光通信網(wǎng)新技術(shù)

摘要：新技術(shù)的開發(fā)和使用使得光網(wǎng)絡(luò)層具有了許多原先只能在高層實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能，并使原先單純?yōu)榱嗽黾觽鬏斎萘康腤DM層具有了真正的光聯(lián)網(wǎng)功能。以光標(biāo)記交換技術(shù)、光突發(fā)分組交換技術(shù)、無纖光能信系統(tǒng)以及全新的光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表構(gòu)成了今天的光通信網(wǎng)研究熱點(diǎn)并吸引了世界各國(guó)科研院所和著名通信公司的廣泛關(guān)注。
關(guān)鍵詞：WDM光聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字包封；光標(biāo)記交換；光突發(fā)交換

1 引 言
IP業(yè)務(wù)的高速增長(zhǎng)產(chǎn)生的帶寬需求和WDM傳輸技術(shù)提供超大容量帶寬資源的雙重刺激下，傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)朝適于傳輸IP業(yè)務(wù)的新一代光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)勢(shì)在必行。數(shù)據(jù)化、寬帶化、綜合化無疑已成為如今建網(wǎng)的時(shí)尚和潮流。面向未來IP業(yè)務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)研究已經(jīng)成為各國(guó)和跨國(guó)研究計(jì)劃的重點(diǎn)，如歐洲的ACTS計(jì)劃，COST計(jì)劃，美國(guó)的NGI計(jì)劃和國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）支持的MIT、Stanford、Princeton和Michigan等多所著名大學(xué)的合作項(xiàng)目和加拿大的CA*net3國(guó)家互聯(lián)計(jì)劃中都著眼于發(fā)展承載未來IP業(yè)務(wù)的下一代光通信網(wǎng)絡(luò)。日本和澳大利亞等國(guó)的科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)也正致力于下一代光網(wǎng)絡(luò)的研究。與此同時(shí)，包括ITU-TANSIT1X1.5協(xié)會(huì)、光互聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）和IETF在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化組織也都積極致力于對(duì)可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)的研究。以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主導(dǎo)、AllOpticalNetworking（全光聯(lián)網(wǎng)）和Terabit帶寬（太比特速率）是未來光通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的必然特征和發(fā)展趨勢(shì)。
2 光通信網(wǎng)技術(shù)的研究熱點(diǎn)
目前，國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都將光通信技術(shù)的研究方向集中在下一代光網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究上，突破網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理的速率瓶頸、實(shí)現(xiàn)全光聯(lián)網(wǎng)、高效傳送和交換IP業(yè)務(wù)等全新光通信網(wǎng)技術(shù)的研究熱點(diǎn)大體如下。
2.1 光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
近幾年來，搭乘IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式發(fā)展所帶來的對(duì)帶寬無限需求這個(gè)“東風(fēng)”，波分復(fù)用技術(shù)又一次得到了蓬勃發(fā)展。其復(fù)用的波段正由常用波段（C波段）擴(kuò)展到長(zhǎng)波段（L波段）和短波段（S波段）。最新的技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)使石英光纖在1.3-1.6um的二個(gè)低損耗窗口打通并連成一個(gè)區(qū)域，未來的WDM將在1.3-1.6um的全波作口中進(jìn)行。每根光纖的傳輸容量已達(dá)到數(shù)十太比特(Terabit)，這樣一來WDM技術(shù)為光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了幾乎取之不盡的資源。