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OTN----未来信息社会的承载平台（张劲松）
摘要：为实现高速、大容量、多业务、全透明的光传送两，目前人们正在集中研究光交
叉、光放大、光电集成、光无源器件以及全光信号处理等方面课题。同时以DWDM技术为
基础的OTN组网也从点到点形式发展到了具有OADM和OXC节点的网状网结构，而网络生存
性的需要又衍生出各种网络自愈技术。文中还提到了OTN中存在的技术难点，指出了OTN
技术发展中需要研究的课题。
主题词：先传送网 光器件 密集波分复用 网络结构 网络保护
OTN的关键技术研发状况
在最近的OFC’2000会议上，对OTN的研究主要集中在宽带放大技术、光交叉和波长
转换、光光源器件和光电集成器件、高速脉冲产生技术。光信号损伤管理以及全光信号
处理等方面。
1．光交叉
从目前不断涌现的技术方向看，MEMS成为大容量交换技术研究的主流。朗讯已经宣
布了112×112的MEMS交叉连接系统的Lambda Router全光系统，该系统中所有的12544种
连接均通过测试。这种MEMS是一种受静电控制的二维器件，安装在机械底座上。典型的
结构尺寸是10cm。该系统中任何交叉连接的时间小于10毫秒。光部分的插损在1550nm附
近是7.5±2.5dB。光纤／透镜阵列上的衍射透镜在1525－1565nm内的连接损耗变化量为
±1dB，任何一个光输出口的串扰＜－50dB。另外一新型公司Xros用硅片做成的MEMS镜面
可沿两条轴旋转，利用扭转实现光交换。扭转部分的传感器可控制交叉连接方向。Xros
的X－1000最大容量可达1152×1152。一个由两组6"×6"的MEMs级联而成的交换单元从输
入口到输出口的连接延迟不超过50ms。
2．光滤波器
目前几种主要流行的光波长滤波器技术有以下几种。
介质薄膜干涉滤波器是使用最广泛的一种滤波器，主要应用在200GHz到100GHz频率
间隔的中、低通道波分复用系统中。这种技术十分成熟，可以提供良好的温度稳定性、
通道隔离度和很宽的带宽。供货商包括国外的SCHOTT、NSG及国内的武汉烽火、中科院成
都光电所等。
平面波导滤波器主要是一种阵列波导光栅（AWG）。这种器件的优点在于集成性，频
率间隔可以达到100GHz甚至50GHz，可以同时对多个波长进行滤波。缺点是温度稳定性不
好，而且插损较大。供应商有KYMATA等。
基于光纤的滤波器主要是长周期或短周期的光纤光栅以及熔融Mach-Zehnder干涉仪
型的结构。这些器件特别是后者可以提供非常窄的频率间隔。最好可以做到2.5GHz
（0.04nm），在理论上 C波段就可以容纳1600个通道复用。插损一致性也非常好。
另一趋势是可调滤波器技术。这一技术能实现灵活的波长选择和自由的上下。其实
现的主要手段，一是利用液晶非常光折射率随外加电压变化而变化的特性，二是利用声
光效应来制作。
3．光放大
最早商用化的光放大器是EDFA，放大带宽只有约35nm（1530－1565nm），限制了能
够容纳的波长信道数。随着人们对光纤带宽资源的不断挖掘，对宽带放大器的需求增加，
从C波段到L波段直到全波段。
目前比较引人注目的是光纤拉曼放大器。石英光纤中的拉曼增益谱宽度为40THs，
主峰在13THz附近。利用这一特性，光纤可以用作宽带放大器。但受激拉曼效应的泵浦阈
值较高，实现拉曼放大器的关键是高功率泵浦，如400mw。光纤拉曼放大器的优点是：只
要能得到所需的泵浦波长就可以在任何波长处提供增益；增益介质是光纤，可以制成分
布式的放大器；噪声低。目前很多报道将拉曼放大器与EDFA组合起来用，可以得到带宽
高于100nm的光放大器。
EDFA掺杂宽带放大器方面，据报道掺饵氟化物光纤放大器（EDFFA）可以实现75nm的
放大带宽，增益为18dB，增益平坦度为±1.8dB；碲化物EDFA，带宽达76nm，增益差别小
于±1dB；另外还有增益平移接饵光纤放大器（GS－EDFA），它控制接饵光纤的粒子数反
转程度，放大1570-1600nm波段。
SOA半导体光放大器的噪声指数还比较大，直接用于光放大的还不多。另外平面和光
纤放大器的研究也展现良好的应用前景等。
