特約通訊員 許廷濤

在本文中，我們將會介紹Proximion公司新的超高速、高性能掃描濾波器技術(shù)。這是一項(xiàng)技術(shù)上的突破，提升了速度，而并不影響性能。讀者們還能夠更深入地了解Proxim ion公司的技術(shù)平臺——光纖智能。本文將會介紹Proxim ion公司如何直接在光芯實(shí)行光通信監(jiān)測。有了這些技術(shù)，Proxim ion公司可以為系統(tǒng)供應(yīng)商和服務(wù)提供商提供一種新型的多功能工具，即光層監(jiān)測。光層監(jiān)測適用于各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，通過驗(yàn)證質(zhì)量服務(wù)，它能夠確保光通信層的安全。

光層監(jiān)測在現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)的作用

光網(wǎng)絡(luò)在70年代初出現(xiàn)，它的出現(xiàn)得益于將玻璃轉(zhuǎn)化成高品質(zhì)、低損耗的光纖電纜的技術(shù)進(jìn)步，以及創(chuàng)建半導(dǎo)體激光器的新技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)設(shè)備一般為光學(xué)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)者所使用，這些設(shè)備只能以中等的通信速度在小范圍內(nèi)傳輸。

在過去的30年中，通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)已經(jīng)大大改善，利用了光纖的巨大運(yùn)輸能力，這項(xiàng)技術(shù)逐漸發(fā)展成為一個(gè)成熟的技術(shù)平臺。近年來，隨著通信帶寬需求的劇烈增加，新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已近開始部署，它涵蓋了從數(shù)據(jù)發(fā)送方到數(shù)據(jù)接收方的傳輸過程的每一個(gè)階段。常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括辦公、城域、長距離、超長距離以及海底網(wǎng)絡(luò)，所有這些努力都是為了滿足日益增加的帶寬需求。系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)開始研究通過在光纖中加入更多的信道使現(xiàn)有的光纖發(fā)揮更大作用，而不是安裝更多的光纖。

這種方法稱為波分復(fù)用技術(shù)（WDM）,也可以理解為通過使用特定波長的光進(jìn)行傳輸，分隔每一個(gè)信道。

現(xiàn)代光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使超過100個(gè)信道同時(shí)在一根光纖上傳輸，在遠(yuǎn)距離傳輸中，每個(gè)信道的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)每秒100億比特。因此，每根光纖最多可容納100萬個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)。

隨著信道數(shù)量的增加，信道間隔變得更密集，通信速度提升，在這種情況下，更好地利用光纖帶寬的趨勢已經(jīng)越來越明顯。這種趨勢，以及更遠(yuǎn)距離的、沒有光學(xué)數(shù)據(jù)恢復(fù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展，促進(jìn)了光層監(jiān)測需求的產(chǎn)生，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

隨著系統(tǒng)供應(yīng)商對光學(xué)通信設(shè)備不斷力求完美，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商對于高性能監(jiān)測和控制系統(tǒng)的需求也在增長。近年來，在需要應(yīng)用光層監(jiān)測的領(lǐng)域，各種應(yīng)用設(shè)備已投入使用。

光層監(jiān)測就是對傳輸光的物理性質(zhì)的精確測量，如光功率、波長以及光噪聲。此外，這些測量必須在毫秒之間完成。若要適應(yīng)現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備，則需要一個(gè)靈活的、可定制的通信接口。

Proxim ion公司的產(chǎn)品WISTOM結(jié)合了各種必須的接口，并且提供基于該公司的創(chuàng)新掃描濾波技術(shù)的光層監(jiān)測，助你解決手頭上的監(jiān)測任務(wù)。

光層監(jiān)測方案

速度需求

在系統(tǒng)供應(yīng)商或服務(wù)提供商看來，對比多款應(yīng)用在光通信中的系統(tǒng)設(shè)備，各種設(shè)備間的特征與應(yīng)用具有高度的多樣性。

