全光网络研究进展毕业论文.doc

武汉工业学院毕 业 论 文论文题目：全光网络研究进展姓 名 程 宏 学 号 071203228 院 系 数理科学系 专 业 电子信息科学与技术 指导教师 李 鸣 2011年6月12日目 录摘 要1Abstract2第一章 全光网络概述31.1 引言31.2 全光网络的概念41.3 全光网络的优点41.4 全光网络国外研究概况5第二章 全光网络的结构与技术62.1 全光网络的结构62.2 全光网络的技术7第三章 WDM技术的发展与演变113.1 WDM技术简介113.1.1 WDM技术的概念113.1.2 WDM技术的优点123.1.3 WDM技术存在的问题123.2 WDM技术的发展趋势133.2.1 光纤技术的新发展133.2.2 WDM系统的容量将向Tbit/s迈进143.2.3 WDM系统由传统的点到点传输系统向光传送网发展15 3.2.4 国际电信联盟关于OTN的标准化研究17 3.3 总结17结束语20谢 辞21参考文献22摘 要 20世纪90年代以来，随着光纤通信技术的迅速发展，许多学者提出了“全光网络”的概念，其本意是信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生和交换/选路，中间不经过任何光电转换，以达到全光透明性，实现在任意时间、任意地点、传送任意格式信号的理想目标。   本文阐述全光网络的概念、结构以及全光网络中涉及到的关键技术，并经过波分复用(WDM)技术的发展与演变、过渡到自动光交换网、直到当前智能光交换网络的发展历程与发展趋势。关键词：全光网络；WDM技术；自动光交换网络；智能光交换网络 Abstract Since the 1990s, with the rapid development of the optical fiber communication technology, many scholars have proposed a "all optical network" concept, which was intended to signal light form through the network directly in light domain signal transmission, regeneration and exchange/choose road, intermediate without going through any photoelectric conversion to achieve all optical transparency, realize in any time, anywhere, transmit arbitrary signals ideal target.This paper expounds the concept of all-optical network structure and involved in all optical networks of technique, and through WDM technology of development and evolution, transition to an automatic switching, until the current smart light in the course of development of optical networking with development trend.Keywords：All Optical Network; WDM Technology; Automatic Optical Switching Network; Intelligent Optical Switching Network 第一章 全光网络的概述1.1 引言据国外统计，骨干因特网的带宽在1997年为622Mbps，1998年是2.5Gbps，1999年突破10Gbps，2000年接近40Gbps；也就是说每经过6-9个月因特网的带宽或业务量翻一番。按照目前单波长光纤系统的传输速率最高为40Gbps考虑，仅因特网的数据流就占满了整个单波长系统的传输容量，更不用说宽带业务和其他多媒体应用了。事实上随着因特网的飞速发展，几乎在网络的所有层面，如企业网、接入网，传输、选路与交换等都在研发与应用高速宽带技术。带宽的“饥渴”极大地促进了密集型光波复用(DWDM)技术的快速发展，基础速率为2.5Gbps/10bps的8波、16波、32波、40波乃至80波的DWDM系统已经商用，所有的波长都落在常规的C带内(1530-1565nm)；此波带又分为蓝带和红带。