一、引言
　　
　　全光網（ASON）是指信息從源節點到目的節點之間全部采用光信號完成信息交換和傳輸的網絡。一方面技術發展使得單根光纖的可用容量高達Tbit/s，另一方面隨著互聯網業務的迅猛發展，業務需求迅猛膨脹，傳統電信號處理設備面臨“電子瓶頸”限制，用電信號處理設備構建整個網絡將使節點變得龐大、復雜而且難以實現，直接在光域處理信息，可以避免“電子瓶頸”，充分利用光層組網靈活性。
　　
　　從上個世紀末，全光網就進入了研究視野，但受制于光器件的發展，全光網大多停留在理論研究狀態，2001年通信泡沫破滅對光器件領域造成了重大打擊，全光網也因此淡出視野。現在幾年的時間過去了，全光網領域有什么新進展呢?本文將從光通信技術史開始，導出全光網的誕生、衰退、現狀，并重點結合全光網面臨的挑戰介紹全光網的發展趨勢。
　　
　　二、全光網發展歷程回顧
　　
　　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，通信領域開啟了光纖通信技術時代。光纖通信的技術自此層出不窮，推動了光纖通信的快速發展。
　　
　　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；1987年，英國南安普頓大學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用（WDM）系統；1996年，波分復用WDM系統開始商用；1999年，華為公司推出商用的32×10Gbit/sDWDM系統產品；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，基于數字電子技術的電處理系統已經逼近電子器件的處理上限，進一步提高設備處理容量的難度越來越大，電子技術的發展速度已經遠遠趕不上光纖容量急速增長速度。基于WDM技術，在光信號上直接完成光信號的轉發，成為共識，這導致了全光網的產生。WDM的廣泛鋪設進一步推動了全光網絡研究熱潮，以WDM技術為基礎光交叉為核心的全光網成了競相發展的重點。
　　
　　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備X-1000；2001年，Agere公司推出基于MEMS技術的64×64光開關陣列，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應用，如美國國防部（DARPA）資助的多波長光網絡MONET、國家透明光網絡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”國家“八六三”重大項目等，全光網進入高速發展時期。
　　
　　在這段時期，各式各樣新技術層出不窮，全光網中的關鍵光器件技術得到長足發展，如可調激光器、可調濾波器和全光波長轉換器等，特別是3DMEMS技術、氣泡技術使大容量光交叉器件成為現實，光交叉的容量也從64×64發展到1024×1024，規模靈活性越來越強，處理能力與電交叉矩陣越來越相當，全光網時代似乎指日可待。
　　
　　然而，實際需求與全光網之間存在巨大的鴻溝，脫離了實際需求的技術發展終究不過是黃粱一夢，而股市融資加劇了投機活動，導致了有史以來的zui大泡沫。2001年不可阻擋的通信泡沫終于破滅，作為通信領域的zui大泡沫全光網遭受了沉重打擊。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運營商更是破產清算，整個通信市場一片低迷蕭條。
　　
　　作為全光網的前沿陣地，光器件領域也被迫進行了整合、瘦身運動。在2002年9月，AlcaOptronics裁掉58%的員工，關閉兩個工廠，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光開關的代表OMM公司宣布關門更是成了全光網進入低迷時期的關鍵標志。生存法則主宰了通信領域的發展，全光網進入相對沉寂時期。
　　
　　三、全光網發展現狀及發展趨勢
　　
　　經歷了2001至2003年漫長的冬眠期，光傳送網市場在逐步復蘇，包括Verizon、SBC在內的北美運營商、以及包括BT、FT在內的歐洲運營商先后提出各自的光傳送網RFP，紛紛提到傳送網設備光層可配置，市場需求的啟動導致了全光網的回暖。在系統設備供應領域，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，實現可管理動態光網絡解決方案；推出基于WSS支持向多向OXC演進的ROADM光層解決方法；種種跡象表明：以光層可配置為標志的全光網在逐步回暖，并成為業界關注焦點。
　　
