1.2 光网络的基本构成

1.2.1 光网络的形成

对光网络的设想可以追溯到光同步数字传送网（SONET/SDH）技术在光纤系统中的使用。SONET/SDH技术出现后就很快地成为长途传送网上的主要技术，因为它不仅具有高的传输容量，而且还有着灵活可靠的保护方式。随着互联网业务和其他宽带业务的剧增，带宽需求已使铺设的光纤资源消耗殆尽，必须寻找合适的技术解决这个问题。在采用SDH系统挖掘光缆的带宽潜力、采用TDM技术增加单根光纤中SDH的传输容量和采用WDM技术进行波分复用这三种技术中，WDM技术得到了充分的肯定和优先发展。它在长途骨干网上已经取代了SDH技术，成为大容量传输系统的首选扩容方案。

WDM技术不仅具有SDH一样灵活的保护和恢复方式。而且也能够使光纤的传输容量几倍、几十倍地增加。在光纤发展的初期，研究人员就已预想到，光通信系统将会从简单的点对点系统发展成为多点交换系统（光网络），至少是可配置的系统。虽然光交换的概念也曾获得极大的关注，但是由于技术尚未成熟，因而当时的研究仍主要集中在光源和检波器上。

从本质上来讲，网络就是资源共享。光网络可以按多种构成形式来建立，这依赖于传输和分配过程中光的共享或复用技术的演变。许多早期的研究人员倾向于采用频率复用共享传输资源，而且由于数字革命的驱动，TDM仍然还在主干传输网络中应用。虽然TDM非常适合语音信道所需的速率灵活性.同时也适合于在长距离传输中以最大限度降低单位比特成本的更高速率来传输，但光纤中的传输损伤严重限制了TDM速率的进一步提高，同时光放大器技术的成熟使WDM具备了相对更高的性价比，最终推动了WDM的大规模部署和应用。

随着可用波长数的不断增加，光放大、光交换等技术的发展和越来越多的光传输系统升级为WDM或DWDM系统，下层的光传输网不断向多功能型、可重构、高灵活性、高性价比、支持多种多样保护恢复能力等方面发展。在DWDM技术逐渐从骨干网向城域网和接入网渗透的过程中，人们发现波分复用技术不仅可以充分利用光纤中的带宽，而且其多波长特性还具有无可比拟的光通道直接连网的优势，为进一步组成以光子交换为交换体的多波长光纤网络提供了基础，因此促使了波分复用系统由传统的点到点传输系统向光传送连网的方向发展，形成了多波长波分复用光网络，也叫光传送网（Optical Transport Network，OTN）。

在早期WDM仅作为点到点的传输系统来使用，以提高传输线路的速率。普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量，但只提供了原始的传输带宽，需要有灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力。于是业界的注意力开始转向光节点，即光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC），靠光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题，即能直接在光路上对不同波长的信号实现上下和交叉连接功能。

波长/光的分插复用器WADW/OADM（Optical Add/Drop Multiplexer）和波长/光交叉连接器WXC/OXC（Optical Cross-Connector）技术成熟后，它们与WDM技术相结合，不但能够从任意一条线路中任意上下一路或几路波长，而且可以灵活地使一个节点与其他节点形成连接，从而形成WDM光网络。另外动态、可重构型OADM和OXC，能够使WDM光网络对不同输入链路间的波长在光域上实现交叉连接和分插复用的动态重构能力，增加网络对波长通道的灵活配置能力，提高网络通道的使用效率。总之，OADM和OXC的使用使得光纤通信逐渐从点到点的单路传输系统向WDM连网的光网络方向发展，如图1.2所示。

图1.2 由点到点传输系统向WDM光网络的演进

由图1.2可见，多波长光网络的基本思想是将点到点的波分复用系统用光交叉互连节点和光分插复用节点连接起来，组成以端到端光通道为基础的光传送网。波分复用技术完成OTN节点之间的多波长通道的光信号传输，OXC节点和OADM节点则完成对光通道的交换配置功能。

光网络由光传输系统和在光域内进行交换/选路的光节点组成。光传输系统的容量和光节点的处理能力非常大，电子处理通常在边缘网络进行，边缘网络中的节点或节点系统可采用光通道通过光网络进行直接连接。

如图1.3所示，通过使用多波长光路来连网的光网络技术利用波分复用和波长路由技术，将一个个波长作为通道，全光地进行路由选择。通过可重构的选路节点建立端到端的“虚波长”通路（波长值不同的一系列波长连接起来的一条光路），实现源和目的之间端到端的光连接，这将使通路之间的调配和转接变得简单和方便。在多波长光纤网络中，采用的光路由器/交换机技术，极大地增强了节点处理的容量和速度，具有对信息传输码率、调制方式、传送协议等透明的优点，有效地克服了节点的“电子瓶颈”限制。因此，只有WDM多波长光纤网络才能满足当前和未来通信业务量迅速增长的需求。

光网络可横向分割为核心网、城域/本地网和接入网。核心网倾向于采用网状结构，城域/本地网多采用环形结构，接入网将是环形和星形相结合的复合结构。网状光网络同其他技术形式相比，更能体现WDM技术的连网优势。例如，环形网同Mesh网相比就不能充分利用资源。

图1.3 多波长光网络总体结构示意图

综上所述，各种技术进步将原先单纯增加系统传输容量的WDM技术向前大大地推进了一步，使WDM发生了质的飞跃——转化为一种具有真正光连网功能的多波长光网络技术。基于这些技术的全新WDM光连网技术具有两大吸引力：直接通过光的互连可以节省用于SONET/SDH系统升级的花费；用户以波长接入/接出成为可能，这样能更好地对网络进行控制。另外与SDH/SONET相比，WDM光网络提供了更透明、更开放的传送平台，可以支持不同比特率、不同数据格式和不同服务质量（QoS）要求的业务的传送，使现存各种网络的融合成为可能。