同時(shí)隨著可用波長(zhǎng)數(shù)的增加和網(wǎng)絡(luò)靈活性的提高，人們發(fā)現(xiàn)WDM技術(shù)在提高傳輸能力的同時(shí)，還具有無可比擬的通過光通信直接聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用波分復(fù)用和波長(zhǎng)路由技術(shù)，將一個(gè)波長(zhǎng)作為一個(gè)通道，全光地進(jìn)行路由選擇。通過可重構(gòu)的選路節(jié)點(diǎn)建立端到端“虛波長(zhǎng)通路”，實(shí)現(xiàn)源和目的之間端到端的光連接，這將使通路之間的調(diào)配和轉(zhuǎn)接變得簡(jiǎn)單和方便。
（1）動(dòng)態(tài)路由和波長(zhǎng)分配技術(shù)
給定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浜鸵惶仔枰诰W(wǎng)絡(luò)上建立的端到端光信道，而為每一個(gè)帶寬請(qǐng)求決定路由和分配波長(zhǎng)以建立光信道的問題也就是波長(zhǎng)選路由和波長(zhǎng)分配問題（RWA）。目前較成熟的技術(shù)有最短路徑法、最少負(fù)荷法和交替固定選路法等。根據(jù)節(jié)點(diǎn)是否提供波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，光通路可以分為波長(zhǎng)通道（WP）和虛波長(zhǎng)通道（VWP）。WP可看作VMP的特例，當(dāng)整個(gè)光路都采用同一波長(zhǎng)時(shí)就稱其為波長(zhǎng)通道反之是虛波長(zhǎng)通道。
在波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)中，由于給信號(hào)分配的波長(zhǎng)通道是端到端的，每個(gè)通路教師與一個(gè)固定的波長(zhǎng)關(guān)聯(lián)，因而在動(dòng)態(tài)路由和分配波長(zhǎng)時(shí)一般必須獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，因此其控制系統(tǒng)通常必須采用集中控制方式，即在掌握了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有波長(zhǎng)復(fù)用段的占用情況后，才可能為新呼叫選一條合適的路由。這時(shí)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由和波長(zhǎng)分配所需時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。而在虛波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)中，波長(zhǎng)是逐個(gè)鏈路進(jìn)行分配的，因此可以進(jìn)行分布式控制，這樣可以大大降低光通路層選路的復(fù)雜性和選路所需的時(shí)間但卻增加了節(jié)點(diǎn)操作的復(fù)雜性。
由于波長(zhǎng)選路所需的時(shí)間較長(zhǎng)，近期提出了一種基于波長(zhǎng)作為標(biāo)記的多協(xié)議波長(zhǎng)標(biāo)記交換（MPLS）的方案，它將光交叉互聯(lián)設(shè)備視為標(biāo)記交換路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制和管理。在基于MPLS的光波長(zhǎng)標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)中的光路由器有兩種：邊界路由器和核心路由器。邊界路由器用于與速率較低的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)接入，同時(shí)電子處理功能模塊完成MPLS中較復(fù)雜的標(biāo)記處理功能，而核心路由器利用光互聯(lián)和波長(zhǎng)變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)標(biāo)記交換和上下路等比較簡(jiǎn)單的光信號(hào)處理功能。它可以更靈活地管理和分配網(wǎng)絡(luò)資源，并能較有效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理及網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)、恢復(fù)。
（2）光層的生存性