仔細(xì)分析光層監(jiān)測的基本要素，可發(fā)現(xiàn)掃描濾波裝置應(yīng)滿足三個(gè)簡單的要求：

1.快速掃描

2.窄濾波帶寬

3.高邊模抑制

當(dāng)研究人員圍繞著一個(gè)覆蓋所有信道的快速掃描過濾器實(shí)行光層監(jiān)測時(shí)，出現(xiàn)了數(shù)量眾多的、依靠監(jiān)測系統(tǒng)的快速反饋循環(huán)的應(yīng)用程序。這些受益于以毫秒為單位計(jì)算的快速反應(yīng)時(shí)間的應(yīng)用程序有保護(hù)開關(guān)與動態(tài)增益均衡功能。

利用窄濾波帶寬的掃描裝置可以使光層監(jiān)測適用在高通道數(shù)系統(tǒng)中。窄濾波帶寬與高邊模抑制結(jié)合，可以得到精準(zhǔn)的光層性能測量。

用戶在選擇裝置時(shí)考慮到這三個(gè)參數(shù)，將可確保他們的監(jiān)測系統(tǒng)裝備完善。未來，信道間隔將呈下降趨勢，而信道數(shù)量將逐漸增加。

當(dāng)這三個(gè)參數(shù)整合成一個(gè)掃描裝置并且集成一個(gè)靈活的、可定制的硬件平臺時(shí)，你就可擁有一個(gè)不但適用于所有應(yīng)用設(shè)備，而且適用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)各層的監(jiān)測單元。

光纖智能

為了生產(chǎn)一個(gè)能夠滿足當(dāng)今與未來網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測需求的掃描濾波裝置，Proximion公司將技術(shù)應(yīng)用至光芯，即直接至光層本身。Proxim ion公司稱其為光纖智能。

Proxim ion公司的掃描裝置使用了一項(xiàng)擁有專利權(quán)的，專門生產(chǎn)超高速、高性能濾波器的新技術(shù)。這是通過開設(shè)一個(gè)非常窄的光柵光纖傳輸窗口完成的。

一般情況下，光柵光纖可以看作為一個(gè)光學(xué)濾波器，部分入射光將在這個(gè)光學(xué)濾波器中傳輸或反射。因此光柵會被寫入光芯內(nèi)，這樣就可以與傳輸光相互作用。

光柵是通過將特制的光芯部分暴露在紫外線條紋下產(chǎn)生的。光芯部分的直徑通常不超過5微米（即相當(dāng)于普通人體毛發(fā)直徑的十分之一）。紫外線會局部性地促使光纖核心部分的折射率發(fā)生改變。折射率的改變，即使是細(xì)微的變化，都會被看作一面小鏡子，當(dāng)傳輸光試圖穿過光柵時(shí)，其中的一部分傳輸光將會被反射。為了在一定的間隔內(nèi)，有序地的制造數(shù)量眾多的局部“小鏡子”，Proximion公司研制出了光學(xué)諧振腔。通過調(diào)整鏡子元素間的距離和振幅，濾波器的特性（如波長與發(fā)射光的數(shù)量）也可以調(diào)整。

Proxim ion公司的多功能和獨(dú)特的光柵寫入技術(shù)采用了雙光束干涉儀制造紫外線條紋，用于促使光芯折射率的改變。一個(gè)高度精確的移動控制器可以在幾百毫米中以納米級的精確度依次加入這些條紋。通過主動地控制加入條紋的周期，以及添加抖動機(jī)制，可以為任意一個(gè)應(yīng)用程序生產(chǎn)各種濾波器。

