光网络的主要技术发展及其应用

光网络技术课程综述——你所了解光网络的主要技术、发展及其应用（10 级电子与通信工程丁彦学号：1039227010）光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。

随着通信网传输容量的不断增加，光纤通信也发展到了一定的高度。

但是目前的光纤通信技术存在不少弊端，急需对其进行改进。

为了解决这些弊端，人们提出了光网络。

光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。

这里的光网络，是指全光网络（All Optical Network，AON）。

1 全光网络的概念全光网络是指光信息流从源节点到目的节点之间进行传输与交换中均采用光的形式，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入，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）。

它是建立在光时分复用（OTDM）或者密集波分复用（DWDM）基础上的高速宽带信息网。

2 全光网络的特点全光网络的发明与运用，可以不用在源节点与目的节点之间的光网络的主要技术、发展及其应用换、电光交换，弥补了传统光纤通信中存在的带各节点进行光电交话、时钟偏移、高功耗等一些不足，拥有更强的可宽限制、严重串灵活性。

管理性、透明性、信系统相比，具有以下一些特点：全光网络与传统通节约成本。

1)需要进行光电转换，这就避免使用传统通不由于全光网络中电转换器材，节省这些昂贵的器材费用，也克光信系统中需要的电子器件处理信号速率难以提高的困难，大大于服了传输途中由此外，在全光网络中，大多会采用无源光学器提高了传输速率。

本和功耗的降低。

成件，这也带来了组网灵活。

2)通信容量的需求，在任何节点都能抽出或全光网络可以根据态地改变网络结构，组网极具灵活性。

当出现加入某个波长，动光网络可以提供临时连接，达到充分利用网络资突发业务时，全源的目的。

透明性好。

3)复用技术，以波长选择路由，对传输码率、分全光网络采用波方式等具有透明性。

可方便地提供多种协议的数据格式以及调制业务。

可靠性高。

4)要光电转换，在传输过程中没有存储和变在全光网络中不需的可靠极大地提高了传器件都是无源的，输光换，采用的许多丁彦103922701014/ 2 级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用性。

用应及其主要技术、发展3 全光网络的术纤技光3.1输媒质，光纤技术的发展，直接决定着光网传光纤是光网络的纤可以简单分为单模光纤和多模光纤。

当光纤的光络技术的发展。

波波长的时，光在其中无反射地沿直线传播，即直径减小到一个光模式的光纤，通常称为单模光纤。

与多模光纤相只能传输一个传播具有内部损耗低、带宽大、易于升级扩容和成本比，单模光纤传输由于技术原因，多使用多模光纤，现在以单模光纤低的优点。

早期为主。

性及对传输速率的影响如下：单模光纤传输的特波长区波长区、1310nm 容量大。

目前可用1) 频带宽，通信85 nm ，巨大的频带带THz波长区所对应的固定带宽就有约60 和1550nm2) 的优点，这对传输各种宽频带信息意义十分重要。

宽是光纤最突出的总继距离长。

单模光纤的衰减特性有随波长递增而减小损耗低，中1310OH 根造成的损耗峰外，在近趋势，除了靠1385nm 附近由1550nm 波长区和1310nm~1600nm 间都趋于平坦。

现在一般都使用因此长1550nm 附近，）波长区，由于最低衰减常数（0.2dB/km位于波长区。

1550nm 距离光纤传输系统都采用指光脉冲在光纤中传播的过程中会散开的现象，随是3) 色散。

色散，色散成为传输系统中不可忽视的因素，它会导着传输速率的提高丁彦14/ 3 1039227010级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用4) ，造成不可接受的误码率，其数量和波长有关。

致脉冲间的干扰进光纤的光功率增强很多，，使送系统中使用非线性效应。

EDFA功率使光信号和光纤相互作用产生各种非线性效应，进入光纤的高光。

从而影响信噪比术交换技3.2 光电转换，将输入端光信号直接交换/ 光交换是指不经过任何光。

光交换技术作为全光网中的一个重要支撑技术，端到任意的光输出着重要的作用。

其中最关键工作是波长变换，光在全光网络中发挥光的波长进行处理，也可称为波长交换。

对交换实质上也是证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台，保光交换技术能够统都采用电路交换技术，但发展中的全光网络却系尽管现有的通信术来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协技需要由纯光交换技术为进入节点的高速信息流提供动态光域处理，换议透明性。

光交及其子网的信息上下路并交由电交换设备继续处理，仅将属于该节点个优点：这样做具有以下几换的容量瓶颈问题；可以克服纯电子交1)和网络升级成本。

如果采用全光网技术，将使可以大量节省建网2)；90%，设备费用节省网络的运行费用节省70%络的重构灵活性和生存性，以及加快网络恢复的3)可以大大提高网时间。

类。

光路交换又可分2 光交换和分组光交换光交换可分为光路丁彦14/ 4 1039227010级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用）频分（WD/FD分（TD）和波分/ 种类型，即空分（成 3 SD）、时些交换形式组合而成的结合型。

这光交换，以及由信号的传输通路在空间上发生改变，基本原空分光交换是使光组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可理是将光交换元件和任一路输出光纤之间构成通路。

空分光交换按在任一路输入光纤用的技术又分成基于波导技术的波导空分与使用自光矩阵开关所使的自由空分光交换。

由空间光传播技术分复用为基础，运用时隙互换原理来实现交时分光交换是以时条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光换的功能。