網(wǎng)絡(luò)的生存性是指網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)受各種故障后能夠維持可接收的業(yè)務(wù)質(zhì)量的能力，它是網(wǎng)絡(luò)完整性的一部分。如果不使用SDH/SONET網(wǎng)絡(luò)而要直接進(jìn)行光信道聯(lián)網(wǎng)，除了需要波長(zhǎng)預(yù)分配和靈活的波長(zhǎng)選路由策略外，還必須使光層具有網(wǎng)絡(luò)生存性能力，包括保護(hù)倒換、恢復(fù)和直接在光層上處理光信號(hào)、建立和動(dòng)態(tài)分配光通道的功能。因此目前的研究熱點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)性方面開發(fā)類似于TDMSONET環(huán)網(wǎng)和WDM環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
WDM光網(wǎng)絡(luò)與SDH網(wǎng)絡(luò)一樣，也是一個(gè)面向連接的網(wǎng)絡(luò)，所使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)單元極為相像，光網(wǎng)的核心設(shè)備以及業(yè)務(wù)恢復(fù)的主要載體是光交叉連接設(shè)備（OXC）和分插復(fù)用設(shè)備（OADM）。但是SDH光網(wǎng)絡(luò)與WDM網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別是前者是一個(gè)基于時(shí)分復(fù)用的對(duì)時(shí)隙進(jìn)行操作的“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)”；而后者處理的對(duì)象是光載波也就是模擬的“頻隙”或光通道（波長(zhǎng)），因而它是一個(gè)“模擬傳送網(wǎng)絡(luò)”。因此WDM光層網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)表現(xiàn)出一些與SDH網(wǎng)絡(luò)不同的特征：
光層恢復(fù)速度快。SDH網(wǎng)絡(luò)中，由于是對(duì)各個(gè)時(shí)隙進(jìn)行處理，恢復(fù)時(shí)支持的帶寬為電通道或電復(fù)用段所支持量級(jí)；而對(duì)于WDM光網(wǎng)絡(luò)，由于是對(duì)波長(zhǎng)直接進(jìn)行操作，無需光電轉(zhuǎn)換，可充分發(fā)揮光網(wǎng)絡(luò)巨大的帶寬潛能。
光層恢復(fù)成本低。通過光層恢復(fù)來取代或改善電層恢復(fù)，可以減少現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)方案所必須的數(shù)目眾多的電子器件。由于不必使用業(yè)務(wù)層恢復(fù)，簡(jiǎn)化了相應(yīng)的通信、管理和控制系統(tǒng)，極大地降低了成本。
光層恢復(fù)可靠性高。在業(yè)務(wù)層進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，由于層與層之間是不透明的，業(yè)務(wù)層不知道物理層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)層的替代路由可能與工作路由共享同一物理媒介（如光纖），當(dāng)該物理鏈路出現(xiàn)故障是，替代路由起不到保護(hù)作用。
未來的WDM全光網(wǎng)是一個(gè)支持多協(xié)議、多業(yè)務(wù)的綜合傳送平臺(tái)。SDH只是光網(wǎng)絡(luò)所支持的一種協(xié)議，它具有內(nèi)置恢復(fù)功能。而其它信號(hào)，如模擬視頻信號(hào)等自身不具有恢復(fù)能力。在WDM光網(wǎng)絡(luò)中的光層進(jìn)行恢復(fù)可以各種信吃提供了一個(gè)公共生存平臺(tái)，而無論該信號(hào)是否具有內(nèi)在恢復(fù)能力。
目前較成熟的一種光層保護(hù)倒換方案是1+1的WDM光復(fù)用段保護(hù)。它與SONET中的1+1復(fù)用段保護(hù)倒換方案相類似。
（3）光層開銷處理技術(shù)
當(dāng)然，如果只是有了大量可用波長(zhǎng)，還談不上就形成了光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。因?yàn)槿饴?lián)網(wǎng)技術(shù)，除了要求必須直接在光層通過業(yè)務(wù)信息外還必須在光層具有管理光信道（Och）的OAM（操作、管理、維護(hù)）信息的能力和執(zhí)行光信道性能監(jiān)測(cè)的能力。這時(shí)如果在光層使用數(shù)字包封技術(shù)將完全可以滿足這些要求，并為光網(wǎng)絡(luò)提供所有SONET/SDH網(wǎng)所具有的強(qiáng)大管理功能和高可靠性保證。數(shù)字包封技術(shù)就是用信道開銷等額外比特?cái)?shù)據(jù)從外面包裹Och客戶信號(hào)的一種數(shù)字包封技術(shù)。
