光交换/光路由的发展现状

90年代以来，世界各大电信厂商竞相研究和试制用于光传送网络节点的OXC，其中部分设备已经过现场实验，并取得很大成功。OXC作为全光网络中的交换节点，研制开发OXC设备已成为通信领域的热点之一，美国、日本以及欧洲的少数著名公司已经完成了OXC传输设备的一些现场实验，在系统与网络间的兼容性、OXC设备的级联特性、系统的保护倒换能力、网络管理等方面取得了不少成功的经验。法国阿尔卡特研究中心在1000公里的无色散位移光纤上用WDM传送方式对无代价的OXC级联进行了实验，速率为2.5Gbps，实验中采用3个4×4的8信道OXC设备；去年，美国世界通信公司建成了第一条OXC运行网络，该网络是美国3家公司联合进行的现场试验，此OXC网络为多模系统，可接收72个收/发往返信号，提供100ms的交换，插入损耗小于2.5dB。下表为国外电信公司和设备厂商近年来进行的一些实验结果。

MONET:Multiwave length Optical Networking,多波长光网络；

METON:Metropolitan Optical Network,城域光网络；

WOTAN:Wavelength－agile Optical Transport and Access Network,波长可调光传输和接入网；

OPN: Optical Path Network,光通路网；

OPEN：Optical Pan European Network,泛欧洲光网络；

PHOTON：Pan European Photonic Transport Overlay Network,泛欧洲光传输层网；

FN: Frontier Network,国境网；

构成OXC结构的方式很多，但其中的关键在于开发先进的光器件，其中包括光交换器件和光波长转换器件。可实现光交换的器件有很多种，在光开关方面有机械光开关、聚合物光开关和半导体光开关等；在光波长转换方面有用AWG无源器件、波长可选择激光器的光－电－光转换器件以及利用四波混频效应的半导体激光放大器（SOA）实现光－光转换的全光波长转换器件等。

OXC最典型的结构有：基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器的OXC结构；基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器的OXC结构；基于分送、耦合开关的OXC结构以及基于AWG复用器的多级波长交换的OXC结构和完全基于波长交换的OXC结构等。贝尔实验室开发出的基于微电子机械系统（MEMS）的OXC实质上是一个两维易镜片阵，当需要将入射波长进行转换时，可以通过改变镜片的角度，将光波反射到相应的光纤中，这种OXC可以很容易地组成大型光交叉矩阵，同时具有极佳的光学特性。如果组成一个256×256的OXC，其体积只有25×50×50(nm3)，光路转换时间小于5ms，串扰小于－50dB，当用于WDM系统中时，插入损耗为6dB。该OXC是利用微电子机械系统技术制作的。微电子机械系统技术可以在极小的晶片上排列大规模机械矩阵，其响应速率和可靠性大大提高。从目前的情况来看，它极有可能成为今后OXC的发展方向。

功能强大的网络管理系统也是光传送网络的重要组成部分，实用化的OADM和OXC设备需要具有能够控制波长组合以及处理故障的管理单元，以便在组网时实现光传送网的可靠性和灵活性。国际电信联盟ITU－T已给出光传送网的分层管理结构的定义，光传送网的网元管理系统一般按光通道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传送层（OTS）三层设计，要求具备ECC通信信道和对设备具有配置管理、故障管理、安全管理和对设备性能进行监测的功能。

目前OXC技术存在的主要问题有三点：一是系统的完全透明性无法保证，这主要受制于全光波长转换技术尚未完全成熟；二是由于受光器件的制约，特别是大规模的光交叉矩阵开关的制约，系统的规模和灵活性不够理想。理论上讲，OXC、OADM也可以象DXC和SDH ADM一样，实现不同速率等级上的任意交叉和上下，最起码可实现类似于SDH中的AU－4高阶全交叉；三是在网络管理方面，按照ITU－T光传送网的分层结构，光传送网的网元管理系统一般按光通道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传送层（OTS）三层设计，具备ECC通信和四大管理功能，但具体细节还不够详细，很多内容有待进一步研究和规范。关于管理开销通道，已提出了多种方案来实现光传送网管理信息的传递，比较流行的作法有三种：一是带外方式（共路方式），即采用光监控信道（OSC）；二是带内方式（随路方式》，如Pilot Tone；三是带内、带外结合，在不同层采用不同的方式，如在OCH层采用带内方式，而在OMS层和OTS层采用带外方式。目前，ITU－T正在研究数字包封技术（Digital wrapper），并有可能形成标准，应引起重视。

今后的高速宽带网络一定是全光网络加IP业务网的格局。国内外的电信设备供应商TEP和IP设备供应商IEP都在加紧研制开发系列化的光交换／光路由产品。Monterey Networks公司的Monterey 20000 波长路由器可从初始的256x256波长端口扩展到160太比以上无阻塞波长端口，光波长承载2.5Gbps和10Gbps信号。Monterey 20000 波长路由器由一个中心交换子系统和多个分配输入／输出子系统组成。Cisco公司的ONS 15900波长路由器基本结构和Monterey 20000的结构相类似。中心交换子系统支持640Gbps的交换速率。每个NEBS机架中支持256个2.5G或64个10G速率的波长。上述产品都运用了波长路由协议（WaRP），端到端的恢复时间均为50毫秒。两种设备均支持1300nm和1550nm双窗口。国内一些学校和公司也正在从事OXC和OADM的研发工作。如清华大学、北京邮电大学、上海交通大学和烽火通信科技股份有限公司。烽火通信科技股份有限公司开发的OADM和OXC产品将用于中国高速示范网CAINONET。

