光纖通信與光網(wǎng)絡(luò) -光通信網(wǎng)基礎(chǔ)

1.2.3.

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展第一代光網(wǎng)絡(luò)光傳送網(wǎng)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然學(xué)習(xí)內(nèi)容

通信網(wǎng)簡介

光網(wǎng)絡(luò)概念

兩種傳輸體制

高速光鏈路

光傳送網(wǎng)

2光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然3通信網(wǎng)簡介光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然4通信網(wǎng)的概念和分類多用戶通信系統(tǒng)互聯(lián)的通信體系稱為通信網(wǎng)。通信網(wǎng)的劃分方法很多，可按用途來劃分，也可按傳輸信號(hào)的特征來劃分。

按照所能實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)種類，通信網(wǎng)可以劃分為電話通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)以及廣播電視網(wǎng)等；按照網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)的范圍，通信網(wǎng)可以劃分為本地網(wǎng)、長途網(wǎng)以及國際網(wǎng)等；按照基本結(jié)構(gòu)形式，通信網(wǎng)可以劃分為線性、環(huán)形、星形、網(wǎng)形和復(fù)合形五種基本結(jié)構(gòu)形式。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然5通信網(wǎng)的基本要素構(gòu)成通信網(wǎng)的基本要素是終端設(shè)備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接交換設(shè)備及接入部分。

終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點(diǎn)和終點(diǎn)，它除對應(yīng)于信源和信宿之外，還包括了一部分變換和反變換裝置。不同的通信業(yè)務(wù)，對應(yīng)于不同的終端設(shè)備。如：電話業(yè)務(wù)的終端設(shè)備就是電話機(jī)；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的終端設(shè)備就是數(shù)據(jù)終端。

傳輸鏈路是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接媒介，是信息和信號(hào)的傳輸通路。它除對應(yīng)于信道部分外，還包括一部分變換和反變換裝置，如明線傳輸、載波傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)及衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等，都可以作為通信網(wǎng)傳輸鏈路的實(shí)現(xiàn)方式。6

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

通信網(wǎng)的基本要素

轉(zhuǎn)接交換設(shè)備是現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心。它的基本功能是完成接入交換節(jié)點(diǎn)鏈路的匯集，轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。目前主要采用的是接續(xù)通話電路的電路交換方式，還有類似電報(bào)傳送的報(bào)文交換方式以及分組交換方式。

接入部分是業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口和用戶網(wǎng)絡(luò)接口之間的傳送實(shí)體，通過標(biāo)準(zhǔn)接口將用戶接入到業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然7語音信號(hào)的數(shù)字化

對于時(shí)間上連續(xù)的模擬語音喜好，要實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用，就要先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上的離散信號(hào)，也就是常說的模擬信號(hào)數(shù)字化。

PCM（Pulse

Code

Modulation

脈沖編碼調(diào)制）就是一種常用的模擬信號(hào)數(shù)字化技術(shù)，其通信系統(tǒng)的簡單方框圖如圖所示。它由三部分組成（1）發(fā)送端：包括低通濾波、抽樣、量化和編碼（即模數(shù)轉(zhuǎn)換）；（2）信道部分：包括傳輸線路和再生中繼；（3）接收端：包括信號(hào)再生和數(shù)模轉(zhuǎn)換，而數(shù)模轉(zhuǎn)換又包括解碼和低通濾波。8抽樣量化編碼低通濾波器再生解碼低通濾波器再生中繼模擬信號(hào)模擬信號(hào)PMC信號(hào)信道PMC信號(hào)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

發(fā)送端（模數(shù)轉(zhuǎn)換）接收端（數(shù)模轉(zhuǎn)換）光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然9PCM基本單元完成的信號(hào)處理過程及功能如下：1.

抽樣：所謂抽樣就是每隔一定的時(shí)間間隔T，抽取模擬信號(hào)的一個(gè)樣

值（抽樣值）。抽樣后所得出的一系列在時(shí)間上離散的抽樣值稱為

抽樣值序列。根據(jù)抽樣定理，只要抽樣脈沖的時(shí)間間隔T≤1/2fm，即

抽樣頻率fs≥2fm（fm是模擬信號(hào)的最高頻率），則抽樣后的樣值序列

可以不失真地還原成原來的模擬信號(hào)。2.

