地上下話路功能，動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)光纖中的流量分布，提高光纖的利用率。此外，OXC還在光層提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和恢復(fù)等生存性功能，如出現(xiàn)光纖斷裂情況可通過光開關(guān)將光信號(hào)倒換至備用光纖上，實(shí)現(xiàn)光復(fù)用段1+1保護(hù)。通過重新選擇波長(zhǎng)路由實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，處理包括節(jié)點(diǎn)故障在內(nèi)的更廣泛的網(wǎng)絡(luò)故障。



    OXC有光纖交叉連接、波長(zhǎng)交叉連接和波長(zhǎng)變換交叉連接等三種實(shí)現(xiàn)方式：



    * 光纖交叉連接：一根光纖上所有波長(zhǎng)的總?cè)萘繛榛�礎(chǔ)進(jìn)行的交叉連接，容量大但靈活性差。



    * 波長(zhǎng)交叉連接：可將任何光纖上的任何波長(zhǎng)交叉連接到使用相同波長(zhǎng)的任何光纖上，它比光纖交叉連接具有更大的靈活性，但由于不進(jìn)行波長(zhǎng)變換，這種方式的靈活性還是受到一定的限制。



    * 波長(zhǎng)變換交叉連接：可將任何輸入光纖上的任何波長(zhǎng)交叉連接到任何輸出光纖上，由于采用了波長(zhǎng)變換技術(shù)，這種方式可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)之間的任意交叉連接，具有最高的靈活性。關(guān)鍵技術(shù)是波長(zhǎng)變換。



    OXC的核心技術(shù)是光開關(guān)矩陣，今后的發(fā)展方向是微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），這種技術(shù)可以在極小的晶片上排列大規(guī)模機(jī)械光開關(guān)矩陣，其響應(yīng)速率和可靠性很高。另外，一些廠家推出將光纖和波長(zhǎng)兩級(jí)光交叉連接甚至電路交叉連接和電子分組交換/選路（IP、ATM）等各種功能集于一體的綜合光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，以適用網(wǎng)絡(luò)