淺談光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展趨勢

陶建勝

[摘要]光通信就是以光波為載波的通信,是將光信號先轉(zhuǎn)換成為電信號,經(jīng)傳輸后再還原成光信號。隨著近年來全光網(wǎng)絡(luò)及光開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用,光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到飛速發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]全光網(wǎng)絡(luò)光開關(guān)通信設(shè)備發(fā)展

中圖分類號:TN92文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710030-01

一、全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展趨勢

全光通信網(wǎng)絡(luò)是指信息流在網(wǎng)絡(luò)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/光變換。因此,全光網(wǎng)絡(luò)具有對信號的透明性。它通過波長選擇器件實現(xiàn)路由選擇。全光網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具有擴(kuò)展性,可重構(gòu)性和可操作性。

(一)密集波分復(fù)用設(shè)備(DWDM)

光波分復(fù)用是用多個信源的電信號調(diào)制各自的光載波,經(jīng)復(fù)用后。在一根光纖上傳輸,在接收端實現(xiàn)信道的選擇,DWDM技術(shù)實質(zhì)上是在頻域?qū)Ω咚傩盘枏?fù)用,從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)容量的目的。

WDM系統(tǒng)除了波長數(shù)和傳輸總?cè)萘坎粩嗤黄埔酝?全光傳輸距離(即無電中繼傳輸距離)也在大幅度擴(kuò)展。而隨著技術(shù)的進(jìn)展和業(yè)務(wù)的發(fā)展,WDM技術(shù)正在從長途傳輸領(lǐng)域向本地網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展。首先,低成本是本地網(wǎng)WDM系統(tǒng)的最重要的特點,特別是按每波長成本必須明顯低于長途網(wǎng)用的WDM系統(tǒng)。本地網(wǎng)WDM系統(tǒng)能提供透明的以波長為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù),這樣用戶可以靈活的傳送任何格式的信號而不必受限于SDH的結(jié)構(gòu)和格式。包括SDH、ATM、IP、FDDI、千兆比以太網(wǎng)和光纖通路等。而對于應(yīng)用在本地網(wǎng)核心的系統(tǒng),可能要求支持10Gb/s的SDH信號和10Gb/s

的以太網(wǎng)信號。

(二)光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)

除了使用WDM系統(tǒng)之外,另一個能提高網(wǎng)絡(luò)效率的選擇是在網(wǎng)絡(luò)中使用OADM,其優(yōu)勢在于:

1.更加經(jīng)濟(jì),對通過在線光放大器的業(yè)務(wù)可靈活地分插。

2.可提供通道光層的保護(hù)。

光分插復(fù)用(OADM)設(shè)備的基本功能是在波數(shù)為4、8、16或32渡的復(fù)用波長中插入或從其中取出單個或多個作為信道的波長。根據(jù)OADM設(shè)備上下波長的方式,OADM設(shè)備可分為信道固定型(POQDM)和信道靈活型(DOADM)。信道固定型OADM設(shè)備能夠上下一個或N個固定信道,而信道靈活型OADM設(shè)備能夠靈活地選擇上下指定的一個或N個信道。目前具有固定波長上下的POADM已經(jīng)商用,具有軟件可配置的DOADM也即將商用。

(三)光交叉連接設(shè)備(OXC)

光交叉連接設(shè)備(OXC)是提供端到端光連接及在全光層提高網(wǎng)絡(luò)效率的最關(guān)鍵急需的設(shè)備之一。光交叉連接(OXC)設(shè)備的基本功能是以波長為信道的基本單位完成信道的交叉連接;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量的變化或者網(wǎng)絡(luò)失效需要恢復(fù)時,依靠OXC設(shè)備能夠根據(jù)需要對光傳送網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重組。

建立交叉連接是為了提供比特率及規(guī)程的透明,并無阻塞,在光網(wǎng)絡(luò)中使用的交叉連接設(shè)備的關(guān)鍵要求包括:

