译 者 简 介
    徐安士：北京大学教授，博士生导师。中国电子学会高级会员，中国通信学会高级会员，美国光学学会（OSA）高级会员，中国光学学会光电技术专业委员会常务委员，北京通信学会理事会理事，北京通信信息协会理事，北京邮电大学信息信息光子学与光通信国家重点实验室学术委员会顾问委员，西南交大信息光子与通信研究中心学术委员会委员。
曾任国家教育部教学指导委员会委员、分委员会副主任委员，国家自然科学基金委信息科学部专家咨询委员会委员、专家评审委员会委员，国家科学技术奖评审委员，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室（北京大学）主任、学术委员会委员，电子学系主任、光子与通信技术研究所所长等。
    主要从事光通信网络与系统,基于等离子激元的广角接收模块等光等方面的研究。获得过国家科技进步三等奖（排名第一）、全国优秀博士论文指导教师、国务院特殊津贴等奖励。多年来从事过“光网络”、“光纤通信系统”、“电动力学”、“微波”、“热学”等课程教学。共发表学术论文300余篇。

    吴德明：1960年５月毕业于北京大学电子学系，并留校任教。曾从事微波电子学、微波技术、声学和光纤通信技术的研究和教学工作。现为北京大学信息科学技术学院教授、博士生导师（2001年退休）。出版教材《理论力学基础》、《光纤通信原理与技术》（第一版和第二版），发表学术论文100余篇。获得国家科技进步三等奖一项、部级二等奖两项、三等奖一项。

    何永琪：北京大学信息科学技术学院教授级高工，博士生导师。1962年生于广西蒙山县。北京邮电大学和北京交通大学兼职教授，中国通信学会高级会员，中国通信学会通信软件专业技术委员会委员；1983年获北京师范大学学士学位，1987年获北京邮电大学硕士学位，1996年获丹麦技术大学博士学位；作为课题负责人承担和完成了7项国家863计划课题、2项国家973计划课题、2项国家自然科学基金课题和1项邮电部科技发展项目；作为第一起草人完成了1项国家通信行业标准；已发表学术论文50余篇，出版专著一部；当前主要研究方向为光传送网、高速光纤传输系统、宽带接入和无线接入。

译  者  序
    光网络是信息传送的骨干传送网络，并且在可预见的将来具有不可替代性。在我国社会向数字化、信息化、网络化发展过程中起着举足轻重的作用。作为现代信息流的特点之一，就是趋于越来越大的海量信息,但其传送本身受到网络中多种因素的制约，现代信息流的传送模式使得网络状态变化越来越复杂。首先，网络承载现代信息流将导致网络结构的复杂化，包括网络物理拓扑的复杂化、网络节点结构的复杂化、交换方式的多样化、业务适配与汇聚的复杂化等。网络承载现代信息流将导致网络的控管复杂化，包括通信协议多样化与可扩展，控制的可扩展与效率，网络控制的快速、可靠、稳定与鲁棒等。现代信息流还将导致网络生存性的复杂化，包括网络恢复成功率、恢复时间及资源的利用率之间的关系复杂化。研究这些问题，将涉及光网络的网络架构、多业务适配、多粒度汇聚、交换模式、传输制式与效率、网络控管及时空资源优化调度等多方面的核心技术；同时，这也是信息时代的现代信息流传送对光网络提出的新要求。因此，现代信息流传送将对我国光网络的研究和发展提出巨大挑战，如何提升目前光网络的传送能力，适应我国未来社会需要，已成为当前亟待探索、研究和解决的问题。所以，“光网络”课程对通信与信息系统学科光通信研究领域的研究生来说应是必修课程。本书内容涉及面广，深浅适度，从实际网络出发，既适合将来从事光网络方面研究的研究生，也适合从事光网络方面应用的工程人员，甚至适合不是光网络专业人员但与光网络有关的人员的阅读和学习。
