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赫茨實驗室研制了速度極高的光開關,它可在160Gbit／s的光數據流中取樣。其工作原理是：利用波長分別為1302nm、1312nm的兩個光脈沖在半導體光放大器中產生的四波混頻可對照檢查155O nm的光信號脈沖取樣。這種高速開關適用于未來從光IP信號中直接提取路由地址,以便實現光IP（IP over Optical）。
基于微電子機械系統MEMS（Micro-elecromechan-ical systems）技術的微鏡陣列光開關技術也是目前發展的一個熱點。在光網絡中使用MEMS技術相對于傳統的電子設備具有低成本、快速、體積小、通信容量大,而且具有體積小、靈活可變、對比特率和協議透明、跨越電子限制提高網絡速度等優點。但目前的開關速度還達不到要求。微機械技術還可做可變光衰減器,其工作原理是利用靜電引力改變微機械中的遮蔽片的位置,以遮蔽光纖的導光面積,從而改變光衰減。該器件可由光信號控制,可用以制作：光衰減器、光功率穩定器、光功率均衡器和光波段開關。
另一種光開關是高分子數字交換器件。近來采用Polymer高分子材料制作的光波導器件正趨于成熟。高分子材料易于加工,成本低,在電極上施加電壓就可控制光信號通過或不通過光波導。目前存在問題是易于從襯底硅片上脫落、易吸水和老化問題。
2 網絡結構分類
光網絡可按照物理連接分為環網、網狀網、星型網和總線結構。環型拓樸與網狀拓撲相比有很多優點,例如：鏈路分攤的成本低,鏈路可共享,而且當出現大的突發數據流時可同時使用工作光纖和保護光纖降低路由器的負荷,從而避免了在路由器端的緩存需要。
多波長網絡又可分為單跳網和多跳網。在單路網中從源端到目的地的數據流就像一個光流一樣穿過網絡,在中間任何節點無需電的轉換。從光網絡選路方式上劃分有兩種典型的單跳網絡：廣播與選擇網（Broadcast and select network）以及波長選路網（Wavelength routed network）。
廣播與選擇網是通過無源星型耦合器件將多個節點按照星型拓樸結構連接起來的�；驹硎且詮V播形式發送,接收端有選擇地濾波接收。這種網絡主要用于高速局域網或廣域網。有兩種工作方式：固定波長光發送而使用可調諧的光接收或者接收波長固定而發送波長可調。廣播與選擇網有兩個不足之處：其一是浪費了光功率。發射的光功享送到所有的接受器,不管這個接收器是否是通信對象。這樣,對實現通信節點來說,增加了光分流引起的損耗。其二是可擴展性差。N個節點至少需要用N個波長,增加一個節點要增加一個波長,每一個接收器的可調諧范圍也要相應增加一個波長,而且不能執行波長重用。
與之相反,波長選路網關鍵元素是波長途擇交換器,它也分為兩種：波長遠路交換方式和波長轉換交換方式。前者是通過改變WDM路由動態地在通信間交換數據信號。后者通過波長轉換將數據倒換到另一個波長通道上。
若在節點中采用光開關、波長轉換器、可調諧濾波器、陣列波導路由器等光子器件,就可構成靈活的、可擴展的、可重構的光網絡結構。
3 波長路由
光網絡是由光通路將波長路由器和端節點相互連接而構成的。顯然每個鏈路可支持好多信號格式,但它們都被限定在波長粒度上。波長交換機（或波長路由器）構成形式有以下幾類：
· 非重構交換機：每個輸入端口和輸出端口對應關系是固定的而且波長一致,一旦建成就無法改變。
· 與波長元關型可重構交換機：輸入端口和輸出端口的對應關系可以動態重構,但這種關系與波長無關。即每一個輸入信號都有一些固定的輸出端口。
· 波長選擇型可重構交換機：它同時兼有端口的動態重構和依據輸入波長的選路功能。
給定一個網絡的物理拓撲和一套需要在網絡上建立的端到端光信道,而為每一個帶寬請求決定路由和分配波長就是波長途路由問題。光網絡中波長路由問題主要有3類：
一是在不使用全光波長變換模塊時,實現自適應網絡波長和路由的動態分配（RWA）問題,解決途徑是確定優化判據、波長和路由的分配算法。也包括在所需系統代價最小的情況下故障恢復路由的動態自愈恢復算法。
二是在有全光波長變換模塊時,利用波長變換模塊如何降低波長堵塞的算法研究,包括使用波長變換模塊后系統性能增加和波長路由光網絡拓撲結構、網絡尺寸的關系。
