全光網（AON，all-optical network）以波長路由光交換技術和波分復用傳輸技術（WDM）為基礎，它的網絡節點由光分插復用器和光交叉連接器構成，能在光域上實現高速信息流的傳輸、交換、路由和故障恢復等功能。光交叉連接器（OXC）與光分插復用器（OADM）是全光網中最重要的網絡器件，是真正實現全光網關鍵性功能的必要前提，也是目前國內外光通信器件廠商研究和開發的熱點。本文結合全光網的發展，介紹了光交叉連接器（OXC）、光分插復用器（OADM）與摻餌光纖放大器（EDFA）的基本原理以及全光網的交換技術，對光通信網和傳統通信網進行了比較與討論，并介紹了我國和國外在全光通信網上的發展狀況。
全光網的概念
自從光纖被引入通信網以來，它已為通信的發展作出了重要的貢獻。隨著通信網傳輸容量的增加，光纖通信技術也發展到了一個新的高度。由一開始的34M PDH傳輸系統，到2.5G的SDH、10G的SDH系統。光的復用技術如波分復用（WDM）、時分復用（TDM）、空分復用（SDM）越來越受到人們的重視，例如現在在使用的DWDM技術，在一對光纖上復用了多個10G系統，大大增加了傳輸的容量。但在以這些技術為基礎的現有通信網中，網絡的各個節點都要完成光-電-光的轉換，以實現節點開放，完成信號再放大等工作。然而其中的電子器件在適應高速、大容量的需求上，存在著很多問題，例如帶寬限制、時鐘偏移、嚴重串話、高功耗等，由此在高速的光通信系統中產生了“電子瓶頸”現象。為了解決這一問題，人們提出了全光網（AON）的概念，它是指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術，即數據從源節點到目的節點的傳輸過程都在光域內進行，而其在各網絡節點的交換則使用高可靠性、大容量和高度靈活的光交叉連接設備（OXC）。在全光網絡中，由于沒有電的環節，所以允許存在各種不同的協議方式和編碼形式，使信息傳輸具有透明性。而電方式只支持單一的業務形式，當其他協議介入它所支持的協議時，需增加轉換設備的開銷，使整個網絡的管理趨于復雜化。由此可見，全光網是未來通信的主要方向之一。
全光網的基本結構
目前關于全光網絡的規范性結構尚未統一，但世界上有一些國家如美國、德國、法國等已提出了自己的全光網絡規劃。從已提出的這些方案來看，它們的基本結構大體一致，可以分為光網絡層和電網絡層。
光網絡層（光鏈路相連的部分）采用了WDM技術，使一個光網絡中能傳送幾個波長的光信號，并在網絡各節點之間采用OXC，以實現多個光信號的交叉連接。光網絡層通過光鏈路與寬帶網絡用戶接口和局域網（LAN）相連。
電網絡層中的ADM為電子分插復用器，它能夠把高速STM-N光信號直接分纖成各種PDH支路信號，或作為STM-1信號的復用器，它的速率可選STM-1，STM-4或STM-16。DXC相當于自動數字配線架的數字交叉連接設備，它可以對各種端口速率（PDH或SDH）進行可控的連接和再連接，所謂交叉連接也是一種“交換功能”，所以電網絡層中有各種電子交換，從程控交換（如PABX）、ATM交換（如視頻、數據信號的交換）到未來的某種交換（如圖像、多媒體信號的交換）。
光網絡層的拓撲結構可以是環形、星形和網孔形等，交換方式可采用空分、時分或波分光交換。目前國際上所實驗的全光網更注重于波分光交換的應用。如典型的MONET全光網是個有8個節點和8個波長的WDM環形網，它采用2.5Gbit/s和10Gbit/s的碼率，系統的最大容量為80Gbit/s。
全光網絡中的關鍵技術
要在全光網中實現信號的透明性、可重構性傳輸，必須研究全光傳輸的關鍵技術。
（一）光交叉連接（OXC）
OXC是全光網中的核心器件，它與光纖組成了一個全光網絡。OXC交換的是全光信號，它在網絡節點處，對指定波長進行互連，從而有效地利用波長資源，實現波長重用，也就是使用較少數量的波長，互連較大數量的網絡節點。當光纖中斷或業務失效時，OXC能夠自動完成故障隔離、重新選擇路由和網絡重新配置等操作，使業務不中斷，即它具有高速光信號的路由選擇、網絡恢復等功能。OXC除了提供光路由選擇外，還允許光信號插入或分離出電網絡層，它好像SDH中的DXC。
（二）光分插復用（OADM）
它具有選擇性，可以從傳輸設備中選擇下路信號或上路信號，或僅僅通過某個波長信號，但不影響其他波長信道的傳輸。OADM在光域內實現了SDH中的分插復用器在時域內完成的功能，且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號。它能提高網絡的可靠性，降低節點成本，提高網絡運行效率，是組建全光網必不可少的關鍵性設備。
（三）摻餌光纖放大器（EDFA）
在光纖通信中采用WDM技術能實現超大容量、超高速的光傳輸。而EDFA的商用可以使全光中繼成為現實。EDFA是80年代末發展起來的一種新型光放大器件，它具有高增益、低噪聲、寬頻帶、增益特性與編振無關，以及對數據速率與格式透明等特點。它可以對波長在1530～1575mm的光信號同時放大，在1550mm波段，EDFA的放大增益可達30～40dB。EDFA不但結構簡單，與光纖耦合方便，而且連接損耗小。EDFA可用于100個信道以上的密集波分復用傳輸系統、接入網中的光圖像信號分配系統、空間光通信，以及用于研究非線性現象等。EDFA是目前光放大技術的主流，它能簡化系統，降低傳輸成本，增加中繼距離，提高光信號傳輸的透明性，是實現全光網的關鍵器件。