各个波长或光路的间隔从100GHz(0.8nm)缩小到50GHz(0.4nm)。进一步增加波长数，例如增加到160波以上时需要应用L波带(1565-1625nm)，也就是第4代WDM光纤通信系统。当波长数达到数百量级时各光路间隔将缩小到25GHz(0.2nm)；此时对光源的精度与稳定度，对分光滤波器的分辨率的要求均很高。表1.1给出新世纪开始DWDM系统研发水平的概貌。由表1.1可见10Tbps的总容量业已突破，很多公司例如Ciena公司已在研发16Tbps的系统；而朗讯贝尔实验室的科研人员认为商用的DWDM系统容量最高将达到100Tbps。表1.1 DWDM系统研发水平概貌系统容量(Tbps)公司或厂家成果宣布时间波长数每波长传输速度（Gbps）10.9NEC2001年3月2734010.2阿尔卡特2001年3月256407.04西门子/Optisphere2000年10月176406.40NEC2000年10月160405.12阿尔卡特2000年9月12840 DWDM系统在长途光传送网中的发展方向是超密集WDM，超大容量和超常中继距离传输；而在城域光传送网中的发展方向是稀疏WDM，超大容量、短传输距离和价廉的粗WDM（CWDM）系统，也就是和具有第5光窗口的无水峰光纤即新的全波光纤相应的第5代WDM系统。此类光纤系统可利用的光谱是1280-1615nm，是常规可用波长范围的数倍，复用波长数大大增加，从而经济有效地解决网络扩容问题，故WDM系统和技术的发展为全光网络打下了物质基础。1.2 全光网络的概念 所谓全光网，是指从源节点到终端用户节点之间的数据传输与交换的整个过程均在光域内进行，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入。全光网的结构示意如图1-1所示。图1-1 全光网的结构示意图1.3 全光网络的优点 基于WDM的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。它具备如下以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点：（1）省掉了大量电子器件。全光网中光信号的流动不再有光电转换的障碍，克服了途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，省掉了大量电子器件，大大提高了传输速率。 （2）提供多种协议的业务。全光网采用WDM技术，以波长选择路由，可方便地提供多种协议的业务。（3）组网灵活性高。全光网组网极具灵活性，在任何节点可以抽出或加入某个波长。（4）可靠性高。由于沿途没有变换和存储，全光网中许多光器件都是无源的，因而可靠性高。1.4 全光网络国外研究概况 目前世界各国研究开发中的全光网络主要集中在美国、欧洲和日本。例如前几年开始的美国ARPA(Advanced Research Projects Agency)一期计划(ONTC、AON等)和二期全球网计划(MONET、NTON、ICON、WEST等)；欧洲的RACE(Research and development in Advanced Communications technologies in Europe)和ACTS(Advanced Communications Technologies and Services)光网络计划；日本有NTT、NEC和富士通等主要大公司和实验室进行的研究开发项目；此外，在法国、德国、意大利和英国同时也在做全光网络方面的研究。最近有Oxygen计划，美国光互联网规划、加拿大光网络规划，欧洲光网络规划等，既建立了许多试验平台，又进行了现场试验，以研究光网络结构、光网络管理、光纤传输、光交换和光网络对新业务的适应性等关键技术。比较著名的有美国的多波长光网络MONET(Multiwavelength Optical Networking)和国家透明光网络NTON；欧洲ACTS计划中的泛欧光传送网OPEN和光纤城域网METON；日本NTT的企业光纤骨干COBNET和光城域网PROMETEO等。在我国则有中科院、高等院校和科研院所进行的国家“863”计划重大项目“中国高速信息示范网CAINONET”等。 值得注意的是，当业务变得以IP为中心时，在光领域的分组交换将具有明显的优点。因为它可以有效地将各种业务量集中在一起，提高每一波长或光路的利用率，降低每比特的费用，而不必过多地仅依靠配置和增加波长来疏通调节业务量；所以，将光分组交换与光波长交换相结合，才是一条实现全光通信网的技术坦途。面向未来IP业务的全光网络的研究已经成为各国和跨国公司研究计划的重点，而自动光交换网络是首当其冲的。 第二章 全光网络的结构与技术2.1 全光网络的结构 图2-1示全光网络结构。