一、引言
　　
　　全光網(wǎng)（ASON）是指信息從源節(jié)點到目的節(jié)點之間全部采用光信號完成信息交換和傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。一方面技術(shù)發(fā)展使得單根光纖的可用容量高達(dá)Tbit/s，另一方面隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，業(yè)務(wù)需求迅猛膨脹，傳統(tǒng)電信號處理設(shè)備面臨“電子瓶頸”限制，用電信號處理設(shè)備構(gòu)建整個網(wǎng)絡(luò)將使節(jié)點變得龐大、復(fù)雜而且難以實現(xiàn)，直接在光域處理信息，可以避免“電子瓶頸”，充分利用光層組網(wǎng)靈活性。
　　
　　從上個世紀(jì)末，全光網(wǎng)就進(jìn)入了研究視野，但受制于光器件的發(fā)展，全光網(wǎng)大多停留在理論研究狀態(tài)，2001年通信泡沫破滅對光器件領(lǐng)域造成了重大打擊，全光網(wǎng)也因此淡出視野。現(xiàn)在幾年的時間過去了，全光網(wǎng)領(lǐng)域有什么新進(jìn)展呢?本文將從光通信技術(shù)史開始，導(dǎo)出全光網(wǎng)的誕生、衰退、現(xiàn)狀，并重點結(jié)合全光網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)介紹全光網(wǎng)的發(fā)展趨勢。
　　
　　二、全光網(wǎng)發(fā)展歷程回顧
　　
　　自高昆（K.C.Guo）和霍克曼（G.A.Hckman）于1966年提出玻璃纖維可傳輸光信號，并明確指出通訊光纖的要求是每公里衰減小于20分貝之后，通信領(lǐng)域開啟了光纖通信技術(shù)時代。光纖通信的技術(shù)自此層出不窮，推動了光纖通信的快速發(fā)展。
　　
　　1970年，美國康寧公司研制成功石英光纖；1972年，光纖通信實驗成功；1977年，美國芝加哥研制成功*套光纖通信系統(tǒng)；1987年，英國南安普頓大學(xué)研制出摻鉺光纖放大器（EDFA）；1992年，美國朗訊公司研制出實用化的波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)；1996年，波分復(fù)用WDM系統(tǒng)開始商用；1999年，華為公司推出商用的32×10Gbit/sDWDM系統(tǒng)產(chǎn)品；2001年，NEC在OFC上展示了10.92Tbit/s（273×40Gbit/s）WDM無電中繼傳輸試驗。
　　
　　隨著光纖傳輸容量的不斷提高，基于數(shù)字電子技術(shù)的電處理系統(tǒng)已經(jīng)逼近電子器件的處理上限，進(jìn)一步提高設(shè)備處理容量的難度越來越大，電子技術(shù)的發(fā)展速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上光纖容量急速增長速度。基于WDM技術(shù)，在光信號上直接完成光信號的轉(zhuǎn)發(fā)，成為共識，這導(dǎo)致了全光網(wǎng)的產(chǎn)生。WDM的廣泛鋪設(shè)進(jìn)一步推動了全光網(wǎng)絡(luò)研究熱潮，以WDM技術(shù)為基礎(chǔ)光交叉為核心的全光網(wǎng)成了競相發(fā)展的重點。
　　
　　2000年3月的OFC會議，Agilent公開演示了光交叉器件，同期Xros公司展出了*個1152×1152端口交叉的全光交叉連接設(shè)備X-1000；2001年，Agere公司推出基于MEMS技術(shù)的64×64光開關(guān)陣列，開始了商用；與之同時，世界各國也爭相投入了財力資助全光網(wǎng)應(yīng)用，如美國國防部（DARPA）資助的多波長光網(wǎng)絡(luò)MONET、國家透明光網(wǎng)絡(luò)NTON等計劃，歐洲的RACE，ACTS等計劃，日本的SUCCESS計劃，意大利的PROMETEO計劃，以及中國的“中國高速信息示范網(wǎng)”國家“八六三”重大項目等，全光網(wǎng)進(jìn)入高速發(fā)展時期。
　　
　　在這段時期，各式各樣新技術(shù)層出不窮，全光網(wǎng)中的關(guān)鍵光器件技術(shù)得到長足發(fā)展，如可調(diào)激光器、可調(diào)濾波器和全光波長轉(zhuǎn)換器等，特別是3DMEMS技術(shù)、氣泡技術(shù)使大容量光交叉器件成為現(xiàn)實，光交叉的容量也從64×64發(fā)展到1024×1024，規(guī)模靈活性越來越強，處理能力與電交叉矩陣越來越相當(dāng)，全光網(wǎng)時代似乎指日可待。
