全光網絡的關鍵技術及其發展研究

胡成旭

摘? ?要：全光網絡屬于光纖通信技術的最高發展階段，也是網絡發展的主要方向之一，這是由于全光網絡能夠有效節省通信系統成本、提升通信系統性能。基于此，文章將簡單介紹全光網絡的關鍵技術，并深入探討全光網絡的發展趨勢，希望研究內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：全光網絡;光交換技術;光交叉連接技術

傳統光纖通信系統存在彎曲半徑存在限制、切斷和連接操作較為復雜、分路和耦合較為繁瑣、安全性能不高等缺陷，因此，光纖通信逐漸無法滿足人們日漸提升的網絡需求。為進一步提高網絡通信的安全性、穩定性、靈活性，全光網絡技術的應用必須得到重點關注，這正是本文圍繞全光網絡關鍵技術及其發展開展具體研究的原因。

1? ? 全光網絡的關鍵技術

1.1? 光交換技術

作為全光網絡的關鍵技術，光交換技術的應用可實現光節點處的光纖端口隨意選擇，光信號的選路和交換需要可得到較好滿足。因此，也可以將光交換技術視作全光網絡的特點之一，全光網絡的安全性、穩定性、經濟性可在光交換技術支持下得到大幅提升。波長的變換屬于光交換技術的重點，為保證全光網絡的數據傳輸性能，基于光交換技術的光波長處理必須得到重視，這便是光交換技術被稱作波長交換技術的原因。光交換技術可細分為光路交換技術和分組交換技術，光路交換技術能夠進一步細分為波分/頻分光交換技術、時分光交換技術、空分光交換技術，3種技術可基于實際選擇復合使用或單獨使用。在空分光交換技術的應用中，能夠實現光信號在傳輸通路上的改變，自由空分和波導空分的光交換可基于光矩陣開關相關技術實現。時分復用屬于時分光交換技術的基礎，交換目的可基于時隙互換的原理實現。波分復用為波分/頻分光交換技術的基礎，在信號以不同網絡通路和波長完成后，該技術可基于波長開關實現交換[1]。

1.2? 光信息再生技術

光纖的色散和損耗會直接影響傳統光纖通信的安全與穩定，碼間的干擾往往與色散存在直接聯系，光纖系統的誤碼率也會因此大幅提升。信息傳輸距離的增加必然會造成傳統光纖通信損耗，按照指數規律，衰減的光信號幅度屬于損耗的源頭，而通過全光網絡的關鍵技術光信息再生技術實現光信息的再生，即可較好保證信息傳輸質量。光電中繼器屬于傳統的光信號再生手段，通過光帶二極管將光信號轉變為電信號，輔以整修放大，最終通過光源的重新驅動實現再生。但由于這類裝置大多體積較大、結構復雜、能力消耗巨大，光纖通信的信息色散與損耗問題并沒有得到根本解決。但在全光網絡的光信息再生技術應用中，該技術以光纖鏈路為基礎，接入光調制器和濾波器，即可通過光調制器中輸入的光信號鐘信號，實現有周期、有規律的光信號調制，光脈沖的頻譜拓寬、窄小化處理可由此實現，系統噪聲和頻率漂移也能夠得到有效控制，最終重新定時和校準光脈沖位置。全光傳輸型的中繼器屬于全光網絡光信息再生技術的應用核心，信號的放大和傳輸由此即可圍繞光路直接完成。

1.3? 光分插復用技術

在不影響其他波長信道傳輸的前提下，光分插復用技術可有選擇地從波分多路復用光束中分出功能或一個信道，并插入新的功能和信息（基于相同波長），其他波長信道的傳輸并不會受到影響。在環形的網絡中，光分插復用技術的應用具備較強的選擇性優勢。光分插復用技術的應用要求插入口和分出口之間的隔離度大于25 dB，輸出口和輸入口的隔離度也需要滿足該要求，由此可最大限度地降低波長的干擾，隔離度的設置也能夠有效服務于傳輸性能的控制。光分插復用技術的應用需得到光率波器件的支持，以此實現上路或下路的波長選擇，各種速率和形式的信號可由此得到有效處理，且具備良好的透明性。光濾波器件屬于光分插復技術的核心器件，在全光網絡中也發揮著關鍵性作用，全光網絡的效率和安全性直接受其影響[2]。

1.4? 光交叉連接技術

光交叉連接技術的應用需基于位于光纖網絡節點的光交叉連接設備實現，該設備屬于全光網絡的核心器件之一，全光網絡的構成離不開光纖與光交叉連接的支持。通過對光信號的交叉連接，光交叉連接技術可實現波長資源更為有效的利用，波長重用也能夠有效實現，光纖傳輸網絡的管理靈活性和有效性將由此得到大幅提升。光交叉連接技術具備網絡恢復、路由選擇、網絡保護、自動配線和監控等功能，管理控制單元等模塊、輸出接口、輸入接口、光交叉連接（Optical Cross Connect，OXC）矩陣屬于光交叉連接的主要構成模塊，為提高設備的可靠性，每個模塊均設置有主用和備用的冗余結構。光交叉連接技術的核心為OXC矩陣，具備單雙向和廣播形式功能，以及高可靠性、低延遲、無阻塞等特性。輸入接口主要用于適配信號，輸出接口用于放大信號，對其他模塊的監測和控制由管理控制單元負責。光交叉連接技術也可細分為波分、時分、空分3類，其中，時分技術尚不成熟，為了提高交叉連接矩陣的靈活性和容量，可結合空分技術與波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術。