　　與2000年的大躍進時代不同，這次全光網回暖有著明顯不同的標志。首先是通信業務特別是數據業務的發展突飛猛進，IPDSLAM，FTTH，Cable寬帶接入方式盛行，造就了Internet，IPTV、視頻通信等業務的開展，造成數據業務流量超過語音業務成為主要流量來源，通信業務流量的發展大大縮小了2000年泡沫時代市場需求與技術發展之間巨大的鴻溝。高帶寬需求的數據業務的突發性和不可預測性要求傳送網更靈活，光層可配置傳送設備日益受到青睞。
　　
　　其次，技術也在理性發展，不計成本不計代價的技術終歸無人問津。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，而且允許網絡能根據業務需求逐步擴展，實現向全光網的過渡，大大降低了光層可配置器件的應用門檻，促進了全光網時代的到來。
　　
　　但電信網上巨大的SDH/SONET設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務，可以預見全光網發展不是一蹴而就的。全光網發展必然由點及面，逐步擴展成真正的全光網。在初始階段，全光網在不同區域會以不同的形式表現出來，在骨干網、城域核心網，會以可調度可配置的區域型全光網出現。而在接入網，會以FTTH等形式表現出來，在骨干網、城域核心網、接入網等區域性全光網之間仍會存在電信號處理調度設備完成對業務信號的整合處理，光層可配置作為電層處理設備的輔助補充完成對高帶寬業務信號的快速調度。但是隨著帶寬需求量的上升及價廉質優技術的發展進步，區域性全光網之間的電信號處理設備終究會被全光調度設備所替代，真正的全光網時代也會來臨。
　　
　　而且，隨著光交換、光信號處理、光儲存等技術的進一步發展，全光網將會進一步向全數字化的、由軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的光網絡演進，OBS/OPS光分組交換技術研究熱潮就預示著分組全光數字網的方向。
　　
　　四、全光網面臨的困難及挑戰
　　
　　雖然全光網發展可期，而且WB，WSS等ROADM器件已經發展成熟，利用它們構造一個動態可配置的全光網已經不再是“空中樓閣”式的神話。但是，要構建一個可獲得的可運營、可管理、可維護的性價比高的電信級傳送網，全光網還面臨著如下困難和挑戰：物理參數預算；光層信號透明；網絡傳送成本；其它。
　　
　　1、物理參數預算
　　
　　對于全光網而言，所有的信號處理包括傳輸和交換都是以光信號完成的，在源節點和目的節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，非線性效應會誘使光信號產生頻率啁啾并導致脈沖畸變和通道串擾；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擾或相鄰串擾，而且級聯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中的光信號連接過程是一個異常復雜的物理參數預算過程。
　　
　　雖然從WB，WSS等光器件的邏輯功能上看，全光網已經可以根據業務需求在源宿節點之間分配一條光通道連接，但光信號是否可以從源節點傳送至目的節點，則需要進行非常細致的功率、OSNR、色散、非線性效應等預算過程，而目前這些預算過程都是模擬的。特別是在長距離超長距離大范圍的全光網中，因為光信號遭受的劣化更嚴重，預算也更緊張，如何針對物理受限因素來選路將會是全光網的致命障礙。
　　
　　更糟糕的是：全光網是一個動態的光網絡，源節點和目的節點之間的光信號連接是按業務需求動態建立，即如果兩個節點要通過某一條物理路徑建立一個光信號連接，系統在規劃之初就必須考慮，而同源不同宿、同宿不同源但又經過相同的物理路徑的光信號連接需要同時考慮功率、OSNR、色散預算，物理層對光信號非透明在動態全光網中將誘發異常復雜的物理層預算問題，網絡規劃調度將極其復雜。
　　
　　此外，因為不同公司采用長距離傳輸技術如編碼、調制、放大技術并不一致，不同實現方式對系統的改善也不盡相同，種種原因導致不同公司的全光設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準解決這一問題，標準成熟仍需要假以時日。在不同廠家真正實現橫向兼容性之前，一個全光網往往只能由一家系統供應商供貨，潛在的壟斷可能性將阻礙應用。
　　
　　2、光層信號透明
　　
　　全光網中所有處理過程都是以光信號形式完成的，在中間節點，光信號被直接轉發。光信號的透明性保證了中間節點對業務信號的轉發等處理過程與業務信號的協議、速率等都無關，簡化了中間節點對業務的處理過程。但是，光層信號透明也帶來了其它問題，中間節點無法識別業務信號，也無法根據業務信號開銷來判斷當前業務信號的質量狀況。雖然光層也提供了類似功率監控、光譜監控方法來完成對光載波信號的監控，但是現有監控方法僅能對光功率、光信噪比、波長等相關模擬參數進行監控，而無法直接對業務信號進行監控，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務信號是否可用。