1.模塊化結(jié)構(gòu)的擴(kuò)容能力;

2.高速連接切換;

3.低插人損耗(與通道無關(guān));

4.集成式OAM功能如光故障檢測,光通道跟蹤及Q值監(jiān)視;

5.高速光通道恢復(fù)。

二、光開關(guān)技術(shù)及發(fā)展趨勢

光開關(guān)和光開關(guān)陣列是OADM和OXC的關(guān)鍵器件,也是影響光網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素之一。光開關(guān)作為新一代全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件,主要用來實現(xiàn)光層面上的路由波長選擇等功能。與電開關(guān)相比,光開關(guān)省去了光/電、電/光的轉(zhuǎn)換過程,設(shè)備相應(yīng)簡化,能夠提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號路由平臺。盡管目前通信系統(tǒng)中均采用光電交換,但未來的光網(wǎng)絡(luò)卻需要純光開關(guān)消除光電轉(zhuǎn)換,完成信號路由功能,以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議的透明性。因此光開關(guān)技術(shù)對于通信網(wǎng)絡(luò)來說就變得日益重要了。

光開關(guān)采用的主要技術(shù)有機(jī)械式、MEMS、鐵電液晶、氣泡、熱光、全息、聲光、熱毛細(xì)管等。在光開關(guān)的性能上,主要指標(biāo)有插損、隔離度、消光比、偏振敏感性、開關(guān)時間、開關(guān)規(guī)模及開關(guān)尺寸等。

(一)光模式檢測

光模式檢測是光信號處理的關(guān)鍵功能,適用于光信息包辨認(rèn)、錯誤控制、波長分配和路由。同步或異步的數(shù)據(jù)幀根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行格式化,比如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)等。幀由幀頭和數(shù)據(jù)體組成。幀頭非常重要,它包括同步模式、路由信息字段、維護(hù)、保護(hù)、錯誤控制、補償,還包括了目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)長度、生存時間。幀頭中的一個或多個這樣的字節(jié)/字必須被實時的檢測和解碼,現(xiàn)在的實現(xiàn)方法需要OEO轉(zhuǎn)換。以下是一種光模式檢測器(OPD)在光的形式下通過一步簡單的操作對8位字節(jié)或字進(jìn)行識別。OPD檢測器不只適用于信息包或幀頭檢測、錯誤控制和保護(hù)還適用于直接數(shù)模信號轉(zhuǎn)換。

(二)0PD

二進(jìn)制編碼信息通過光的形式在固定比特速率和一定比特周期T下以幀/信息包的形式傳輸。假設(shè)幀模式如下:

...01010|11111111|O0001111|000...

這里的分隔符“|”表示按時間順序從左到右的二進(jìn)制或八進(jìn)制字節(jié)的分界。模式11111111(全1)定義了幀開始的八位字節(jié),它后面跟著八位字節(jié)00001111(非全1),這種模式每一幀重復(fù)(在SONET/SDH下幀模式每隔125us重復(fù))。

模式檢測器由N個分流器排成一串組成。假設(shè)輸入的串行信號在第一個分流器上的光功率是Pin。在第一個分流器上,兩個輸出是PO1和P1,其中P1是PO1的一部分。第二個分流器和其他后面的分流器一樣由短的光波導(dǎo)相互連接,對于穿過它的每一位有延時T。第二個分流器把輸入的功率PO1分離為功率P02和P2,其中P2又是P02的一部分,以此類推,第j個分流器的輸出就是POJ和PJ。這樣,通過八個光分流器隊列,每8T的時間讀出一個完整的八比特字節(jié)。

三、結(jié)束語

從上述全光網(wǎng)絡(luò)及光開關(guān)技術(shù)分析及發(fā)展趨勢來看,光通信發(fā)展涉及的范圍、技術(shù)和影響面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其本身,勢必對整個電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。它的演變和發(fā)展結(jié)果將在很大程度上決定著電信網(wǎng)和信息業(yè)的未來格局,同時也將對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。