[科普中國]-全光網(wǎng)

解釋

1、全光網(wǎng)是指光信息流在網(wǎng)中的傳輸及交換時始終以光的形式存在，而不需要經(jīng)過光/電、電/光轉(zhuǎn)換。

2、所謂全光網(wǎng),是指信號只是在進出網(wǎng)絡(luò)時才進行電光和光電轉(zhuǎn)換,而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過程信號始終以光的形式存在

3、由于光纖傳輸?shù)某晒蛢?yōu)越性，國家通信網(wǎng)有從電通信網(wǎng)逐步進化為光通信網(wǎng)的傾向，稱為全光網(wǎng)。實踐表明，光通信比電通信有利，在通信領(lǐng)域，光通信是未來的發(fā)展趨向。

4、WDM的應用只是點到點的方式還沒有“網(wǎng)”的概念但ITUT正在做工作試圖形成一個光層的網(wǎng)絡(luò)，也稱為全光網(wǎng)。從組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看傳輸網(wǎng)的下一步發(fā)展應是在SDH電層面以下建設(shè)全光網(wǎng)層面，屆時傳輸網(wǎng)將在拓撲上分為光、電兩層面。

5、為了和應用中的光通信網(wǎng)絡(luò)相區(qū)別我們把具有上述性能的光通信網(wǎng)絡(luò)稱為全光網(wǎng)。

全光網(wǎng)的主要技術(shù)全光網(wǎng)的主要技術(shù)有光纖技術(shù)、SDH、WDM、光交換技術(shù)、OXC、無源光網(wǎng)技術(shù)、光纖放大器技術(shù)等

6、為此,網(wǎng)絡(luò)的交換功能應當直接在光層中完成,這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為全光網(wǎng).它需要新型的全光交換器件,如光交叉連接(OXC)、光分插復用(OADM)和光保護倒換等

全光網(wǎng)是以光節(jié)點取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電節(jié)點，并用光纖將光節(jié)點互聯(lián)成網(wǎng)，采用光波完成信號的傳輸 交換等功能，克服了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在傳輸和交換時的瓶頸，減少信息傳輸?shù)膿砣?延時 提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

全光網(wǎng)已被認為是未來通信網(wǎng)向?qū)拵Т笕萘堪l(fā)展的優(yōu)選方案。

構(gòu)成全光網(wǎng)由光節(jié)點、光鏈路、光網(wǎng)絡(luò)管理單元等構(gòu)成。

1.光節(jié)點

光節(jié)點是重要的網(wǎng)元，主要有兩種類型：光接入節(jié)點和光交換節(jié)點。光接入節(jié)點，具有光信道的選擇特性；而光交換節(jié)點，適用于作為網(wǎng)狀型網(wǎng)的光節(jié)點及兩個環(huán)形網(wǎng)之間的連接節(jié)點。

光接入節(jié)點的基本功能：1）光信道進入網(wǎng)絡(luò)和從網(wǎng)絡(luò)下路；2）非本地信息直接旁路，不在本地節(jié)點上進行處理，貫通而過；3）光信道的性能監(jiān)測、故障檢測、保護和恢復。4）對網(wǎng)絡(luò)的管理和控制。5）具有好的透明性，適應不同種類的、不同格式的、不同傳輸速率的本地信息，暢通地進出網(wǎng)絡(luò)。

光交換節(jié)點的基本功能：1）路由選擇；2）按其所選擇的路由，建立各輸入端和輸出端之間的全光連接，將輸入端的光信號在所建立的全光通道上無阻塞地達到所指定的任意輸出端；3）可實現(xiàn)光信號交換功能；4）可以進行光信號的放大、處理；5）光信道的性能監(jiān)測、故障檢測、保護及恢復；6）控制、管理。

光交換節(jié)點由光輸入接口、光輸出接口、光交換單元、控制及管理單元組成。

2.光鏈路

光鏈路一般指光纖鏈路。光纖鏈路中可設(shè)置光放大器，用以提高鏈路性能。目前典型的光纖鏈路有：

G.652光纖：迄今為止使用量最大的光纖；

G.655光纖：適合密集波分復用系統(tǒng)使用的光纖；

其他光鏈路：無線光通信（大氣及自由空間光通信）。

3.光網(wǎng)絡(luò)管理單元

光網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是全光網(wǎng)絡(luò)的頭腦和指揮系統(tǒng)，具有性能管理、設(shè)備管理、故障管理等功能，還應包括網(wǎng)絡(luò)的安全體系、安全管理，確保網(wǎng)絡(luò)的存活性、可靠性和安全性，以及計費管理等實用化功能。2