　　
　　然而，實際需求與全光網(wǎng)之間存在巨大的鴻溝，脫離了實際需求的技術(shù)發(fā)展終究不過是黃粱一夢，而股市融資加劇了投機活動，導(dǎo)致了有史以來的zui大泡沫。2001年不可阻擋的通信泡沫終于破滅，作為通信領(lǐng)域的zui大泡沫全光網(wǎng)遭受了沉重打擊。電信類上市公司市值與zui高峰時相比下降了大約2.5萬億美元，以帶寬批租運營模式為生的GlobalCrossing、WorldCom運營商更是破產(chǎn)清算，整個通信市場一片低迷蕭條。
　　
　　作為全光網(wǎng)的前沿陣地，光器件領(lǐng)域也被迫進(jìn)行了整合、瘦身運動。在2002年9月，AlcaOptronics裁掉58%的員工，關(guān)閉兩個工廠，2003年5月賣給Avanex公司；2002年10月，Nor器件部門賣給了Bookham公司；2003年2月，Corning公司宣布停止其波長交換/波長阻塞產(chǎn)品線，同年5月，其器件部門全部賣給Avanex公司；2003年3月，MEMS光開關(guān)的代表OMM公司宣布關(guān)門更是成了全光網(wǎng)進(jìn)入低迷時期的關(guān)鍵標(biāo)志。生存法則主宰了通信領(lǐng)域的發(fā)展，全光網(wǎng)進(jìn)入相對沉寂時期。
　　
　　三、全光網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
　　
　　經(jīng)歷了2001至2003年漫長的冬眠期，光傳送網(wǎng)市場在逐步復(fù)蘇，包括Verizon、SBC在內(nèi)的北美運營商、以及包括BT、FT在內(nèi)的歐洲運營商先后提出各自的光傳送網(wǎng)RFP，紛紛提到傳送網(wǎng)設(shè)備光層可配置，市場需求的啟動導(dǎo)致了全光網(wǎng)的回暖。在系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)領(lǐng)域，新興的Startup公司紛紛推出自己的光層解決方案，包括推出光波長跟蹤技術(shù)，實現(xiàn)可管理動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)解決方案；推出基于WSS支持向多向OXC演進(jìn)的ROADM光層解決方法；種種跡象表明：以光層可配置為標(biāo)志的全光網(wǎng)在逐步回暖，并成為業(yè)界關(guān)注焦點。
　　
　　與2000年的大躍進(jìn)時代不同，這次全光網(wǎng)回暖有著明顯不同的標(biāo)志。首先是通信業(yè)務(wù)特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，IPDSLAM，F(xiàn)TTH，Cable寬帶接入方式盛行，造就了Internet，IPTV、視頻通信等業(yè)務(wù)的開展，造成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量超過語音業(yè)務(wù)成為主要流量來源，通信業(yè)務(wù)流量的發(fā)展大大縮小了2000年泡沫時代市場需求與技術(shù)發(fā)展之間巨大的鴻溝。高帶寬需求的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性和不可預(yù)測性要求傳送網(wǎng)更靈活，光層可配置傳送設(shè)備日益受到青睞。
　　
　　其次，技術(shù)也在理性發(fā)展，不計成本不計代價的技術(shù)終歸無人問津。器件廠家基于成熟可靠的液晶、PLC和1D/2DMEMS技術(shù)推出了WB、WSS等光層可配置的功能型器件，與泡沫時代所追求的空分光交叉矩陣相比，新器件擴(kuò)展性好，能以較低的初始成本提供光層可配置性，而且允許網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)業(yè)務(wù)需求逐步擴(kuò)展，實現(xiàn)向全光網(wǎng)的過渡，大大降低了光層可配置器件的應(yīng)用門檻，促進(jìn)了全光網(wǎng)時代的到來。
　　