通過計(jì)算機(jī)的按鍵，很容易就能改變光柵的特性，如波長范圍、反射、邊模抑制和色散補(bǔ)償?shù)取?/p>

掃描濾波器

被監(jiān)測光首先被分流到主輸電線路，然后傳輸?shù)矫芊獾膾呙柩b置中。在密封的裝置內(nèi)部，被監(jiān)測光首先通過一個(gè)光循環(huán)，這個(gè)光循環(huán)會引導(dǎo)被監(jiān)測光走向?qū)拵Ч饫w光柵，而光纖光柵只會反射被分析的通信信道的光學(xué)光譜。因此，帶通濾波器拒絕傳輸任何雜散光，通信頻帶外的信道會出現(xiàn)在傳輸線上。經(jīng)過反射和過濾的光再次通過光循環(huán)，這次光循環(huán)引導(dǎo)光進(jìn)入掃描濾波器。

掃描濾波器有兩個(gè)主要組成部分：

1.聲光器設(shè)備

Proxim ion公司的光層監(jiān)測器W ISTOM

2.啁啾光纖光柵

電子信號發(fā)生器驅(qū)動發(fā)聲器，發(fā)聲器發(fā)出一個(gè)短的、縱向的聲脈沖至光芯。這個(gè)脈沖以極快的速度在光纖中傳輸，并通過長長的光纖光柵。啁啾光纖光柵的特點(diǎn)是在光柵中明確界定的位置反射特定波長的光。隨著聲脈沖通過光柵，對光芯折射率的局部與疊加的干擾已經(jīng)完成。通過特殊的干擾，可以創(chuàng)建出具有高邊模抑制的窄傳輸窗口，這個(gè)窄傳輸窗口可以允許特定波長的光通過光柵。脈沖穿過啁啾光柵后，傳輸窗口的中心波長就會被轉(zhuǎn)變，然后執(zhí)行掃描。聲脈沖在光柵中傳輸?shù)乃俣仁菢O其之快的。一次對整個(gè)通信頻帶的掃描在100微秒內(nèi)完成。如果我們在倫敦與巴黎之間連接上一條光纖，那么聲脈沖可在60秒內(nèi)走完全程。一個(gè)快速探測器與一個(gè)從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器一直在監(jiān)測通過掃描濾波器的光信號的振幅。光信號被轉(zhuǎn)換至電氣領(lǐng)域，然后被放大并存儲在數(shù)據(jù)儲存器中，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)濾波器正在進(jìn)行掃描時(shí)，產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)譜流超過3億數(shù)據(jù)位每秒。為了充分利用這些數(shù)據(jù)流，濾波器需要一個(gè)快速的硬件平臺去檢索以及實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，這樣做可以同時(shí)完成兩個(gè)重要的任務(wù)。使用同一款監(jiān)測裝置既可以得到速度，亦可以得到光譜性能。Proximion公司的WISTOM就是完成該功能的光層監(jiān)測平臺。

WISTOM平臺簡要示意圖，應(yīng)用層位于最上層，提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，接口與協(xié)議，中間層為軟件平臺，安裝了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，最低層為硬件平臺，提供信號接口。

集多種應(yīng)用于一身的光層監(jiān)測器WISTOM

通過使用W ISTOM，電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或者網(wǎng)元管理系統(tǒng)可以控制光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并且能夠調(diào)整光網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。這些節(jié)點(diǎn)在城域環(huán)以及長距離或超長距離的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。W ISTOM持續(xù)的全譜、實(shí)時(shí)信道監(jiān)測能夠確保所有相關(guān)光學(xué)參數(shù)的有效掃描。因此，WISTOM是將所有功能集于一身的光層監(jiān)測器。

功率電平檢測

WISTOM能夠監(jiān)測每個(gè)信道的光功率，同時(shí)分析與檢測光譜中的故障。監(jiān)測可用于含可變間距線網(wǎng)格的復(fù)雜信道規(guī)劃中，適用于任何信道密度下。與此相關(guān)的是在通道故障時(shí)的不同保護(hù)/恢復(fù)技術(shù)（故障管理）。W ISTOM完全適用于這些應(yīng)用，其反應(yīng)極快。

