基本介紹
- 中文名：密集波分復用
- 外文名：Dense Wavelength Division Multiplexing
- 簡稱：DWDM
技術背景,技術原理,系統特性,關鍵技術,關鍵器件,網路結構分類,波長路由,網路同步和安全性,功率均衡技術,開銷處理,同頻串擾,發展歷程,網路設計,網路最佳化,
技術背景
要理解DWDM和光網互聯的重要性，就必須在通信產業、特別是服務供應商當前面臨何種問題這一大前提下來討論DWDM技術所帶來的強大功能。在網路的設計和建設時期，工程設計人員必須對網路未來的頻寬需求作出合理的估計。美國等地區鋪設的大多數網路對頻寬的需求估計都是來源於古典的工程公式概算，比如泊松（Poisson）機率分布模型等。結果呢，網路所需頻寬量的估測值通常按照某種統計假設條件給出，比如，一般認為個人在通常的情況下，在一個小時之內只會使用6分鐘的網路頻寬。然而，這一數學模型並沒有考慮到由於Internet接入（這一業務的數據流量的年增長率是300%）、傳真、多條電話線路、數據機、電話會議、數據和視頻傳輸等業務而產生的數據流量。如果考慮到這些因素，網路頻寬的用戶使用模型就和現有的設計初期估計大大不同了。實際上，在人們的日常生活中，許多人平均使用網路頻寬的時間是180分鐘甚至超過1個小時。
顯而易見，運營商們迫切地需要大量的網路容量來滿足顧客日益增長的服務需求。據估計，僅在1997年，通過一對光纜傳輸的長途電話的頻寬容量就增加到了1.2 Gbps（百萬比特每秒）。當數據傳輸速度以Gbps單位計算的時候，每秒鐘可以通過網路傳輸1000本圖書的信息。可是，假如有1百萬個家庭希望觀賞網站上推出的視頻節目或者使用新出現的網路視頻套用，那么，在這一需求場合下，網路傳輸速率就必須達到太比特級（萬億比特每秒：Tbps）。當數據傳輸速度以Tbps單位計算的時候，在一秒鐘的瞬間之內，網路就可以傳輸2000萬個並發雙工電話或者300年來出版的全部日報的數據量。
當然，網路頻寬的需求增長是非常快的。例如，有人通過研究預測：從1994年到1998年，美國長途交換網營運公司 （IXC）的網路容量會增長7倍，而美國的本地交換網營運公司（LEC）的網路容量會增長4倍。可事實上呢，據估計其網路容量會比往年增長32倍，而另一家公司單單在1997年的網路新增容量就達到了它在1991年的整個網路規模。還有的公司聲稱，其網路的規模在未來4年內將達到每半年擴張一倍的增長速率。
除了消費者的頻寬需求爆炸性地增加以外，眾多服務供應商還面臨著其光纜可用餘量即將用盡的窘迫局面。有一份產業報告指出：在1995年，埋設光纜中已經使用的部分平均在網路中占到了70%到80%之多。許多電信運營商的光纜使用率幾乎達到了100%的有效利用率上限。另外還有一個窘迫的難題：網路服務運營商怎么才能在一種物理網路之上部署和集成五花八門的多種通信技術。消費者的需要和企業之間的競爭壓力迫使運營商們一方面必須提供在建設和運營成本上比較經濟的多種服務，而且另一方面他們還要儘可能地在已經埋設的現有網路基礎之上來部署這些業務。還好，出現了DWDM技術，正是DWDM為這些運營商們提供了同時滿足這些需求的可行解決方案。
從光纖傳輸到光網互聯：光子層的發展
從光纖傳輸到光網互聯：光子層的發展使用DWDM技術可以讓服務供應商提供傳統的IP over ATM承載數據、SONET/SDH承載語音等傳輸方式所帶來的電子郵件、視頻和多媒體業務，與此同時，在無須考慮這些不同數據格式的情況之下——不管他們是IP、ATM還是SONET/SDH，DWDM 卻能夠同等地向這些不同的傳輸方式提供統一的頻寬管理功能，所有以上三種通信協定都可以通過採用DWDM技術的光層得以傳輸。這種統一管理功能可以讓服務供應商靈活地僅通過單一網路就足以滿足顧客的頻寬需求。