按照G.805的原则，光传送网可以从垂直方向分为三个网络层，从上往下依次是光路(OCH)层、光复用段(OMS)层和光传输段(OTS)层，即光纤传送层。光路层即波长层，为透明传递各种格式客户层信号的光路提供端到端的联网功能，其主要传送实体有网络连接、链路连接、子网连接和路径。光路层网络的功能有：光路连接的重组，以便能实现灵活的选路；光路开消(开支的消息简称开消，以免和财务开消混淆)处理，以确保光路适配信息的完整一致；光路监控功能，以实现网络的操作和管理。图2-1 全光网络结构光复用段层为多波长光路(含单波长光路)光信号提供联网功能，其主要传送实体有网络连接，链路连接和路径。光复用段层网络的功能有：光复用段开消处理，以确保多波长光复用段适配信息完整一致；光复用段监控功能，以实现复用段层上的操作和管理。 光传输段层为光信号在各种类型光传输媒质，如G.652、G.653、G.655光纤上提供传输功能，其主要传送实体有网络连接、子网连接、链路连接和路径、光传输段层网络的功能有：光传输段开消处理，以确保光传输段适配信息的完整一致；光传输段监控功能，以实现传输段层上的操作和管理，例如传输段的可靠性、生存性等。 整个光传送网则由最下面的物理媒质层，即各种类型的光纤网支持。 随着光网络需求和技术的发展，光网络将分为核心网、即沟通城市之间的长途光缆干线网、城市范围的光城域网，以及光接入网，包括城市与农村的光接入网和校园、企业等用户驻地网，大致如图2-2所示。图2-2 全光传输网从网络功能上讲，全光网络将由光核心网和光边缘网组成。光边缘网络包括城域边缘网络，城域接入与农村接入，以及校园、企业等用户驻地网络；而光核心网络则包括城市间骨干核心网络与城域核心网络。当然，作为网络的运营维护手段还需要网络管理层面，有关运行、管理与维护所需要的功能应符合ITU-TG.872建议。 通常理想情况下的全光网络应具备以下特征：*光路的起始、终结点应不受限制，例如，不受光噪声累积效应的限制，不受厂商的特定波长的限制等；*与光路传输的信号种类、速率无关；*波长变换所需的设备愈少、容量愈小愈好；*支持多厂商产品的光网络环境；*易于升级扩容，可按需求随时扩展带宽。2.2 全光网络的技术在传统的光一电一光骨干网络节点中，尤其是枢纽节点，典型的情况是约有75-80%的业务量是直通的，为了少量的业务不得不全部进行光电变换处理，将落地的光信号转变为电信号，进行交换与选路，然后再将其变换为光信号，送到适当的光路中。这种电的处理技术大大限制了WDM技术的优越性，使网络节点乃至网络的吞吐量变小，形成“电子瓶颈”。考虑这种现实，以及前节所述理由，人们想到全光网络。 全光网络在原理上讲就是网中端到端用户节点之间全是光路，始终保持光信号传送，没有任何光电变换器，也就是网络对光信号“透明”。就透明性来说只要有光电变换就是半透明的；我们当然希望做到全透明，以便全面充分地利用光纤的能力，使网络带宽几乎无限，对传送的信号无任何限制，对信号的处理极少，因而网络最经济可靠。但是，目前实现全透明光网络还有难处，例如直接组网与运营还有不少全光组网技术及相应标准需要研究开发；光交换机还未成熟和商用。 所以，考虑现实，为避免技术和运营的困难，ITU-T决定按光传送网(OTN)的概念研究光网络技术并制订相应的标准化建议。OTN是据网络功能与主要特征定名，它不限定网络的透明性，虽然最终目的是透明的全光网络，但可从半透明开始，即在网中允许有光电变换。这就解决了全光网络透明部分应多少的争议。全光网络的基本技术有全光交换，全光交叉连接、全光中继、全光复用与解复用等。(1) 全光交换 目前在研究开发热光、液晶光和声光交换机。热光交换机采用可调节热量的聚合物波导，其交换机制是由分布在聚合物中的薄膜加热元素控制。当电流通过加热器时改变波导分支内的热量分布，从而改变了折射率，将光从主波导耦合至分支波导中。它的优点是体积小、交换速度快；缺点是介入损耗高、串光大，且要求有良好的散热器。 液晶光交换机包含液晶片、极化光束分离器或光束调相器。液晶片的作用是旋转入射光的极化角，而角度受电极上的电压控制。极化光束分离器或光束调相器起引导光信号到目的端口的作用。用此技术可构造多光路矩阵交换机，但接入损耗大，串光严重，驱动电路也较昂贵。声光交换机以声光技术为基础，可实现微秒级的交换速度，但不适合矩阵交换机，因需要复杂的控制系统并需要通过改变波长来控制交换机。此外，介入损耗随波长变化较大，驱动电路昂贵。 由于在网络的边界，例如骨干网与城域网，它们所传输的波长是不一样的，光路的交换必须改变波长，而不仅是改变光的传输方向或光纤，所以，开发技术成熟、商用的全光交换机好有很长的一段路程。(2) 光交叉连接OXC OXC设备是光网络的关键设备，用于光层上的保护、回复和分布式网管，实现光网络中光波之间的交换。 