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智能时代光纤通信的应用与发展1 万物互联——智能时代的美好蓝图物联网是新一代信息技术的重要组成部分。
其英文名称是“the internet of things”。
顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。
其定义是通过射频识别（rfid）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。
国际电信联盟于2005年的报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。
毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。
物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，也是智能时代的显著特征，但是以目前的网络环境，一般的数据传输尚不能保证带宽，物联时代又会在原本就拥挤的公路上增加成千上万的“汽车”。
物联网依赖于高速大功率的信息传播媒介，如果信息传播的基础――光纤技术没有关键性突破，那智能时代的美好未来就难以实现。
2 解决之道——光纤通信的绝对优势要实现高速大容量的数据传输显然需要借助最佳的传输媒介，众所周知光的速度是最快的，使用光波作为载波实现信息的传送，就是光纤通信。
所谓光纤正是光波的传输介质。
作为一种频率极高的电磁波，光波的通信容量非常之大，是智能时代信息传输的必然选择。
光纤通信需要把数据在发送端转换为电信号，从而引起激光器发射光束的强度变化，通过光纤可传递这种强弱信息，最后通过接收端的检测器将光信息解调为电信号。
光纤通信的很多优势是电通信所不能比拟的，比如它的传输频带宽，中继距离很长，降低了传输损耗，以石英为原料，节省了大量金属材料，使资源能够合理得到使用。
全光网络的发展历程与发展趋势摘要：本文阐述全光网络如何经过WDM技术的发展与演变、全光网络的技术研发、过渡到自动光交换网、直到当前智能光交换网络的发展历程与发展趋势。
1 引言据国外统计，骨干因特网的带宽在1997年为622Mbps,1998年是2.5Gbps,1999年突破10Gbps,2000年接近40Gbps；也就是说每经过6-9个月因特网的带宽或业务量翻一番。
按照目前单波长光纤系统的传输速率最高为40Gbps考虑，仅因特网的数据流就占满了整个单波长系统的传输容量，更不用说宽带业务和其他多媒体应用了。
事实上随着因特网的飞速发展，几乎在网络的所有层面，如企业网、接入网，传输、选路与交换等都在研发与应用高速宽带技术。
带宽的"饥渴"极大地促进了DWDM技术的快速发展，基础速率为2.5Gbps/10bps的8波、16波、32波、40波乃至80波的DWDM系统已经商用，所有的波长都落在常规的C 带内(1530-1565nm)；此波带又分为蓝带和红带。
各个波长或光路的间隔从100GHz(0.8nm)缩小到50GHz(0.4nm)。
进一步增加波长数，例如增加到160波以上时需要应用L波带(1565-1625nm)，也就是第4代WDM光纤通信系统。
当波长数达到数百量级时各光路间隔将缩小到25GHz(0.2nm)；此时对光源的精度与稳定度，对分光滤波器的分辨率的要求均很高。
表1给出新世纪开始DWDM系统研发水平的概貌。
由表1可见10Tbps的总容量业已突破，很多公司例如Ciena公司已在研发16Tbps的系统；而朗讯贝尔实验室的科研人员认为商用的DWDM系统容量最高将达到100Tbps。
DWDM系统在长途光传送网中的发展方向是超密集波分复用，超大容量和超常中继距离传输；而在城域光传送网中的发展方向是稀疏波分复用，超大容量、短传输距离和价廉的CWDM系统，也就是和具有第5光窗口的无水峰光纤即新的全波光纤相应的第5代WDM 系统。
PDH→SDH→MSTP→PTN→OTN，光传输网那些事1 传输网的演进和结构光传送网的发展历程：传输网主要分为三层：接入层、汇聚层和骨干层。
