用于動態(tài)可重配置網絡的波長管理設備

基于波長的網絡很可能成為下一代支持寬帶數據和多媒體業(yè)務的光網絡的基礎。

這些網絡與現有網絡不同，它們在帶寬分配以及動態(tài)和遠程可重配置性能上能夠提供更高的擴展性和靈活性。上述功能可能由網絡的光層來提供，從而省去昂貴的光電光（OEO）轉換，并保證網絡對速率和信號協議完全透明。

要成功實現這種網絡，最根本的驅動力來自于能否經濟地運營且是否便于管理。為了實現這種網絡，必須設計出能提供這些性能和功能的器件，還要保證價格低廉。

典型的動態(tài)可重配置波長網絡中包含一個具有波長管理功能的光交換核心，在提供和恢復業(yè)務時能完成業(yè)務路由。光交換核心的大小及可交換波長的數量是可變的，從幾個到幾百個不等，取決于網絡的結構和應用。為了實現動態(tài)可重配置以及波長級的業(yè)務梳理，各種各樣的策略應運而生。

理想的波長管理設備能在輸入端終結載有多個波長的光纖，能將任何數量及組合的波長從輸入端傳到任何輸出端，同時具有波長上路／下路性能。為了完成上述任務，要求波長管理設備能實現諸如交換／路由／重新配置、復用／解復用、上路／下路、衰減／均衡、阻斷以及轉換等功能。光網絡中的波長管理方案有如下兩種選擇：

.OEO交換。將光波長流轉換為電數據流，在電層梳理后再轉換為光波長流。

.光（OOO）交換。在純光層進行梳理。有時是指交換過程中不存在光電轉換，這個方案對傳輸數據的速率和信號協議是完全透明的。

在典型的OEO方案中，電交叉連接設備通常與WDM設備以及光轉發(fā)器相連，保證電交叉連接設備能單獨處理波長信道。這種方案的關鍵優(yōu)勢在于：借助數據分組級的路由就能以更精細的粒度對流量進行梳理。這樣網絡運營商就能夠有效地服務于更多的客戶，因為很多客戶對帶寬的需求并不需要為其分配一個完整的波長。

但是，OEO交換機需要光電轉換、處理每一種特定數據格式以及光信號再生的器件，這些器件導致了OEO交換機功耗大、體積也大。由于OEO系統(tǒng)對傳輸速率和信號格式的依賴性，因此只能提供有限的擴展性，而且必須配置大型的核心交換機，這種交換機通常十分昂貴，因為必須附帶交換機所需的復用／解復用器、光轉發(fā)器以及OEO轉換器，而這些設備在組網之初可能并不在預算范圍內。

相對OEO方案而言，全光交換技術能縮小體積、降低成本，而且對信號完全透明。用這種技術建立的網絡與所用數據的速率及協議無關，也適用于未來的網絡。用于全光交換方案的技術正在發(fā)展中，目前有些產品已經有樣品發(fā)布了。

縱觀歷史，全光交換方案的局限性在于通過系統(tǒng)時光損耗很大，而且只能進行波長級的梳理。下文所述的器件采用了液晶（LC）單元或微機電系統(tǒng)（MEMS）技術，這樣對光網絡中的波長進行管理時能提供更高的標準和靈活性。

液晶與MEMS技術

通過處理入射LC的光的偏振態(tài)就能夠實現對LC的控制。在LC上加電壓將觸發(fā)分子反應，從而改變入射光的偏振態(tài)。應用這一電光效應可以制成適用于兩端口間波長交換的設備，同時／或用于衰減入射光的功率水平。

不同于LC對偏振態(tài)的改變，MEMS改變的是波長信道所處的空間位置。加電后MEMS的轉鏡可以從一個位置移動到另一個位置，從而改變了波長信道所處的空間位置。這一原理與光交叉連接的原理類似，在OXC中光是以物理方式從輸入端導向輸出端的。

兩種方案用于動態(tài)波長管理設備都是可行的。LC受限于處理特定偏振態(tài)的能力，一般能用的只有兩種偏振態(tài)，這就限制了LC技術所能支持的端口數量。MEMS技術受限于轉鏡的傾角。因此LC技術通常只用于雙端口交換，而MEMS可以實現多達10端口之間的交換。