管理控制全光網(wǎng)的管理、控制和運作 全光網(wǎng)對管理和控制提出了新的問題：①現(xiàn)行的傳輸系統(tǒng)(SDH)有自定義的表示故障狀態(tài)監(jiān)控的協(xié)議，這就存在著要求網(wǎng)絡(luò)層必須與傳輸層一致的問題；②由于表示網(wǎng)絡(luò)狀況的正常數(shù)字信號不能從透明的光網(wǎng)絡(luò)中取得，所以存在著必須使用新的監(jiān)控方法的問題；③在透明的全光網(wǎng)中，有可能不同的傳輸系統(tǒng)共享相同的傳輸媒質(zhì)，而每一不同的傳輸系統(tǒng)會有自己定義的處理故障的方法，這便產(chǎn)生了如何協(xié)調(diào)處理好不同系統(tǒng)、不同傳輸層之間關(guān)系的問題。從現(xiàn)階段的WDM全光網(wǎng)發(fā)展來看，網(wǎng)絡(luò)的控制和管理要比網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，

交叉連接關(guān)鍵技術(shù)三 全光網(wǎng)的管理、控制和運作

全光網(wǎng)對管理和控制提出了新的問題：①現(xiàn)行的傳輸系統(tǒng)(SDH)有自定義的表示故障狀態(tài)監(jiān)控的協(xié)議，這就存在著要求網(wǎng)絡(luò)層必須與傳輸層一致的問題；②由于表示網(wǎng)絡(luò)狀況的正常數(shù)字信號不能從透明的光網(wǎng)絡(luò)中取得，所以存在著必須使用新的監(jiān)控方法的問題；③在透明的全光網(wǎng)中，有可能不同的傳輸系統(tǒng)共享相同的傳輸媒質(zhì)，而每一不同的傳輸系統(tǒng)會有自己定義的處理故障的方法，這便產(chǎn)生了如何協(xié)調(diào)處理好不同系統(tǒng)、不同傳輸層之間關(guān)系的問題。從現(xiàn)階段的WDM全光網(wǎng)發(fā)展來看，網(wǎng)絡(luò)的控制和管理要比網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)更具挑戰(zhàn)性，網(wǎng)絡(luò)的配置管理、波長的分配管理、管理控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的性能測試等都是網(wǎng)絡(luò)管理方面需解決的技術(shù)。

中繼技術(shù)在傳輸方面，光纖放大器是建立全光通信網(wǎng)的核心技術(shù)之一。DWDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)基礎(chǔ)是摻餌光纖放大器（EDFA）。光纖在1.55μm窗口有一較寬的低損耗帶寬（3OTHz），可以容納DWDM的光信號同時在一根光纖上傳輸。研究表明，1590nm寬波段光纖放大器能夠把DWDM系統(tǒng)的工作窗口擴展到1600nm以上。

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(tǒng)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(jié)合使用，可使DWDM系統(tǒng)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(tǒng)的需求邁出了重要的一步。

挑戰(zhàn)和前景雖然光網(wǎng)發(fā)展可期，而且 WB，WSS 等 ROADM器件已經(jīng)發(fā)展成熟，利用它們構(gòu)造一個動態(tài)可配置的全光網(wǎng)已經(jīng)不再是“空中樓閣”式的深化。但是要構(gòu)建一個可獲得的可運營、可管理、可維護的性價比高的電信級傳送網(wǎng)，全光網(wǎng)還面臨著如下困難和挑戰(zhàn)：物理參數(shù)預算；光層信號透明；網(wǎng)絡(luò)傳送成本等。3

從目前技術(shù)成熟度來看，縱然WB，WSS等可擴展地ROADM器件已經(jīng)成熟，全光網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)可調(diào)。但在解決光層監(jiān)控等問題之前，WB，WSS等器件只是用于改善波分網(wǎng)絡(luò)的柔性，實現(xiàn)無波長規(guī)劃可任意擴容，而不是用于動態(tài)調(diào)度。全光網(wǎng)在短期內(nèi)還能只能處于一個理想狀態(tài)中，不可能規(guī)模鋪設(shè)。3

