光網絡是一種利用光信號通過光纖電纜傳輸數據的技術。其包括一個組件系統，包括光學發射機、光學放大器和光纖基礎設施，以促進長距離的高速通信。

這一技術支持以高帶寬傳輸大量數據，與傳統的銅纜網絡相比，可以實現更快、更高效的通信。

光網絡的主要組成部分

光纖網絡的主要組成部分包括光纖電纜、光發射機、光放大器、光接收器、收發器、波長分復用(WDM)、光開關和路由器、光交叉連接(OXCS)和光加減復用器。

光纖電纜

光纖電纜是一種高容量傳輸介質，由玻璃或塑料制成，稱為光纖。

這些光纖以最小的信號損耗和高數據傳輸速率長距離傳輸光信號。每根光纖的核心都包裹著一層包層材料，將光信號反射回核心以實現高效傳輸。

與傳統的銅纜相比，光纖電纜具有抗電磁干擾和減少信號衰減的優點，在電信和網絡應用中得到了廣泛的應用。

光學發射機

光發射機將電信號轉換成光信號，通過光纖電纜傳輸。其主要功能是調制光源，通常是激光二極管或發光二極管(LED)，以響應表示數據的電信號。

光學放大器

光放大器戰略性地放置在光纖網絡上，增強光信號，在較長的距離內保持信號強度。該組件補償信號衰減，并允許距離信號傳輸，而無需昂貴和復雜的光電信號轉換。

光學放大器的主要類型包括:

• 摻鉺光纖放大器(EDFA)：EDFA采用摻鉺光纖。當暴露在特定波長的光下時，光纖中的鉺離子會吸收并重新發射光子，從而放大光信號。EDFA通常用于1550nm范圍，是長距離通信的關鍵組件。
• 半導體光放大器(SOA)：SOA通過半導體材料放大光信號。輸入的光信號在半導體內部誘導受激發射，導致信號改善。SOA專門用于短距離和訪問網絡場景。
• 拉曼放大器：拉曼放大器利用光纖中的拉曼散射效應。不同波長的泵浦光與光信號相互作用，傳遞能量并使其增強。這種類型的放大器是通用的，可以在各種波長下工作，包括常用的1550納米范圍。

光學接收器

在光鏈路的接收端，光接收器將輸入的光信號轉換回電信號。

收發器

收發器是一種多功能設備，其將光發射器和接收器的功能結合到一個單元中，促進光纖鏈路上的雙向通信。它們將電信號轉換成光信號進行傳輸，并將接收到的光信號轉換回電信號。

波分復用(WDM)

波分復用(WDM)允許在一條光纖上同時傳輸多個數據流。WDM的基本原理是使用不同波長的光來承載獨立的數據信號，支持數據容量的增加和光譜的有效利用。

WDM廣泛應用于長途和城域光網絡，為滿足日益增長的高速、大容量數據傳輸需求提供了一種可擴展、經濟高效的解決方案。

光學加減復用器

光學加減復用器(OADMS)是WDM光網絡中的主要組成部分，提供了在網絡節點上選擇性地添加(注入)或減少(提取)特定波長光信號的能力。OADMS幫助優化網絡中的數據流。

光交換機和路由器

光交換機和路由器都有助于開發先進的光網絡，為高容量、低延遲和可擴展的通信系統提供解決方案，以滿足現代數據傳輸不斷變化的需求。

光交換機有選擇地將光信號從一個輸入端口路由到一個或多個輸出端口。它們對于在光網絡中建立通信路徑非常重要。這些裝置的工作原理是控制光信號的方向，而不把光信號轉換成電信號。

另一方面，光路由器根據目的地址在網絡層引導數據包。它們在光域工作，保持光信號的完整性，而不將其轉換為電形式。

光學交叉連接(OXCS)

光交叉連接(oxc)通過選擇性地將信號從輸入光纖路由到所需的輸出光纖，從而實現光連接的重新配置。通過簡化波長特定路由和快速重新配置，OXCS有助于提高先進光通信系統的靈活性和低延遲特性。

光網絡的工作原理

光網絡的功能是利用光信號通過光纖電纜傳輸數據，創建一個快速通信框架。該過程包括光信號產生、光傳輸、數據編碼、光傳播、信號接收與集成、數據處理。

光信號生成

光網絡首先將數據轉換成光脈沖。這種轉換通常使用激光源來實現，以確保信息的成功表示。

光傳輸

在這一階段，系統通過光纖電纜發送攜帶數據的光脈沖。光在電纜的核心內傳播，由于全內反射而從周圍的包層反彈。這使得光以最小的損耗傳播很遠的距離。

數據編碼

然后，數據被編碼到光脈沖上，引入光的強度或波長的變化。這一流程根據業務應用需求量身定制，確保與光網絡框架無縫融合。

光傳播

光脈沖通過光纖電纜傳播，在網絡內提供高速可靠的連接。這使得重要信息在不同地點之間的傳輸更加迅速和安全。

信號接收和集成

在網絡的接收端，感光設備，如光電二極管，檢測入射光信號。然后光電二極管將這些光脈沖轉換回電信號，提高光網絡的集成度。

數據處理

電信號經過電子設備的進一步處理和解釋。這一階段包括解碼、糾錯和其他保證數據傳輸準確性所必需的操作。處理后的數據用于各種操作，支持關鍵功能，如通信、協作和數據驅動的決策。