1998年年底贝尔实验室宣布一项专利成果微电子机械系统(MEMS)。MEMS技术可以在极小的精片上排列大规模的机械阵列，其相应速度和可靠性很高。利用MEMS实现的OXC实际是一个二维的镜片阵，当需要将入射的光波进行改变时，可通过改变镜片的角度，将光波反射到相应得光纤中，如图2-3所示，用这种结构得OXC可以组成大型光交叉矩阵，具有极好的光学特性。当组成一个256*256的OXC时，其体积仅有25*50*50mm3大小，光路转换时间小于5ms，串光优于50dB，介入损耗为6dB。由于采用半导体光放大器阵列构成的OXC，随阵列扩大接入损耗增加很多，从而在向容量大型化发展上遇到难于克服的障碍。相反，图2-3方案介入损耗小，极有可能成为今后OXC的发展方向。图2-3 基于MEMS的OXC（3）全光中继 在传输方面，光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一。DWDM系统的传统基础是掺饵光纤放大器（EDFA）。光纤在1.55m窗口有一较宽的低损耗带宽（30THz），可以容纳DWDM的光信号同时在一根光纤上传输。最近研究表明，1590nm宽波段光纤放大器能够把DWDM系统的工作窗口扩展到1600nm以上。 贝尔实验室和NH的研究人员已研制成功实验性的DBFA。这是一种基于二氧化硅和饵的双波段光纤放大器，它由两个单独的子带放大器组成：一个是传统1550nm EDFA（1530-1560nm），另一个是1590nm的扩展波段光纤放大器EBFA和EDFA（工作波长1570-1605nm），EBFA和EDFA的结合使用，可使DWDM系统的带宽增加一倍以上（75nm），为信道提供更大的空间，从而减少甚至消除了串话。因此，1590nm EBFA对满足不断增长的高容量光纤系统的需求迈出了重要的一步。(4)光复用与解复用 光复用与解复用技术包括光时分复用与解复用技术(同一波长但不同的时间间隔复用，目前仍处于实验室研发阶段)，广波分复用与解复用技术，光空间复用与解复用技术（例如用不同的光纤传输）等。本文简要介绍上下光路(波长)复用(OADM)技术。因为在WDM光网络中人们的兴趣越来越集中到OADM上。它用于网络节点仅上下所需的波长光路信号，而让其他波长信号光学透明地通过，实现动态灵活、经济地重构配置网络。OADM有固定波长型和可变波长型。前者仅上下固定波长的光路，节点的路由是固定的；优点是性能可靠、延时小，缺点是缺乏组网灵活性。后者可在网络节点任意上下光路，可实现光网络的动态重构与配置，使网络的波长资源得到最佳分配利用，其核心光器件是光开关与波长可调谐激光器。构成OADM的方案有体光栅(Bulk Grating)，法布里泊罗(Fabry-Perot)、光纤光栅、平面波导InP或硅沉积二氧化硅(Silica on Silicon)，声光等技术。最近倾向于采用贝尔实验室的MEMS和可变波长变换器实现可变波长OADM。它作为光传送网节点时多用于环状网拓扑，实现单向或双向自愈环功能。第三章 WDM技术的发展与演变3.1 WDM技术简介 随着全球互联网（Internet）的迅猛发展，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。同时，无论是从数据传输的用户数量还是从单个用户需要的带宽来讲，都比过去大很多。特别是后者，它的增长将直接需要系统的带宽以数量级形式增长。因此如何提高通信系统的性能，增加系统带宽，以满足不断增长的业务需求成为大家关心的焦点。面对市场需求的增长，现有通信网络的传输能力的不足的问题，需要从多种可供选择的方案中找出低成本的解决方法。缓和光纤数量的不足的一种途径是敷设更多的光纤，这对那些光纤安装耗资少的网络来说，不失为一种解决方案。但这不仅受到许多物理条件的限制，也不能有效利用光纤带宽。另一种方案是采用时分复用（TDM）方法提高比特率，但单根光纤的传输容量仍然是有限的，何况传输比特率的提高受到电子电路物理极限限制。第三种方案是WDM技术，WDM系统利用已经敷设好的光纤，使单根光纤的传输容量在高速率TDM的基础上成N倍地增加。WDM能充分利用光纤的带宽，解决通信网络传输能力不足的问题，具有广阔的发展前景。WDM并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20世纪90年代之前，该技术却一直没有重大突破，其主要原因在于TDM的迅速发展，从155Mbit/s到622Mbit/s，再到2.5Gbit/s系统，TDM速率一直以过几年就翻4倍的速度提高。人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术。