運營商要想在商業運營上獲得成功，其中的一個關鍵要旨就是需要一個統一的承載平台，這個平台能夠統一承載各種通信技術並且同這些通信技術接口，而且，該平台還應該讓運營商具備能把當前和新一代技術集成起來的能力。面對以上三個問題：日益增長的服務需求、光纜餘量用盡、統一的層次型頻寬管理。服務供應商必須找到一條在經濟上可行的解決方案。降低光纜耗用率的一個顯而易見的措施就是鋪設更多的光纜，對那些鋪設新光纜的成本可以保持最低的網路來說，這一措施可以證明是最為經濟的解決方案。但是，鋪設新光纜卻並不能促使服務供應商一定能提供新型服務，或者也不能讓運營商們獲得光傳輸層頻寬的統一管理能力。 第二項措施是使用時分復用技術TDM來增加數據傳輸速率，TDM把時間劃分為更小的間隔以便更多的數據得以在同一時間內被傳輸，結果就增加了光纜的有效容量。其實，這也就是產業內已經採用的方案（DS–1、DS–2和DS–3等）。不過，當服務供應商僅僅使用這一措施時，他們的每一次網路擴容都具有顯著跳躍性，意味著網路容量的增長很不平滑，很有可能最終讓他們獲得比當初需求更大的多的頻寬，從某種意義來說，這是很多運營商所不願意見到的局面，其管理複雜性和投資都會增長得令人頭痛不已。以SONET技術為例，從10 GbpsTDM提升的下一個容量層次就到了40 Gbps（這一令許多人深信不疑的巨大躍進對TDM技術來說在短時間內是不太可能的）。採用SONET的北美傳輸網路和採用SDH的國際傳輸網路就都採用了TDM技術。
電信產業採納了SONET或SDH標準以提供標準的同步光纖網路，通過它所具有的靈活性以匹配當前和未來的數位訊號。SONET或者SDH通過定義標準的傳輸速率和光纖接口來實現以上的目標。比方說，終止SONET網路的終端會引入多種電子信號和光信號，這些信號在成為STS–1的數據負載（SONET 網路幀結構的有機組成部分）之前會以電信號的方式被復用，STS–1負載隨後被復用並以單一速率在單根光纖中傳輸，這些標準速率是：OC–3 、OC–12、OC–48乃至最終高達OC–192。 SDH具有和STM–n類似的幀結構，其信號速率可以達到STS–1到STM–64範圍之內。
SONET和SDH是兩種密切相關的標準，就是這兩種標準為傳輸網路奠定了基礎。這兩種標準決定了傳輸接口的參數、傳輸的速率、傳輸數據的格式和信號復用方式乃至實現高速傳輸所需要的運行、管理、維護和提供（OAM&P）特性。同步傳輸模式意味著通過光纜系統流動的雷射信號和外部時鐘保持著同步。這樣做的優點是通過光纜系統傳輸語音、數據和圖象的數據流可以很平穩、規則的方式流動，結果每一束雷射都可以很容易地被對端識別出來。
技術原理
DWDM首先把引入的光信號分配給特定頻帶內的指定頻率（波長，lambda），然後把信號復用到一根光纖中去，採用這種方式就可以大大增加已鋪設光纜的頻寬。由於引入（incoming）信號並不在光層終止，接口的速率和格式就可以保持獨立，這樣就允許服務供應商把DWDM技術和網路中現有的設備集成起來，同時又獲得了現有鋪設光纜中沒有得以利用的大量頻寬。
DWDM可以把多個光信號搭配起來傳輸，結果這些光信號可以編成同一組同時被放大並且通過單一的光纖傳輸，網路的頻寬也就大大增加（參看圖 3）了。每個承載的信號都可以設定為不同的傳輸速率（OC–3/12/24等）和不同的格式（SONET、ATM、數據等）。比方說，某個DWDM網路可以在DWDM基礎上混合OC–48 （2.5 Gbps）和OC–192 （10 Gbps）兩種速率的SONET信號。從而獲得高達40 Gbps的巨大頻寬。採用DWDM的系統在達到以上目標的同時仍然可以維持和現有傳輸系統同等程度的系統性能、可靠性和穩固性——甚至過之而無不及。以後的DWDM終端更可以承載總計80個波長之多的OC–48以達到200 Gbps的傳輸速率或者高達40波長的 OC–192以達到400 Gbps的傳輸速率，這個頻寬已經足以在一秒鐘之內傳輸9萬卷的大百科全書。實現這種高速、高容量傳輸能力的關鍵技術就是光放大器。光放大器運行在特定光譜頻帶之上並根據現有的光纖進行了最佳化，這樣就可以使得光放大器有可能放大光波信號，從而在無須將其轉換為電信號的情況下擴大其傳輸範圍。超寬頻帶光纖放大器在實踐中運用證明承載100個通道（或者波長）的光波信號可以有效地被放大。使用這种放大器的網路可以非常輕鬆地處理太比特級的信息。以這個速率傳輸，這種網路甚至可能一次傳輸全世界所有的電視頻道節目或者同時傳送50萬部電影。