　　
　　光信號的透明，決定了全光網缺乏直接監控業務信號質量的方法和手段。對于一個層網絡而言，要提供電信級傳送服務，信號質量監控是*的。全光網要構建一個可管理、可運營、可維護的電信級傳送網，就必須首先解決光層透明和信號監控之間的關系。在無有效監控的光信號之上無法直接構建具備完備功能的傳送網。
　　
　　其次，因為光信號是透明的，光信號在全光網處理過程中是作為一個整體進行交換和傳輸處理的，所有的業務拆分組合都只能在邊緣節點完成。而業務需求往往無法準確預測，全光網為響應業務連接需求，往往必須根據每個業務分配波長通道，這種處理方法導致波長利用效率顯著降低（只有同源同宿的業務才能共享相同波長通道）。而且，因為具體的業務協議、幀格式、速率往往都相差很大，為了能在不同源宿邊緣節點之間建立業務需求，往往需要預先保留對應的業務協議處理單元，才能在不同邊緣節點之間建立業務連接，造成了網絡上業務協議處理單元的大量冗余。全光網的靈活實際上是以邊緣節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點無法得到隨路的帶內開銷信息，只能依賴帶外信息進行網絡運營管理維護。一方面，帶外數據通道不能保證和帶內數據通道的實時性，不能及時反映當前光信號路徑的情況信息，在網絡發生故障時無法做到及時倒換；另一方面，帶外數據通道失效往往會導致網絡崩潰，而加強帶外數據通道的可靠性只會加大網絡管理復雜程度。
　　
　　3、網絡傳送成本
　　
　　全光網要成為現實，不僅要解決可實現問題，更重要的是在完成相同功能時，全光網要比用電組成的網絡更經濟，尤其是在目前電信號處理設備已經擁有相當規模的網絡應用情況下，只有更便宜有效的全光網才能真正被運營商接納。
　　
　　但如前所述，現在的zui終客戶都是用電信號來處理信息的，意味在全光網和用戶之間，必然存在一個光電轉換設備來完成電信號向光信號的轉變，之后在光域中完成連接。而動態的業務連接需求，必然導致邊緣節點的光電轉換功能單元的冗余，根據目前的成本結構，光電轉換占據整個設備成本的大頭，冗余的邊緣節點光電轉換功能意味著全光網無法提供經濟有效的傳送方案。
　　
　　在全光網中，連接都以光信號形式完成，但*，在現階段不同光信號是根據光載波的波長來區分的，當一根光纖上的某個波長通道被分配后，其它業務連接就無法實現該波長通道。這意味著全部以光信號來處理，將導致網絡存在嚴重的波長阻塞，特別是網絡規模越大，業務連接越復雜，波長阻塞就越嚴重。過高的波長阻塞率將導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換來降低波長阻塞度，但一方面是全光波長轉換技術并不成熟，商用仍有待時間，另一方面網絡中的波長轉換設置和業務配置相關，只有冗余的波長轉換裝置才能降低波長阻塞率，這也會造成網絡成本的進一步上升。
　　
　　如前所述，如果全光網直接響應業務連接需求，就必須為每一個業務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務共享相同的波長管道，意味在全光網之上仍然需要增加一個子波長粒度調度裝置，這會進一步增加網絡冗余和成本。
　　
　　4、其它
　　
　　一方面是全光網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展。一度被人視為“電子瓶頸”的電設備處理容量限制，現在隨技術發展也有了非常顯著的變化，典型的是現在電處理能力達到T級別的設備已經開始商用。電層處理能力的加強以及數字化電子信號將會進一步延緩全光網的商用，只有在研究領域開發出可以與電子器件性能相媲美的價格便宜的光器件之后，全光網才真正有可能替代電信號處理形式成為主流。
　　
　　五、結束語
　　
　　從目前技術成熟度來看，縱然WB，WSS等可擴展地ROADM器件已經成熟，全光網能夠實現動態可調。但在解決光層監控等問題之前，WB，WSS等器件只是用于改善波分網絡的柔性，實現無波長規劃可任意擴容，而不是用于動態調度。全光網在短期內還只能處于一個理想狀態中，不可能規模鋪設。
　　
　　但全光網作為光通信技術發展的zui高階段。隨著光通信技術的發展，特別是長距離超長距離傳輸技術、高密度復用技術、光監控技術、光交換交叉連接技術、全光波長轉換技術等的發展，全光網zui終也會走向成熟。從初級階段簡單的環、鏈，會逐步擴展到P-cycle、雙環、多環、局部Mesh，zui終到光傳送網的階段，各種技術都已成熟，原有的多個彼此非透明的局部全光網將會被打通，形成相對完整的全光網。
　　
　　在更進一步的未來，隨著光存儲、光計算、光交換、光多路復用解復用器件的成熟，光分組光包突發交換技術將會全光網走向一個全動態的數字全光網。