1995年左右，WDM系统的发展出现了转折，一个重要原因是当时人们在TDM10Gbit/s技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上，WDM系统才在全球范围内有了广泛的应用。3.1.1 WDM技术的概念 WDM是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为WDM。通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。3.1.2 WDM技术的优点 WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：(1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。(2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号等，并能对其进行合成和分解。(3) 网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此WDM技术是理想的扩容手段。(4) 组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用OXC，可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。3.1.3 WDM技术目前存在的问题 以WDM技术为基础的具有分插复用功能和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等巨大优势，已成为未来高速传输网的发展方向，但在真正实现之前，还必须解决下列问题。1网络管理目前，WDM系统的网络管理，特别是具有复杂的上/下通路需求的WDM网络管理仍处于不成熟期。如果WDM系统不能进行有效的网络管理，将很难在网络中大规模采用。例如在故障管理方面，由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号，一旦WDM系统发生故障，操作系统应能及时发现故障，并找出故障原因。但到目前为止，相关的运行维护软件仍不成熟；在性能管理方面，WDM系统使用模拟方式复用及放大光信号，因此常用的比特误码率并不适用于衡量WDM的业务质量，必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务质量等。如果这些问题不及时解决，将阻碍WDM系统的发展。2互连互通由于WDM是一项新生的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商家的WDM产品互通性较差，特别是在上层的网络管理方面。为了保证WDM系统在网络中大规模实施，需保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通，因此应加强光接口设备的研究。3光器件 一些重要光器件的不成熟将直接限制未来光传输网的发展，如可调谐激光器等。对于一些大的运营公司来说，在网络中处理几个不同的激光器就已经非常棘手了，更不用说几十路光信号了。通常光网络中需要采用46个能在整个网络中进行调谐的激光器，但目前这种可调谐激光器还无法进入商用。 当前，光通信技术以超乎人们想象的速度在发展。在过去的10年中，光传输的容量提高了100倍，预计在未来的10年里还将提高100倍左右。WDM的出现使光通信系统的容量几十倍、成百倍地增长，可以说，没有WDM技术也就没有现在蓬勃发展的光通信事业。从1997年由北京大学牵头研制的中国第一套实用化WDM系统广州到深圳的4×2.5Gbits交付运营部门以来，我国的许多干线传输系统也已采用了WDM技术。目前已有15000公里的光缆采用DWDM技术进行了扩容。近几年来，数据通信流量出现了爆炸式增长，保守的估计是每6个月翻一番。Pacific Bell公司的数据业务已于1995年超过话音业务，1997年MCI达到了这一目标，AT&T在2001年面临话音与数据业务相等的局面。WDM技术为过去和现在的光通信事业立下了汗马功劳，面对如此快速增长的容量需求刺激，它将如何演进和发展就成了各大运营商、设备生产商和管理部门十分关心的问题，下面将就这一话题展开讨论。3.2 WDM技术的发展趋势3.2.1 光纤技术的新发展 光纤是传输光信息的载体，它的发展对WDM系统的影响是不容忽视的。光纤的选型是WDM设计中很重要的一个问题。过去由于技术的限制光纤只有少数的几种，同时我国已埋设的光纤几乎都是标准单模光纤，选型问题就不那么重要。现在光纤的型号越来越多，在设计WDM系统时，光纤的选型就十分重要。