以公路做比喻，一根光纖也可以看作一條多車道公路。通常意義上的TDM系統使用該公路的一個車道，通過在這唯一車道上加快汽車的駕駛速率來增加頻寬。在光纜網路中，DWDM的採用好比為把後面的汽車放到了公路上沒有使用的車道上（增加了鋪設光纖的波長數目）得以獲得難以置信的巨大頻寬。另外還有一個好處：這條公路並不關心跑在自己上面的車流都是些什麼類型。結果呢，跑在DWDM這條公路上的“車子“們可以裝載ATM信元、SONET和IP包。
系統特性
可接受的理想DWDM系統應該具備某些共有的關鍵特性。任何DWDM系統都應該具備這些特性以便運營商意識到該技術的巨大潛能。以下的問題有助於確定某個具體的DWDM系統是否符合要求。
1.系統是否利用現有設備設施。2.5 Gbps 級別的DWDM系統應能完全利用現有的設備和光纜設施。
2.系統使用氟化物或矽基光纖放大器。在1530- 到1565-納米光譜內，備有濾波器的矽基光放大器和氟化物光放大器性能表現都不錯。不過，氟化物光放大器要實現起來成本較大。氟化物光纖的長期可靠性尚未經過檢驗。
3.在改變通道的時候是否需要人工干預。當增加或者減少光通道數量以達到最優的系統性能時，光放大器會進行自動調節。這一點非常重要，因為，如果高能系統內只有一個通道，那么自相位調製現象會導致系統性能的降低。另一方面，功率太低則會導致放大器無法獲得足夠的增益。
4.系統是否既穩固可靠。經過良好工程設計和建設的DWDM系統提供自身的可靠性、系統可用性和系統冗餘。雖然濾波器經常受到潮濕環境的影響，但這已不成為問題。
5.雷射泵是否有連線器。光放大器具有兩個關鍵部件：摻鉺光濾波器和放大器。當雷射泵用特定波長的雷射激活鉺元素時，鉺就會起到增益媒質的作用把引入的雷射信號放大。如果使用連線器而不是直接接合，表面輕微的污垢就可能會破壞連線器。
6.系統的波長數量和傳輸速率是否可升級。儘管對各種DWDM系統來說這個答案都是肯定的，但對此進行升級計畫也至關重要。如果服務供應商採用某種特定的方式把他們的網路組裝成一個整體再進行升級，那么可能會發生以下情況：網路需要更大的功率或者附加的信噪比增量。比方說，每次供應商把通道數量或者比特率加倍的時候就需要額外附加3分貝的信噪比增量。
7.系統是否提供遵守標準的維護接口。DWDM 系統下可以廣泛使用STL 1接口。接口應當適應服務供應商通常的維護方案。
關鍵技術
關鍵器件
以光網路構建未來高速、大容量的信息網路系統需要重點解決高速光傳輸、復用與解復用技術。基於光的分插復用（OADM）技術，網路間的光交叉互連（OXC）技術，集成化的窄帶、高速、波長可調的低噪聲探測器技術，以及可用於光纖網路幹線傳輸的、速率可達4OGbit/s的、波長可調諧的、高穩定的增益耦合DFB雷射器/光調製器的集成光源。
1）光纖傳輸通常認為單模光纖SMF色散很大，對減少四波混頻（FWM）引起的干擾有好處，但需要很多的補償光纖。實際的實驗表明SMF（G.652）和DSF（G.653）用於WDM系統時，其SPM，XPM的危害較小，不像想像的那么嚴重。過去理論和實驗表明DSF光纖的FWM干擾嚴重，不宜作WDM系統。然而採用喇曼放大後，其放大作用是沿光纖分布而不是集中的，因而傳送的光功率可減小，從而FWM干擾可降低，因此WDM在DSF光纖中傳輸仍能取得較好的效果。偏陣模色散（PMD）、色散補償是長距離大容量WDM系統必然遇到的問題，如果想得到一個又寬又平的波段。那么對色散補償器件的色散和色散斜率同時有一定要求。
2）DWDM光源 WDM光網路對光源的要求是高速（大容量）、低啁啾（以提高傳輸距離）、工作波長穩定，為此要研究開發高速、低啁啾、工作波長可調且高度穩定的光源。從世界範圍的發展趨勢上看集成光源是首選方案，雷射器與調製器的集成兼有了雷射器波長穩定、可調與調製器的高速、低啁啾等功能。有多種集成光源：其一是DFB半導體雷射器與電吸收調製器的單片集成。其二是DFB半導體雷射器與M-Z型調製器的單片集成：也有分布布拉格反射器（DBR）雷射器與調製器的單片集成以及有半導體與光纖柵構成的混合集成DBR雷射器。