總之，光纖、動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)分配和路由、WDM環(huán)網(wǎng)保護(hù)、數(shù)字包封等技術(shù)的進(jìn)步將原先單純?cè)黾酉到y(tǒng)傳輸容量的WDM技術(shù)向前大大的推進(jìn)了一步，使WDM層具有了許多原先只能在高層實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能，并使其發(fā)生了質(zhì)的飛躍----轉(zhuǎn)化為一種具有真正光聯(lián)網(wǎng)功能的新型光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而使徹底拋棄SONET/SDH而直接在具有光聯(lián)網(wǎng)功能的WDM多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)上承載IP業(yè)務(wù)成為可能。基于這些技術(shù)的全新WDM光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有兩大吸引力：一是直接通過光的互聯(lián)可以節(jié)省用于SONET/SDH系統(tǒng)升級(jí)的花費(fèi)；二是使用戶以波長(zhǎng)接入/接出成為可能，這樣能更好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。另外與SDH/SONET相比，WDM光網(wǎng)絡(luò)提供了更透明、更開放的傳送平臺(tái)，可以支持不同比特率、不同數(shù)據(jù)格式和不同業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)要求的業(yè)務(wù)的傳送，使現(xiàn)存各種網(wǎng)絡(luò)的融合成為可能。
2.2 光聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵網(wǎng)元技術(shù)
要想使全光聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵需要實(shí)現(xiàn)光分插復(fù)用（OADM）和光交叉連接（OXC）等光交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備。使用OADM和OXC執(zhí)行聯(lián)網(wǎng)功能就可靈活上下活路的非常簡(jiǎn)單的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
目前的研究重點(diǎn)主要集中在對(duì)多波長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)端到端透明光通道的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)單元及支撐技術(shù)進(jìn)行研究，包括新型的可調(diào)諧光射模塊，適用于動(dòng)態(tài)路由的增益鉗制的寬帶光纖放大器，波長(zhǎng)變換器，可調(diào)諧濾波器、MEMS開關(guān)陣列和陣列波導(dǎo)光柵（AWG）路由器件和光層的保護(hù)恢復(fù)、動(dòng)態(tài)路由等技術(shù)。AWG是目前最適于WDM復(fù)用與解復(fù)用以及作為核心器件構(gòu)成OADM和OXC的新型關(guān)鍵器件，光波導(dǎo)開關(guān)集成面陣是構(gòu)成OXC和OADM交換功能的關(guān)鍵部件。同時(shí)還有大量研究集中在拓寬光纖通信窗口和降低信道波長(zhǎng)間隔這兩個(gè)方面，以增加系統(tǒng)的波長(zhǎng)通道數(shù)、進(jìn)一步開發(fā)光纖的帶寬資源。
在一個(gè)用戶不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中引入OADM和OXC等網(wǎng)元，將有助于靈活地使用和分配波長(zhǎng)。這些新網(wǎng)元的使用可以幫助運(yùn)營(yíng)商在光子層重新配置網(wǎng)絡(luò)流量以獲得最佳的數(shù)據(jù)傳輸，并能在鏈路發(fā)生故障時(shí)迅速恢復(fù)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護(hù)和自愈功能在光領(lǐng)域中就變得越來越重要了。光網(wǎng)絡(luò)最終會(huì)丟棄緩慢而昂貴的光電轉(zhuǎn)換器，從而使未來的網(wǎng)絡(luò)以更迅速更經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。
2.3 全光標(biāo)記分組交換技術(shù)