    我所在的光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室(北京大学)，从1997年承担我国第一个有关光网络方面的项目——国家高科技863项目“波分复用全光通信试验网”起,到承担国家自然科学基金重大项目“WDM全光通信试验网”,到承担我国973项目“Pbit/s级可控管光网络基础研究”等一系列光网络研究课题，基本上经历了我国光网络研究发展的全过程。在此背景下，我们从1999年开始准备，在2000年将“光网络”课程与“光通信系统”课程分离，新开了“光网络基础”课程。所选教材就是本书的第一版，参考书是Paul E. Green, Jr.的Fiber Optic Networks。当前有关光网络和光通信系统方面的教科书已经出版了不少，为了使本书的内容更加突出，我们向出版社建议，暂不翻译其中有关“光通信系统”的3章内容，即原第2章“信号在光纤中传输”、原第4章“调制与解调”和原第5章“传输系统工程”。因出版社征得了本书原作者的同意，故我们翻译的本书只有10章内容。但在本书第2章（原书第3章）“元器件”中保留了一些光通信系统的部分内容，如发射机、检测器等，以及保留了附录中相关内容，以保持本书相对完整性。
    从本书3个版本的前言可以看到本书内容的增删和改版的过程，反映了随着光网络从第一代到第二代的演变对光网络研究内容的深刻变化。这种变化还在不断发展。我们在教学过程中，也会每年补充一些最新的研究内容和光网络最新的进展，以作为课程的补充内容供学生讨论。我们课程的对象主要是通信与信息系统光通信专业方面的研究生。另外，无线通信及物理学院对光网络感兴趣的研究生也选择了这门课程。课程教学采用了互动形式，研究生需要针对某个专题进行准备，讲述他们对该专题的理解并与大家一起讨论。这样，研究生就不仅仅是听课，而要理解专题内容，熟悉所搜索的相关资料，并具有与其他人正确交流和表达的能力。
    我们共有三位翻译人员，分别为徐安士教授，博士生导师；吴德明教授，博士生导师；何永琪教授级高工，博士生导师。我们都是多年参与光网络与光通信系统研究的教员。徐安士教授翻译了本书第1、7、8、9、10章，Green先生的序言，三个版本的前言，以及附录B、C和J。吴德明教授翻译了第2、3、4章，以及附录D、E、F、G、H和I。何永琪教授翻译了第5、6章。附录A和中英文术语对照表是在翻译前由三人共同讨论决定的。吴德明教授对徐安士教授所翻译的章节进行了校对，徐安士教授也对吴德明教授和何永琪教授所翻译的章节进行了校对。最后由徐安士教授统一归纳整理，包括统一书中用词，删去了一些与改编时所删章节相关的字句，附录中公式也按此原则进行了相应修改。
    由于我们平时较忙，以至于本书的翻译一直持续了两年。翻译之中难免还会存在一定错误，盼请读者指正，也期望本书的内容与翻译能符合读者的要求。

