浅谈WDM关键技术及发展

李洪林

（上海通信段合肥高铁通信车间，安徽 合肥 230031）

1 WDM技术的主要特点

能利用光纤的巨大带宽。WDM技术充分利用了光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍。从而增加了光纤的传输容量，降低了成本，在很大程度上解决了带宽紧张的问题，基本能满足未来高速宽带通信网的要求。

能同时传输多种不同类型的信号。WDM技术中使用的各波长相互独立，因而可以将传输特性完全不同的信号(如数字信号、以及PDH信号和SDH信号等)混合在一起进行传输，同时也是引入宽带新业务的方便手段-通过增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量，如目前将要实现的IP over WDM技术。

单根光纤可进行双向传输。由于许多通信都是采用全双工的方式，因此WDM技术采用单纤进行双向传输可以节约大量的线路投资。另外，对已建成的光纤通信系统扩容很方便，只要原系统的功率冗余度较大，就可以进一步增容而不必对原系统做大的改动。

2 WDM关键技术分析

2.1 WDM光网络的组网技术

（1）WDM光网络的分层体系

现代电信网已变得越来越复杂，为了便于分析和规划，ITU-T提出了网络分层和分割的概念，即任意一个网络总可以从垂直方向分解为若干独立的网络层(即层网络)，相邻层网络之间具有客户/服务者关系。每一层网络在水平方向又可以按照该层内部结构分割为若干部分，因而网络分层和分割满足正交关系。采用网络分层模型后有下述主要优点：

单独地设计和运行每一层网络要比将整个网络作为单个实体来设计和运行简单方便得多。可以利用类似的一组功能来描述每一层网络，从而简化了TM1V管理目标的规定。从网络结构的观点来看，对某一层网络的增加或修改不会影响其他层网络，便于某一层独立地引进新技术和新拓扑。采用这种简单的建模方式便于容纳多种技术，使网络规范与具体实施方法无关，使规范能保持相对稳定性。

（2）WDM光网络的拓扑结构

光网络互联的拓扑特性是决定网络性能最基本的性能指标，它将影响光信号质量、光谱效率、潜在的连接、网络最大吞吐量和网络生存性。任何通信网络都存在两种拓扑结构，即物理拓扑和逻辑拓扑。我们这里以物理拓扑我主要研究对象。网络的物理拓扑就是网络节点与光缆链路的集合。随着节点技术的发展，OADM和OXC设备的出现使得光网络的各种物理拓扑地实现成为可能，基本的物理拓扑主要有以下几种:

线形。在线形拓扑中，所有的网络节点以非闭合的链路形式连接在一起，通常这种结构的端节点是波分复用的终端，中间节点是光分插复用设备。这种结构的优点是可以灵活实现上下光载波，但其生存性较差。因为节点或链路的失效将把整个系统割裂成独立的若干个部分而无法实现有效的网络通信。

星形。星形结构又可称为枢纽结构，网络中仅有一个中心节点与其他所有节点都有物理连接，而其他的各节点之间都没有物理连接。中心节点使用具有OXC功能的网元，而其他的节点可以使用波分复用终端设备。除中心节点外，其他的从节点的通信都要经过中心节点转接，这为网络带宽的综合利用提供了有利条件，但中心节点的失效必将导致整个网络的瘫痪，另外还要求中心节点具有很强的业务处理能力。

树形。树形拓扑是星形与线性的结合，在对它进行分析的时候，可采用分割概念将它分割成若干个星形与线形子网络的有机集合，再在子网分析的基础上进行综合。它与星形结构通常都应用于业务分配网络。

环形。在环形拓扑中任何两个网络节点之间都有长短两条传输方向相反的路由，因而具有良好的网络保护性能，它的优点是实现简单，生存性强，可应用于多种场合。

网孔形。在保持连通的情况下，所有的节点之间至少存在两条不同的物理连接的非环形拓扑就是网孔形拓扑。理想的网孔形拓扑中所有节点两两之间物理相连。构成网孔形网络的节点通常是OXC和OADM，它的可靠性高，但结构复杂，相关的控制和管理也相对复杂，通常应用于要求高可靠性能的骨干网中。

2.2 WDM中的波长变换技术

随着WDM网络正在逐步形成，同时对WDM网络的灵活性、可扩展性和自愈性的要求也越来越迫切。由于WDM系统中单信道的速率越来越高，信道数目越来越多，用传统的单纯基于电路的网管技术会造成整个网络复杂性的增加和成本的提高。既简单又具有一定灵活性的方法是在WDM的通道层上应用全光波长变换技术和基于波长或空分交换的方法来完成WDM网络的路由调度和OXC，这其中的关键技术之一就是全光波长变化(AOWC)。

（1）波长变换技术的分类

光波长变换技术分为两大类：一类是采用光-电-光的方式，即先将输入的光信号转换为电信号，由电信号去驱动另一个波长的激光器，再将电信号转换为光信号，实现波长转换；另一类为全光波长变换方式，是指不经过光一电转换，直接在光域内将某一波长的光信号转换到另外一个波长上。现在正在研究的全光波长变换技术，根据其所采用的基木物理原理可分为:交叉增益调制型、交叉相位调制型、四波混频效应和差频效应等。

（2）波长变换技术对组网网技术的影响

传送网的设计者常常用分层和分割技术组网，分层是指从垂直方向将网络分解为若干个独立的层网络，相临层之间是客户/服务者关系；分割是在分层的基础上，在水平方向将每一层网络分为若干个相互独立的子网络，并对每个网络进行设计和管理。全光网络本身就是一个由物理层、光层、电通道层组成的分层网络。为了充分利用波长变换技术，我们可以适时的将光层沿水平方向分割成几个互相独立的子网洛，可以大大简化网络的设计和管理。这主要是因为对于一个无波长变换器的波长通道网络来说，波长属于全局资源，网络的优化和设计必须从整个网络出发，合理分配资源。这样建立一个透明的光通道是不可能的，造成阻塞率大，对于网络的升级和扩容更不可能。

3 全光传送网的发展趋势

现阶段全光传送网的研究与试验主要是以WDM技术为核心，对波分复用的传输、交换和联网技术进行研究与试验。在传输方面，将掺饵光纤放大器（EDFA）用于波分复用传输系统，使大容量长距离全光传输成为可能。在交换技术方面，传统传送网的电路、分组交换也逐渐被空分、时分的光路交换方式替代。在联网技术方面，基于WDM的全光传送网与现有的SDH网已实现了很好的互联，IP over WDM技术也在积极地发展之中。这一切都为我们展现了WDM全光传送网的美好前景。

未来骨干网络将在网络带宽、可扩展性、生存性和运行成本等方面提出更高的要求，网络朝着宽带化发展，以保证低成本的高带宽传送；同时，网络也将朝着数据化（特别是IP）方向发展，使之逐渐成为未来所有业务的共载体。

宽带光网技术结合了波长路由光交换技术和波分复用光传输技术，在光域实现高速信息流的传输、交换、故障监测和恢复等功能，建立端到端的光通道，被誉为21世纪真正的高速信息公路。

[1]胡先志等译，光网络与波分复用，北京:人民邮电出版社，2003

[2]赵学军，WDM光网络技术及路由算法的研究，西安科技大学，2006