淺談WDM關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展

李洪林

（上海通信段合肥高鐵通信車(chē)間，安徽 合肥 230031）

1 WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)

能利用光纖的巨大帶寬。WDM技術(shù)充分利用了光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加了幾倍至幾十倍。從而增加了光纖的傳輸容量，降低了成本，在很大程度上解決了帶寬緊張的問(wèn)題，基本能滿(mǎn)足未來(lái)高速寬帶通信網(wǎng)的要求。

能同時(shí)傳輸多種不同類(lèi)型的信號(hào)。WDM技術(shù)中使用的各波長(zhǎng)相互獨(dú)立，因而可以將傳輸特性完全不同的信號(hào)(如數(shù)字信號(hào)、以及PDH信號(hào)和SDH信號(hào)等)混合在一起進(jìn)行傳輸，同時(shí)也是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段-通過(guò)增加一個(gè)附加波長(zhǎng)即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量，如目前將要實(shí)現(xiàn)的IP over WDM技術(shù)。

單根光纖可進(jìn)行雙向傳輸。由于許多通信都是采用全雙工的方式，因此WDM技術(shù)采用單纖進(jìn)行雙向傳輸可以節(jié)約大量的線路投資。另外，對(duì)已建成的光纖通信系統(tǒng)擴(kuò)容很方便，只要原系統(tǒng)的功率冗余度較大，就可以進(jìn)一步增容而不必對(duì)原系統(tǒng)做大的改動(dòng)。

2 WDM關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 WDM光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)

（1）WDM光網(wǎng)絡(luò)的分層體系

現(xiàn)代電信網(wǎng)已變得越來(lái)越復(fù)雜，為了便于分析和規(guī)劃，ITU-T提出了網(wǎng)絡(luò)分層和分割的概念，即任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)總可以從垂直方向分解為若干獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)層(即層網(wǎng)絡(luò))，相鄰層網(wǎng)絡(luò)之間具有客戶(hù)/服務(wù)者關(guān)系。每一層網(wǎng)絡(luò)在水平方向又可以按照該層內(nèi)部結(jié)構(gòu)分割為若干部分，因而網(wǎng)絡(luò)分層和分割滿(mǎn)足正交關(guān)系。采用網(wǎng)絡(luò)分層模型后有下述主要優(yōu)點(diǎn)：

單獨(dú)地設(shè)計(jì)和運(yùn)行每一層網(wǎng)絡(luò)要比將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為單個(gè)實(shí)體來(lái)設(shè)計(jì)和運(yùn)行簡(jiǎn)單方便得多。可以利用類(lèi)似的一組功能來(lái)描述每一層網(wǎng)絡(luò)，從而簡(jiǎn)化了TM1V管理目標(biāo)的規(guī)定。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)某一層網(wǎng)絡(luò)的增加或修改不會(huì)影響其他層網(wǎng)絡(luò)，便于某一層獨(dú)立地引進(jìn)新技術(shù)和新拓?fù)洹２捎眠@種簡(jiǎn)單的建模方式便于容納多種技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)范與具體實(shí)施方法無(wú)關(guān)，使規(guī)范能保持相對(duì)穩(wěn)定性。

（2）WDM光網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的拓?fù)涮匦允菦Q定網(wǎng)絡(luò)性能最基本的性能指標(biāo)，它將影響光信號(hào)質(zhì)量、光譜效率、潛在的連接、網(wǎng)絡(luò)最大吞吐量和網(wǎng)絡(luò)生存性。任何通信網(wǎng)絡(luò)都存在兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)洹Ｎ覀冞@里以物理拓?fù)湮抑饕芯繉?duì)象。網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)渚褪蔷W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與光纜鏈路的集合。隨著節(jié)點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展，OADM和OXC設(shè)備的出現(xiàn)使得光網(wǎng)絡(luò)的各種物理拓?fù)涞貙?shí)現(xiàn)成為可能，基本的物理拓?fù)渲饕幸韵聨追N:

線形。在線形拓?fù)渲校械木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以非閉合的鏈路形式連接在一起，通常這種結(jié)構(gòu)的端節(jié)點(diǎn)是波分復(fù)用的終端，中間節(jié)點(diǎn)是光分插復(fù)用設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以靈活實(shí)現(xiàn)上下光載波，但其生存性較差。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)或鏈路的失效將把整個(gè)系統(tǒng)割裂成獨(dú)立的若干個(gè)部分而無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)通信。

星形。星形結(jié)構(gòu)又可稱(chēng)為樞紐結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中僅有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)與其他所有節(jié)點(diǎn)都有物理連接，而其他的各節(jié)點(diǎn)之間都沒(méi)有物理連接。中心節(jié)點(diǎn)使用具有OXC功能的網(wǎng)元，而其他的節(jié)點(diǎn)可以使用波分復(fù)用終端設(shè)備。除中心節(jié)點(diǎn)外，其他的從節(jié)點(diǎn)的通信都要經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接，這為網(wǎng)絡(luò)帶寬的綜合利用提供了有利條件，但中心節(jié)點(diǎn)的失效必將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，另外還要求中心節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的業(yè)務(wù)處理能力。

樹(shù)形。樹(shù)形拓?fù)涫切切闻c線性的結(jié)合，在對(duì)它進(jìn)行分析的時(shí)候，可采用分割概念將它分割成若干個(gè)星形與線形子網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)集合，再在子網(wǎng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合。它與星形結(jié)構(gòu)通常都應(yīng)用于業(yè)務(wù)分配網(wǎng)絡(luò)。

