20世紀90年代以來，隨著光纖通信技術的迅速發(fā)展，許多學者提出了“全光網絡”的概念，其本意是信號以光的形式穿過整個網絡，直接在光域內進行信號的傳輸、再生和交換/選路，中間不經過任何光電轉換，以達到全光透明性，實現在任意時間、任意地點、傳送任意格式信號的理想目標。



    全光網絡由光傳輸系統(tǒng)和在光域內進行交換/選路的光節(jié)點組成，光傳輸系統(tǒng)的容量和光節(jié)點的處理能力非常大，電子處理通常在邊緣網絡進行，邊緣網絡中的節(jié)點或節(jié)點系統(tǒng)可采用光通道通過光網絡進行直接連接。光節(jié)點不進行按信元或按數據包的電子處理，因而具有很大的吞吐量，可大大地降低傳輸延遲。不同類型的信號可以直接接入光網絡。光網絡具有光通道的保護能力，以保證網絡傳輸的可靠性。為了提高傳輸效率，也可以簡化或去掉SDH和ATM等中有關網絡保護的功能，避免各個層次的功能重復。



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



    2.光傳送技術



    大容量光傳送技術是最先應用于光網絡中的技術，技術的發(fā)展主要圍繞以下幾點展開：



    2.1提高單信道速率



    主要有ETDM和OTDM方式，ETDM應用最廣泛，目前40Gb/s的ETDM系統(tǒng)即將進入實用，更高速率的系統(tǒng)也處在研發(fā)之中，其中的關鍵技術是色散補償和偏振模色散補償。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現通道數量的增加。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/增益與波長密切相關，因此，可用帶寬的增加主要取決于光器件，尤其是光放大器。目前應用的光放大器主要是EDFA，增益帶寬僅35nm左右。因此擴展光放大器的增益帶寬是提高WDM信道數量和傳輸容量最有效的方法。擴展光放大器帶寬的主要技術有以下幾種：



    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）進行串聯使用；



    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進行組合。



    EDFA在1580nm和1550nm處有非常好的增益平擔度，①～③種技術都是針對這兩個增益波段所采用的擴大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則可在此基礎上將帶寬進一步擴展到近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，只能達到80nm左右，今后的發(fā)展趨勢將是拉曼光放大器，將摻稀土光纖放大器與拉曼光放大器進行結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，非線性效應主要有受激拉曼散射（SRS）、受激布里淵散射（SBS）、自相位調制（SPM）、交叉相位調制（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、波長劃分密切相關，色散越小，波長劃分越規(guī)則，FWM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，波道數越多，波道間隔越小，非線性影響越大。光纖的優(yōu)化設計能夠較好地克服非線性效應，今后干線網將主要應用大有效面積、低色散斜率的G.655光纖，城域網主要應用G.652C類光纖（全波光纖等），接入網將主要應用普通的G.652光纖。



    2.3擴大全光傳送距離



    上述光放大器等光器件技術、色散和偏振模色散補償技術以及克服非線性效應影響的技術對擴大全光傳送距離具有很大的影響，此外，前向糾錯技術、光孤子等也是非常重要的技術。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；由光開關矩陣實現的，光開關矩陣節(jié)點可由機械、電或光進行控制，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。各種機械、電或光控制的相關器件均可構成空分光交換。構成光矩陣的開關有鈮酸鋰定向耦合器、微電子機械系統(tǒng)（MEMS）。



    3.1.2時分光交換；時分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時隙交換器，通過光讀寫門對光存儲器的受控有序讀寫操作完成交換動作。關鍵技術是高速光邏輯器件，即光的讀寫器件和存儲器件。



    3.1.3波分/頻分光交換；信號通過不同的波長，選擇不同的網絡通路來實現，由波長開關進行交換。波分光交換由波長復用器/解復用器、可調波長濾波器、波長轉換器和波長選擇開關等組成。



    3.1.4光分組交換；類似電領域的分組交換的基本原理，采用波分復用、電或光緩沖技術，由分組波長進行選路。依照分組的波長，分組被選路到輸出端口的光緩沖存儲器中，然后將選路到同一輸出端口的分組存儲于公用的光緩沖存儲器內，完成交換。



    3.1.5復合型光交換；綜合采用以上兩種或兩種以上的方式。



    3.2光網絡節(jié)點



    光交換/選路節(jié)點技術



    光交換/選路是光網絡中關鍵光節(jié)點技術，主要完成光節(jié)點處任意光纖端口之間的光信號交換及選路。光交換/選路的帶寬粒度可以是光線路級、波長級、分組級甚至比特級。從功能上看，光交換機/選路器、OXC、OADM都屬于光交換/選路節(jié)點，它們是順序包容的。即OADM是OXC的特例，主要進行光路上下，OXC是光交換機/選路器的特例，主要在光路上進行交叉連接，OADM和OXC主要應用于目前正準備進入實用的WDM光網絡，是光纖和波長級的粗粒度帶寬處理光節(jié)點設備。下一步的應用將是光分組交換/選路節(jié)點，它主要應用于光分組交換網絡，這種光節(jié)點在分組級進行光交換/選路，可更加靈活、有效地利用帶寬�；�于OTDM的比特級光交換節(jié)點對光器件的要求非常高，離實用尚遠。



    3.2.1WDM光網絡節(jié)點；目前及今后較長一段時期應用的主要是基于WDM的光網絡，其主要的網絡節(jié)點為OADM和OXC，通常由WDM復用/解復用器、光交換矩陣（由光開關和控制部分組成）、波長轉換器和節(jié)點管理系統(tǒng)組成。主要完成光路上下、光層的帶寬管理、光網絡的保護和恢復和動態(tài)重構等功能。



    OADM的主要功能是從多波長信道中分出或插入一個或多個波長，有固定型和可重構型兩種類型。固定型只能上下一個或多個固定的波長，節(jié)點的路由是確定的；缺乏靈活性，但性能可靠、延時��；可重構型能動態(tài)調節(jié)OADM節(jié)點上下通道的波長，可實現光網絡的動態(tài)重構,使網絡的波長資源得到良好的分配,但結構復雜。



    OXC的主要功能是在光纖和波長兩個層次上提供帶寬管理，如動態(tài)重構光網絡，提供光信道的交叉連接以及本地上下話路功能，動態(tài)調整各個光纖中的流量分布，提高光纖的利用率。此外，OXC還在光層提供網絡保護和恢復等生存性功能，如出現光纖斷裂情況可通過光開關將光信號倒換至備用光纖上，實現光復用段1+1保護。通過重新選擇波長路由實現更復雜的網絡恢復，處理包括節(jié)點故障在內的更廣泛的網絡故障。



    OXC有光纖交叉連接、波長交叉連接和波長變換交叉連接等三種實現方式：



    * 光纖交叉連接：一根光纖上所有波長的總容量為基礎進行的交叉連接，容量大但靈活性差。



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



    * 波長變換交叉連接：可將任何輸入光纖上的任何波長交叉連接到任何輸出光纖上，由于采用了波長變換技術，這種方式可以實現波長之間的任意交叉連接，具有最高的靈活性。關鍵技術是波長變換。



    OXC的核心技術是光開關矩陣，今后的發(fā)展方向是微電子機械系統(tǒng)（MEMS），這種技術可以在極小的晶片上排列大規(guī)模機械光開關矩陣，其響應速率和可靠性很高。另外，一些廠家推出將光纖和波長兩級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絡節(jié)點設備，以適用網絡