本文討論的波長管理設備的工作原理如:(圖1)所示。用多波長承載的輸入數據流經一系列光學組件處理后投射在色散組件上。色散組件將接收到的多波長輸入信號分解為單獨波長承載的信號，這樣LC單元或MEMS芯片就可以對這些單獨的波長進行交換、路由以及衰減。這種設計使用了自由空間光學技術，不僅降低了復雜度，還提供了很大的成本優(yōu)勢。這種技術還能提高集成度，進一步縮小尺寸并降低功耗。

(圖1)

雙端口波長管理設備

雙端口波長管理設備能完成波長信道阻斷以及信道衰減/均衡等功能。DWDM系統(tǒng)設計者可以利用一個基本的可完全重構的雙端口波長管理設備來實現波長選取，該設備包含一個輸入端和一個輸出端。輸入端接收包含N個波長信道的復用信號，信道間隔為50或100GHz。設備工作在C波段（1520-1570nm）和擴展L波段（1570-1620nm）。

雙端口波長管理設備可以作為波長阻斷器（WB），用法靈活多變；它能以任意次序同時衰減或阻斷任意數目的波長。盡管WB不包含上路和下路的端口，但是配合無源功率分離器就可以實現許多種波長分配結構，并且包括了上/下路功能。WB的特性在于它可以獨立且并行的處理每一個波長；因此對某一波長進行操作不會影響其它的波長。由于該器件支持遠程控制并且能實現完全重新配置，因此可以完成以下功能：

.將輸入的復用信號導向相應的輸出端，除了插入損耗外沒有任何改變。

.阻斷任意波長信道或信道組合，然后將剩余的復用信號導向相應的輸出端口。

.衰減任意波長信道或信道組合，或對信道進行均衡，然后將剩余的復用信號導向相應的輸出端口。

WB可以用作波長阻斷器和信道均衡器，這樣就省去了復用/解復用器以及每一個波長信道所需的衰減器。WB典型的插入損耗<6dB，遠遠低于傳統(tǒng)方案中13dB的插入損耗。

采用雙端口WB實現波長節(jié)點的動態(tài)配置如:(圖2)所示。在這一方案中，功率分離器分離輸入波長流。它把某一個端口連到一排可調或固定接收機上，而讓其它端口迅速通過WB，WB則按照應用要求處理不同的波長信道。按照這種方式，WB在重新配置節(jié)點方面向系統(tǒng)設計者提供了極大的靈活性，因而可用于遠程波長業(yè)務的提供及管理。

(圖2)

諸如4端口或10端口子系統(tǒng)這樣的多端口設備能提供光網絡中波長管理所需的附加功能。例如，光上/下路復用器（OADM）通常用來處理光網絡中單獨的波長通路，進而簡化端到端業(yè)務。這些設備能幫助省去昂貴的OEO轉換并構成可重新配置的網絡。4端口波長交換機不僅完成了OADM的功能，還能實現單獨信道的衰減。

4端口波長交換機有一個輸入端、一個輸出端、一個信道下路端以及一個信道上路端。就像WB那樣，輸入端接收包含N個波長的復用信號，信道間隔為50或100GHz。這種可遠程操控并且可完全重構的設備能完成下列功能：

.下路端口能下路任意數量的輸入波長信道。

.上路端口能利用下路的波長承載新的數據信號，并復合進其它復用信號中。

.能夠對單獨的波長信道進行衰減以實現功率均衡。

多端口波長交換

多端口波長交換機（MWS）在全光網絡中能為波長的重新配置提供很大的靈活性。一個1×4　MWS能完成波長路由和功率均衡等功能（圖3）。在1×4的配置中，從公用輸入端進來的任意波長可以交換到任意一個輸出端。而在4×1的配置中，來自于4個輸入端的波長可以復用為一個單一的均衡輸出信號。按照這種方式，設備提供的功能可以等效于一個N信道解復用器、N信道1×4交換機以及4個N信道復用器，其中N為波長數。一個1×4　　MWS可以構成完全無阻塞的4×4波長交叉連接器（圖4）。這種配置能夠提供任意波長從任意輸入端到任意輸出端的路由，同時完成功率均衡。

盡管能夠實現波長路由和交換的全光動態(tài)可重配置網絡的概念仍在發(fā)展中，但是開發(fā)設備及器件的努力并不少。對運營商和設備提供商而言，這些網絡有巨大的潛力，因為它們能夠提供高度有效的業(yè)務供給和遠程智能控制，還能極大地降低成本。對網絡的擴展性、靈活性以及經濟地運營網絡而言，省去OEO轉換至關重要。

(圖3)

(圖4)

作者：ArunAgarwal,KenGarrett, Peter Giernatowicz