環(huán)形。在環(huán)形拓?fù)渲腥魏蝺蓚€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間都有長(zhǎng)短兩條傳輸方向相反的路由，因而具有良好的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)性能，它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，生存性強(qiáng)，可應(yīng)用于多種場(chǎng)合。

網(wǎng)孔形。在保持連通的情況下，所有的節(jié)點(diǎn)之間至少存在兩條不同的物理連接的非環(huán)形拓?fù)渚褪蔷W(wǎng)孔形拓?fù)洹＠硐氲木W(wǎng)孔形拓?fù)渲兴泄?jié)點(diǎn)兩兩之間物理相連。構(gòu)成網(wǎng)孔形網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通常是OXC和OADM，它的可靠性高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)的控制和管理也相對(duì)復(fù)雜，通常應(yīng)用于要求高可靠性能的骨干網(wǎng)中。

2.2 WDM中的波長(zhǎng)變換技術(shù)

隨著WDM網(wǎng)絡(luò)正在逐步形成，同時(shí)對(duì)WDM網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性和自愈性的要求也越來(lái)越迫切。由于WDM系統(tǒng)中單信道的速率越來(lái)越高，信道數(shù)目越來(lái)越多，用傳統(tǒng)的單純基于電路的網(wǎng)管技術(shù)會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的增加和成本的提高。既簡(jiǎn)單又具有一定靈活性的方法是在WDM的通道層上應(yīng)用全光波長(zhǎng)變換技術(shù)和基于波長(zhǎng)或空分交換的方法來(lái)完成WDM網(wǎng)絡(luò)的路由調(diào)度和OXC，這其中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是全光波長(zhǎng)變化(AOWC)。

（1）波長(zhǎng)變換技術(shù)的分類(lèi)

光波長(zhǎng)變換技術(shù)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是采用光-電-光的方式，即先將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由電信號(hào)去驅(qū)動(dòng)另一個(gè)波長(zhǎng)的激光器，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；另一類(lèi)為全光波長(zhǎng)變換方式，是指不經(jīng)過(guò)光一電轉(zhuǎn)換，直接在光域內(nèi)將某一波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換到另外一個(gè)波長(zhǎng)上。現(xiàn)在正在研究的全光波長(zhǎng)變換技術(shù)，根據(jù)其所采用的基木物理原理可分為:交叉增益調(diào)制型、交叉相位調(diào)制型、四波混頻效應(yīng)和差頻效應(yīng)等。

（2）波長(zhǎng)變換技術(shù)對(duì)組網(wǎng)網(wǎng)技術(shù)的影響

傳送網(wǎng)的設(shè)計(jì)者常常用分層和分割技術(shù)組網(wǎng)，分層是指從垂直方向?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)分解為若干個(gè)獨(dú)立的層網(wǎng)絡(luò)，相臨層之間是客戶(hù)/服務(wù)者關(guān)系；分割是在分層的基礎(chǔ)上，在水平方向?qū)⒚恳粚泳W(wǎng)絡(luò)分為若干個(gè)相互獨(dú)立的子網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理。全光網(wǎng)絡(luò)本身就是一個(gè)由物理層、光層、電通道層組成的分層網(wǎng)絡(luò)。為了充分利用波長(zhǎng)變換技術(shù)，我們可以適時(shí)的將光層沿水平方向分割成幾個(gè)互相獨(dú)立的子網(wǎng)洛，可以大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和管理。這主要是因?yàn)閷?duì)于一個(gè)無(wú)波長(zhǎng)變換器的波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)屬于全局資源，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)必須從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，合理分配資源。這樣建立一個(gè)透明的光通道是不可能的，造成阻塞率大，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)和擴(kuò)容更不可能。

3 全光傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段全光傳送網(wǎng)的研究與試驗(yàn)主要是以WDM技術(shù)為核心，對(duì)波分復(fù)用的傳輸、交換和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究與試驗(yàn)。在傳輸方面，將摻餌光纖放大器（EDFA）用于波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，使大容量長(zhǎng)距離全光傳輸成為可能。在交換技術(shù)方面，傳統(tǒng)傳送網(wǎng)的電路、分組交換也逐漸被空分、時(shí)分的光路交換方式替代。在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面，基于WDM的全光傳送網(wǎng)與現(xiàn)有的SDH網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)了很好的互聯(lián)，IP over WDM技術(shù)也在積極地發(fā)展之中。這一切都為我們展現(xiàn)了WDM全光傳送網(wǎng)的美好前景。

未來(lái)骨干網(wǎng)絡(luò)將在網(wǎng)絡(luò)帶寬、可擴(kuò)展性、生存性和運(yùn)行成本等方面提出更高的要求，網(wǎng)絡(luò)朝著寬帶化發(fā)展，以保證低成本的高帶寬傳送；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)也將朝著數(shù)據(jù)化（特別是IP）方向發(fā)展，使之逐漸成為未來(lái)所有業(yè)務(wù)的共載體。

寬帶光網(wǎng)技術(shù)結(jié)合了波長(zhǎng)路由光交換技術(shù)和波分復(fù)用光傳輸技術(shù)，在光域?qū)崿F(xiàn)高速信息流的傳輸、交換、故障監(jiān)測(cè)和恢復(fù)等功能，建立端到端的光通道，被譽(yù)為21世紀(jì)真正的高速信息公路。

[1]胡先志等譯，光網(wǎng)絡(luò)與波分復(fù)用，北京:人民郵電出版社，2003

[2]趙學(xué)軍，WDM光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及路由算法的研究，西安科技大學(xué)，2006