全光网的基本结构

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一、全光网的概念
     
     　　自从光纤被引入通信网以来，它已为通信的发展作出了重要的贡献。随着通信网传输容量的增加，光纤通信技术也发展到了一个新的高度。光的复用技术如波分复用（WDM）、时分复用（TDM ）、空分复用（SDM）越来越受到人们的重视，但在以这些技术为基础的现有通信网中，网络的各个节点要完成光/电，电/光的转换，而其中的电子器件在适应高速,大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的"电子瓶颈"现象。为了解决这一问题，人们提出了全光网 （AON）的概念，它是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（OXC）。在全光网络中，由于无需电信号的处理，所以允许存在各种不同的协议和编码形式，使信事情传输具有透明性。而电方式只支撑单一的业务形式，当其他协议介入它所支撑的 协议时，需增加转换设备的开销，使整个网络的管理趋于复杂化。
     
     　　二、全光网的基本结构
     
     　　目前关于全光网络的规范性结构尚未统一，但世界上有一些国家如美国、德国、法国等已提出了自己的全光网络规划。从已提出的这些方案来看，它们的基本结构大体一致，可以分为光网络层和电 网络层。光网络层（光链路相连的部分）采用了WDM技术，使一个光网络中能传送几个波长的光信号，并在网络各节点之间采用OXC，以实现多个光信号的交叉连接。光网络层通过光链路与宽带网络用户接口和 局域网（LAN）相连。电网络层中的ADM为分插复用器，它能够把高速STM-N光信号直接分解成各种PDH支路信号，或作为STM-1信号的复用器，它的速率可选STM-1，STM-4或STM-16。DX为C相当于自动数字配线架的数字交叉连接设备，它可以对各种端口速率（PDH或SDH）进行可控的连接 和再连接，所谓交叉连接也是一种"交换功能"，电网络层中有各种电子交换，从程控交换（如PABX）、ATM交换（如视频、数据信号的交换）到未来的某种交换（如图像、多媒体信号的交换）均属于交叉连接的范畴。光网络层的拓扑结构可以是环形、星形和网孔形等，交换方式可采用空分、时分或波分光交换。目前国际上所实验的全光网更注重于波分光交换的应用。如典型的MONET全光网是个有8个节点和8个波长的WDM环形网，它采用2.5Gbit/s和10Gbit/s的码率，系统的最 大容量为80Gbit/s。
     
     　　三、全光网络中的关键技术
     
     　　要在全光网中实现信号的透明性、可重构性传输，必须研究全光传输的关键技术。
     
     　　1.光交叉连接（OXC）
     
     　　OXC是全光网中的核心器件，它与光纤组成了一个全光网络。OXC交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定 波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中断或业务失效时，OXC能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络 重新配置等操作，使业务不中断，即它具有高速光信号的路由选择、网络恢复等功能。OXC除了提供光路由选择外，还允许光信号插入或分离出电网络层，它好像SDH中的DXC。
     
     　　2.光分插复用（OADM）
     
     　　OADM具有选择性，可以从传输设备中选择下路信号或上路信号，或仅仅通过某个波长信号，但不影响其他 波长信道的传输。OADM在光域内实现了SDH中的分插复用器在时域内完成的功能，且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号。它能提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率，是组建全光网必不可少的关键性设备。
     
     　　3.掺饵光纤放大器（EDFA）
     
     　　在光纤通信中采用WDM技术能实现超大容量、超高速的光传输。而EDFA的商用可以使全光中继成为现实。EDFA是80年代末发展起来的一种新型光纤放大器，其增益特性与编振无关，以及对数据速率与格式透明等特点。它可以对波长在1530～1575mm的光信号同时放大，在1550mm波段，EDFA 的放大增益可达30～40dB。EDFA不但结构简单，与光纤耦合方便，而且连接损耗小。EDFA可用于100个信道以上的密集波分复用传输系统、接入网中的光图像信号分配系统、空间光通信，以及用于研究非线性现象等。EDFA是目前光放大技术的主流，它能简化系统，降低传输成本，增加中继距离，提高光信号传输的透明性，是实现全光网的关键器件。
     
     　　4.全光网的管理、控制和运作
     
     　　全光网对管理和控制提出了新的问题：
     
     　　1、现行的传输系统（SDH） 有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题
     
     　　2、由于表示网络状况的正常数字信号不能 从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题
     
     　　3、在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一种不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。对于以上每一种问题都要有相应的处理方案。从现阶段的WDM全光网发展来看，网络的控制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需解决的技术。若没有行之有效的网管控制系统 ，则全光网是无法商用的。
     
     　　四、全光网的特点
     
     　　全光网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性，它具有如下以往传统通信网和现行的光通信系统所不具备的优点。
     
     　　1、全光网通过波长选择器来实现路由选择，即以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式具有透明性的优点。透明性是指网络中的信息在从源地址到目的地址的过程中，不受任何干扰。由于全光网中信号的传输全在光域中进行，信号速率、格式等仅受限于接收端和发射端，因此全光网对信号是透明的。
     
     　　2、全光网不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支撑未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。
     
     　　3、全光网络具备可扩展性，即新节点的加入并不会影响原来网络结构和原有各节点设备。网络可同时扩展用户、容量、种类。
     
     　　4、全光网还具备可重构性，可以根据通信容量的需求，实现恢复、建立、拆除除光波长连接，即动态地改变网络结构 ，可为突发业务提供临时连接，从而充分利用网络资源。
     
     　　5、由于全光网比现有的网络多了一个光网络层，而光网络层中的许多光波器件是无源器件，因而可靠性高，而维护费用降低。