                                                                    徐安士
                                                                2012年11月10日
                       区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室（北京大学）
                                            北京大学科学技术学院现代通信研究所
                                                             lyrxas@pku.edu.cn


序
    不久前，每当有人想有效地发送信息，实际上只有两种选择——通过有线或无线发送。这种情况持续了几十年，直到20世纪60年代中期，光纤革命开始了，一开始是悄悄的，然后随着研究力度的加强，人们开始明白通过微小的一丝玻璃束发送光脉冲并不是太疯狂。现在这种革命正在全力以赴，仅在美国每天敷设的光纤就有4000光纤英里。在许多应用中，光纤正在取代电缆，逐渐地，它正在成为两个新兴的主导传输技术之一，另一个是无线通信。其中之一（无线）可以达到任何地方，但它在到达之处并不做太多事情，而另一种（光纤）将永远不可能到达任何地方，但它无论到达何处却确实做了很多事情。在光纤通信早期，人们就意识到这种简单的玻璃介质具有令人难以置信的大带宽容量等待被采掘。如果实际需要它，则这个时代应该会到来，而且我们也应该能指出如何来挖掘它。现在这个时代已经到了。需求在这里，而解决方案也在这里。
    本书描述了一场革命之中的一场革命，大家现在熟悉的光纤容量已得到开发，可以载负更多的信息、处理更广泛的各种传输类型，以及提供更好的可靠性和易用性。在很多地方，安装光纤仅仅作为一种比安装铜缆更好的方式，还没有证实这样做的结果足以满足对吉比特带宽容量的需求。人类天生的对带宽越来越大的渴求，再加之越来越多的人意识到富有想象力地利用光纤所带来的其他灵活性，导致人们去探索全光网络，这就是本书的主题。这样的网络就是以新的方式，无论是采用波分复用还是采用时分复技术来组成整个网络结构，其信息都以纯光信号的形式通过各种方法从一位用户位置传送到另一位用户位置。
    当我在1993年尝试出版同类书籍时，没有人能确定光网络是否能取得巨大的成功。如果失败，光网络将以“究竟发生过什么事情……”的技术故事而不复载入史册，虽然这种技术书面上听起来很棒，但是却从来没有在现实世界中成功。我的书Fiber Optic Networks用了大部分篇幅讨论有关构建码块技术和慨叹其局限性，因为很少谈及真实网络、与它们有关的结构考虑，以及它们曾为任何人做过什么好的事情。
    在过去的四年中，光网络确实真的实现了，它本质上基于波分复用技术。本书作者Ramaswami和Sivarajan，是这种成功的主要体系结构的设计者，已纠正了像我所著的书那样的早期书籍的不足。现在每年有数亿美元的波分复用组网系统正在出售，只生产光网络产品的新的大公司已经建立，带宽瓶颈正在缓解，以及协议激增的混乱状态由于这一显著透明的组网新方式而得到控制；更重要的是，对下一步网络如何发展有了丰富的体系结构方面的认识。网络专家，刚经历像Web一样令人兴奋的新奇事物，现在又有另一种奇妙的天地可大展才华。整个光网络的概念本身就魅力无穷——基于具有数千吉比特每秒容量的介质，却又这么小得几乎看不见；发射机不比一粒盐大；放大器在光域放大了大量带宽；传输设计越过了50年来之不易而又复杂的编码；对调制和均衡的深刻见解；以及在网络架构中纳入了通常在传统分层机制低层难以实现的许多功能——这些都是读者期待阅读本书的一些新的有趣的主题。
    为了理解在这一场革命之中的这个新组网革命，必须要有经验丰富的人带领我们进入许多人尚不熟悉的这一领域。由于本书作者具有物理和网络架构方面优秀的综合知识，是绝对有资格引领我们学习的。当你花了一段时间阅读本书后，就能更彻底地熟悉所有重要的问题：现在是如何影响光网络的、网络的潜力和局限性是什么，以及它们如何使基于电时分复用的许多传统通信网适应我们当前的需求。无论你是一位计算机网络专家，想知道如何利用光纤来突破你的系统因带宽瓶颈所产生的网络容量限制；还是一位规划者或实施者，试图使你的电话网络永不落伍；或者你是一位教员，想适当地更新你的通信工程课程内容；亦或你是一位学生，想找一份有趣而待遇又好的工作，或你是一位需要再踏上新职业生涯的中年人，这本书都能为你们提供所需的帮助。
    作者描述了在一个崭新的而其他书籍还没有涉及的领域内正在发生的事情和将要发生的事情。我从阅读本书中学到了很多知识，并期望你们也能学到很多。

Paul E. Green, Jr.
光网络技术泰乐公司(Optical Network Technology Tellabs，Inc.)董事

第三版前言
    自从2002年本书最后一版出版后，光网络已相当成熟。一系列新技术，包括可重构光分/插复用器和复杂的调制格式在内，已成为当前的主流技术，并出现了从电信网到在光纤基础设施上运行分组交换的重大转变。我们将其中许多内容纳入了本修订版。
    在第2章中，我们扩大了对多模光纤的讨论，并补充了光子晶体和塑料光纤一节。第6章已重写了有关通用成帧规程、光传送网和弹性分组环（RPR）的新的一节。同步光网络（SONET）的内容现包括了虚拟级联（VCAT）和链路容量调整方案（LCAS）。也扩展了以太网和多协议标签交换（MPLS）的内容，其中包括开发这些技术来支持电信级业务。第7章专门讲述WDM网络基本元部件的结构考虑，我们已经更新了可重构光分插复用器（ROADM）这一节。第8章反映了网络管理和控制方面的变化，包括更多对分组传送因素的探讨。第9章包括了以太网、MPLS和RPR等客户层协议在内的网络生存性，其中重要的是理解光网络在生存性方面所起的作用。
    与先前的版本一样，本书打算便于广大读者使用，包括学生、光器件方面的工程师、设备和业务提供商、网络规划者、投资者、风险投资者，以及工业和投资分析师等。它可以作为电气工程和计算机科学专业研究生的课程教科书。采用本书作为教材的教师，可通过网址textbooks.elsevier.com，输入ISBN(书号)9780123740922，搜索出本书英文版信息，并按照界面提示注册后，即可获得本书习题解答若需帮助，可联络电子工业出版社外版教材教辅支持电话：010-88254555或发邮件至te_services@phei.com.cn——编者注。。
我们要感谢Karen Liu对于修改第2章所提供的宝贵协助，特别是对多模光纤、光子晶体和塑料光纤那一节。我们也感谢Ori Gerstel在光网络方面有深刻见解的讨论，以及感谢Parthasarathi Palai在DWDM网络案例研究方面所做出的投入。