3）DWDM探測器波長可調諧的窄帶光探測器是WDM光網路中一種高效率、高信噪比的下載話路的光接收技術。為了使系統的尺寸大大降低，可考慮將前置放大電路和探測器集成在一起。該類器件的每個探測器必須對應不同的信道，所以探測器必須是窄帶的，同時回響的峰值波長必須對準信道的中心波長，所以回響頻寬必須在一定範圍內可調諧。此外要求探測器間的串擾要小。共振腔增強型（RCE）光探測器集窄帶可調諧濾波器與探測器於一體，是這類探測器的首選方案。
4）波長轉換全光波長轉換模組在接入端套用是對從路由器或其它設備來的光信號進行轉換，將非匹配波長上的光信號轉換到符合ITU規定的標準波長上然後插入到光耦合器中；而當它用於波長交換節點時，它對光通路進行交換和執行波長重用功能，因此它在波長路由全光網中有著非常巨大的作用。寬頻透明性和快速回響是波長轉換器的基本要求。在全光波長交換的多種（包括交叉增益調製、交叉相位調製、四波混頻、非線性光學環鏡）技術中，最有前途的全光轉發器是在半導體光放大器（SOAs）中基於交叉相位調製原理集成進Mach-Zehnder干涉儀（MZI）或Michelson干涉儀（MI）而構成的帶波長轉換器，它被公認為是實現高速、大容量光網路中波長轉換的理想方案。
在大規模使用WDM組網時，特別是通道調度時，可能需要把某一波長變換為另一波長，或者需要整個波段的變換。Lucent研製的光波段變換器是利用LiNbO3的二階非線性係數x（2）：x（2）對光波長進行變換的。光波導是周期極狀LiNbO3光波導（Periodically poled waveguide）。
5）光放大器為了克服光纖中的衰減就需要放大器。摻鉺光纖放大器EDFA已被廣泛套用於長距離通信系統中，它能在1550nm視窗提供30nm左右的平坦增益頻寬。
對於寬頻EDFA放大器特別需要在整個WDM頻寬上的增益平坦特性。日前己有基於摻鉺光纖的雙帶光纖放大器DBFA（Dual-band fiber amplifier），其頻寬可覆蓋1528～1610nm範圍。它由常規的EDFA和擴展帶光纖放大器EBFA（Extended band fiber amplifer）共同組成。相類似的產品有Bell Lab的超寬頻光放大器UWOA（Ultra-Wideband Optical Amplifier），它有80nm的可用頻寬可對單根光纖中多達100路波長信道進行放大。它覆蓋了C波段（1530～1656nm）和L波段（1565～1620nm）。
英國帝國學院（UK Imperial College）研製了寬頻的喇曼放大器。受激拉曼放大（Stimulated Raman Amplify）是在常規光纖中直接加入光泵功率，利用光纖的非線性使光信號放大的。單光泵的喇曼放大的增益頻寬較窄，採用波長為1420nm和1450nm兩個光泵的喇曼放大器可得到很寬的頻寬（1480～1620nm）。喇曼放大的增益可達30dB，噪聲係數小於6dB。光泵功率為860mW。
6）光分插復用器（OADM）和光交叉連線器（OXC）光分插復用器OADMs（Optical Add Drop Muxs）實現在WDM光纖中有選擇地上/下（drop or add）特定的任何速率、格式和協定類型的所需光波長信道。它是高速大容量WDM光纖網路與用戶接口的界面。OADM一般是復用器、解復用器、光開關陣列的單片集成或混合集成。可調波長工作的OADM器件正在開發之中，並且已取得突破性進展。另外WDM光網路間的交叉互連也將逐步過渡到完全採用光的形式進行。國際上已經有單片集成OXC的實驗室工作報導，但是更多的工作是集中在其中的關鍵器件上，主要有為了解決網路阻塞和合理利用網路資源的波長轉換器件。AWG（Array Waveguide Grating）是最適於DWDM復用與解復用以及作為核心器件構成OADM和OXC的新型關鍵器件。因為AWG可與石英光纖高效耦合使插入損耗很低、能夠實現低成本集成。此外，AWG減輕了對光源面陣的集成度的要求，採用多個單波長雷射器與其耦合就可以實現DWDM目標。該研究的技術關鍵在於掌握厚層波導的製備技術，設法避免因應力引入偏振色散，甚至導致器件破裂。