朗讯(Lucent)在过去的标准单模光纤(G.652)、色散位移光纤(G.653)和非零色散位移光纤(G.655)的基础上，推出了新型的全波光纤(All-wave Fiber)。它消除了常规光纤在1385nm附近由OH根离子造成的损耗峰，将损耗从原来的2dBkm降到0.3dBkm，这使光纤的损耗在13101600nm都趋于平坦。其主要方法是改进光纤的制造工艺，基本消除了光纤制造过程中引入的水份。据估计，这项技术可以使光纤可利用的波长增加100nm左右，相当于125个波长通道（100GHZ通道间隔）。康宁(Corning)出了LEAFTrue wave它们都是第二代的非零色散位移光纤。LEAF光纤将光纤的有效面积从55m2增加到72m2，增加了32%。大的有效面积可以降低光纤中各种有害的非线性效应。与传统光纤相比，它可以承载更大功率的光信号，这意味着可以实现更多的波长通道数目、更低的误码率、更长的放大间距和更少的放大器。所有这一切都意味着拥有更大的容量和更低的成本。但是，LEAF光纤在色散方面的表现却不尽如人意。它的色散斜率为0.1PS(nm2·km)，当WDM系统的工作波长从常规波长C波段（15301565nm）扩展到长波波段L波段（15651625nm）时，可能给处于波段的波长通道带来较大的色散，从而必须采用较为复杂的色散补偿技术。RSTrue wave的最大优点是色散斜率小，仅为0.045ps（nm2·km）。小的色散斜率和色散系数意味着大的波长通道数目、高的单通道码率，同时它还可以容忍更高的非线性效应。这也意味着更大的容量和更低的成本。All-wave Fiber的损耗特性是很诱人的，但它在色散和非线性方面没有突出表现。它适于那些不需要光纤放大器的短距离城域网，可以传送数以百计的波长通道。LEAF光纤和RS-True wave光纤更适于长途干线系统，前者有较好的非线性特性和相对较差的色散特性，而后者有较好的色散特性和相对较差的非线性特性。这两者哪个更好，哪个更适于我国的实际国情还需仔细研究。3.2.2 WDM系统的容量将向Tbits迈进由于数据业务的爆炸式增长对传输技术形成的巨大压力，WDM系统的容量将向Tbits（相当于15000万路以上电话）的水平迈进。实验室水平首次达到Tbits是在1996年，到1999年2月已有3.2Tbits。在2000年的世界光通信大会OFC2000上可能会有更大容量系统的报道。在WDM系统的容量向Tbits迈进的过程中，有几个动向是值得注意的。 第一，WDM与其他复用技术的结合，尤其是和光时分复用技术结合。光时分复用通常是利用平面波导延迟线阵列或者高速光开关来实现；而全光时域解复用器则常常基于四波混频（FWM）或非线性光镜（NOLM）等。第二、光放大器的进展也必须注意。掺铒光纤放大器(EDFA)是WDM技术实用化的关键，但普通EDFA的放大带宽只有约35nm(15301565nm），只覆盖了石英单模光纤低损耗窗口的一部分。这样就限制了能够容纳的波长信道数。因此，进一步提高传输容量，增大光放大器的带宽非常必要。目前的方法有： 掺铒氟化物光纤放大器(EDFFA），据报道可以实现75nm的放大带宽，增益为18dB，增益差别为+-1.8dB； 碲化物EDFA，带宽可达76nm，增益差别为+-1dB； 控制掺铒光纤的粒子数反转程度，放大15701600nm波段，称为增益平移掺铒光纤放大器(GS-EDFA)； 最近比较引人注目的是光纤喇曼放大器。石英光纤中的喇曼增益谱宽达40THz，主峰在13THz附近。利用这一特性，光纤可以用作宽带放大器。但受激喇曼效应的泵浦阈值较高，实现喇曼放大器的关键是高功率泵浦，如400mW。光纤喇曼放大器的优点是：只要能得到所需的泵浦波长就可以在任何波长处提供增益；增益介质是光纤，可以制成分布式的放大器；噪声低。将喇曼放大器与EDFA组合起来，可以得到带宽高于100nm的光放大器。第三、色散及色散斜率问题。色散问题本身并不是WDM所独有的，而且目前已发展出很多色散补偿技术试图解决色散问题。但在WDM系统中，由于光纤的色散斜率不为0，导致了色散特性与波长有关，不同的波长通道的色散大小是不一样的。这就给色散补偿技术带来新的课题，好的色散补偿技术应同时补偿WDM的所有波长通道的不同大小的色散效应。第四、放大器的监测与控制技术的进展。由于实际通信系统的各参数会随时间、环境等外界因素的变动而发生改变，这就要求放大器的工作点也相应地改变，以达到最佳状态。这在超大容量的系统中尤为重要。这些控制内容包括输出功率的控制和不同波长通道的增益均衡。 第五、WDM器和解复用器的进展。随着WDM数的不断增加、波长通道间隔的不断减小，对WDM复用、解复用器的要求也越来越高。