第1章全光通信網-

全光通信網

第一章概述

1966年7月，英藉華人高錕博士，發(fā)表了，加強原材料提純，加入適當的摻雜劑，可把光纖的衰減系數從當時的1000dB/km降低到20dB/km以下以實現(xiàn)通信的文章。光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE授予的獎章

１.１光纖通信的發(fā)展1970年，美國康寧公司馬勒博士等三人的研究小組首次研制成功損耗為20dB/km光纖。1974年，貝爾實驗室發(fā)明了制造低損耗光纖的方法，稱作改進的化學汽相沉積法（MCVD）.

光纖損耗下降到1dB/km。1976年，日本電話電報公司研制出更低損耗光纖，損耗下降到0.5dB/km。1979年，日本電報電話公司研制出0.2dB/km的光纖（1.55um）目前，光纖最低損耗0.17dB／km

光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展SDH設備STM-1STM-4STM-16STM-64STM-256速率155.52Mb/S622.08Mb/S2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s話路數1890路63個2M口7560路30240路120960路48.384萬49.152萬年代1990199620021976年，美國在亞特蘭大成功地進行了速率為44.7Mbit/S的光纖通信系統(tǒng)試驗；1978年，日本開始了速率為100Mbit/s多模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。1981年，日本F—100M光纖通信系統(tǒng)商用。1999年，美國朗訊1Tb/s(100×10Gb/s)1200萬話路.2000年，日本NEC3.2Tb/s(160×20Gb/s)試驗。2001年，日本NEC10.92Tb/s(273×40Gb/s)試驗。

1978年,在全國科學大會上，展出了PCM－24路信號和彩色電視信號的光纖傳輸試驗。

1979年，多模光纖的損耗降至1dB/Km。建成8Mb/s、5.7km

光纜中繼線路試驗段。

1981年,

研制出三次群34Mb/s(480路)光傳輸設備.1982年，研制出四次群140Mb/s(1920路)光傳輸設備

1991年,

研制出五次群565Mb/s(7680路)光傳輸設備.(PDH)2002年，研制出320Gb/s(32×10Gb/s)(387萬路)光傳輸設備

2003年，研制出1.6Tb/s(160×10Gb/s)

(1935.36萬路)2004年，研制出單波長40Gb/s

烽火通信-武漢郵科院

2008年，商用3.2Tb/s(80×40Gb/s)深圳華為我國光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展概況

20世紀90年代以后，因特網迅猛發(fā)展對網絡結構和功能提出新的需求，光纖通信發(fā)生多次重大的變革。1.單波長系統(tǒng)向多波長系統(tǒng)的發(fā)展2.摻餌光纖放大器(EDFA)的實用化3.1.55um波段傳輸系統(tǒng)的開發(fā)幾年來,DWDM一直向更高的單波長比特率（已達到80Gbit/s）、更密集的波分復用（最多路數已達1022）、更寬的可用波長范圍（C,L和S波帶）、更長的光放大段（數百km)、更長的無電再生傳輸距離（實驗室中環(huán)路循環(huán)傳輸距離達到7380km),更大容量（最大容量達到10.92Tbit/s）的方向迅速發(fā)展著，并在全球干線網中扮演重要角色。G.652光纖的衰減0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長——λ（μm）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6543210。30。2第三窗口

1.5651.625

1.6751.26

1.36

1.46

1.53OESCLU1.2WDM的技術優(yōu)點

(WavelengthDivisionMultiplexing)

超大容量傳輸。充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，降低成本；可同時傳輸多種不同類型的信號，實現(xiàn)多媒體信號的混合傳輸；可實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸。平滑擴容、升級，各信道透明傳輸。適應未來全光網建設的要求。1.3光通信網絡的發(fā)展和演變