7）光開關光波導開關集成面陣也是構成OXC和OADM的關鍵部件，實用的光開關陣列，大都是用LiNbO3光波導開關實現的。這種光開關矩陣實現大規模單片集成難度較大，尤其難以與操作電路實現OEIC集成，也有採用SiO2/Si的熱光開關，但回響速度較慢，約為毫秒量級，只適用於信道切換，對信元/包的交換，其回響速度不能滿足要求，要實現信元/包交換至少回響時間要達到微秒量級。而準實時交換（如在計算機網路中的交換）則要達到納秒量級。網路中信息資源的利用率決定於OXC的集成規模和運行的靈活程度，所以最終的OXC應當是單片集成的。技術關鍵是發展高速回響Si基彼導光開關，而利用電注入折變效應構成的SOI型SiO2/Si波導光開關，可以實現小於微秒的光開關運作，有望實現大規模單片集成。
赫茨實驗室研製了速度極高的光開關，它可在160Gbit/s的光數據流中取樣。其工作原理是：利用波長分別為1302nm、1312nm的兩個光脈衝在半導體光放大器中產生的四波混頻可對照檢查155O nm的光信號脈衝取樣。這種高速開關適用於未來從光IP信號中直接提取路由地址，以便實現光IP（IP over Optical）。
基於微電子機械系統MEMS（Micro-elecromechan-ical systems）技術的微鏡陣列光開關技術也是技術發展的一個熱點。在光網路中使用MEMS技術相對於傳統的電子設備具有低成本、快速、體積小、通信容量大，而且具有體積小、靈活可變、對比特率和協定透明、跨越電子限制提高網路速度等優點。但開關速度還達不到要求。微機械技術還可做可變光衰減器，其工作原理是利用靜電引力改變微機械中的遮蔽片的位置，以遮蔽光纖的導光面積，從而改變光衰減。該器件可由光信號控制，可用以製作：光衰減器、光功率穩定器、光功率均衡器和光波段開關。
另一種光開關是高分子數字交換器件。採用Polymer高分子材料製作的光波導器件正趨於成熟。高分子材料易於加工，成本低，在電極上施加電壓就可控制光信號通過或不通過光波導。存在問題是易於從襯底矽片上脫落、易吸水和老化問題。
網路結構分類
光網路可按照物理連線分為環網、網狀網、星型網和匯流排結構。環型拓樸與網狀拓撲相比有很多優點，例如：鏈路分攤的成本低，鏈路可共享，而且當出現大的突發數據流時可同時使用工作光纖和保護光纖降低路由器的負荷，從而避免了在路由器端的快取需要。
多波長網路又可分為單跳網和多跳網。在單路網中從源端到目的地的數據流就像一個光流一樣穿過網路，在中間任何節點無需電的轉換。從光網路選路方式上劃分有兩種典型的單跳網路：廣播與選擇網（Broadcast and select network）以及波長選路網（Wavelength routed network）。
廣播與選擇網是通過無源星型耦合器件將多個節點按照星型拓樸結構連線起來的。基本原理是以廣播形式傳送，接收端有選擇地濾波接收。這種網路主要用於高速區域網路或廣域網。有兩種工作方式：固定波長光傳送而使用可調諧的光接收或者接收波長固定而傳送波長可調。廣播與選擇網有兩個不足之處：其一是浪費了光功率。發射的光功享送到所有的接受器，不管這個接收器是否是通信對象。這樣，對實現通信節點來說，增加了光分流引起的損耗。其二是可擴展性差。N個節點至少需要用N個波長，增加一個節點要增加一個波長，每一個接收器的可調諧範圍也要相應增加一個波長，而且不能執行波長重用。
與之相反，波長選路網關鍵元素是波長途擇交換器，它也分為兩種：波長遠路交換方式和波長轉換交換方式。前者是通過改變WDM路由動態地在通信間交換數據信號。後者通過波長轉換將數據倒換到另一個波長通道上。
若在節點中採用光開關、波長轉換器、可調諧濾波器、陣列波導路由器等光子器件，就可構成靈活的、可擴展的、可重構的光網路結構。
波長路由
光網路是由光通路將波長路由器和端節點相互連線而構成的。顯然每個鏈路可支持好多信號格式，但它們都被限定在波長粒度上。波長交換機（或波長路由器）構成形式有以下幾類：
非重構交換機：每個輸入連線埠和輸出連線埠對應關係是固定的而且波長一致，一旦建成就無法改變。
與波長元關型可重構交換機：輸入連線埠和輸出連線埠的對應關係可以動態重構，但這種關係與波長無關。即每一個輸入信號都有一些固定的輸出連線埠。
波長選擇型可重構交換機：它同時兼有連線埠的動態重構和依據輸入波長的選路功能。