量化：量化是將幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)，通過四舍五入的辦法變換為

幅度離散的樣值序列，這樣就能用有限位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)來表示

信號(hào)的幅度。3.

編碼和解碼：編碼是將抽樣并量化后的信號(hào)幅度值變換成一組二進(jìn)

制碼元。解碼是將一組二進(jìn)制碼元還原成相應(yīng)信號(hào)幅度的量化值。10

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然

PCM30/32系統(tǒng)

在實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)的數(shù)字化之后，就可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多路終端信號(hào)的時(shí)分復(fù)用。將信道按抽樣周期T加以分割，得到的時(shí)間段稱為幀，再將幀等分成M個(gè)小時(shí)間段，每個(gè)小時(shí)間斷T/M稱為時(shí)隙。在一幀內(nèi)，為每一路終端信號(hào)的編碼信息分配一個(gè)時(shí)隙，多路終端信號(hào)交替?zhèn)魉?，就?shí)現(xiàn)了信道的PCM復(fù)用。

在程控?cái)?shù)字交換系統(tǒng)中，為提高傳輸速率和交換容量，通常也采用PCM復(fù)用方式。根據(jù)ITU-T建議，對于語音信號(hào)（300Hz~3400Hz）的抽樣頻率為8kHz，抽樣編碼位數(shù)為8，即單路話音PCM信號(hào)傳輸速率為8x8k=64kbit/s。11

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

對于PCM基群（一次群），目前國際上有兩種復(fù)用制式：30/32路幀結(jié)構(gòu)和24路幀結(jié)構(gòu)。我國采用的是30/32路幀結(jié)構(gòu)方式，即每一幀占125

μs，分為32個(gè)時(shí)隙，但只傳送30路話音編碼信息，一次復(fù)用后的基群復(fù)用速率為32x64kbit/s=2048kbit/s=2.048Mbit/s，也就是我們常說的E1，用它可組成高次群，也可獨(dú)立使用，在市話電纜、長途電纜、數(shù)字微波、光纖等傳輸信道中傳輸。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然12光網(wǎng)絡(luò)概念光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然13

主要內(nèi)容光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與演變第一代光網(wǎng)絡(luò)的介紹——SDH光傳送網(wǎng)（OTN）光子包交換——光突發(fā)交換網(wǎng)接入光網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)分組傳送網(wǎng)14

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與演變

光纖所連接的用戶距離范圍極大，可能位于同一個(gè)建筑物或校園環(huán)境中，也可

能存在于跨越大洋和大洲的網(wǎng)絡(luò)中。開發(fā)如此復(fù)雜的通信網(wǎng)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

光網(wǎng)絡(luò)是在光纖提供大容量、長距離，高可靠的傳輸介質(zhì)的基礎(chǔ)上，利用光子

和電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)互連和靈活調(diào)度的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨向光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然15網(wǎng)絡(luò)術(shù)語站網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中繼線拓?fù)浣粨Q與路由光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然16網(wǎng)絡(luò)分類光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然17光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然18中心局干線光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

上圖給出了光纖網(wǎng)絡(luò)常用的四種拓?fù)?，分別是：網(wǎng)孔形，星形，環(huán)形和總線形。每一種結(jié)構(gòu)都有一定的優(yōu)勢和局限。

1920

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然總線形

在非光的總線網(wǎng)絡(luò)中，如標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，以同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。這種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)在于傳輸介質(zhì)的被動(dòng)特性，易于將低擾動(dòng)的分支接頭安裝到同軸線路上而不影響網(wǎng)絡(luò)的工作?；诠饫w的總線網(wǎng)絡(luò)更難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闆]有像同軸分接頭那樣的光分接頭來實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和主干光纖鏈路的高效耦合。21

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然環(huán)形

在環(huán)形拓?fù)渲校昂笙嗬^的節(jié)點(diǎn)被一段段的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路串成一個(gè)封閉的通路。數(shù)據(jù)分組格式的信息在節(jié)點(diǎn)間沿著環(huán)的方向傳輸。每個(gè)節(jié)點(diǎn)接口都是一個(gè)有源器件，它可以識(shí)別每個(gè)數(shù)據(jù)分組中的本站地址，從而接收消息，它還將不是尋址到本站的消息向前傳遞給下一站。22