8種類型的光網絡

有許多不同類型的光網絡服務于不同的目的。最常用的是網狀網絡、無源光網絡(PON)、自由空間光通信網絡(FSO)、波分復用(WDM)網絡、同步光網絡(SONET)和同步數字層次網絡(SDH)、光傳輸網絡(OTN)、光纖到戶(FTTH)/光纖到戶(FTTP)和光交叉連接(OXC)。

1、網狀網絡

光網狀網絡通過多條光纖鏈路將節點互連起來。這提供了冗余，并允許在鏈路故障的情況下動態重路由流量，增強了網絡的可靠性。

? 典型應用：通常用于大規模的關鍵任務應用，其中網絡彈性和冗余是必不可少的，例如在數據中心或核心骨干網絡中。

2、無源光網絡(PON)

PON是一種光纖網絡架構，其將光纜和信號傳遞給終端用戶。其使用無動力光分離器將信號分配給多個用戶，使其成為被動的。

? 典型應用：“最后一英里”連接，為住宅和商業用戶提供高速寬帶接入。

3、自由空間光通信(FSO)

FSO利用自由空間在兩點之間傳輸光學信號。

? 典型應用：在不現實或難以鋪設光纖的環境中進行高速通信，例如城市地區或軍事目的。

4、波分復用(WDM)

WDM對每個信號使用不同波長的光，從而增加數據容量。波分復用的子類型包括粗波分復用(CWDM)和密集波分復用(DWDM)。

? 典型應用：CWDM用于短距離城域網，DWDM用于長距離、大容量通信。

5、同步光網絡(SONET)/同步數字層次(SDH)

SONET和SDH是使用光纖電纜遠距離傳輸大量數據的標準化協議。北美更常用SONET，而國際工業則使用SDH。

? 典型應用：SONET和SDH是為高速、長距離的語音、數據和視頻傳輸而設計的。它們提供了一個同步和可靠的運輸基礎設施,用于電信基礎和載波網絡。

6、光傳輸網絡(OTN)

OTN在通信網絡的光層傳輸數字信號。其具有錯誤檢測、性能監控和故障管理等功能。

? 典型應用：與WDM一起使用，以最大限度地提高長途傳輸的彈性。

7、光纖到戶(FTTH)/光纖到戶(FTTP)

FTTH和FTTP是指將光纖直接部署到住宅或商業場所，提供高速互聯網接入。

? 典型應用：FTTH和FTTP支持帶寬密集型應用，如視頻流、在線游戲和其他寬帶服務。

8、光學交叉連接(OXC)

OXC使光信號的交換更容易，而不需要將光信號轉換為電信號。

? 典型應用：主要用于電信運營商在大型光網絡中進行流量管理。

當今光網絡的使用

如今，許多行業和領域都在使用光網絡進行高速高效的數據傳輸。其中包括電信、醫療保健、金融機構、數據中心、互聯網服務提供商(isp)、企業網絡、5G網絡、視頻流服務和云計算。

電信

光網絡是電話和互聯網系統的基礎。如今，光網絡仍然是電信的關鍵，連接蜂窩站點，通過動態流量重路由確保高可用性，并在城域網和長途網絡中實現高速寬帶。

醫療保健

對于醫療保健，光網絡保證了醫療數據的快速和安全傳輸，加快了遠程診斷和遠程醫療服務。

金融機構

金融機構利用這一技術進行快速、安全的數據傳輸，這對于高頻交易和無縫連接分支機構等活動是必不可少的。

數據中心

數據中心的光網絡連接服務器和存儲單元，為可靠的數據通信提供高帶寬和低延遲的基礎設施。

互聯網服務供應商

互聯網服務供應商利用光網絡提供寬帶服務，使用光纖連接更快地接入互聯網。

企業網絡

大型企業利用內部光網絡連接辦公室和數據中心，在其基礎設施內保持高速和可擴展的通信。

移動網絡(5G)