給定一個網路的物理拓撲和一套需要在網路上建立的端到端光信道，而為每一個頻寬請求決定路由和分配波長就是波長途路由問題。光網路中波長路由問題主要有3類：
一是在不使用全光波長變換模組時，實現自適應網路波長和路由的動態分配（RWA）問題，解決途徑是確定最佳化判據、波長和路由的分配算法。也包括在所需系統代價最小的情況下故障恢復路由的動態自愈恢復算法。
二是在有全光波長變換模組時，利用波長變換模組如何降低波長堵塞的算法研究，包括使用波長變換模組後系統性能增加和波長路由光網路拓撲結構、網路尺寸的關係。
另外要實現真正的自適應路由和波長分配，還必須考慮業務流量制約下的選路問題。最理想的情況是DWDM光網路節點監測光信道上的業務流量，根據使用情況按照相應算法增加/減少光信道數量和提高/降低光信道數據速率。
光網路獨一無二的屬性是可以實現波長路由，通過網路中的信號路徑由波長、源信號、網路交換的狀態信息以及選路中的波長改變信息等來共同決定。圖2表示了一種基於波導光柵路由器（WGR）的波長選路網中光路的建立過程。WGR節點通過波長路由算法分配波長，波長轉換器的套用可增加網路的靈活性。
波長分插復用（WADM）可與路由器直接連線，使得在兩者之間建立光路徑成為可能。由於Internet數據在發達和接收信道上具有很高的不對稱性，因此依據對稱的話音業務設計的現有通信系統不能適應這種非對稱業務。而直接將路由器與分立波長相連的一個優勢是光學系統能夠直接根據Internet數據的流量情況在以波長為基礎的光域上執行相應的流量疏導功能。
網路同步和安全性
由於DWDM系統提供的相互不存在時間關係的不同波長的復用，因此不需類似於SONET中的時鐘系統。然而要保證傳輸質量，也許在WDM系統中仍需要同步技術。
光纖可非常容易地實現安全性連線。量子密碼（Quantunm cryptography）技術使用最基本的量子互補（quantum complementarity：基於粒子與波在行為上互斥的同時又是完全描述一種現象的密不可分的兩個要素）原理就是其中之一，它允許相距較遠的兩個用戶使用共享的隨機比特序列作為密碼通信的密匙。十分複雜的傳統加密措施是通過複雜和強度很大的數學運算來實現的，與其相比分布量子密碼QKD（Quantum Key Distribution）技術，正像它的名字所表示的那樣提供了一種新型的基於基本的物理原理來保護和加密有用信息的有效方法。
功率均衡技術
與點到點WDM系統相比，WDM光網路的一個重要特點是網路中同一參考點各信道的功率不同。在端到端WDM系統中，信號傳送端處各波長的功率是相等的。而在光網路中，從本地節點上路的光信號與其它傳輸了不同距離、從而有不同光功率的一些信號復用在一起傳輸。即使是復用在一起傳輸的光信號，傳輸一段距離後，由於EDFA、光濾波器和光開關等器件對各波長的回響略有不同，它們的功率也可能不同。不同功率的波長信號經過級聯EDFA系統後，某些波長的功率將可能進一步降低，使該信道性能惡化。此外由於光網路的上下話路、重新配置或網路恢復等原因。使進入節點的各個波長通道的光功率也存在差異，由於光信號要經歷多個節點和鏈路，各個波長通道之間的光功率差異產生累積，導致各個光信道的信噪比下一致，使得系統服務質量受到影響，甚至使某些信道劣化到不可接受的水平。因此在光網路中有必要在節點對每個波長的光功率進行均衡，以保證通信質量。
光網路中通道的不均衡性可嚴重惡化網路性能，因此通道的均衡性是光網路性能好壞的重要依據，已經提出了許多均衡方案，如AOTF濾波器、MZ濾波器、F-P濾波器調諧方案，以及衰減器調諧方案等，這些方案都是利用光元源器件如可調衰減器以及有源器件如SOA的基於通道級均衡。一種方法是在終端機上的OMUX盤對輸入的多路光信號進行中斷檢測，這一訊息被監控系統處理後，將通過監控信道通知到全線各站點，控制各站的光放大器的輸出動率。另一種方法是在各種光放大器盤上均設計有輸入、輸出光信號監視點，通過監控子架，實現對線路信號中各波長通道的集中監視和分析，即從光放大器盤的光監視點引入光信號，進行線上分析，可獲知任一波長通道的工作狀態，如光功率大小、光波長值、光通路的信噪比等重要參數。當功率監測點位於0XC/OADM中功放EDFA之前，監測並調整各個信道中的信號功牢或信號與噪聲的總功率時，這種方案對於各個通道的不均勻性具有很好的均衡效果。但是，如果整個復用段的光功率發生波動，會導致所有受影響的通過都進行相應的調整，這不僅增加了調整時間，還使調節過程複雜化。鏈路支持的波長數目增多時情況尤為突出。此外，在特定情況下（若通過均衡能力已經達到極限），僅靠通道級均衡無法實現功率均衡。因此為適應網路配置、網路重構對各個光通道的影響，WDM光網路中光功率均衡是WDM光網路一個重要研究內容。