本地传输网由传输系统、光纤网、管道/光交、汇聚机房组成，其中，传输系统指SDH/PTN/OTN和PON网络。
2 PDHPDH，准同步数字系列。
PDH主要有两大系列标准：1）E1，即PCM30/32路，2.048Mbps，欧洲和我国采用此标准。
2）T1，即PCM24/路，1.544Mbps，北美采用此标准。
原理：PCM脉冲调制，对模拟信号采样，8000个样值每S，每个样值8bit，所以一个话路的速率为64kbps。
E1有32个时隙，TS0用来同步，TS16用来传送信令，其中30路用来传话音信号的，32个话路的速率为2.048Mbps，即PCM基群，也叫一次群。
…，他们的速率是四倍关系。
T1的采样与E1相同，只是有24个话路，其速率为64kbps*24 =1.544Mbps 四个一次群复用为一个二次群，当然一个二次群的速率比四个一次群的速率总和还要多一些，用于同步的码元。
四个二次群复用为一个三次群，依次类推。
E1=2.048、E2=8.448、E3=34.368Mbps ……PDH的缺点：1）没有世界性的标准（欧洲、北美和日本的速率标准不同）。
2）没有世界性的标准光接口规范。
3）结构复杂，硬件数量大，上下电路成本高，也缺乏灵活性。
4）网络运行、维护和管理能力差。
因此，要满足现代电信网络的发展需求，SDH作为一种结合高速大容量光传输技术和智能网络技术的新体制，就在这种情况下诞生了。
SDH随着以微处理器支持的智能网元的出现，使得高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的结合，SDH光同步传输网应运而生。
SDH全称为同步数字传输体制，它规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。
同时，SDH 改善了PDH的不利于大容量传输缺点。
SDH的优点：1）速率和光接口统一。
智能光网络的发展与演变摘要：文章介绍了智能光网络的概念和主要特点，回顾了自动交换光网络的发展和演变，分析了各大标准组织的工作以及各国在发展光网络中的一些重点项目，之处智能化是光网络的发展的趋势，自动交换光网络是光网络的未来。
关键词：智能光网；自动交换光网；光传送网；光交叉连接智能光网络是指具有自动传送交换链接功能的光网络。
ITU-T的建议中将与底层无关的标准智能光网络成为自动交换传送网（ASTN），而底层为光传送网（OTN）的ASTN称为自动交换光网络（ASON）。
智能光网络可以实现流量控制功能，允许将网络资源动态分配给路由；可以实现业务的快速恢复；可以提供新的业务类型，诸如按需带宽业务（BoD）和光层虚拟专用网（OVPN）等。
智能光网络的演进将是一个无缝融合的过程，可以利用现有的基于SONET/SDH和WDM的网络平滑的过渡到动态、智能的多业务光网。
1从全光网到智能光网络20世纪90年代中期，建设WDM光传送网与国际上“信息高速公路”计划的战略目标是一致的。
美国DARPA实施了光网络技术联盟（ONTC）、多波长光网（MONET）、全光网（AON）、国家透明光网（NTON）等重大研究项目。
欧盟RACE和先进通信技术系统计划（ACTS）实施了多波长光网（MWTN）、PHOTON(泛欧光子传送网)、泛欧光网（OPEN）、城域光网络（METON）、波长捷变光传送（WOTAN）、光网管理（MOON）等十几个重大研究项目。
日本、加拿大也开展了大亮的研究工作。
中国“863”计划实施完成了“全光通信试验网”，项目由上海交通大学、北京大学、清华大学、北京邮电大学联合完成。
以ACTS计划为实例，有9个项目与光网络或网络管理有关，其中包括：（1）WOTAN项目研究和解决端到端光连接的核心网和接入网的波长捷变技术。
（2）OPEN和PHOTON两个项目研究应用光交叉连接（OXC）构建泛欧多波长光网络技术。
（3）光分组交换的关键技术（KEOPS）项目发展光分组交换网的概念与技术。
该网建立在OPEN的物理层之上。
（4）一体化光基干网（COBNET）项目解决WDM和空间复用的商业局域、城域和广域网络。
（5）METON项目研究城域网面向用户提供宽带连接WDM环网。