光交换/光路由的典型应用

光交换／光路由由于能保持信号的光域特性，突破了电子网络的速率瓶颈。可以快速为客户提供端到端的高速宽带路由及虚拟光纤网络。可以为网络提供商节约25％的费用，和电子交换系统相比，可以提高速率十几倍。

WDM作为一种非常有效的扩容手段，随着技术的成熟已越来越显示出强大的生命力，市场需求急剧增加，但目前商用的WDM系统最大的缺点是缺乏足够的灵活性和可靠性，不能对业务进行有效的保护。由此，光联网技术应运而生，这种以WDM为基础，由OXC、OADM构成的光传送网，可以在光域上实现高速信息的传输、交换和故障恢复，具有结构简单、可靠性高、透明性好等突出优点。特别是能够提供自愈环保护、具有软件配置波长上下能力和一定的波长交叉能力、网管较完善的OADM设备，目前就可在现有网络中应用。以我国目前已建和在建的WDM/SDH工程为例，若要对业务进行保护， WDM必须组成环网结构，在每个节点采用二套WDM端机构成背靠背方式，使业务的保护在SDH层完成。如果用具有自愈功能、配置灵活的OADM设备组网，将会很容易做到。

此外，光交换／光路由还可以用于IP网络、光层的恢复、传送网关、带宽管理、网络恢复和光通道管理。

光交换/光路由的发展前景

世界各国都在着手研究开发全光网络产品。力求解决现行通信网中由于电子处理速度而形成的瓶颈问题。以光交换技术为基础的全光网络将是新世纪的骨干网络。

我国的通信网规模已跃居世界前列，已形成相当的光纤骨干网格局，随着通信业务量的飞速增长和形式日趋多样化，如何在现有通信网的基础上进一步扩大通信容量和实现业务的交叉互连将成为迫切的实际问题，作为未来通信发展方向的WDM光传送网，可为这一迫切问题提供很好的解决方案。

据有关资料统计，通信产业投入1亿元会在10年内使国民生产总值增加13.8亿。社会效益比自身的经济效益大得多。通信网中一般交换设备的投入远大于传输产品，因此，光交换产品的市场潜力很值得挖掘。

OXC和OADM是全光网络中至观关重要的产品。它们既具备光互连的功能，又是全光网络中的交换节点。波长转换器也是全光网络中的关键器件。借助它可以广域地互连不同的光子网。这3种产品不但是未来全光网络的关键组成部分，也是当前DWDM光传送网的关键设备,市场前景十分广阔。

方案篇

阿尔卡特

为满足未来市场需求而设计的新光层将如何适应现有网络体系结构，目前电信领域使用的生存性、重新配置、恢复力和性能监视等概念，也将用于光层。阿尔卡特的产品策略旨在实现从多点到多点体系结构向光网络的转变，为此正在开发完全重新配置的光通信系统，以提供有效的光联网功能。这些系统包括适合线性环路和网应用的光分插复用器(ADM)以及用于互连现有点对点链路和光网状网络的光交叉连接设备。

光ADM可提供线性和环型保护、线性支路保护以及1＋1设备保护。它支持2.5和10Gbps度的光多信道会聚，并支持单信道支路端口。能够交换2.5和10Gbps信号的内部矩阵具有全连通、无拥塞的特性。系统可用二纤或四纤环网，在光复用段（OMS）级和光信道(OCH)级提供光保护。

光交叉连接设备与光骨干网中其他光网元共同使用，可以支持SDH/SONET、IP和ATM业务。它交换2.5和10Gbps的光信号，并能够完成波长转换。具备这种能力将可能减少网元数量，能够以更高效的方式建立高速通道。光保护和恢复是这种产品的主要特性，使它能够交换数十亿话音信道。

在海底网络方面，光路由技术能够为海底环路的保护提供成本/空间优势，在节点不会发生业务丢失。保护功能完全可以在背对背海底终端之间的支路级的光领域中实现。这种新光通道交换设备是大型骨干传输网络中最有希望的光路功能。

虽然光网络将提供光层波长管理，但不必为全光网络(即在各节点保持透明度)。一些光ADM和光交叉连接可以使用进行电光转换的“不透明”网元，但保留逻辑级的波长信息。

了解真正透明的光网络的潜能、优势和缺点是很重要的。为了解决这些问题，阿尔卡特研究了一种全光交叉连接体系结构，能够交叉连接WDM信道并提供全光波转换，这种光交叉连接完全基于先进的阿尔卡特研究实验室的光电子器件，样机已经在丹麦、挪威、比利时和法国的实际网络中使用。试验结果令人满意，证明了全透明光器件的可行性。此外，验证设备采用的技术使交换模块可快速重新配置(纳秒数量级)。如果说毫秒交换时代足以适应电路和保护交换的需要(例如光ADM和光交叉连接)，那么高速交换则能够满足光路由器的要求。