1.電網絡電網絡采用電纜將網絡節(jié)點互連在一起，網絡節(jié)點采用電子交換節(jié)點，是上世紀80年代以前廣泛使用的網絡

2.光電混合網光電混合網在網絡節(jié)點之間用光纖取代了傳統(tǒng)的電纜，實現(xiàn)了節(jié)點之間的全光化。這是目前廣泛采用的通信網絡電網絡光電混合網絡電交換節(jié)點光纖電纜3.全光網絡指信號以光的形式穿過整個網絡，直接在光域內進行信號的傳輸、再生、光交叉連接(OXC),光分叉復用(OADM）和交換／選路，中間不需經過光電、電光轉換，因此它不受檢測器、調制器等光電器件響應速度的限制，對比特速率和調制方式透明，可以大大提高整個網絡的傳輸容量和交換節(jié)點的吞吐量。它強調網絡的全光特性，嚴格地說在此網內不應該有光電轉換，所有對信號的處理全在光域內進行。AON,ALLOpticalNetwork

4.光傳送網（OTN）OpticalTransportNetwork

光信號固有的模擬特性和光器件的水平，目前在光域內很難完成3R中繼功能（即再定時、整形和放大），人們暫時放下了全光網的追求，轉而用“光傳送網”來代替.子網內全光透明，而在子網邊界處采用O/E/O技術。全光網己被ITU-T定義為光傳送網.光傳送網是在現(xiàn)有的傳送網中加入光層，提供光交叉連接和分插復用功能，提供有關客戶層信號的傳送、復用、選路、管理、監(jiān)控和生存性功能。由于全光通信網在光域上進行交叉連接和分插復用，大大提高整個網絡的傳輸容量和節(jié)點的吞吐容量。光傳送網成為20世紀90年代中期以后光網絡的研究熱點。

利用OADMOXC構建WDM網絡OADM:OpticalAdd-DropMultiplexerOXC:

OpticalCrossConnection核心網的演進

(a)今天的核心網

（b）下一代核心網1.4IPoverWDM

(InternetProtocoloverWavelengthDivisionMultiplexing)1998年，全球范圍內的數據業(yè)務量已經超過傳統(tǒng)的話音業(yè)務量。隨著IP流量的迅猛發(fā)展和傳送方式的成功，IP將成為未來傳送網絡業(yè)務的主要承載方式。而WDM具有驚人的傳送能力，成為構建下一代傳送網絡最有潛力的技術之一。因此，光網絡和數據網絡的融合成為必然的發(fā)展趨勢。光通信的另一重大變革：光網絡與數據網的融合及光網絡向智能化的發(fā)展。IP與智能光網技術的結合

進入新世紀以來，數據業(yè)務量繼續(xù)以高于話音業(yè)務量數倍甚至十倍的速度在增長。傳統(tǒng)的由IP,ATM,SDH和WDM構成的多層網絡雖然有Qos和生存性措施，但由于其管理的復雜性和數據業(yè)務成本偏高促使人們不斷探討如何簡化層次。鑒于WDM技術能提供巨大的帶寬，已經無可爭議地成為骨干網絡中最為主要的傳輸技術，因此，

如何在WDM之上高效地承載IP業(yè)務就成為最熱門的重點研究課題，IPoverWDM成為人們期望的選擇。

IP在WDM上的適配技術（1）IPoverATM

20世紀90年代中期，一些因特網業(yè)務提供商在他們的核心網絡中引人IPover

ATM的模式，以滿足帶寬的需求，適應網絡業(yè)務的爆炸性增長。

IPover

ATM的基本原理為：將IP數據包在ATM層封裝為ATM信元，數據以ATM信元的形式在信道中傳輸。當網絡中的交換機接收到一個IP數據包時，它首先根據IP數據包的IP地址進行處理，按路由轉發(fā)。隨后，按已計算的路由在ATM網上建立VC。以后的數據包將在此VC上以直通方式傳輸而不再經過路由器的地址解析處理，從而有效地解決了IP路由器的“瓶頸”問題，提高了IP數據包的交換速度。