保護(hù)開關(guān)

為了避免數(shù)據(jù)丟失，保護(hù)開關(guān)在光網(wǎng)絡(luò)中是必須的。信道需在幾毫秒內(nèi)恢復(fù)信號，使網(wǎng)絡(luò)能夠在影響服務(wù)的信息丟失情況出現(xiàn)前，實(shí)時(shí)改正自身。這使得熱交換（自動的，非打斷保護(hù)開關(guān)）和類似的網(wǎng)絡(luò)重新配置被應(yīng)用。在光纖斷開時(shí)，服務(wù)恢復(fù)對用戶透明。

動態(tài)增益均衡

DWDM設(shè)備的功率監(jiān)測能力在光纖中要最大限度地放大。當(dāng)光纖與其它光學(xué)元件老化時(shí)，它們的特性就會發(fā)生改變?？勺冚敵龇糯笃骺梢约訌?qiáng)復(fù)光信號，使得信號在光纖中進(jìn)行長距離傳輸時(shí)不會發(fā)生退化。從WISTOM的監(jiān)測數(shù)據(jù)中估算得到的快速、精確的信道功率，可用作對光放大器（EDFAs）以及激光二極管發(fā)射機(jī)的輸入功率，進(jìn)而控制信道的增益和平衡光功率。

光性能監(jiān)測

WISTOM的光性能監(jiān)測具有無干擾的能力，可以在全光域中進(jìn)行。這使得它本身的協(xié)議和比特率透明，支持所有的數(shù)據(jù)速率和幀格式。全光譜的光性能監(jiān)測對功率、波長以及光信噪比的掃描是實(shí)時(shí)進(jìn)行部署的。

光分插復(fù)用器監(jiān)督

光分插復(fù)用器是一個(gè)開關(guān)元件，用于管理波長。由于信道被丟棄或者插入一個(gè)光分插復(fù)用器節(jié)點(diǎn)或光交叉連接中，輸出功率往往會發(fā)生變化。交叉連接（OXC）是進(jìn)行波長的交叉連接。為了防止干擾，網(wǎng)絡(luò)需要通過動態(tài)地改變信道負(fù)荷進(jìn)行重新平衡。這些電源平衡和增益傾斜調(diào)整可以提供有效的信道均衡?？芍貥?gòu)OADMs（R-OADM）是在環(huán)架構(gòu)中部署動態(tài)DWDM設(shè)備的重要組件。通過對波長的快速重構(gòu)，運(yùn)營商能夠動態(tài)地提供他們的網(wǎng)絡(luò)，開辟新的收入來源。

漂移跟蹤

日益復(fù)雜的光通信網(wǎng)絡(luò)使得監(jiān)測參數(shù)漂移更加重要?？呻S時(shí)對選定信道的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行采樣與記錄。此外，性能數(shù)據(jù)可以預(yù)測網(wǎng)絡(luò)增長/增強(qiáng)的需求。

Proximion公司高性能的光層監(jiān)測器WISTOM，持續(xù)掃描光網(wǎng)絡(luò)層，光網(wǎng)絡(luò)層會產(chǎn)生描述光層狀態(tài)的數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流的流量超過3億個(gè)數(shù)據(jù)位每秒。最新型的實(shí)時(shí)硬件與軟件平臺會立刻檢索并處理數(shù)據(jù)流，瞬間提供所有必要的光性能參數(shù)監(jiān)測。兩個(gè)并行且獨(dú)立的的進(jìn)程同時(shí)處理光性能與信道監(jiān)測。WISTOM能夠有效地分析各種信道計(jì)劃，不依賴于通道網(wǎng)格和調(diào)制速度。WISTOM持續(xù)的、全譜的以及實(shí)時(shí)的光層監(jiān)測將可確保任何WDM光網(wǎng)絡(luò)的有效監(jiān)控。

參考資料：

http://www.proxim ion.com/