開銷處理
光網路節點要支持光聯網，必然要有對光通路的OAM（操作、管理與維護）信息，因此就必須具有開銷處理能力。對開銷的載送方式有隨路和共路兩種，各有優缺點。而提供開銷的方法有3種：副載波調製（SCM），例如利用引示音（Pilot Tones）；光監視通道（OSC）；數字“包封器”（Digital“Wrapper”）。
WDM系統如何與IP網結合以傳送IP信息（通稱IP 0ver WDM），是一個極其重要的問題，因為不久的將來IP數據業務會占主要地位。當不使用SONET/SDH設備而要實現直接的IP 0ver WDM，則需要考慮在原來的SONET/SDH中執行的某些功能（如各種開銷位元組的處理）如何在新型系統中來實現。一種方案是：光的通過開銷有兩部分，一部分在光容器幀結構內，它對應SONET/SDH的段開銷，另一部分不在幀內，而是用調製的導頻（pilot tone）另外傳送，光層只具有WDM的復用功能。
光聯網技術提供在光層上的傳送組網技術，例如在光通路（OCh）層上作OCh的快速路由和交換；為了以光通路組網，就需要具有管理頻（率）隙（slot）的能力（正像在現有網中管理時隙一樣），這裡一個頻隙就是一個光通路。
同頻串擾
在傳統的點到點波分復用（WDM）系統中，由於波長選擇器件（如波分復用器/解復用器和可調諧光濾波器）性能的不完善，相鄰波長信道之間會產生串擾，這種串擾被稱為異頻串擾。它是一種加性串擾，表現為在信號上疊加了一定功率的噪聲，惡化了信號的消光比。構成光網路時這種串擾的影響下去積累，且在接收機前加光濾波器可以將其濾掉，因此對系統的影響較小。
而在以波分復用傳輸和波長交叉連線（OXC）為基礎的WDM光網路中，當不同輸入鏈路中同一波長（頻率）的信號被送入同一光開關，根據需要完成光交叉連線後，再送入相應的波分復用器中。由於器件性能的不完善，一個信道的信號經過交叉器件後會包含其它信道的串擾。當多個信道重新耦合到一起時異頻串擾就會轉化為同頻串擾，即與信號光頻率相同的串擾。它可以是不同鏈路中相同波長間的串擾或同一信號與自身的串擾。當光通道經過多個OXC時，由於每個OXC中波長選擇器件的作用，異頻串擾不會隨著節點數的增加而積累。而同頻串擾和信號在同一個波長信道內，不受波長選擇器件的影響，將隨著節點數的增加而下斷積累。因此同頻串擾需要著重研究。
OXC引入的同頻串擾可以分為相於串擾（串擾光的相位與主信號相關）和非相干串擾（串擾光的相位與主信號不相關）。當主信號的一部分能量經過OXC變成串擾時，串擾光信號與主信號可能相干。這主要由串擾光信號和主信號的傳輸時延差與雷射器的相干時間決定。當傳輸時延差小於雷射器相干時間時，這種同頻串擾就成了相干串擾。為了減小串擾對系統的影響，在設計OXC時應該使不同光路的時延差大於雷射器的相干時間。
發展歷程
DWDM光傳輸系統研發進展迅速，實驗室中的DWDM的傳輸容量已經達到6.4Tb/s，2000年商用系統的容量將達到1.6Tb/s。復用30～40波長的DWDM系統已經大範圍使用， 100～160波長的系統也即將商用。實驗室中復用波長已超過1000波長。
1996年美國的Bell Labs首先進行總容量1Tb/s級的DWDM傳輸實驗，這在當時是最新記錄，然而此記錄不到一年就被刷新。在OFC '97上NEC宣布實現了2.6Tb/sDWDM傳輸實驗，號稱世界最新記錄。但此記錄僅保持了兩年又被刷新，在OFC '99上NTT宣布完成了3Tb/s OTDM+DWDM的傳輸實驗， Siemens公司也發表實現了80×40Gb/s總容量3.2Tb/s的傳輸實驗，打破了NEC的記錄。同年 Nortel在Telecom'99上宣布了兩個世界記錄，即單信道80Gb/s和總容量6.4Tb/s的最高記錄。但這兩個記錄剛剛宣布不久，在11月份的新發明展示會上，Lucent宣布實現了單信道160Gb/s和DWDM 16Tb/s的傳輸實驗記錄，又把Nortel遠遠地拋在了後面。下一個世界記錄屬於誰，群雄逐鹿，風雲再起。