IP和ATM的結合是面向連接的ATM與無連接IP的統(tǒng)一，也是選路與交換的優(yōu)化組合，但其網絡結構復雜，功能重復，開銷損失達20%以上，網絡擴展性也差。

（2）IPoverSDH/SONETSDH/SONET是目前網絡中應用最為廣泛的傳輸技術，能夠提供多種不同速率的復用和業(yè)務整合功能，具有強大的故障恢復和保護功能。IP與SDH/SONET的結合是將IP數據報通過PPP/LAPS/SDL/GFP等協(xié)議直接映射到SDH/SONET幀，去除了中間的ATM層，從而保留了Internet的無連接特征，簡化了網絡體系結構，提高了傳輸效率。IP與SDH/SONET的結合易于兼容不同技術體系和實現(xiàn)網間互聯(lián)，是一種較現(xiàn)實、高效的IP傳送方式，目前已在實際應用中獲得較大的成功。

Point-to-PointProtocolGFP:GeneralizedFrameProtocol

LAPS:LinkAccessProcedure-SDHSDL:SimpleDataLinkProtocol（3）IPoverGE(GigabitEthernet千兆以太網)

以太網占據了全世界LAN的85%以上，

1995年IEEE正式通過802.3u快速以太網標準，

1998年802.3z千兆以太網標準，

2002年6月，802.3ae10G標準的發(fā)布，

以太網技術在其20年風雨歷程中發(fā)生了3次大的飛躍。由于以太網技術具有共享性、開放性，加上設計技術上的一些優(yōu)勢（如結構簡單、算法簡潔、良好的兼容性和平滑升級），以及傳輸速率的大幅提高，20世紀90年代以來，以太網得到了前所未有的大規(guī)模應用。使用新的以太網標準可用來把大容量的LAN擴展成為MAN，甚至可擴展成為WAN.路由器中的吉比特線路卡提供與SDH相當的容量，花費只是其六分之一左右。

LAN:LocalAreaNetwork;MAN:MetropolitanAreaNetworkWAN:WideAreaNetwork

(4)IP0verWDMIP0verATM以及IP0verSDH都是在已廣泛應用的技術基礎上提供對IP業(yè)務的傳輸，但它們的最初設計目標不是針對IP業(yè)務。

ATM的目標是承載多業(yè)務、提高網絡吞吐量和QOS保證；

SDH的目標則主要是針對電路交換式業(yè)務提供高容量的傳輸；它們都不是很有效的IP到WDM的適配方式。如何將IP和WDM廉價的帶寬很好地結合是我們關心的問題。目前普遍認為簡化IP到WDM的適配過程是未來網絡體系結構的發(fā)展趨勢，在IP層和WDM光層之間只需要一個合適的適配層。

路由器中的吉比特線路卡提供與SDH相當的容量，花費只是其六分之一左右。在這種情況下，還需要SDH嗎？由其是10G路由器已經出現(xiàn)，100G的路由器也已提上日程，SDH的裝載容量已不能滿足高速路由器的出口速率要求，顯然直接給路由器配個波長進入WDM網絡，不再進入SDH網絡是可行的。

這就出現(xiàn)了OTN的組網形式。

1.5IpoverOTN是未來組網的主要形式隨著寬帶數據業(yè)務的大力驅動和OTN技術的日益成熟，采用OTN技術構建更為高效和可靠的傳送網是OTN技術必然的發(fā)展結果?，F(xiàn)有城域核心層及干線的SDH網絡適合傳送的主要為TDM業(yè)務，而目前迅猛增加的主要為具備統(tǒng)計特性的數據業(yè)務，因此在這些網絡層面后續(xù)的網絡建設不可能大規(guī)模新建SDH網絡，但WDM網絡的規(guī)模建設和擴容不可避免，IP業(yè)務可通過POS

接口或者以太網接口直接上載到OTN。對于現(xiàn)有WDM系統(tǒng)新建或擴容的傳送網絡，在省去SDH網絡層面以后，至少應支持基于G.709開銷的維護管理功能和基于光層的保護倒換功能