對于5G移動網絡，光網絡允許提高數據速率和低延遲要求。光纖連接將5G蜂窩站點連接到核心網絡，為各種應用帶來帶寬。

視頻流媒體服務

光網絡可以實現流暢的數據傳輸，通過流媒體平臺提供高質量的視頻內容，從而獲得更積極的觀看體驗。

云計算

云服務供應商依靠光網絡連接數據中心，以提供可擴展的高性能云服務。

光網絡的歷史

幾家光網絡企業和杰出人士的共同努力，極大地塑造了當今所知道的光網絡格局。

• 1792年：法國發明家Claude Chappe發明了光信號電報，這是最早的光通信系統之一。
• 1880年：Alexander Graham Bell為光電話系統申請了專利。然而，其的第一項發明——電話，被認為是更實用的。
• 1965年：德國物理學家Manfred B?rner在烏爾姆的Telefunken研究實驗室演示了第一個工作的光纖數據傳輸系統。
• 1966年：Sir Charles K.Kao和George A.Hockham提出，由超純玻璃制成的光纖可以在不完全丟失信號的情況下傳輸數公里的距離。
• 1977年：通用電話和電子企業測試并部署了世界上第一個用于長途通信的商用光纖網絡。
• 1988-1992年：SONET/SDH標準的出現。
• 1996年：首個商用16通道DWDM系統由Ciena推出。
• 20世紀90年代：組織開始在企業局域網(LANs)中使用光纖連接以太網交換機和IP路由器。

快速擴展光網絡，以支持互聯網繁榮帶來的日益增長的需求。

組織開始使用光學放大來減少對中繼器的需求，更多的企業實施WDM來提高數據容量。這標志著光網絡的開始，因為WDM成為擴展光纖系統帶寬的首選技術。

• 2000年：互聯網泡沫的破滅導致了光網絡行業的衰退。
• 2009年：軟件定義網絡(SDN)這個術語在麻省理工學院的一篇評論文章中首次提出。
• 2012年：網絡功能虛擬化(NFV)在OpenFlow世界大會上，首次被歐洲電信標準協會(ETSI)提出，該協會由AT&T、中國移動、英國電信集團、德國電信等服務提供商組成。
• 現狀：5G于2020年開始投入使用。

光子技術的研究和發展仍在繼續。光子學解決方案具有更可靠的激光能力，并且可以以歷史性的速度傳輸光，使設備制造商能夠解鎖更廣泛的應用并準備下一代產品。

光網絡發展趨勢

5G融合、彈性光網絡、光網絡安全、數據中心互聯、綠色組網等光網絡發展趨勢凸顯了光網絡技術的不斷演進，以滿足新技術和新應用的需求。

5G集成

光網絡能夠提供高速、低延遲的連接，以滿足5G應用的數據需求。5G集成可確保您在流媒體，游戲以及增強現實(AR)和虛擬現實(VR)等新興技術等活動中獲得快速可靠的連接。

相干光學的進步

相干光學技術的不斷進步有助于實現更高的數據速率、更長的傳輸距離和光網絡容量的增加。這對于適應不斷增長的數據流量和支持需要高帶寬的應用至關重要。

邊緣計算

光網絡與邊緣計算的集成減少了延遲，提高了需要實時處理的應用和服務的性能。這對于需要實時響應的應用和服務而言是必不可少的，比如自動駕駛汽車、遠程醫療程序和工業自動化。

軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)

在光網絡中采用SDN和NFV，可以獲得更好的靈活性、可擴展性和資源的有效利用。這使得運營商可以動態分配資源，優化網絡性能，并快速響應不斷變化的需求，從而提高整體網絡效率。

彈性光網絡

彈性光網絡允許根據業務需求動態調整光信道的頻譜和容量。這促進了資源的最佳使用，并最大限度地減少了高峰使用期間的擁塞風險。

光網絡安全

重點加強光網絡的安全性，包括加密技術，對于保護敏感數據和通信非常重要。隨著網絡威脅變得越來越復雜，保護其網絡變得至關重要，特別是在傳輸敏感信息時。

數據中心的光互連

云計算、大數據處理和人工智能應用的需求推動了數據中心對高速光互連的需求不斷增長。光互連具有在數據中心環境中處理大量數據的帶寬。

綠色網絡

使光網絡更加節能和環保的努力符合更廣泛的可持續發展目標。綠色網絡實踐在減少電信基礎設施對環境的影響方面發揮著關鍵作用，使其從長遠來看更具可持續性。

總結：光網絡將繼續存在

光網絡的發展在塑造計算機網絡的歷史上起到了重要的作用。隨著計算機網絡的發展，對更快的數據傳輸方式的需求不斷增長，光網絡提供了一種解決方案。通過使用光進行數據傳輸，這項技術使現今使用的高速網絡得以建立。

隨著光纖網絡的發展，其所做的不僅僅是提供更快的互聯網速度。例如，光網絡安全可以保護其組織免受新出現的網絡威脅，而綠色網絡等趨勢可以使電信基礎設施隨著時間的推移更具可持續性。