第二版前言
    自本书第一版1998年2月出版以来，我们目睹了光网络得到令人深刻印象的蓬勃发展。往常只有相当少的一部分研究人员和工程师们对光网络感兴趣，但现在许多人都对光网络抱有极大兴趣，他们包括学生、光元件和设备方面的工程师，以及业务提供商、网络规划者、投资者、风险投资者及工业和投资分析师等。
    过去三年来随着技术迅速进步和光网络的广泛部署，出版本书第二版就显得很有必要了。在第二版中，我们试图包括光网络及相关技术的最新进展，并也想使本书更容易被有兴趣学习光网络的大众所接受。基于这种想法，我们已经重写了几个章节，增加了大量新材料，并删除了一些与实际光网络不相关的材料。我们也更新了参考文献，并增加了一些新的习题。
    本书的主要改变如下：我们主要重写了介绍，以反映当前对光网络的理解；增加了“传输基础知识”一节，对非业界人士介绍了光网络和波分复用（WDM）技术中常用的一些术语。第2章已经增加了有关色散管理和孤子的重要的一节，该节还描述了现在正在使用的不同类型的光纤。第3章涵盖了电吸收调制激光器、可调谐激光器、拉曼放大器和L波段掺铒光纤放大器，并且明显扩充了光开关这一节，使之包括微电机系统（MEMS）和其他技术在内的新型开关。第4章覆盖了归零码调制和其他更新的调制格式，如双二进制调制，以及前向纠错技术，这些现已广泛用于高比特率系统中。第5章现在包括扩大了覆盖范围的色散和极化效应，这是影响高比特率、长距离系统设计的重要因素。
    本书有关网络章节已经完全重写和进行了扩充，这反映了该领域所取得的明显进展。这些章节内容安排如下：第6章现在包括扩大覆盖范围的SONET/SDH、ATM和IP。第7章专门讲述WDM网络基本元部件的结构考虑。第8章尝试为光网络中网络设计和路由等相关问题提供统一的看法。第9章明显扩大了网络管理和控制的覆盖范围。第10章专门讨论网络生存性，详细讨论了光层保护。第11章介绍了接入网，重点是新兴的无源光网络（PON）。第12章提供了最新报道的光分组交换网络。最后，第13章主要集中在网络部署考虑，意欲为读者提供电信网络如何发展的综合性理解，包括了一些典型的长途网络和城域网方面的详细的网络规划案例研究。
    目前，在这一领域有许多标准机构积极制定标准。在附录中增加了相关标准列表。此外，也在附录中增列了本书使用的缩写，并将一些更先进的脉冲传播资料列入了附录。
本书删除了广播选择网络这一章，因为这些网络现在主要处于学术兴趣上。同时也删去了描述光网络测试平台这一章。
教学和学习
    本书可以用来作为电气工程和计算机科学专业方面研究生课程的教科书。在我们所教的课程中包括了本书的大部分内容。第2～5章涵盖了光网络方面的组件和传输技术，第6～13章涉及了组网。为了理解组网方面的问题，学生需要具有通信网络方面本科生课程的基本知识。我们尝试让网络专业人员易于理解本书有关传输章节方面的内容。例如，首先是从网络设计师的角度以一种简单定性的方式对元件进行处理分析，然后详细解释它们的工作原理。预先具有半导体和电磁学方面的一些知识，将有助于充分理解部分章节中的详细处理。
致谢
    我们很幸运有一组优秀评审员，他们尽力详细阅读了本书所有章节，并在本书内容和素材方面提出了许多建议。他们在塑造这个版本方面的作用是非常宝贵的。我们要特别感谢Paul Green、Goff Hill、David Hunter、Rao Lingampalli、Alan McGuire、Shawn O’Donnell、Walter Johnstone、Alan Repech、George Stewart、Suresh Subramaniam、Eric Verillow和Martin Zirngibl。另外，我们要感谢Bijan Raahemi、Jim Refi、Krishna Thyagarajan和Mark R. Wilson对一些专题的投入并提出了一些建议，指出了本书第一版中的一些错误。Mark R.Wilson根据他上的课程向我们提供了一些面向应用的习题，我们已将这些习题收集在本版本中。我们还想感谢Amit Agarwal、Shyam Iyer、Ashutosh Kulshreshtha和Sarath Kumar，他们让我们使用其网状网络设计工具，感谢Ashutosh Kulshreshtha详细计算了网状网络设计实例，Tapan Kumar Nayak计算了光路拓扑设计实例，Parthasarathi Palai仿真计算了EDFA增益曲线，Rajeev Roy验证了我们的一些计算结果。