2? ? 全光網絡的發展展望

2.1? 前景展望

雖然光傳輸速率不斷提升，全光網絡的發展速度也在不斷提升，但是為滿足超高速網絡的建設需要，原有的網絡節點設備將出現適用性問題。如果不實現設備的更新換代，網絡的復雜繁瑣程度必將大幅提升，電子“瓶頸”也將直接制約高速傳輸，可見全光網絡的發展是解決這類困境的唯一出路。通過打破傳統“瓶頸”，超大容量的網絡可基于全光網絡實現，較強的擴展性也能夠滿足業務量和網絡節點數不斷增長的需要，且這一過程中原有的網絡結構不會受到影響。由于具備較高的透明性，全光網絡在應用中可允許不同速率、體制、格式的信號混合，且允許不同類型的新老系統互連。此外，全光網絡的重構性特點也使得網絡組建的靈活性大幅提升，這主要得益于光交叉連接等技術的支持，網絡的可維護性與可靠性也能夠同時得以提升。

我國的干線網較為龐大且幅員遼闊，因此，通過應用全光網絡在干線網交叉節點建立光波長變換和光交叉連接，端到端的“虛波長”通路即可順利實現，用戶端到端的連接也能夠同時得以實現，電路間的調配轉接難度將大幅下降。從發展趨勢進行分析可以發現，全光網絡可基于網絡領域的發展逐步完善，真正基于光交換技術與光交換技術的光網絡層也能夠由此得以建立，光/電“瓶頸”可通過純粹的全光網絡得以打破，傳送網分層化的發展也能夠獲得有力支持。在具體實踐中，可在分插復用器（Add and Drop Multiplexer，ADM）和DXC之下提出新的全光網絡層，網絡結構的簡化可大幅提升網絡可靠性，且全光網絡層不會對業務和承載信號造成直接影響。隨著全光網絡與用戶家庭、服務器、路由器、企業網、城域網真正連接，高速網絡的建設便能獲得充足的動力支持[3]。

2.2? 困難和挑戰

雖然近年來國內外全光網絡相關技術發展迅速，全光網絡的關鍵器件也逐漸完成研發，但想要基于全光網絡構建可運營、可維護、可管理且性價比較高的電信級傳送網，全光網絡在建設中仍面臨物理參數預算、光層信號透明、網絡傳送成本等方面的制約。物理參數預算指的是全光網絡中光信號連接存在的異常復雜物理參數預算過程，在大范圍超長距離的全光網絡中，光信號將因此出現嚴重劣化，預算的緊張程度也會大幅提升，全光網絡的建設會因此面臨來自于物理層預算的致命障礙制約。此外，作為動態的光網絡，全光網絡的規劃調度復雜程度較高，且需要得到橫向兼容性標準的支持，這同樣在很大程度上制約了全光網絡的發展。光層信號透明會帶來業務信號無法由中間節點識別等問題，且全光網絡會因此無法有效監控業務信號質量，這種信號監控與光層信號透明性存在的矛盾必須得到重視。網絡傳送成本較高同樣制約全光網絡的建設，在目前的成本結構下，設備成本中光電轉換的占比較大，且全光網絡無法提供經濟、有效的傳送方案，全部以光信號處理的業務連接也可能引起嚴重的波長阻塞，無法充分利用的光纖資源同樣會增加網絡傳送成本，這類問題必須得到業界的重點關注。

3? ? 結語

綜上所述，全光網絡具備較為廣闊的發展前景。在此基礎上，本文涉及的光交換技術、光信息再生技術、光分插復用技術、光交叉連接技術等內容，提供了可行性較高的全光網絡發展路徑。為更好推進全光網絡發展，物理參數預算、光層信號透明等問題必須得到重點關注。

[參考文獻]

[1]徐展.密集波分復用技術及全光網絡研究[J].通訊世界，2019（3）：47-48.

[2]姜峰，杜磊.有線電視全光網絡的關鍵技術及發展前景[J].中國有線電視，2018（10）：1133-1135.

[3]黃巨一，周楠.傳輸質量可控的全光網絡關鍵技術研究[J].信息通信，2017（7）：257-258.

Research on key technologies and development of all-optical network

Hu Chengxu

（Shenzhen Telecom Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen 518020， China）

Abstract：All-optical network belongs to the highest development stage of optical fiber communication technology and is one of the main directions of network development. This is because all-optical network can effectively save communication system cost and improve communication system performance. Based on this， this paper will briefly introduce the key technologies of all-optical networks， and deeply explore the development trend of all-optical networks. It is hoped that the research content will bring some inspiration to relevant industry insiders.

Key words：all-optical network; optical switching technology; optical cross-connect technology