中國國內DWDM市場也一樣，幾家主要通信設備供應商紛紛進入DWDM市場開展競爭，一時間中國國內市場也被炒得火熱。
網路設計
在設計DWDM 光網路時，應將成本最小化、所選定的網路結構能夠提供預期的路由能力和保護恢復能力作為規劃和設計的主要奮鬥目標。網路設計最具挑戰性的問題就是最佳化處理，整個網路最佳化的目標就是使組網成本最低。
根據網路的複雜度和最佳化目標的不同，網路設計和規劃可以分步驟進行，也可以集中統一進行。分步設計能夠在可接受的運算量條件下完成網路的設計過程，而統一設計方案由於能夠通盤考慮網路的整體情況，所以設計的結構相對較優。在後期網路可用性分析階段，通過更加廣泛的測試來評估設計結果，例如在意想不到情況下和動態業務情況下對所設計的網路進行性能分析和可用性評估，評估結果可以反饋到原有的設計處理算法中，通過輕微的參數調整進一步最佳化下一步設計的執行。
在進行網狀網光網路的最佳化設計時，設計人員首先要決定為了滿足承載一定業務量要求的網路資源的多少，所需要的網路資源包括位於不同節點的OXC的規模、光纖數量和節點之間的波長需求。
網狀網光網路的設計分為三大步：拓撲設計（即確定鏈路的使用情況）；業務路由和容量分配（即確定節點之間的業務傳送狀況）；容量空閒分配（即確定當網路出現故障時，網路的抗毀性應對措施和資源占用狀況）。
環行光網路的設計和規劃流程主要可分為兩大步：
第一，環網基本情況的界定。主要是要確定所要設計的環網是從零開始的全新設計還是在已有的網路基礎上來設計環行光網路，另外還要確定所要設計的網路是否是分級結構的多層網路還是單層網路；
第二，基於環內選路由和波長分配方式對環網結構和功能進行分割和定位。環網互聯和網狀網設計相比無須執行空閒容量的分配和規划過程因為空閒容量本身已經嵌入在環網內部。
網路最佳化
DWDM網路最佳化是指根據實際線路光纜的各種參數，例如衰耗和色散，利用科學的算法工具對DWDM鏈路進行最最佳化計算和配置，並在工程執行期間進行具體的最佳化調整，儘可能消除或抑制信號傳輸過程中的失真和劣化，使DWDM網路處於相對最優工作狀態，確保高質量傳輸的整個過程。業務信號通過DWDM系統傳播的過程中，由於系統和傳輸媒介的特點，會發生不同程度的信號失真。2.5Gb/s以下速率的信號因速率低而受失真的影響不大；而10Gb/s以上的高速率信號對這些信號失真非常敏感，受影響很大，因此系統最佳化對保證高速率大容量DWDM網路的高性能至關重要。造成信號失真的因素主要有如下兩大類：一是線性失真，二是非線性失真。
廣義的DWDM網路最佳化是一個涉及面很廣的過程，包括了項目招投標時基本配置的確定、工程執行期間對實際參數的測量、根據測量結果調整DCM模組和泵浦卡以及各個具體段的實際參數設定、信號預加重調整等過程。DWDM網路最佳化是一個科學、嚴謹的過程，必須嚴格按照相關的操作指示和計算結果，不允許憑空想像、隨意而為；另外，鑒於光纖接頭清潔對於2.5Gb/s或者10Gb/s速率DWDM網路的重要性，必須確保整條鏈路每個光接頭都是完好的和乾淨的，否則會影響最佳化結果、導致系統性能下降。最佳化後的DWDM系統主要參數的冗餘度一般是：單段衰耗3dB，全程色散約400ps/nm。如果出現如下情況，一般需要重新最佳化；線路衰耗變化過大且無法恢復，則需要重新計算，必要時更改光功率參數；線路光纖類型不變但長度發生較大變化，則需要重新計算，可能需要調整DCM模組順序或更換DCM模組；線路光纖類型發生改變，則肯定需要重新計算，調整DCM模組，並做重新最佳化。
總之，對於新建的DWDM鏈路，只有進行科學嚴謹、精確有效的系統最佳化，才能夠徹底擺脫傳統DWDM鏈路在長距離和高速率、大容量之間很難完全兼得的限制，真正實現高速率、大容量、長距離、高性能的傳輸。