第一版前言
    光纤光学已经成为电信和数据网络基础设施的核心。光纤是任何超过每秒几十兆比特、距离超过1 km以上的数据传输的首选方式。第一代光网络主要用光纤替代铜电缆，在较高比特率下进行较长距离的传输。第二代光网络刚刚兴起。这些网络真正利用光纤的容量实现了每秒数十吉比特至每秒太比特的整体传输容量。此外，他们还在光域开发了信号的路由和交换。技术的快速发展及对带宽永无止境的需求，导致这些网络迅速从实验室研究过渡到市场。
    有几本书很好地论及了光纤传输的基本原理。然而，需要一本书来覆盖第二代光网络的传输方面，并侧重于组网，如网络架构、控制和管理等方面。因此，如果没有对构筑这些网络所需的元器件的描述，则这样一本书将不会是完整的。特别是网络架构在很大程度上依赖于这些组件，并且光网络设计人员也需要熟悉它们的性能。因此，本书试图涵盖与第二代光网络相关的元件、传输和组网问题。本书针对的是网络规划者、设计者或运营商、在电气工程和计算机科学专业方面的研究生，以及想了解光网络的工程师等各方面的专业人士。
教学和学习
    本书可以用来作为电气工程和计算机科学专业研究生课程的教科书。在我们所教的课程中，涉及了这本书中的大部分内容。第一部分涵盖了光网络方面的元件和传输技术，第二部分涉及了组网。为了理解第二部分中的组网问题，学生需要有本科生课程中的通信网络和概率方面的基本知识。我们尝试让网络专业人员易于理解本书第一部分中有关传输章节方面的内容。例如，从网络设计师的角度，首先以一种简单定性的方式对元件进行处理分析，然后详细解释它们的工作原理。预先具有电磁学方面的一些知识将有助于理解部分章节中的详细定量处理。较高深的内容用星号标注，这样，即使不讲授这部分内容，也不会丢失本课程的连续性。
本书概述
    第1章介绍了光网络。本书第一部分致力于光网络的基本技术。第2章介绍了光如何在光纤中传播，并涉及了损耗、色散和光纤非线性现象，这些现象在传输系统设计中起着重要作用。第3章概述了构建网络所需的不同组件，如发射机、接收机、复用器和开关等。第4章介绍了电信号如何在发射机中转换成光信号（调制过程）和它们在接收机中如何恢复成电信号（解调过程）。第5章则侧重于最新一代传输系统和网络的物理层设计，以及限制系统性能的因素。
    第二部分专门讲述光网络的各种组网。第6章介绍了不同的现今还广泛采用的第一代光网络。第7章涵盖了广播选择WDM网络，这些网络适用于局域网和城域网。将在一个统一的框架下描述和比较不同的拓扑结构、媒体访问和调度方法。第8章介绍了采用波长路由的网络。这些网络正在从实验室进入商业部署。本章涵盖了这些网络的架构方面，重点放在关键的设计问题。第9章介绍如何覆盖虚拟网络，例如，如何在第二代光网络基础上运行IP或ATM网络。第10章涵盖了控制和管理，包括连接管理、故障管理和安全管理。第11章介绍了几个重要的波长路由实验示范网、现场试验和原型。第12章介绍了光纤到路边、光纤到家庭接入网应用的无源光网络解决方案。第13章涉及了在不同类型的电信网络中部署新的第二代技术的相关问题。第14章讲述了光时分复用网络，该网络当今还处在实验室研究之中，但在每个WDM信道上提供很高的传输比特率方面具有进一步的发展潜力。
    附录包括了一些随机过程和图论的基本知识，可作为背景资料阅读。第一部分（技术）中所使用的大量符号和参数也在附录中进行了归纳总结。
致谢
    首先也是最重要的，想感谢Paul Green将我们引入了这一领域，多年来成为我们的良师益友，以及为本书撰写前言。我们想特别感谢Rick Barry、Ori Gerstel、Ashish Vengsarkar、Weyl-Kuo Wang和Chaoyu Yue，他们详细审阅和讨论了本书的部分或全部材料。另外，我们还要感谢Venkat Anatharam、Dan Blumenthal、Kamal Goel、Karen Liu、Roger Merel、Rick Neuner和 Niall Robinson为本书提供了建议。我们也想感谢Rajesh M. Krishnaswamy为10.2.2节完成了一项仿真，感谢A. Selvarajan回答了一些与我们技术相关的问题，感谢Chandrika Sridhar帮助准备了习题答案。