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然星形

在星形結(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點(diǎn)都與一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)或集線器相連接。中心節(jié)點(diǎn)可以是無源器件也可以是有源器件，有源集線器可以控制發(fā)自網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)所有消息的路由。23

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然網(wǎng)孔形

網(wǎng)孔形網(wǎng)絡(luò)中，點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路以任意的形式連接節(jié)點(diǎn)，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，連接形式會(huì)有很大的差異。這種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很靈活，而且能在多個(gè)鏈路或節(jié)點(diǎn)出問題的時(shí)候保證鏈接。24

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然無源線形總線的性能

為了評估無源線形總線的性能，我們考察沿傳輸通道中

任意點(diǎn)的功率損耗情況。在一段長度為x的光纖上，接收功

率P（x）與發(fā)送功率P（0）之比A0為：其中α為光纖損耗，單位為dB/kmP(x)P(0)A0

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然無源線性總線的性能

兩個(gè)定向耦合器級聯(lián)而成的無源線形總線耦合器的損耗連接損耗抽頭損耗直通耦合損耗傳輸損耗

25光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然26無源線性總線的性能由N個(gè)均勻分布的站構(gòu)成的單工線形總線拓?fù)涔饫w通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然27OSI提出的網(wǎng)絡(luò)層次模型28

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然光層光層是基于波長的概念，位于物理層的上一層。物理層提供了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的物理連接，而光層在鏈路上提供光通道服務(wù)。如：一個(gè)8信道WDM鏈路有8個(gè)光通道，卻在同一可物理鏈路上傳輸。物理層光層

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然線路交換和包交換（circuit-switched

&

packet-switched)

底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)用和交換方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有兩種：

線路交換/電路交換circuit-switched

包交換/分組交換

packet-switched

復(fù)用的不同類型：固定復(fù)用和統(tǒng)計(jì)復(fù)用MUX112

1

2

1

2a)

固定式復(fù)用MUX

212b)

統(tǒng)計(jì)式復(fù)用在線路交換和包交換網(wǎng)絡(luò)使用的不同類型的時(shí)分復(fù)用類型

29光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然30線路交換網(wǎng)絡(luò)

線路交換網(wǎng)絡(luò)給客戶提供線路交換連接服務(wù)，在線路交換中，一旦連接被建立，每處連接點(diǎn)就分配到承諾的帶寬使用量，且連接長時(shí)間存在。所有線路或者連接點(diǎn)的帶寬必須小于鏈路的帶寬。

線路交換網(wǎng)絡(luò)提供面向連接服務(wù)

典型例子：公共交換電話網(wǎng)

public-switched

telephone

network

(PSTN)專線服務(wù)

缺點(diǎn)：在處理突發(fā)數(shù)據(jù)信息時(shí)顯得無效。such

as

typing

a

keyboard

and

web

browsing.

突發(fā)數(shù)據(jù)一般用平均帶寬和峰值帶寬來表征，對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信息流的長程平均值和短程突發(fā)率

線路交換網(wǎng)絡(luò)中必須預(yù)留足夠的帶寬來處理峰值帶寬的需求。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然31

包交換網(wǎng)絡(luò)可以解決突發(fā)數(shù)據(jù)信息流的問題。

在包交換網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)流被分成小的數(shù)據(jù)包，這些小的數(shù)據(jù)包和網(wǎng)絡(luò)中其他數(shù)據(jù)流分成的小數(shù)據(jù)包組合在一起，按照傳送的目的地在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸和交換

為了交換，每個(gè)小數(shù)據(jù)包都加上數(shù)據(jù)包頭文件，頭文件中包含地址信息。

實(shí)例：

互聯(lián)網(wǎng)，使用IP協(xié)議，將信息從源導(dǎo)向接收處。

包交換網(wǎng)絡(luò)使用統(tǒng)計(jì)復(fù)用的技術(shù)。鏈路帶寬的需求被緩解。

統(tǒng)計(jì)復(fù)用提高帶寬利用率，但也帶來一些新的問題。

如果足夠多的數(shù)據(jù)量同時(shí)被激活，使得所需帶寬大于鏈路中帶寬是，數(shù)據(jù)必須被等待（queued)或緩存（buffered)