即把一高速光数据流信号成个基带信道复用N个时隙，脉冲流分配占用一交换的关键是开发高速光逻辑器件。

光进行传输。

时分分复用为基础，信号的实现是通过不波频分光交换是以/波分网络通路完成，由波长开关进行交换。

波分光交同波长，选择不同波长选择空间开关和波长互换器组成。

、换由波长复用器2 种以上的光交换混合光交换是指在一个交换网络中同时应用波+时分+分换方式有空分+时，空分+波分，空分交方式。

常用混合分等复合方式。

光交换机大多数是基于光电和光机械的，随的目前市场上出现不断发展和成熟，基于热学、液晶、声学、微机电着光交换技术的会逐步被研究和开发出来。

技术的光交换机将现的交换机通常在输入输出端各有两个有光实由光电交换技术，而最新的光电交换机则采用了钡钛材料，这种导电晶体材料的波丁彦14/ 5 1039227010级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用种分子束取相附生的技术，与波导交换机相比，该交换机使用了一比较小。

交换机消耗的能量熟，液晶光交换机将会成为光网络系统中的随着液晶技术的成交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光一个重要设备，该而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化束调相器组成，°，当有90角。

当电极上没有电压时，经过液晶片的光线极化角为电极上时，入射光束将维持它的极化状态不变。

的电压加在液晶片又开发了基于不同类型的特殊微光器件的光前另外，市场上目的交换机可以由小型化的机械系统激活，而且它型交换机，这种类高，可大规模生产，我们相信这种类型的交换机度的体积小，集成断提高的将来，一定能成为市场的主流。

不在生产工艺水平向全光平台发展，网络的优化、路由、保护渐随着通信网络逐信领域中越来越重要。

采用光交换技术可以克服和自愈功能在光通颈问题，实现网络的高速率和协议透明性，提高电子交换的容量瓶性和生存性，大量节省建网和网络升级成本。

网络的重构灵活技术）连接（OXC光3.3 交叉是用于光纤网络节点的设备，是全光网络OXC）光交叉连接（交叉连接技术是通过对光信号进行交叉连接，能够的关键器件。

光/恢复以及自动灵活有效地管理光纤传输网络，实现可靠的网络保护手段。

要配线和监控的重）主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出OXC光交叉连接（丁彦14/ 6 1039227010级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用的可靠性，OXC 元等模块组成（如图1）。

为增加接口、管理控制单的可靠性。

OXC 每个模块都具有主用和备用的冗余结构；为增加的核心，OXC 矩阵是OXC 会自动进行主用和备用的倒换。

光交叉连接延迟、宽带和高可靠，并且要具有单向、双向和低它要求无阻塞、输入输出接口直接与光纤链路相连，分别对输入广播形式的功能。

配、放大。

管理控制单元通过编程对光交叉连接矩输出信号进行适模块进行监测和控制。

阵、输入输出接口输入输出光交叉端口端口连接矩阵管理控制单元的一般构成1 OXC 图OXC 是否具有疏导低速业务流的能力以及疏导能力的通常根据类：OXC 分为以下三强弱程度，可以将业只具有波长交换能力，不具有疏导低速OXC：这种OXC 1)传统才/接汇聚能力的网络设备，只务流的能力。

有通过OXC 外挂其他汇聚量的疏导；务能实现低速业有波长交换能力，具有低速汇聚端口，可OXC：具2)单跳疏导务流疏导到一个波长通道，然后交换到某个出口。

以将多个低速业不具有低速业务交换能力，因此一个光路上的业务流必OXC 但这类宿节点；、须具有相同的源换。

这种：同时具有波长交换和低速业务流交3) 多跳疏导OXC阵。

含有部分非本矩OXC 中包含两大模块：波长交换矩阵和电交换丁彦14/ 7 1039227010级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用通过光接收器转变成电信号，进入电交换矩阵，以地业务的光路可出发的低速业务一起疏导到另一个光路上传输。

非本地业务和本地直接旁路，进而减少网路节OXC 不需要在本地上/下业务的光路通过口上配备与光纤中波长数目相等接的每一个光纤点负担。

如果OXC有的光路都可以下到电域，进入电交换矩阵。

的光收发器，则所分为空分、时分和波分三种类型。

其中，波分和空分技术OXC技术与空分技术相结合，可极此外，如果将WDM目前比较成熟。

阵的容量和灵活性。

大提高交叉连接矩术复用技3.4 光分插）光个波分多路复用（WDM）是从一光分插复用技术（OADM或分出功能，并以相同波长往光载波上插入新的束中分出一个信道所示。

2 基本原理示意图如图信息或功能。

其三节点可以用四端口模型来表示，基本功能包括一般的OADM长信道，复用进上路信号，使其他波长信道尽量种：下路需要的波信WDM。

OADM 具体的工作过程如下：从线路来的不受影响地通过lnput），根的人光纤端（Main 人号包含N 个波长信道，进OADM ）输性地从下路端（Drop据业务需求，从N 个波长信道中，有选择）输入所需的波长信道。

，相应地从上路端（Add出所需的波长信道OADM，和上路波长信道而其他与本地无关的波长信道就直接通过出。

输Output)的线路出光纤端从复用在一起后，OADM (Main丁彦14/ 8 1039227010级电子与通信工程10光网络的主要技术、发展及其应用光隔离器出光入光纤纤光上光下路路的基本原理示意图2 OADM 图于环形网中，并具有选择性，既可以从传输这种技术主要应用设备中选择上路信号或下路信号，也可以只通过某一个波长信号，OADM 更透明地在光域而不影响其他波长信道的传输。