OTN结构演变
以DWDM技术为基础的OTN随着技术的日益成熟，其结构和层次不断变化，其组网形式
从单跨距段点到点、多跨距段链形结构、灵活的波长通道的分插复用、环行波长通道保
护发展到波长自由交叉的灵活的网状网结构。
OTN的引入使网络层次发生变化，首先光层本身加入了光通道层（OCH）、光复用段
层（OMS）、光传输段层（OTS）三层。业务层的映射方式也发生变化。从IP over ATM／
SDH、ATM over SDH、IP over SDH、发展到IP over ATM／WDM（或OPTICAL）、IP over
WDM（或OPTICAL）。
另一发展趋势是OXC技术带来的，由于OXC的波长通道的重选路由能力，网络资源可
以得到充分的利用，OTN为业务提供全透明的端到端虚拟波长传送通道，这条通道由多个
不同波长的链路连接而成。
OTN网络保护
网络生存性居于网络完整性的一部分。网络生存性策略包括恢复技术、控制管理技
术等。恢复技术包括保护切换、重选路由、自愈等。通常将恢复技术统称为自愈技术。
WDM系统线路保护主要是基于光复用段上保护OMSP，在光路上同时对各路信号进行保
护。WDM系统环网的保护有SDH层的和光网络层的环网保护，主要的倒换模式有环倒换和
跨距倒换。
1．光复用段（OMSP）保护
这种技术是在光路上（即光缆和WDM线路系统）进行1＋1保护，而不对终端设备进行
保护。在发端和收端分别使用1×2光分路器或光开关，在发送端对台路的光信号进行分
离，在接收端对光信号进行选路。
人们也可以用1：2的耦合器来代替复用器和1：2分路器。相对于1＋1的全保护，该
方法减少了成本。光复用段保护只有在独立的两条光缆中实施才有实际意义。
2．二纤共享保护环（OMS／SPRINGs）
OTN技术的难点
OTN提出了对各种类型的业务的有综合能力的全透明传输概念，那么OTN的这种综合
能力是建立在IP层还是光通道层呢？首先，如果是建立在光通道层上的，则为业务质量
的监测、保护方式实施和虚波长路由的选择增加了难度，在光网络上传送的有模拟信息、
数字信息、电路信号信息、分组信息、低速信息和高速信息，这些信息共享网络资源。如
果采用统一的保护方式和虚波长路由方案，网络的有效性能可以得到保证，而对设备的灵
活性要求提出了过高的要求。而采用不同的保护方式，网络的有效性能得不到保证。再加
上波长通道的方案网络容量的颗粒性本身就很大，网络资源得不到充分利用。如果这种综
合能力是建立在IP层上，那么OTN的全透明传输的要求我们还需要吗？另外，建立在多波
长传输平台上的IP网，其资源分配的灵活性、时钟的同步和业务的同步问题也有待进一步
的研究。
随着OTN的引人，网络的层次重新划分，各层的功能重新分配，新的光层完成原来SDH
层的部分功能，如对业务通道的性能监测、业务的保护。而在目前，光通信技术和光器件
技术的发展还没有完全成熟，光域上还不能提供象光存储器、光定时器、光逻辑器件、光
域数字处理芯片等全光器件，所以有许多问题不得不在电域上进行处理，如信号的再生、
波长变换、网络OAM＆P、开销加载、性能监测。OTN不能映射电通信如SDH、ATM和IP网络
的模式，而应该综合光电各自优势，由全光通信承担发挥其长处、回避其短处的任务。目
前ITU－T倾向于暂时舍弃OTN的透明性要求，但是全光的OTN依然是各研究机构努力的方向。
OTN技术发展展望
在OTN技术发展过程中，首先要定义好规范的光UNI和 NNI接口，解决好网管信息的标
准化和OSC信道的定义和规划。利用OTDM或光孤子与WDM技术的结合，提高OTN传输容量，解
决好波长通道的颗粒性大的问题，进一步提高光通道层带宽利用效率。
采用波长色散自动补偿机制，对不同波长通道进行色散、非线性和噪声的在线监测、
管理和自动补偿，解决好高速长距离全光传输色散积累和噪声对系统性能的影响。
另外，级联的放大器的噪声和光传输非线性的积累也需要监测和管理机制。
网络的规划、管理、保护、网络的互通和网管信息的传递和互通等问题，也是建立高
效统一OTN的阻碍和研究课题。
摘自《世界电信》
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