貝爾實驗室和NH的研究人員已研制成功實驗性的DBFA。這是一種基于二氧化硅和餌的雙波段光纖放大器，它由兩個單獨的子帶放大器組成：一個是傳統1550nm EDFA（1530-1560nm），另一個是1590nm的擴展波段光纖放大器EBFA和EDFA（工作波長1570-1605nm），EBFA和EDFA的結合使用，可使DWDM系統的帶寬增加一倍以上（75nm），為信道提供更大的空間，從而減少甚至消除了串話。因此，1590nmEBFA對滿足不斷增長的高容量光纖系統的需求邁出了重要的一步。
（四）全光網的管理、控制和運作
全光網對管理和控制提出了新的問題
1、現行的傳輸系統（SDH）有自定義的表示故障狀態監控的協議，這就存在著要求網絡層必須與傳輸層一致的問題。
2、由于表示網絡狀況的正常數字信號不能從透明的光網絡中取得，所以存在著必須使用新的監控方法的問題。
3、在透明的全光網中，有可能不同的傳輸系統共享相同的傳輸媒質，而每一不同的傳輸系統會有自己定義的處理故障的方法，這便產生了如何協調處理好不同系統、不同傳輸層之間關系的問題。對于以上每一種問題都要有相應的處理方案。從現階段的WDM全光網發展來看，網絡的控制和管理要比網絡的實現技術更具挑戰性，網絡的配置管理、波長的分配管理、管理控制協議、網絡的性能測試等都是網絡管理方面需解決的技術。若沒有行之有效的網管控制系統，則全光網是無法商用的。
（五）光交換技術
光交換技術可以分成光路交換技術和分組交換技術。光路交換又可分成3種類型，即空分（SD）、時分（TD）和波分/頻分（WD/FD）光交換，以及由這些交換形式組合而成的結合型。其中空分交換按光矩陣開關所使用的技術又分成兩類，一是基于波導技術的波導空分，另一個是使用自由空間光傳播技術的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。
日本開發了兩種空分光交換系統多媒體交換系統和模塊光互連器。多媒體光交換系統支持G4傳真、10Mbit/s局域網和400Mbit/s的高清晰度電視。兩種系統均采用8×8二氧化硅光開關。
全光網的特點
全光網可使通信網具備更強的可管理性、靈活性、透明性，它具有如下以往傳統通信網和現行的光通信系統所不具備的優點。
（一）全光網通過波長選擇器來實現路由選擇，即以波長來選擇路由，對傳輸碼率、數據格式以及調制方式具有透明性的優點。透明性是指網絡中的信息在從源地址到目的地址的過程中，不受任何干涉。由于全光網中信號的傳輸全在光域中進行，信號速率、格式等僅受限于接收端和發射端，因此全光網對信號是透明的。
（二）全光網不僅可以與現有的通信網絡兼容，而且還可以支持未來的寬帶綜合業務數字網以及網絡的升級。
（三）全光網絡具備可擴展性，即新節點的加入并不會影響原來網絡結構和原有各節點設備。網絡可同時擴展用戶、容量、種類。
（四）全光網還具備可重構性，可以根據通信容量的需求，實現恢復、建立、抗拒除光波長連接，即動態地改變網絡結構，可為突發業務提供臨時連接，從而充分利用網絡資源。
（五）由于全光網比現有的網絡多了一個光網絡層，而光網絡層中的許多光波器件是無源器件，因而可靠性高，而維護費用降低。
全光網的發展現狀
（一）美國和歐盟的全光網發展舉措：為開發先進的光纖通信網絡，美國國防部高級研究計劃署DARPA資助了寬帶信息基礎技術（BIT）研究計劃，BIT計劃的核心是多波長光網絡MONET項目，它是一個建立在波分復用基礎上的美軍未來全球多波長網絡試驗床，其目標是推進、演示和使各種網絡結構、先進技術和網絡管理集成在一起，以實現大容量、高性能、經濟、可靠的多波長全國（或全球）透明光網，供商業和政府通信之用。歐盟也資助了歐洲先進通信研究和技術發展（RACE）計劃以及先進通信技術和業務（ACTS）研究計劃。歐盟資助的ACTS研究計劃中，光技術領域由多個項目組成，其重點放在實驗演示上，同時對不同的光網絡和相關器件進行研究。
（二）中國：上海率先跨入全光通信時代。上海在全國率先跨入了全光通信的商業化運營時代。由上海科技網升級改造的上海全光通信示范網正平穩順利運行，863高科技成果實現產業化。上海科技網完成全光化改造后，單根光纖傳輸總帶寬達到40Gb/s，是原來ATM網155兆帶寬的256倍，1秒鐘內可輸送相當于2.5億個漢字的信息，做到了名副其實的“海量”傳輸。上海全光網能與現有各種通信設備能良好“合作”，引起各應用部門的充分關注，截止2001年9月已有1000多個用戶開通了應用服務。上海全光網的成功運用造就了商機，上海光網公司將為云南昆明全光寬帶網工程提供設備，內蒙古、重慶的有關單位也表示了合作意向。
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