從原理上講，前面所述的波長(zhǎng)選路仍是光層上的一種電路交換技術(shù)。為了更有效，靈活地承載未來的IP包/分組業(yè)務(wù)，另一種具有深遠(yuǎn)應(yīng)用前景的方案是由具有光分組交換功能的核心路由器構(gòu)成光網(wǎng)絡(luò)。光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的核心路由器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)空分，時(shí)分和波分交換，并且僅對(duì)帶有路由信息的光分組頭進(jìn)行高速處理而為光分組的有效負(fù)載提供透明路徑，因此它具有高速、大吞吐量、低延時(shí)、業(yè)務(wù)和比特率透明等突出優(yōu)點(diǎn)，能高效地承載IP業(yè)務(wù)，同時(shí)它還能靈活地組網(wǎng)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，大幅度提高網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性和生存能力。光核心路由器由光分組頭識(shí)別和重置、沖突解決、分組路由和傳輸控制等光信號(hào)處理功能模塊組成。同時(shí)，目前基于光標(biāo)記交換的分組光網(wǎng)絡(luò)研究在網(wǎng)絡(luò)管理和控制方面，吸收了由IETF開發(fā)的MPLS技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，將MPLS的標(biāo)簽交換、流量工程（IE）和業(yè)務(wù)分類管理融入分組交換網(wǎng)絡(luò)的管理與控制，以滿足未來多業(yè)務(wù)所要求的業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)保證。MPLS網(wǎng)絡(luò)具有支持不同網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的能力，它簡(jiǎn)化了路由器入口處處理網(wǎng)絡(luò)層頭和等價(jià)轉(zhuǎn)發(fā)類（FEC）分配的過程，實(shí)現(xiàn)了快速有效的轉(zhuǎn)發(fā)。它能夠在像IP這樣的無連接型網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建連接型業(yè)務(wù)，并提供完善的流量工程能力。
光分組交換節(jié)點(diǎn)主要由標(biāo)記交換模塊和光子交換機(jī)組成。光標(biāo)記交換模塊負(fù)責(zé)：檢測(cè)分組字頭，完整地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，檢測(cè)包的端點(diǎn)，當(dāng)需要的時(shí)候重寫光字頭；而目前比較先進(jìn)的光交換技術(shù)有：微電子機(jī)械技術(shù)（MEM）、LiNbO3交換器、快速液晶交換器、半導(dǎo)體光放大器（SOA）或電吸收EA調(diào)制器/交換器等。
在幾種全光的標(biāo)簽交換解決方案中，副載波復(fù)用（SCM）技術(shù)已經(jīng)引起了廣泛的注意。在這種方法中，數(shù)據(jù)頭和凈荷信息被復(fù)用在同一個(gè)波長(zhǎng)上，數(shù)據(jù)調(diào)制在基帶，而包頭信息承載于一個(gè)合適的副載波上。
采用SCM技術(shù)，分組頭可很容易被提取和刷新。但通常要求副載波頻帶要很窄，而且間隔較寬，因而副載波的數(shù)量受限。另外如果凈荷數(shù)據(jù)速率上升的話，基帶的頻帶展寬問題會(huì)覆蓋掉副載波頻段。全光包頭替換可以快速的光交換阻塞掉舊的包頭并插入一個(gè)新的包頭來實(shí)現(xiàn)。目前還有人提出了一種方法讓凈荷數(shù)據(jù)和分組頭信息分別使用不同的波長(zhǎng)信道傳輸，這樣頭刷新只對(duì)傳輸頭信息的信道執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。
現(xiàn)在開發(fā)了一種基于SOA（半導(dǎo)體光放大器）的新技術(shù)，它能夠在對(duì)SCM包頭進(jìn)行波長(zhǎng)變換的同時(shí)也可對(duì)基帶數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換。目前光分組技術(shù)要步入實(shí)用還受制于光存儲(chǔ)、光緩沖、光同步、光子時(shí)隙路由、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、波長(zhǎng)選擇等技術(shù)難點(diǎn)問題。因此真正的光分組交換網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)還有一段距離。
2.4 光突發(fā)數(shù)據(jù)交換技術(shù)
