1.1 光网络的发展历程

随着经济的不断发展，人们对通信业务的需求也不断增强，电信业务市场仍然继续保持增长。为了适应业务的增长和变化，光网络也不断地演进，以促进和保障业务的增长。

1.1.1 光网络概念和分类

光网络（Optical Network）包含的内容十分广泛。从字面意思上理解，光网络具备“光”和“网络”两层含义，光网络指使用光纤传输的网络结构，它是由光纤及光信号处理设备组成的网络，在光层上完成通信数据的传输、交换、汇聚、接入等网络功能。由于光纤媒质所具有的传输带宽大、传输损耗低、抗干扰能力强等特点，光网络始终在通信基础网络建设中占据着主导地位，并承载着通信网络中大部分的信息流量。

我们可以从功能、区域等不同的参数和维度对光网络进行分类，具体分类详见表1-1。

本书中涉及的光网络主要是指由光纤和光传输设备组成的网络，主要功能包括光传输网和光接入网。

1.1.2 光网络的特点

与传统的由铜缆或电缆构成的通信网络相比，光网络有许多技术上和经济上的优点，主要为以下几点：

①通信容量大、传输距离远；

②高效的网络管理和保护技术；

③信号串扰小、保密性能好；

④光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输；

⑤材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜；

⑥光缆适应性强，寿命长；

⑦降低运营成本，增加了利润增长点。

1.1.3 光网络的发展历程

光网络是当前最活跃的领域，由于光网络是通信业务的承载网络，所以随着通信行业的繁荣，光网络也日渐繁荣。光网络可以分为以下几个发展阶段。

1．第一代光网络

第一代光网络较为简单，光纤纯粹作为传输媒介，只是用来实现大容量传输，主要实现点到点的传输。所有的交换、选路、比特处理和其他功能都在电层面上实现。SONET（同步光网络）和SDH（同步数字体系）网络是第一代光网络的代表，它们分别构成北美、欧洲和亚洲通信基础设施的核心。

2．第二代光网络

随着技术的发展，在第二代光网络中，部分交换和路由功能从电层进入光层。它的主要优点是，一旦光通路建立，电路交换光通路服务对发送到上面的实际数据是透明的；相比第一代光网络，它能够以光形式交换分组，在光域执行更多功能，比如路由和交换波长功能。

3．第三代光网络

第三代网络借助于动态可管理的全光DWDM技术，支持以波长为单位的分级式业务。为了满足用户对服务速度的要求，可结合使用动态可管理的OADM和WXC节点、可调激光器、可调滤波器、光性能监测、波长级的保护机制和网络管理软件，既削减了运营成本，又可方便地提供增加收益的新业务。

4．下一代光网络

近年来，随着云计算、流媒体、移动宽带等新业务的不断涌现，需要网络变得更宽、更智能，于是提出了下一代光网络的理念——软件定义的弹性光网络，它是新时期光网络架构的新理念，由三大核心部件组成，是可实现弹性、协同、开放的新一代光网络。

首先是弹性的超大管道，用以承载未来多变的海量的业务，包括光层弹性、电层弹性、容量弹性三大技术。光层弹性是Flex Grid，激活光层，提升频谱效率；电层弹性是基于N×100Gbit/s的弹性帧架构Flex OTN，可实现高速管道的交叉复用；容量弹性是通过强大的信号调制处理技术，实现容量和距离的弹性转换。

其次是高效的多层协同，包括跨层IP和光的协同，跨域多网元组大网管理，以及单网元波长、OTN、以太，即L0/L1/L2的流量协同。每层管道每比特的成本是不一样的，通过管道间的协同，打造智能的策略引擎，实现流量成本的最优化，提升管道整体的效率。

最后是软件可定义实现的网络开放。一方面，通过软件定义网络（SDN, Software-Defined Network）技术提升了系统的硬能力，实现上述的弹性管道和高效协同；另一方面，SDN技术实现了网络能力的开放，实现带宽的货币化。SDN简化网络的运营和维护，有效降低每比特的成本。

1.1.4 光网络面临的机遇和挑战

光网络面临以下机遇和挑战。

（1）互联网、视频等新兴业务层出不穷，业务的剧烈变化迫使光网络随之而变

随着居民收入逐渐提高，内需消费引导逐步增强，产业结构调整优化，有利于通信行业继续快速发展。生活方式、消费结构、需求层次的多元化，促使在线互动娱乐业务成为人们首选的娱乐休闲方式；人们对PC、手机和网络的接受度和使用度日益提高，更多人通过更多类型的终端和方式交流，这必然加速推进通信业务的宽带化、IP化和多媒体化的发展。

从全球看，移动宽带和固定宽带用户增速分别达到34.7%和9.2%，远远超过移动电话用户增速（6.6%）和固定电话用户增速（−1.2%）。数据业务的增速远高于语音业务。

以往的光网络上承载的业务以语音业务为主，随着互联网、视频、云计算、流媒体、移动宽带等新业务的不断涌现，数据业务已渐占主流。以往适应流量、流向单一的语音业务的光网络需要随着业务需求的改变而变化，需要网络变得更宽、更智能。

（2）光网络发展的速度已大大落后于互联网流量增速，现有光层功能和性能难以满足业务发展的需求

过去10年，光通信容量的增速已经从超摩尔定律的78%降到现在的20%，大大落后于近些年全球互联网流量的增速（40%），预计2020年将现容量危机。

在光网络上，近几年缺乏突破性的技术，以带来容量的大幅提升。网络上现有的光层功能和性能缺少低速信号的灵活调度能力，缺少保护恢复，需要提高信号传输的透明性。

（3）可持续发展的挑战

经过多年的建设，各大通信运营商的光网络都具备一定的规模。对于通信行业发生的变化，现有的光网络如何调整、优化，以适应业务的发展和社会的需求，如何既能适应行业形势的变化，又能最大限度地保护投资，实现光网络的可持续发展，是行业从业人员不得不面临的问题。