它要求高的中心波长的稳定性、平坦的带通特性、对其他通道的高抑制能力，陡峭的滚降特性等。实现WDM复用、解复用的技术通常有阵列波导光栅(AWG)、光纤光栅(FBG)和其他干涉型滤光器件。3.2.3 WDM系统由传统的点到点传输系统向光传送网发展WDM系统的另一个发展方向是网络化，形成WDM光网络，也叫光传送网(Optical Transport Network，简称OTN）。它的基本思想是将点到点的WDM系统用光交叉互连（Optical Cross-connector，简OXC）节点和光分插复用（Optical AddDrop Multiplexer，简称OADM）节点连接起来，组成光传送网。WDM技术完成OTN节点之间的多波长通道的光信号传输，OXC节点和OADM节点则完成网络的交换功能。当然，由于目前的技术的限制，交换是以波长通道为单位的。WDM系统向光传送网演进是有很多原因的。首先，这是宽带综合业务网络的要求。随着全球通信业务量的飞速增长，业务形式日趋多样化，高速大容量的宽带综合业务网络已成为现代通信网络的发展趋势。第二，电子瓶颈限制大容量的电TDM网络。电子交换系统在数Gbits的水平上存在着所谓的“电子瓶颈”。尽管高速电子技术的发展，无疑会使这个上限进一步提高，但是费用的上涨将很可观。第三，网络的历史兼容性和空间复杂性要求网络尽可能透明，与协议无关。由于历史演变的关系，在网络设计时，已有的各种通信设备、协议不能马上废止，同时网络的设计也必须考虑今后的通信设备和协议，因此一个尽可能透明的网络是必需的。另一方面，由于网络用户的复杂性，不同用户之间所需的服务是不同的。有的用户要求传输模拟信号，有的用户要求传输高码率的数字信号，有的用户要求传输低码率的数字信号，这也对网络的透明性提出了要求。第四，网络在运行中希望能实现网络结构的动态调整。网络运行在一个复杂的环境中，环境的变化要求网络的逻辑拓扑结构能够动态调整。比如网络的物理链路光纤被切断时，希望网络有自愈功能；又比如某些端之间由于通信容量剧增，希望网络能提供临时的额外容量。 光传送网有许多优点：（1）是它的大容量，这是WDM技术天生的优点。（2）是它的经济性。在长途骨干网中，很大一部分的通信流量是路过性的，即这些流量在某一网络节点不需做任何处理而直接发往下一个节点。如北京、武汉、广州这三个节点，从北京到广州的通信流量对武汉而言就是路过性的。在传统的通信网中，这些路过性的流量也做OE、EO处理。在光传送网中，这些流量可以直接发往下一个节点，从而省去了大量的电端机费用。（3）OTN具有传输透明性。由于光传送网提供的是一条端到端的纯光路径，它不对光信号的形式提出要求，对于信息的调制方式、传送模式和传输速率透明。这样目前相互独立的SDH传送网、PDH传送网、ATM网络、IP网络及模拟视频网络都可以建立在同一光网络上，共享底层资源，并提供统一的监测和恢复等网管能力。（4）OTN的网络可重构性。光传送网中信号是按波长路径或虚波长路径传输的，这样就在网络的物理拓扑结构之上加了一层逻辑拓扑结构。这一逻辑拓扑结构是可以通过改变节点的波长路由状态而动态改变的。（5）它还具有可扩展性。光传送网具有分区、分层的拓扑结构，网络节点采用模块化设计，在不改变原有网络结构时就能方便地增加网络的波长数、光纤路径数和节点数，实现网络的扩充。（6）OTN与现有的各种光通信技术是兼容的。3.2.4 国际电信联盟关于OTN的标准化研究 国际电信联盟ITU-T从1997年开始考虑OTN的标准化问题，现在已形成一系列框架性标准，包括G.871G.875，G.798，G.709，G.664，G.959.1。G.871给出了关于OTN的一系列标准的总体结构和它们之间的相互关系。G.872给出了ONT的整体结构，包括：OTN的分层结构、特征信息、客户服务层间联系、网络拓扑和网络各层的功能。这些功能包括光信号发送、复用、路由、监测、性能评估和网络生存。G.873给出了OTN的要求和参考模型，包括：能够级连的WDM光网络的单元个数、误码性能和SONETSDH， PDHSDH等数字信号的抖动性能。G.874规定了OTN设备的网管方面的内容。G.875给出了光网络单元的信息模型。G.709给出了OTN网络节点接口。G.798描述了光网络单元的功能。G.959.1给出了OTN的物理层特性。在这一系列标准中，G.872是最重要的的一个，它给出了OTN的结构性描述。OTN的层结构由光通路层、光复用层和光传输层三层组成。光通路层提供了一个端到端的光通路连接，用于透明地传送各种形式的客户信号（目前仅考虑数字信号）。该层应具备以下功能：光通路连接的重构；光通路开销功能，用以保证适配后的客户信号（进入光通路层的信号）的完整性；光通路监控功能。光复用段层将WDM的光信号连接成网。该层应具备的功能有：光复用段层开