（6）光子系统和网络的管理（MEPHISTO）和两个项目着重解决光网与网元的管理。
（7）光传送网总体技术（HORIZON）项目比较特殊，旨在其他研究项目基础上发展未来光网络，是一个大协作项目。
1998年是一个分水岭，上述全光网研究计划全部宣告完成。
从1999年开始，新一代信息网初露端倪，出现了以IP/WDM和光因特网未标注的新架构。
交换技术的IP化趋势和全光传输的宽带化趋势，构成了未来网络技术的总体发展方向，而计算机、通信、光传输技术的相互交叉与融合是这一总体方向的核心技术基础。
早在1998年创立的美国Sycamore公司充分发挥其在ATM等数据网方面的经验，第一次提出了智能光网(ION)的解决方案，推出系列产品。
ION的出现为当时的传送网提供了灵活的、按需的、即时的智能性，ION的出现改变了当时的网络体系结构，促进了新一代网络的发展。
同时，美国Monterrey公司也提供类似的ION解决方案。
1998年发起的国际光互联网论坛OIF开始致力于培育数据交换和路由设备与光网络设备的互操作性，初期分为Architecture、Physical、and Link Layer、OAM&P 3个工作网；1999年，中国高速信息示范网总体组和华为技术公司成为OIF会员。
1998年底，国家科技部、“863”计划组认识到中国与国际上的差距，及时抓住中国新一代信息网建设刚刚起步的有利时机，果断采取“技术融合、主题协同，管理创新、产业支撑”的有效措施，决定由通信技术主题牵头，与智能计算机主题、光电子主题联合立项支持“中国高速信息示范网研究开发”项目。
中国高速信息示范网是中国九五期间国家新一代信息基础建设开发与研究领域最大的示范和试验工程，是体现国家新一代骨干核心网技术能力的标志性成果。
“中国高速信息示范网”采用先进的IP/OTN技术，自主研发的核心路由器、光交叉连接器、光分叉复用器和统一网管系统，在北京地区建成了新一代高速信息网。
2从智能光网到自动交换光网2000年，业内热衷于发展全光交换的光交叉连接（OXC）设备。
2000年7月，朗讯推出了第一个真正意义的光波长路由器——LambdaRouter。
该波长路由器是基于微光机械开关（MEMS）技术的纯光交换机具有256*256的交换能力，可工作于任何光层比特率，包括40Gb/s或者超过40Gb/s，且可动态的设置容量，是一个无阻塞、模块化的已扩展产品。
大容量MEMS的出现，是大容量的OXC成为可能，一时间，全球著名的电信设备商都致力于发展基于MEMS的光开关OXC。
与此同时，ION和ASON相继成为国际标准化组织ITU-T、OIF、IETF的研究内容。
2000年初Sycamore联合一批小的设备供应商发起成立了光域业务互联（ODSI）联盟，旨在加速发展智能光网络技术标准。
但是该组织并没有存活多久就被并入了OIF。
OIF在2000年2月成立了一个工作组专门讨论与ION相关的IP over Optical技术并总结了将多协议标记交换（MPLS）扩展至光层的经验，相继推出了用户网络接口（UNI）、网络节点接口（NNI）标准，而且实现了多厂商互操作性的演示。
IETF组织在制定通用多协议标记交换（GMPLS）标准上起了带头作用，首次提出MPLamdaS。
ITU-T几乎在同事正式确定开展自动交换光网络G..ASON建议的研究。
基于其在电信和光联网方面的经验和已做的工作，ITU-T已将此方面的标准化扩大，确定了开发包括新定义的G..ASTN（自动交换传送网）在内的共计四大类（框架/结构、指配和管理、生存性、传送）约20个建议。
欧共体的LION计划是研究光网多层互工作的项目，旨在设计和试验基于ASON，承担多种客户层，具有灵活性和可管理的网络架构。
3 自动交换光网和标准化进展标准化工作是智能光网络技术最终成功的关键。
经过一年多的努力，2002年各大标准组织在ASON标准制定方面取得了巨大的进展。
ASON由ITU-T提出、研究并标准化。
它不是一个或一套协议，二是一个光网络控制平面组件以及这些组件之间接口的结构模型。
ASON为控制平面定义了UNI和NNI。