另外要實現真正的自適應路由和波長分配,還必須考慮業務流量制約下的選路問題。最理想的情況是DWDM光網絡節點監測光信道上的業務流量,根據使用情況按照相應算法增加／減少光信道數量和提高／降低光信道數據速率。
光網絡獨一無二的屬性是可以實現波長路由,通過網絡中的信號路徑由波長、源信號、網絡交換的狀態信息以及選路中的波長改變信息等來共同決定。圖2表示了一種基于波導光柵路由器（WGR）的波長選路網中光路的建立過程。WGR節點通過波長路由算法分配波長,波長轉換器的應用可增加網絡的靈活性。
波長分插復用（WADM）可與路由器直接連接,使得在兩者之間建立光路徑成為可能。由于Internet數據在發達和接收信道上具有很高的不對稱性,因此依據對稱的話音業務設計的現有通信系統不能適應這種非對稱業務。而直接將路由器與分立波長相連的一個優勢是光學系統能夠直接根據Internet數據的流量情況在以波長為基礎的光域上執行相應的流量疏導功能。
4 網絡同步和安全性
——由于DWDM系統提供的相互不存在時間關系的不同波長的復用,因此不需類似于SONET中的時鐘系統。然而要保證傳輸質量,也許在WDM系統中仍需要同步技術。
光纖可非常容易地實現安全性連接。量子密碼（Quantunm cryptography）技術使用最基本的量子互補（quantum complementarity：基于粒子與波在行為上互斥的同時又是完全描述一種現象的密不可分的兩個要素）原理就是其中之一,它允許相距較遠的兩個用戶使用共享的隨機比特序列作為密碼通信的密匙。十分復雜的傳統加密措施是通過復雜和強度很大的數學運算來實現的,與其相比分布量子密碼QKD（Quantum Key Distribution）技術,正像它的名字所表示的那樣提供了一種新型的基于基本的物理原理來保護和加密有用信息的有效方法。
5 功率均衡技術
與點到點WDM系統相比,WDM光網絡的一個重要特點是網絡中同一參考點各信道的功率不同。在端到端WDM系統中,信號發送端處各波長的功率是相等的。而在光網絡中,從本地節點上路的光信號與其它傳輸了不同距離、從而有不同光功率的一些信號復用在一起傳輸。即使是復用在一起傳輸的光信號,傳輸一段距離后,由于EDFA、光濾波器和光開關等器件對各波長的響應略有不同,它們的功率也可能不同。不同功率的波長信號經過級聯EDFA系統后,某些波長的功率將可能進一步降低,使該信道性能惡化。此外由于光網絡的上下話路、重新配置或網絡恢復等原因。使進入節點的各個波長通道的光功率也存在差異,由于光信號要經歷多個節點和鏈路,各個波長通道之間的光功率差異產生累積,導致各個光信道的信噪比下一致,使得系統服務質量受到影響,甚至使某些信道劣化到不可接受的水平。因此在光網絡中有必要在節點對每個波長的光功率進行均衡,以保證通信質量。
光網絡中通道的不均衡性可嚴重惡化網絡性能,因此通道的均衡性是光網絡性能好壞的重要依據,目前已經提出了許多均衡方案,如AOTF濾波器、MZ濾波器、F-P濾波器調諧方案,以及衰減器調諧方案等,這些方案都是利用光元源器件如可調衰減器以及有源器件如SOA的基于通道級均衡。一種方法是在終端機上的OMUX盤對輸入的多路光信號進行中斷檢測,這一消息被監控系統處理后,將通過監控信道通知到全線各站點,控制各站的光放大器的輸出動率。另一種方法是在各種光放大器盤上均設計有輸入、輸出光信號監視點,通過監控子架,實現對線路信號中各波長通道的集中監視和分析,即從光放大器盤的光監視點引入光信號,進行在線分析,可獲知任一波長通道的工作狀態,如光功率大小、光波長值、光通路的信噪比等重要參數。當功率監測點位于0XC／OADM中功放EDFA之前,監測并調整各個信道中的信號功牢或信號與噪聲的總功率時,這種方案對于各個通道的不均勻性具有很好的均衡效果。但是,如果整個復用段的光功率發生波動,會導致所有受影響的通過都進行相應的調整,這不僅增加了調整時間,還使調節過程復雜化。鏈路支持的波長數目增多時情況尤為突出。此外,在特定情況下（若通過均衡能力已經達到極限）,僅靠通道級均衡無法實現功率均衡。因此為適應網絡配置、網絡重構對各個光通道的影響,WDM光網絡中光功率均衡是WDM光網絡一個重要研究內容。
