第1章 绪论

1.1 光网络信息传输技术概述

光网络由于其具有巨大带宽、低误码率、高可靠性、价格低廉、抗干扰能力强等优越特性，使其在通信网络中居于相当重要的地位，是通信基础网络的核心。在全球，几乎80%以上的信息量是通过光网络来传输的。近年来，由于DWDM技术的发展与成熟，光纤带宽的潜力得到了进一步挖掘。我们知道，光网络只有通过适当的、合理的、科学的体系结构互连以后才能组成真正理想的网络体系结构，以提供高速、宽带、高质量的业务。伴随着光元器件技术和光信号处理技术的发展，光网络在光传输层已经提供了连网能力。

就当前光网络信息传输技术的发展来看，为满足人类社会对带宽和容量的巨大需求，适应Internet迅猛发展对网络结构和功能提出的新需求，光纤通信网络发生了多次重大的变革。首先，1550nm波段传输系统的开发以及掺铒光纤放大器（EDFA）和密集波分复用（DWDM）技术的实用化，这在全球干线网络中扮演了重要的角色。其次是点到点的WDM系统向全光网络的发展和演变。光通信网络的另一个重大变革是光网与数据网的融合以及光网向智能化的发展。随着信息领域相关技术的发展，特别是Internet对数据业务增长的强大推动，人们对有光网络的功能提出了新的更高的要求，要求光网络能够实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构，能够快速、高质量地为用户提供各种带宽服务与应用，实现资源的最佳利用和实时的流量工程，从而引发了智能光网络。在智能光网络的解决方案中，自动交换光网络（ASON）已经吸引了国际学术界和工业界的广泛注意，成为下一代光网络的发展方向。由此可见，光网络信息传输技术方面的学科技术发展异常活跃，相信在不远的将来这门学科技术会有革命性的突破。我们面临的任务就是充分挖掘光通信技术的潜力，解决带宽问题，以满足信息网络互连的需求。

根据物理技术的发展进程，我们可以将网络的发展历史划分为三代，如图1.1所示。

可以将使用光纤之前的网络定义为第一代网络，那时的网络主要是使用铜缆和射频系统来承载和传递信息。第二代网络使用了光纤光缆传输介质，主要是利用光纤的巨大带宽、低误码率、高可靠性、价格低廉、抗干扰能力强等特性。虽然使用光纤传输介质在很大程度上提高了性能，尤其是带宽特性，但其通信性能却严重受制于交换节点和终端节点的电子处理“瓶颈”。为了充分利用光纤潜在的巨大带宽，满足不断增长的带宽需求，第三代网络引入了光交换机或光路由器等直接在光层配置光通道的节点设备，以消除电子“瓶颈”问题。可喜的是新型光纤、全光波带放大器、光耦合器、可调谐激光器/探测器/滤波器和全光交叉连接器等技术的进步，使得第三代网络成为可能。

图1.1 三代网络技术的演进

目前的光通信网络的复用技术有波分复用（WDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）三种。其中TDM和CDM对电子元器件的速率要求很高，而WDM对速率没有特别的要求，只要是一个波长信道的速率即可（波长信道速率在理论上可以是任选的），因此它成为最吸引人的光域复用技术。

在WDM特别是DWDM系统大规模进入商用、实现了产业化的同时，波分复用技术不断向着更多的波长、更高的单信道速率、更大的总容量方向发展。WDM特别是DWDM从20世纪90年代中期开始在国内外快速发展，特别是在长途点对点传输中得到了非常广泛的应用，有着非常好的市场前景。现在WDM技术又被广泛应用于城域/接入光网络中，同时自2000年开始，另一种形式的波分复用系统——稀疏波分复用（CWDM）出现在通信市场上，并在城域网的应用中得到了日趋广泛的发展。WDM技术在网络中的广泛应用，不仅在某种程度上解决了带宽匮乏问题，而且使单根光纤中复用的多路波长可共享同一个放大器，从而节约了设备成本。

波分复用、光交换技术以其独有的技术优势和多波长特性，正在向人们展示光网络的巨大潜力和光辉前景。光网络技术的迅速发展为Internet日益膨胀的信息流量提供了强大的网络支持。更为重要的是，光放大器和波分复用等光通信新技术的不断进步，不仅强化了光网络的重要地位，而且将光逐渐扩大到网络边缘并显示出强大的生命力。各种标准化组织目前都在努力使光网络成为一种具有所有传送功能的通用的网络平台，其中也包括使光网络成为一种具有可管理性、可动态提供保护恢复功能的网络实体。业务流量的持续增长和动态可重性OADM和OXC的应用，使得在光层提供上下和交叉连接、保护恢复等网络生存性具有很大的吸引力。