數(shù)據(jù)包延遲的時(shí)間是個(gè)隨機(jī)參數(shù)，取決于前面有多少個(gè)包處于等待狀態(tài)，在極端情況下，有可能使得緩存出現(xiàn)溢出，數(shù)據(jù)包被丟棄。通常需要更高層的傳輸協(xié)議（TCP）

包交換網(wǎng)絡(luò)提供無連接服務(wù)，也稱為數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。傳統(tǒng)意義上說包交換網(wǎng)絡(luò)提供：盡力（best-effort）服務(wù)，對延遲不敏感的應(yīng)用適用分組交換網(wǎng)路光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然32

但有些應(yīng)用（實(shí)時(shí)音視頻傳輸不允許數(shù)據(jù)包延遲），提供服務(wù)質(zhì)量（Quality

of

service,

QoS)保證的包交換網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，提供最大數(shù)據(jù)包延遲保證，同時(shí)包括一些延時(shí)

的調(diào)整，異步傳輸模式（ATM）網(wǎng)絡(luò)就是這種典范。

標(biāo)簽交換——多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)（Multi-protocol

label

switching)，提供虛擬線路，

支持端到端的信息流，是專門為IP設(shè)計(jì)的，是第三層IP路由技術(shù)和第二層ATM轉(zhuǎn)發(fā)技

術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。第三層采用分組處理進(jìn)行路由控制，但第二層采用標(biāo)簽交換進(jìn)行分

組轉(zhuǎn)發(fā)，在無連接的IP網(wǎng)絡(luò)中引入連接，實(shí)現(xiàn)IP分組的快速轉(zhuǎn)發(fā)。虛擬線路提供統(tǒng)計(jì)

復(fù)用，因此不同于線路交換，不提供固定帶寬。

MPLS和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，使得IP分組通過MPLS直接在光網(wǎng)絡(luò)中承載，多協(xié)議波長標(biāo)

簽交換就是采用光波長作為交換的標(biāo)簽，隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，拓寬了MPLS的外延和內(nèi)涵，

通用MPLS（GMPLS）的概念，將MPLS的思想應(yīng)用到TDM時(shí)隙、光波長、光波帶和

光纖等交換領(lǐng)域，成為多粒度交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）將網(wǎng)絡(luò)的控制功能和管理功能分離，通過控制平面的信令和理由機(jī)制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能，支持多粒度的交換。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然33兩種傳輸體制光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然34光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

第一代：是以光纖為基本傳輸機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)，僅利用光纖容量的優(yōu)勢，所有交換和網(wǎng)絡(luò)智能利用電子器件完成。典型的有同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）/同步數(shù)字體系（SDH）

、網(wǎng)際協(xié)議（IP）以及異步傳輸模式（ATM）等。

線路交換：SDH

SONNET包交換（電域）：IP

ATM

第二代：全光網(wǎng)絡(luò)提供光學(xué)層，為各用戶層提供光學(xué)通道，可類比為用戶層網(wǎng)絡(luò)單元中

的物理層。且網(wǎng)絡(luò)中的智能功能，路由選擇，交換等都移到光學(xué)層，

介于第一代和第二代之間的中間網(wǎng)絡(luò)——光傳送網(wǎng)，有挑戰(zhàn)，有發(fā)展1）光傳送網(wǎng)是波長路由選擇網(wǎng)絡(luò)，以波長作為交換粒度，通過光交叉互聯(lián)設(shè)備和光分叉復(fù)用設(shè)備實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)。構(gòu)建光傳送網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)單元：光線路終端（OL），光分插復(fù)用器（OADM）、光交叉互聯(lián)器（OXC)35BCDOLTOADM

F

IPRouter

AIPRouterOXC

SONET

terminalSONETterminal

IPRouterLightpath

1

1

1

1

2

2

2

E

IPRouter

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然AWDM

wavelength-routing

network

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然2）電子器件的包交換——光子包交換（OPS），提供比電子包交換更高的容量，提高光學(xué)層的帶寬利用率。光子包交換的重要限制因素是缺乏可用于緩存區(qū)的光學(xué)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器光學(xué)緩存目前多利用光纖的長度變化來完成——緩沖管理，緩沖控制