光突發(fā)路由器同樣能實(shí)現(xiàn)光分組交換功能。它是針對(duì)目前光信號(hào)處理技術(shù)尚未足夠成熟而提出的。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中有兩種光分組：包含路由信息的控制分組和承載業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組?？刂品纸M中的控制信息要通過路由器的電子處理，而數(shù)據(jù)分組不需光電/電光轉(zhuǎn)換和電子路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸?？刂品纸M在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個(gè)突發(fā)的數(shù)據(jù)分組對(duì)應(yīng)于一個(gè)控制分組，并且控制無組先于數(shù)據(jù)分組傳送，通過“數(shù)據(jù)報(bào)”或“虛電路”路由模式指定路由器分配空閑信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源動(dòng)態(tài)分配。數(shù)據(jù)信道與控制信道的隔離簡(jiǎn)化了突發(fā)數(shù)據(jù)交換的處理，且控制分組長(zhǎng)度非常短，因此使高速處理得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于控制分組和數(shù)據(jù)分組是通過控制分組中含有的可“重置”的時(shí)延信息相聯(lián)系的，傳輸過程中可以根據(jù)鏈路的實(shí)際狀況用電子處理對(duì)控制信元作調(diào)整，因此控制分組和信號(hào)分組都不需要光同步?？梢钥闯?，這種路由器充分發(fā)揮了現(xiàn)有的光子技術(shù)和電子技術(shù)的特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)成本相對(duì)較低、非常適合于在承載未來高突發(fā)業(yè)務(wù)的局域網(wǎng)（LAN）中應(yīng)用，超大容量的光突發(fā)數(shù)據(jù)路由器同樣可用于構(gòu)建骨干網(wǎng)。
2.5 無纖光通信技術(shù)
遠(yuǎn)在90年代光纖通信出現(xiàn)之前自由空間光通信的研究就已開始，但大氣作為傳輸媒體，沿傳輸路徑大氣有不同的溫度、密度和折射率，小氣團(tuán)就像小透鏡和棱鏡一樣對(duì)光進(jìn)行折射從而使光波形失真，而且大氣的透光特性和傳輸損耗是隨氣候和時(shí)間而變的，因此一直一來大氣光通信系統(tǒng)的傳輸容量都很小而且要求的對(duì)準(zhǔn)精度也很高，所以一直難以在通信網(wǎng)中推廣使用。
隨著光纖通信領(lǐng)域的不斷拓展，人們也遇到了一些問題。比如，在大都市中不宜挖溝鋪設(shè)光纜的兩座摩天大樓之間如何建立有效的數(shù)據(jù)聯(lián)系？在不宜建橋的河兩岸的局域網(wǎng)之間如何建立數(shù)據(jù)聯(lián)系？如何給臨時(shí)性的大型活動(dòng)提供大容量的信息通道？等等。蓬勃興起的無線移動(dòng)通信浪潮給人們以深刻的啟示：盡管手機(jī)在通話質(zhì)量和費(fèi)用上都不過固定電話，但它提供給人們的便利卻使越來越多的人將移動(dòng)通信作為自己的重要通信手段。由于光波頻率比微波頻率高得多，光通信所能提供的帶寬遠(yuǎn)大于微波通信的帶寬。能否將具有寬帶特點(diǎn)的光纖通信和具有無線連接特點(diǎn)的微波無線通信各自優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)寬帶無線光通信呢？新一代無線光通信正是在這樣的形式下應(yīng)運(yùn)而生的。它采用了光纖通信中的許多先進(jìn)技術(shù)，如波分復(fù)用、摻餌光纖放大器、前向糾錯(cuò)信道編碼等，并取得了重要的研究成果。
無纖WDM系統(tǒng)是由Lucent于1999年提出的，而且下半年推出了產(chǎn)品WaveStar OpticAir光纖DWDM系統(tǒng)，該系統(tǒng)是貝爾實(shí)驗(yàn)室的又一新突破。采用1550nm波長(zhǎng)和DWDM（波分復(fù)用）技術(shù)傳4x2.5Gbit/s，即12萬話路容量，速率高達(dá)10Gbit/d的DWDM系統(tǒng)，不再局限于經(jīng)傳統(tǒng)的光纖傳輸，用光速直接在空間傳輸話音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于該系統(tǒng)不受地形的限制和影響，抗干擾，抗惡劣氣候的能力很強(qiáng)，保密性又很好，而且采用了開放性接口，即可以承載多種業(yè)務(wù)。所以為WDM技術(shù)用于接入網(wǎng)提供了最佳的解決方案。在新澤西洲試驗(yàn)無損誤碼成功傳輸了4.4km。據(jù)稱到2000年9月傳輸距離可達(dá)5km，并且今后還可升級(jí)到8x2.5Gbit/s容量。
其主要組成部件有專用望遠(yuǎn)物鏡(Telescope)、標(biāo)準(zhǔn)光發(fā)送機(jī)和高功率的Er/Yb光放大器，其中望遠(yuǎn)物鏡和光收發(fā)送機(jī)組合在一起。關(guān)鍵技術(shù)是多徑發(fā)射和使用放大器補(bǔ)償光通道損耗。單模光纖經(jīng)分支器將光信號(hào)同時(shí)加到望遠(yuǎn)物鏡發(fā)射機(jī)的三個(gè)孔徑上，每個(gè)孔徑偏移0.5mrad（毫弧度），在大氣中傳輸4.4km后到達(dá)收端時(shí)光斑的直徑為2.2m，如此大的光班尺寸接收端不至于太難對(duì)準(zhǔn)；光接收端是一個(gè)改進(jìn)了斯密特-卡塞格倫望遠(yuǎn)物鏡，自由空間光信號(hào)進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡后被聚焦到62.5um的多模光纖上輸出。無纖光通信的主要應(yīng)用場(chǎng)合為：