　　但電信網(wǎng)上巨大的SDH/SONET設(shè)備存量仍然是運營商主要收益來源，而且終端客戶仍然以電信號形式來處理業(yè)務(wù)，可以預(yù)見全光網(wǎng)發(fā)展不是一蹴而就的。全光網(wǎng)發(fā)展必然由點及面，逐步擴(kuò)展成真正的全光網(wǎng)。在初始階段，全光網(wǎng)在不同區(qū)域會以不同的形式表現(xiàn)出來，在骨干網(wǎng)、城域核心網(wǎng)，會以可調(diào)度可配置的區(qū)域型全光網(wǎng)出現(xiàn)。而在接入網(wǎng)，會以FTTH等形式表現(xiàn)出來，在骨干網(wǎng)、城域核心網(wǎng)、接入網(wǎng)等區(qū)域性全光網(wǎng)之間仍會存在電信號處理調(diào)度設(shè)備完成對業(yè)務(wù)信號的整合處理，光層可配置作為電層處理設(shè)備的輔助補充完成對高帶寬業(yè)務(wù)信號的快速調(diào)度。但是隨著帶寬需求量的上升及價廉質(zhì)優(yōu)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，區(qū)域性全光網(wǎng)之間的電信號處理設(shè)備終究會被全光調(diào)度設(shè)備所替代，真正的全光網(wǎng)時代也會來臨。
　　
　　而且，隨著光交換、光信號處理、光儲存等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，全光網(wǎng)將會進(jìn)一步向全數(shù)字化的、由軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，OBS/OPS光分組交換技術(shù)研究熱潮就預(yù)示著分組全光數(shù)字網(wǎng)的方向。
　　
　　四、全光網(wǎng)面臨的困難及挑戰(zhàn)
　　
　　雖然全光網(wǎng)發(fā)展可期，而且WB，WSS等ROADM器件已經(jīng)發(fā)展成熟，利用它們構(gòu)造一個動態(tài)可配置的全光網(wǎng)已經(jīng)不再是“空中樓閣”式的神話。但是，要構(gòu)建一個可獲得的可運營、可管理、可維護(hù)的性價比高的電信級傳送網(wǎng)，全光網(wǎng)還面臨著如下困難和挑戰(zhàn)：物理參數(shù)預(yù)算；光層信號透明；網(wǎng)絡(luò)傳送成本；其它。
　　
　　1、物理參數(shù)預(yù)算
　　
　　對于全光網(wǎng)而言，所有的信號處理包括傳輸和交換都是以光信號完成的，在源節(jié)點和目的節(jié)點之間的物理路徑包括有光纖、放大器、色散補償模塊、濾波器和光信號交叉裝置等。光纖會對光信號造成衰減；物理路徑上的光放大器會補償因光纖造成的光信號衰減，但光放大器會帶來額外噪聲并劣化光信號，非線性效應(yīng)會誘使光信號產(chǎn)生頻率啁啾并導(dǎo)致脈沖畸變和通道串?dāng)_；物理路徑上的光濾波器、光交叉裝置也會因為器件的隔離度等原因帶來同頻串?dāng)_或相鄰串?dāng)_，而且級聯(lián)的光濾波器還會窄化濾波器的通帶譜寬，造成光信號的頻譜分量損失。這些因素決定了全光網(wǎng)中的光信號連接過程是一個異常復(fù)雜的物理參數(shù)預(yù)算過程。
　　
　　雖然從WB，WSS等光器件的邏輯功能上看，全光網(wǎng)已經(jīng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求在源宿節(jié)點之間分配一條光通道連接，但光信號是否可以從源節(jié)點傳送至目的節(jié)點，則需要進(jìn)行非常細(xì)致的功率、OSNR、色散、非線性效應(yīng)等預(yù)算過程，而目前這些預(yù)算過程都是模擬的。特別是在長距離超長距離大范圍的全光網(wǎng)中，因為光信號遭受的劣化更嚴(yán)重，預(yù)算也更緊張，如何針對物理受限因素來選路將會是全光網(wǎng)的致命障礙。
　　
　　更糟糕的是：全光網(wǎng)是一個動態(tài)的光網(wǎng)絡(luò)，源節(jié)點和目的節(jié)點之間的光信號連接是按業(yè)務(wù)需求動態(tài)建立，即如果兩個節(jié)點要通過某一條物理路徑建立一個光信號連接，系統(tǒng)在規(guī)劃之初就必須考慮，而同源不同宿、同宿不同源但又經(jīng)過相同的物理路徑的光信號連接需要同時考慮功率、OSNR、色散預(yù)算，物理層對光信號非透明在動態(tài)全光網(wǎng)中將誘發(fā)異常復(fù)雜的物理層預(yù)算問題，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃調(diào)度將極其復(fù)雜。
　　
　　此外，因為不同公司采用長距離傳輸技術(shù)如編碼、調(diào)制、放大技術(shù)并不一致，不同實現(xiàn)方式對系統(tǒng)的改善也不盡相同，種種原因?qū)е虏煌镜娜庠O(shè)備無法在光層直接對接。雖然ITU-T希望通過制訂橫向兼容性標(biāo)準(zhǔn)解決這一問題，標(biāo)準(zhǔn)成熟仍需要假以時日。在不同廠家真正實現(xiàn)橫向兼容性之前，一個全光網(wǎng)往往只能由一家系統(tǒng)供應(yīng)商供貨，潛在的壟斷可能性將阻礙應(yīng)用。
