全光网络又被称作透明光网络。而在每一个中间节点采用OEO（光-电-光）转换方式实现信号的再同步、再整形和再放大（3R）的网络则被称作不透明网络。与不透明网络相比，全光网络具有以下两个主要优点：1）它可以在节点选择并再生任意一个波长，而不是全部波长，从而降低设备成本；2）它不受数据传输速率和信号格式的影响。不过，不透明网络的成本在网络节点存在大量直通业务时会非常高昂，但它确实可以完全消除光长距离传输所累积的损耗。
上世纪九十年代后期，人们曾经围绕着广域光网络是采用透明结构还是不透明结构的问题展开过大讨论。而城域网络的技术和经济特点与广域网络差别很大，在这个范围内又如何选择呢？本文就将深入探讨这个问题。
网络架构与设备成本问题
直通业务在城域光网络的大多数节点上，占总流量的比例非常高。如果直通业务到达每个节点后都要进行再生，那么由此产生的光电光转换而导致的设备成本将急剧增加。
除此之外，像IPTV和高清电视（HDTV）这类广播或多播业务还需要透明的通过节点，以避免多重再生。如果一开始选择不透明网络架构，那随着视频流量的增加，设备的成本也会急剧增加。
共享带宽和专用带宽的概念在光网络中占据重要的地位。如果在一个光网络中，光信号到达每一个节点都必须进行光电光再生，那这个网络只能提供“共享带宽”。以一个拥有八个节点可以传输32路10Gbit/sec波长的环形光网络为例，其结构如图1所示，每个节点只能分得40Gbit/sec（=320 Gbits/sec/8）的共享带宽，带保护的双环结构就必须包含512（=3282）个10Gbit/sec收发器。
而一个同样具备保护倒换能力，每个节点可以实现40Gbit/sec上下路带宽的环形全光结构只需要112个收发器。如图2所示，可以看到全光结构的旁路传输能力确实有效地降低了10Gbit/sec收发器的数量。对比图1与图2还能发现，全光结构还可以降低路由器和SONET/SDH设备的数量。如果OEO不采用SONET/SDH结构，而采用10G以太网交换/路由，那么光纤断路保护还需要2层和3层恢复过程，这将导致保护倒换时间大大超过50毫秒。全光结构则不存在这个问题。
一个具备可重配置上下路复用（ROADM）功能的全光环形网络，可以将从特定节点发出的波长直接送到任意一个终止节点，这个波长可用于专用带宽。因此，一个物理环形、逻格形的强大网络就形成了，可以实现任意点到点的互联，如图3所示。值得注意的是，基于OEO的环形结构只能具备特定容量的专用带宽，而强大的全光网络可以具备好几种容量的专用带宽。也就是说，全光结构允许带宽的非均匀分配——为“高负荷节点”分配大量带宽的同时为“低负荷节点”分配较少带宽，从而简化网络规划，更大地发挥波长的灵活性。
图4说明了ROADM架构是如何节约再生设备成本的。在图4a中，OEO网络的节点采用五个再生器分别再生五个波长，而其中可能有些波长传输的距离并没有长到需要再生的程度。在图4b中，通过ROADM全光网络一个节点的所有波长中，只有λ1传输距离比较长，所以被单独取出来进行再生，然后再被送回到系统中。单单这个节点就节约了4个再生器。
OEO结构还有一个严重的连环升级问题。第一代传统的SONET/SDH光纤环采用了OEO结构。这种结构有一个众所周知的问题就是，升级一对节点间的容量，同时也会导致其它每段传输间隔都需要升级。换句话讲就是这种网络如果牵一发就必须动全身。而容量升级是透明DWDM网络发展的主要推动力。因此我们现在必须时刻牢记，如果再回到过去那种OEO结构，那么无论任何时候任何节点需要升级容量，都将导致整个结构的升级。这种额外成本是我们无法承受的。
更麻烦的是，大多数OEO再生器无法承载多种协议，包括吉比特以太网、10吉比特以太网、SONET/SDH、光纤链路等等，在业务汇聚时，这会引起新的升级问题。相反，全光结构的基础设备对网络协议是透明的，收发器也可以用来传输不同协议。这样可以保证第三方设备厂商采用的不同波长可以很容易的加入到全光网络中。
绝对的透明性并非总能实现
前面提到，一个真正的透明光网络不仅能够允许直通业务从OEO收发器迂回传输，而且能够对数据速率（2.5、10、40、100Gbit/sec）和信号格式（NRZ、RZ等）透明。然而，大多数类型的传输损耗与数据速率和信号格式的关系非常密切，这导致全光网络的实现并不是那么容易。
在一个范围小于1000千米的典型环形城域网络中，由光非线性和放大器噪声引起的传输问题可以得到有效控制，需要保守地设计系统冗余。不过10或40Gbit/sec的色散补偿和40Gbit/sec的偏振模色散（PMD）问题就不是那么容易解决。而且这些问题在未来传输串行100G以太网信号时会更加严重。
一种解决方法是不改变光功率和色散预算的同时，将原有的10Gbit/sec设备升级为40Gbit/sec（或将2.5Gbit/sec升级到10Gbit/sec）。不论采用哪种升级方式，部署具备更高频谱效率（与旧设备的数据速率相同）的超高密度WDM技术将是最经济可行的方法。还可以使用像电色散补偿（EDC）或可调谐色散补偿等其它技术，不过这些技术的色散容限通常都很有限（<3,000 psec/nm）。
受DWDM复用、解复用、滤波器和ROADM设备的影响，累积起来的通带衰减也会影响数据的透明性。这种衰减与传输距离的关系不大，主要依赖于上/下路节点的数目。
可插拔问题
尽管诸如SFP、XFP、XENPAK和GBIC等可插拔光收发模块已经得到广泛应用，但它们都受限于有限的封装尺寸，功能比较单一。目前所有的可插拔光器件都存在着以下种种限制：
l 不具备前向纠错（FEC）能力，无法兼容G.709，因此不能应用于更长的距离（比如大于600千米）；
l 没有封装可调谐激光器或可调谐滤波器，不具备波长可变能力；
l 发射波长稳定性比较差，不能应用于50GHz或更窄的波长间隔；
l 发射功率有限，接收灵敏度比较低。
可插拔收发器经常被看作LAN和MAN或LAN和WAN的分界点。
以上我们比较讨论了全光结构和基于OEO的网络结构，其主要结论可以归结为以下几点：
l 由于直通业务在城域网络的节点中占据着非常大的比例，因此在这种网络中采用全光结构，将比OEO结构更为经济。
l 大多数城域网络都采用环形结构，以实现光纤和设备的保护。第一代SONET/SDH架构存在的连环升级问题在OEO架构中同样存在，它不适合环形网络的需求。而且，OEO处理的延时比较大，非SONET/SDH OEO设备的保护速率又比较慢，这些都会极大地阻碍需求日益增长的视频业务。
l 范围小于1000千米的环形光网络中，由光放大器噪声/增益和光纤非线性引起的传输问题可以得到比较好的控制和解决。如果采用ITU-T G.709前向纠错技术，系统容限会进一步提高。诸如超高密度WDM、EDC和可调谐光色散补偿器等新近发展起来的色散补偿技术还可以最大程度地降低色散引起的码间干扰问题。
总而言之，无论从经济角度还是技术应用角度考虑，全光网络结构都要比基于OEO的结构更适合城域网络。当然，一个全光网络的设计必须非常仔细。通过设计色散容限、带宽透明性、信噪比和灵活的波长上下粒度，网络可以很容易地升级，以满足容量的需求。