在不具備接入條件或原帶寬不足時(shí)提供高效的接入接出方案；
解決了各種業(yè)務(wù)接入的“最后一公里”問題；
提供了臨近局域網(wǎng)之間的有效互連互通；
可以用作線路故障時(shí)的緊急“備用鏈路”。
2.6 多層協(xié)議棧的壩塌和新型光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
基于“IPoverWDM”的光互聯(lián)網(wǎng)是利用WDM的大容量和易操作特性在光層上傳輸數(shù)據(jù)包的一種技術(shù)。鑒于前面所述的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)的極大進(jìn)步，今天的光網(wǎng)絡(luò)層已具有了許多原先只能在高層實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能，這就使拋棄SONET/SDH而直接在具有光聯(lián)網(wǎng)功能和網(wǎng)絡(luò)管理功能的WDM多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)上承載P業(yè)務(wù)成為可能。同時(shí)也造成了傳統(tǒng)的IP-WDM的多層協(xié)議棧的壩塌。倒塌后的IP層由于增加了MPLS技術(shù)，因此其功能就類似于傳統(tǒng)IP層功能和ATM功能的綜合。而這時(shí)的光網(wǎng)絡(luò)層也綜合了SONET/SDH特性和WDH多波長(zhǎng)光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在業(yè)務(wù)層，由MPLS流量工程控制層來執(zhí)行至關(guān)重要的選路、監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)存活性。即就是使用MPLS來提高流量工程（TE）；在傳送層而由WDM光網(wǎng)絡(luò)來提供WDM傳輸和波長(zhǎng)路由的光怪聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。這樣可實(shí)現(xiàn)更加緊密的IP到WDM的集成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
總之，隨著MPLS和數(shù)字包封存器標(biāo)準(zhǔn)的制定，以它們?yōu)榛A(chǔ)的自愈恢復(fù)、QoS選路、流量工程和網(wǎng)絡(luò)管理、性能監(jiān)測(cè)等技術(shù)將快速發(fā)展。這將使未來的光互聯(lián)網(wǎng)具有更優(yōu)越的性能。未來光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將一定是既具有SDH的復(fù)用/解復(fù)用和快速自愈恢復(fù)能力，又有ATM的有QoS保證的選路交換能力，同時(shí)還具有MPLS的標(biāo)簽交換和流量工程能力以及直接在WDM層處理光信號(hào)、建立和動(dòng)態(tài)分配光通道的先進(jìn)的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。未來的光互聯(lián)網(wǎng)交換/路由節(jié)點(diǎn)的功能，基于這種技術(shù)，簡(jiǎn)化了新型聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和標(biāo)簽交換路由器的功能集成，在引入了標(biāo)記交換概念后，再附以傳統(tǒng)路由器的許多優(yōu)化手段，千兆級(jí)甚至太比特的標(biāo)記交換路由器或路由交換機(jī)（LSR）就完全可以實(shí)現(xiàn)了。
3 結(jié)束語
從光纖問世到現(xiàn)在短短30余年的時(shí)間，光傳輸?shù)乃俾室灾笖?shù)增長(zhǎng)。建立透明的全光網(wǎng)絡(luò)是技術(shù)發(fā)展的必由之路，而光聯(lián)網(wǎng)WDM光網(wǎng)絡(luò)----作為“全光通信網(wǎng)”的基石，將提供邁向太比特光通信網(wǎng)絡(luò)的陽光大道。由于在全球范圍內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域正面臨著全方位的殘酷競(jìng)爭(zhēng)，各大電信巨頭和通信設(shè)備廠商無不把面向互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的更靈活、更可靠和成本更低的下一代光網(wǎng)絡(luò)的研究和創(chuàng)新（R&I）提升到戰(zhàn)略發(fā)展高度，傳統(tǒng)光通信網(wǎng)
絡(luò)向下一代光聯(lián)網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的步伐正在加速。