秉承了ITU的风格，ASON标准化采用自上而下的方式，从一套完整清晰的需求开始（由G.8070定义），形成高层结构设计（由G.8080定义），最后形成单元结构（由一批规范定义）。
任何满足单元结构需求的协议都可能成为实现ASON控制平面的选择。
随着IP/WDM研究的深入和多协议标签交换（MPLS）标准制动工作的进展，IETF标准化组织完成了GMPLS的大量标准化工作GMPLS基于MPLS，可以用于不同交换技术的控制平面，包括分组交换（如IP、以太网、ATM）、十分交换（如TDM）、波长交换（如WDM）和空间交换（如OXC）等。
光联网论坛(OIF)对智能光网络的关键部分—用户网络接口（UNI）进行定义时称ION能够适应网络拓扑的改变，能够通过公共的控制平面快速地提供服务，能够根据网络和相关服务的需要改变网络大小，能够提供各种服务等级和保护机制。
2001年在亚特兰大召开的光线通信展览研讨会（OFC）上OIF主持了业界的第一次基于光UNI1.0的真正的多运营商、多种技术的互操作性试验。
UNI1.0允许数据网络设备通过光网络控制在内的部分UNI1.0草案。
25家供应商成功地在一个由不同厂家设备组成的网状结构的网络中成功进行了互操作性试验。
2001年，中国高速信息示范网专项实施完成，第一次系统性地攻克了小内衣带网络技术，建成了目前全球IP/OTN方面最具代表性的高速信息示范网之一，使中国成为继美国、加拿大、法国、德国、日本、之后第六个全面掌握核心技术的国家，彻底扭转了中国在新一代信息网基础设施建设中设备完全依赖国外被动局面，取得了跨越式发展和群体突破。
这一年LION计划也已经完成了第一期的工作，建立了基于重叠模型的ASON实验平台，含一个OXC和3个OADM光节点。
ASON的控制协议主要是指GMPLS协议组，是下一代数据光通信网络不可分割的组成部分。
虽然标准化的工作还在继续进行，但2002年已经有很多产品开始提供。
目前实现GMPLS的厂家有很多，中国上海交通大学和清华大学也开发了GMPLS 簇。
一些国际知名的电信设备上，尤其是光通信产品的设备上，大多宣称推出了ASON或智能光网的节点设备。
2002年，美国AT&T公司率先在美国全国范围内敷设了连接约100个城市的智能光网络，网络由CIENA提供的约100台智能光交换机和800多台SONET多业务平台构成。
前者主要完成45Mb/s基础带宽颗粒的实时交换和动态指配；后者主要在网络边缘低速率业务至2.5Gb/s或10Gb/s速率，再经光交换选路，基于实时的信令和选路算法通过网络。
这标志着智能光网络开始进入实用。
同年，中国的第一阶段ASON研究计划宣告完成。
清华大学完成了一个5个节点（4个OXC和1个OADM）的ASON基础实验平台及模拟分析软件平台，上海交通大学完成了4节点OXC的自动交换光网试验验证平台以及15个节点的GMPLS协议可扩展性验证平台。
从智能光网络到自动交换光网络是技术通用化合标准化的必然进步。
2003年，中国863计划启动了第二阶段的ASON研究计划，研究成员将以企业为主（如烽火、中兴通讯、华为）联合著名大学（如上海交大、北邮、清华）等，开发实用化的ASON节电设备。
因此中国开发的ASON设备之日可待。
在标准化方面，随着相关标准的不断完善，个标准组织之间开始注重合作，以加快ASON标准化的进程。
各个标准组织间的合作必将促进ASON标准的快速建立，有利于加强ASON标准体系的完整性、互操作性和可实现性。
2003年3月在美国亚特兰大召开的光纤通信会议上，OIF组织了光网络控制平面互操作性演示。
12家成员公司成功地展示了集成UNI-NNI接口，实现了多厂商光控制平面路由和信令协议的兼容。
这次演示进一步验证了智能光网络的可行性，为奖励啊的实际铺设和应用奠定了基础。
有关NNI信令协议(NNI1.0)的功能要求草案也已提交给了ITU-T，该草案主要包括网络参考模型、运营商业务、控制平面调用、连接管理需求、编址方案、生存性、可扩展性、域间互联、路由收敛、安全性等内容。
ASON系列建议还没有最后完成，目前只是完成了结构、功能性的抽象描述和对系统分层、分块以及相互关系的描述，但每个模块内具体实现的实施方法还没有定义，特别是对于选路，GMPLS依然有许多工作要做。