　　
　　2、光層信號透明
　　
　　全光網(wǎng)中所有處理過程都是以光信號形式完成的，在中間節(jié)點，光信號被直接轉(zhuǎn)發(fā)。光信號的透明性保證了中間節(jié)點對業(yè)務(wù)信號的轉(zhuǎn)發(fā)等處理過程與業(yè)務(wù)信號的協(xié)議、速率等都無關(guān)，簡化了中間節(jié)點對業(yè)務(wù)的處理過程。但是，光層信號透明也帶來了其它問題，中間節(jié)點無法識別業(yè)務(wù)信號，也無法根據(jù)業(yè)務(wù)信號開銷來判斷當(dāng)前業(yè)務(wù)信號的質(zhì)量狀況。雖然光層也提供了類似功率監(jiān)控、光譜監(jiān)控方法來完成對光載波信號的監(jiān)控，但是現(xiàn)有監(jiān)控方法僅能對光功率、光信噪比、波長等相關(guān)模擬參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，而無法直接對業(yè)務(wù)信號進(jìn)行監(jiān)控，即盡管檢測到光功率、波長、OSNR等信息，但仍然無法判定其所承載的業(yè)務(wù)信號是否可用。
　　
　　光信號的透明，決定了全光網(wǎng)缺乏直接監(jiān)控業(yè)務(wù)信號質(zhì)量的方法和手段。對于一個層網(wǎng)絡(luò)而言，要提供電信級傳送服務(wù)，信號質(zhì)量監(jiān)控是*的。全光網(wǎng)要構(gòu)建一個可管理、可運營、可維護(hù)的電信級傳送網(wǎng)，就必須首先解決光層透明和信號監(jiān)控之間的關(guān)系。在無有效監(jiān)控的光信號之上無法直接構(gòu)建具備完備功能的傳送網(wǎng)。
　　
　　其次，因為光信號是透明的，光信號在全光網(wǎng)處理過程中是作為一個整體進(jìn)行交換和傳輸處理的，所有的業(yè)務(wù)拆分組合都只能在邊緣節(jié)點完成。而業(yè)務(wù)需求往往無法準(zhǔn)確預(yù)測，全光網(wǎng)為響應(yīng)業(yè)務(wù)連接需求，往往必須根據(jù)每個業(yè)務(wù)分配波長通道，這種處理方法導(dǎo)致波長利用效率顯著降低（只有同源同宿的業(yè)務(wù)才能共享相同波長通道）。而且，因為具體的業(yè)務(wù)協(xié)議、幀格式、速率往往都相差很大，為了能在不同源宿邊緣節(jié)點之間建立業(yè)務(wù)需求，往往需要預(yù)先保留對應(yīng)的業(yè)務(wù)協(xié)議處理單元，才能在不同邊緣節(jié)點之間建立業(yè)務(wù)連接，造成了網(wǎng)絡(luò)上業(yè)務(wù)協(xié)議處理單元的大量冗余。全光網(wǎng)的靈活實際上是以邊緣節(jié)點的大量冗余功能單元來保證的。
　　
　　再者，光層透明決定了中間節(jié)點無法得到隨路的帶內(nèi)開銷信息，只能依賴帶外信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運營管理維護(hù)。一方面，帶外數(shù)據(jù)通道不能保證和帶內(nèi)數(shù)據(jù)通道的實時性，不能及時反映當(dāng)前光信號路徑的情況信息，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時無法做到及時倒換；另一方面，帶外數(shù)據(jù)通道失效往往會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰，而加強帶外數(shù)據(jù)通道的可靠性只會加大網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜程度。
　　
　　3、網(wǎng)絡(luò)傳送成本
　　
　　全光網(wǎng)要成為現(xiàn)實，不僅要解決可實現(xiàn)問題，更重要的是在完成相同功能時，全光網(wǎng)要比用電組成的網(wǎng)絡(luò)更經(jīng)濟(jì)，尤其是在目前電信號處理設(shè)備已經(jīng)擁有相當(dāng)規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況下，只有更便宜有效的全光網(wǎng)才能真正被運營商接納。
　　