但全光網(wǎng)作為光通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展,特別是長距離超長距離傳輸技術(shù)、高密度復用技術(shù)、光監(jiān)控技術(shù)、光交換交叉連接技術(shù)、全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)等的發(fā)展, 全光網(wǎng)最終也會走向成熟。從初級 階段簡單的環(huán)、鏈，會逐步擴展到P一 ccyle、 雙環(huán)、多環(huán)、局部Mesh, 最終到光傳送網(wǎng)的高級階段, 各種技術(shù)都 已成熟, 原有的多個彼此非透明的局部全光網(wǎng)將會被打通, 形成相對完整的全光網(wǎng)。3

發(fā)展舉措為開發(fā)先進的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，美國國防部高級研究計劃署DARPA資助了寬帶信息基礎(chǔ)技術(shù)(BIT)研究計劃，BIT計劃的核心是多波長光網(wǎng)絡(luò)MONET項目，它是一個建立在波分復用基礎(chǔ)上的美軍未來全球多波長網(wǎng)絡(luò)試驗床，其目標是推進、演示和使各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、先進技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理集成在一起，以實現(xiàn)大容量、高性能、經(jīng)濟、可靠的多波長全國(或全球)透明光網(wǎng)，供商業(yè)和政府通信之用。

歐盟也資助了歐洲先進通信研究和技術(shù)發(fā)展(RACE)計劃以及先進通信技術(shù)和業(yè)務(wù)(ACTS)研究計劃。歐盟資助的ACTS研究計劃中，光技術(shù)領(lǐng)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(wǎng)絡(luò)和相關(guān)器件進行研究。

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(yè)化運營時代。由上?？萍季W(wǎng)升級改造的上海全光通信示范網(wǎng)正平穩(wěn)順利運行，863高科技成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

上?？萍季W(wǎng)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(wǎng)155兆帶寬的256倍，1秒鐘內(nèi)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(wǎng)能與現(xiàn)有各種通信設(shè)備能良好“合作”，引起各應用部門的充分關(guān)注，截止2001年9月已有1000多個用戶開通了應用服務(wù)。

上海全光網(wǎng)的成功運用造就了商機，上海光網(wǎng)公司將為云南昆明全光寬帶網(wǎng)工程提供設(shè)備，內(nèi)蒙古、重慶的有關(guān)單位也表示了合作意向。

四川巴中市也成功建成全省首批“全光網(wǎng)城市”。全市基本實現(xiàn)銅纜全部換成光纖，意味著巴中市從此告別“銅網(wǎng)舊時代”，邁入全球領(lǐng)先的百兆普及“全光”網(wǎng)絡(luò)新時代。

近年來，巴中市通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)走在了四川省前列。2011年7月，市政府與中國電信四川公司簽訂《智慧巴中光網(wǎng)城市戰(zhàn)略合作協(xié)議》。2012年開始，巴中進入“全光”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段。其建設(shè)覆蓋面包括城市和農(nóng)村，涵蓋各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村。3年多時間以來，實現(xiàn)城區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)100%光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋，656個行政村通光纖，覆蓋60萬家庭用戶。4

2015年9月16日，隨著最后一個程控交換局的退網(wǎng)，無錫電信圓滿完成全光網(wǎng)建設(shè)工作，標志著全國首個高標準全光網(wǎng)城市、江蘇省首個全光網(wǎng)城市在無錫正式建成。針對全光網(wǎng)城市建設(shè)目標，無錫電信提出了趕超國際的目前國內(nèi)全光網(wǎng)城市建設(shè)的最高標準：光網(wǎng)覆蓋率100%、新增寬帶光接入率100%、傳統(tǒng)交換設(shè)備退網(wǎng)率100%、寬帶用戶平均帶寬超30M，實現(xiàn)任何人、任何時間、任何地點的光接入需求都能得到及時響應。5

全國首個全光網(wǎng)省9月10日，隨著1500萬人口的特大城市—成都市建成“全光網(wǎng)城市”，四川21個市州全部建成“全光網(wǎng)市(州)”。四川成為全國首個“全光網(wǎng)省”，光網(wǎng)用戶平均上網(wǎng)帶寬達到37.9M，居全國第一。6