当前光网络架构及未来网络展望

今天广泛部署的光网络(见图1)采用接入、城域/区域和长途网络的层次结构，其中长传网络可分为地面网络和海底网络。接入网络包括中央办公室与企业或住宅用户之间的PON。无线基站和接入点(例如Wi-Fi热点)通过点对点(PtP)连接进行连接，通过光回传网络传输基带以太网“信号。许多基站也通过微波回传或直接连接到光回传网络。大型数据中心“位于主要的长传干线线路上，并且在都市区通常配置为双宿主安排以实现冗余和数据保护。波分复用°(WDM) 城域网和城域网/区域网络通过环网与连接的分布环和越来越多的网状交叉连接链路连接中央办公室位置。
ROADM广泛用于在城域、区域和长传网络中插入和分出WDM流量°。这些网络中的大部分基础设施和许多组件都存在标准。新兴技术经常使用多源协议(MSA)和由个别组织或大型联盟和论坛开发的参考模型或架构。
长传和城域传输系统历来是专有的，不能与其他供应商的设备互操作。然而，最近引入了开放式和分解式系统 ，如今大多数系统都提供某种形式的外来波长支持，允许来自其他供应商设备的信号。
图 1 所示的光网络环境在过去十年（2010 年至 2020 年）中基本保持一致。随着网络从 10 Gbps 开关键控系统演进到采用高级调制格式的系统，例如 40 Gbps 差分相移键控到 100 Gbps 相干偏振复用正交相移键控 (PM-QPSK) 和 200 Gbps PM 正交幅度调制 (QAM)。 在此期间还引入了各种其他调制格式和混合速率系统。今天，WDM 网络中的收发器速度正在以不同的步骤和格式继续发展到 400、800、1000 和 1600 Tb/s 甚至更高，如下所述。接入网络已经从 1 Gbps 和 2.5 Gbps 发展到 10 Gbps，包括 PON 和点对点网络，并且最近标准化了 50 Gbps PON。
图 2 提供了未来愿景的概念模型，突出了正在考虑的关键领域。 通过集成可重新配置的光分插复用器 (ROADM) 和软件定义网络 (SDN) 来增加网状连接和动态网络，从而实现城域网络的演进，这将继续为未来的无线网络和固定高速接入网络支持前/中/回程 (Xhaul) 网络、。
Xhaul网络需要不断发展以满足无线通信波形传输方法和协议的严格要求，以及它们严格的时间敏感性和将边缘云架构集成到这些 Xhaul 网络节点位置中的新兴选项，这些都是这些网络的重要维度。
用于点对点和无源光网络 (PON) 演进的高速（固定）接入网络预计将以 100 Gbps 或更高的速度提供连接，包括实现更高数据速率的相干技术。
据中心互连 (DCI) 已成为包括海底部署在内的远程网络的关键发展，同时也在城域网中出现新兴应用。 这些 DCI 网络是数据中心和互联网交换点或中央办公室之间独特的点对点光学系统。DCI网络发展迅速，预计在未来会变得越来越重要。
边缘云计算设施将依赖于基于 SDN 的分解和开放系统，强调高级功能以及与更大的无线和SDN环境的集成。数据中心光学技术的发展将通过更多地使用联合封装光学器件 (CPO) 来克服电交换和计算处理器中高密度处理器的输入/输出 (I/O)挑战。
光交换也有可能在数据中心网络中找到用途，特别是可以使架构扁平化的大型光纤交换机。大规模基础设施和建筑物的网络选项也在扩展，以探索新的连接选项。
包括可见光通信在内的室内光网络将成为重要且不断增长的应用。由于容量需要不断增加以及简化站点之间复杂连接的要求，预计光纤将越来越多地部署在大型电缆中，并有可能演变成多芯和其他空分复用 (SDM) 方式。
随着将未连接的部分连接带来的挑战越来越大，光学技术有望为空间中的平台和网络节点（例如卫星、高空平台、无人机）提供大容量光学无线通信，这将成为未来连通性交付的重要替代方案。
对量子通信的关注，最初是为了量子增强的安全性，例如量子密钥分发，随着用于此类应用的光子技术变得可用，将继续增长并扩展到分布式量子计算应用。