6 開銷處理
光網絡節點要支持光聯網,必然要有對光通路的OAM（操作、管理與維護）信息,因此就必須具有開銷處理能力。目前對開銷的載送方式有隨路和共路兩種,各有優缺點。而提供開銷的方法有3種：副載波調制（SCM）,例如利用引示音（Pilot Tones）;光監視通道（OSC）;數字“包封器”（Digital“Wrapper”）。
WDM系統如何與IP網結合以傳送IP信息（通稱IP 0ver WDM）,是一個極其重要的問題,因為不久的將來IP數據業務會占主要地位。當不使用SONET／SDH設備而要實現直接的IP 0ver WDM,則需要考慮在原來的SONET／SDH中執行的某些功能（如各種開銷字節的處理）如何在新型系統中來實現。目前一種方案是：光的通過開銷有兩部分,一部分在光容器幀結構內,它對應SONET／SDH的段開銷,另一部分不在幀內,而是用調制的導頻（pilot tone）另外傳送,光層只具有WDM的復用功能。
光聯網技術提供在光層上的傳送組網技術,例如在光通路（OCh）層上作OCh的快速路由和交換;為了以光通路組網,就需要具有管理頻（率）隙（slot）的能力（正像在現有網中管理時隙一樣）,這里一個頻隙就是一個光通路。
7 同頻串擾
在傳統的點到點波分復用（WDM）系統中,由于波長選擇器件（如波分復用器／解復用器和可調諧光濾波器）性能的不完善,相鄰波長信道之間會產生串擾,這種串擾被稱為異頻串擾。它是一種加性串擾,表現為在信號上疊加了一定功率的噪聲,惡化了信號的消光比。構成光網絡時這種串擾的影響下去積累,且在接收機前加光濾波器可以將其濾掉,因此對系統的影響較小。
而在以波分復用傳輸和波長交叉連接（OXC）為基礎的WDM光網絡中,當不同輸入鏈路中同一波長（頻率）的信號被送入同一光開關,根據需要完成光交叉連接后,再送入相應的波分復用器中。由于器件性能的不完善,一個信道的信號經過交叉器件后會包含其它信道的串擾。當多個信道重新耦合到一起時異頻串擾就會轉化為同頻串擾,即與信號光頻率相同的串擾。它可以是不同鏈路中相同波長間的串擾或同一信號與自身的串擾。當光通道經過多個OXC時,由于每個OXC中波長選擇器件的作用,異頻串擾不會隨著節點數的增加而積累。而同頻串擾和信號在同一個波長信道內,不受波長選擇器件的影響,將隨著節點數的增加而下斷積累。因此同頻串擾需要著重研究。
OXC引入的同頻串擾可以分為相于串擾（串擾光的相位與主信號相關）和非相干串擾（串擾光的相位與主信號不相關）。當主信號的一部分能量經過OXC變成串擾時,串擾光信號與主信號可能相干。這主要由串擾光信號和主信號的傳輸時延差與激光器的相干時間決定。當傳輸時延差小于激光器相干時間時,這種同頻串擾就成了相干串擾。為了減小串擾對系統的影響,在設計OXC時應該使不同光路的時延差大于激光器的相干時間。
總之,WDM大容量系統的試用階段即將過去,大規�；蛉娌捎肳DM光網絡系統的時候已經到來。發達國家和大公司正在規劃怎樣組建WDM網,WDM網如何管理,需要什么協議和標準,因特網或IP網又如何與WDM結合等。同時,我們也對已經取得相當成績的中國光通信事業的發展充滿信心。
8 結束語
高速、大容量信息網絡是國家信息基礎設施的核心,而WDM光纖網絡由于波長可復用空間很大,多種業務透明性很好,響應速度很快,能夠滿足寬帶多業務的綜合需求,同時光網絡具有抗電磁干擾和雷電影響的能力具有高度的信息安全性。因DWM與DWDM是實現Tb／s量級乃至更高容量的信息傳輸和構建新型網絡的最佳手段,光纖技術的最新進展已經使得石英光纖在1．3～1．5μm的二個低損耗窗口打通并連成一個區域,未來的WDM將在1．3～1．6μm的全波窗口中進行。這樣一來,WDM光纖為我們提供的信息傳輸容量是巨大的,為光纖網絡的發展提供了幾乎取之下盡的資源。
值得注意的一點是,目前的波分復用系統還是賣方市場,這就妨礙了不同系統間的互操作性。未來的若干年基于IP 0ver WDM的不同網絡解決方案將呈現蓬勃發展的態勢,而WDM技術將作為真正光網絡時代的基石,通過充分挖掘光纖的帶寬潛力提供了邁向太比特光網絡的陽光大道。
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