　　但如前所述，現(xiàn)在的zui終客戶都是用電信號來處理信息的，意味在全光網(wǎng)和用戶之間，必然存在一個光電轉(zhuǎn)換設(shè)備來完成電信號向光信號的轉(zhuǎn)變，之后在光域中完成連接。而動態(tài)的業(yè)務(wù)連接需求，必然導(dǎo)致邊緣節(jié)點的光電轉(zhuǎn)換功能單元的冗余，根據(jù)目前的成本結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換占據(jù)整個設(shè)備成本的大頭，冗余的邊緣節(jié)點光電轉(zhuǎn)換功能意味著全光網(wǎng)無法提供經(jīng)濟(jì)有效的傳送方案。
　　
　　在全光網(wǎng)中，連接都以光信號形式完成，但*，在現(xiàn)階段不同光信號是根據(jù)光載波的波長來區(qū)分的，當(dāng)一根光纖上的某個波長通道被分配后，其它業(yè)務(wù)連接就無法實現(xiàn)該波長通道。這意味著全部以光信號來處理，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重的波長阻塞，特別是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，業(yè)務(wù)連接越復(fù)雜，波長阻塞就越嚴(yán)重。過高的波長阻塞率將導(dǎo)致波長利用效率低下，也意味著既有的光纖資源無法得到充分利用，增加了成本。雖然可以通過波長轉(zhuǎn)換來降低波長阻塞度，但一方面是全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)并不成熟，商用仍有待時間，另一方面網(wǎng)絡(luò)中的波長轉(zhuǎn)換設(shè)置和業(yè)務(wù)配置相關(guān)，只有冗余的波長轉(zhuǎn)換裝置才能降低波長阻塞率，這也會造成網(wǎng)絡(luò)成本的進(jìn)一步上升。
　　
　　如前所述，如果全光網(wǎng)直接響應(yīng)業(yè)務(wù)連接需求，就必須為每一個業(yè)務(wù)連接分配一個端到端波長通道，造成波長利用效率過低。如果要改善這種狀況，就必須用允許多個業(yè)務(wù)共享相同的波長管道，意味在全光網(wǎng)之上仍然需要增加一個子波長粒度調(diào)度裝置，這會進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)冗余和成本。
　　
　　4、其它
　　
　　一方面是全光網(wǎng)在實際商用過程中存在種種問題有待解決，而另一方面電信號處理能力也在日新月異地發(fā)展。一度被人視為“電子瓶頸”的電設(shè)備處理容量限制，現(xiàn)在隨技術(shù)發(fā)展也有了非常顯著的變化，典型的是現(xiàn)在電處理能力達(dá)到T級別的設(shè)備已經(jīng)開始商用。電層處理能力的加強以及數(shù)字化電子信號將會進(jìn)一步延緩全光網(wǎng)的商用，只有在研究領(lǐng)域開發(fā)出可以與電子器件性能相媲美的價格便宜的光器件之后，全光網(wǎng)才真正有可能替代電信號處理形式成為主流。
　　
　　五、結(jié)束語
　　
　　從目前技術(shù)成熟度來看，縱然WB，WSS等可擴(kuò)展地ROADM器件已經(jīng)成熟，全光網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)可調(diào)。但在解決光層監(jiān)控等問題之前，WB，WSS等器件只是用于改善波分網(wǎng)絡(luò)的柔性，實現(xiàn)無波長規(guī)劃可任意擴(kuò)容，而不是用于動態(tài)調(diào)度。全光網(wǎng)在短期內(nèi)還只能處于一個理想狀態(tài)中，不可能規(guī)模鋪設(shè)。
　　
　　但全光網(wǎng)作為光通信技術(shù)發(fā)展的zui高階段。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，特別是長距離超長距離傳輸技術(shù)、高密度復(fù)用技術(shù)、光監(jiān)控技術(shù)、光交換交叉連接技術(shù)、全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)等的發(fā)展，全光網(wǎng)zui終也會走向成熟。從初級階段簡單的環(huán)、鏈，會逐步擴(kuò)展到P-cycle、雙環(huán)、多環(huán)、局部Mesh，zui終到光傳送網(wǎng)的階段，各種技術(shù)都已成熟，原有的多個彼此非透明的局部全光網(wǎng)將會被打通，形成相對完整的全光網(wǎng)。
　　
　　在更進(jìn)一步的未來，隨著光存儲、光計算、光交換、光多路復(fù)用解復(fù)用器件的成熟，光分組光包突發(fā)交換技術(shù)將會全光網(wǎng)走向一個全動態(tài)的數(shù)字全光網(wǎng)。