目前為止真正意義的光子包交換很難實(shí)現(xiàn)——分組傳送網(wǎng)和光突發(fā)交換網(wǎng)。

Headerrecognition

HeaderrecognitionSwitchControl

InputbuffersOutputbuffersPackets

input

光子包交換節(jié)點(diǎn)，根據(jù)頭信息，此節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)輸入包緩沖，頭信息讀取，路由

控制和交換數(shù)據(jù)包到和蘇的輸出端口（包括輸出緩沖）3）無縫光連接的最后一公里——接入網(wǎng)

3637

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然第一代光網(wǎng)絡(luò)

SONET/SDH

處理低速的時(shí)分復(fù)用信息流

ATM

處理統(tǒng)計(jì)復(fù)用的包信息流

網(wǎng)際協(xié)議IP:處理統(tǒng)計(jì)復(fù)用的包信息流

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)用于將計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)以及它們的外部設(shè)備連接起來。企業(yè)串

行連接ESCON、光纖信道以及高性能并行接口HIPPI

以太網(wǎng)38

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然SONET/SDH

在SDH和SONET出現(xiàn)之前，構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)底層結(jié)構(gòu)基于準(zhǔn)同步數(shù)字體系

（PDH），它可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)通信，卻無法適應(yīng)動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)

的要求，也難以支持新業(yè)務(wù)的開發(fā)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理

20世紀(jì)80年代末，SONET

(Synchronous

Optical

Network)，北美

，最初由貝爾實(shí)驗(yàn)室提出，

SDH

(Synchronous

Digital

Hierarchy)，歐洲/中國、日本的問世，

歷史上第一次實(shí)現(xiàn)了全球統(tǒng)一的傳送網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了光接口，定義了

對光信號(hào)質(zhì)量的監(jiān)控、故障定位和遠(yuǎn)程配置等重要的網(wǎng)絡(luò)管理功能，

成為新一代的傳輸體制。

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

Plesiochronous

digital

hierarchy

(PDH)一個(gè)帶寬為4

kHz的模擬音頻電路在8

kHz取樣，每個(gè)采樣點(diǎn)用8比特來量化，產(chǎn)生一個(gè)比特率為64

kb/s的數(shù)字音頻電路。高速信息流被定義為多個(gè)64

kb/s的基本信息流的組合。Level

0

1

2

3

4

NorthAmerican

0.064

Mb/s

1.544

Mb/s

6.312

Mb/s

44.736

Mb/s139.264

Mb/s

Europe/China

0.064

Mb/s

2.048

Mb/s

8.448

Mb/s

34.368

Mb/s139.264

Mb/s

Japan

0.064

Mb/s

1.544

Mb/s

6.312

Mb/s32.064

Mb/s97.728

Mb/s歐洲：E0,

E1,

E2,…

39北美：DS0,DS1..40

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

PDH

PDH是一種采用比特填充和碼位交織把低速率等級的信號(hào)復(fù)合成高速信號(hào)的一種復(fù)用技術(shù)，他能夠獨(dú)立傳送國內(nèi)長途和市話網(wǎng)業(yè)務(wù)，如果擴(kuò)容，也只需要增加新的PDH設(shè)備就行了。但是，隨著電信網(wǎng)的發(fā)展和用戶要求的提高，PDH逐漸暴露除其本身固有的缺點(diǎn)。

1.

只有地區(qū)性的數(shù)字信號(hào)速率和幀結(jié)構(gòu)而不存在世界性的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在國際上通行的三種信號(hào)速率等級，即歐洲系列、北美系列和日本系列。北美和日本使用1.5M體制，歐洲使用2M體制，我國采用的是歐洲體制。歐洲的速率標(biāo)準(zhǔn)是2Mbit/s（E1），8Mbit/s（E2），34Mbit/s（E3），140Mbit/s（ET4）；北美的速率標(biāo)準(zhǔn)是1.5Mbit/s（T1），6.3Mbit/s（T2），45Mbit/s（T3）；日本體制的速率標(biāo)準(zhǔn)是1.5Mbit/s，6.3Mbit/s，32Mbit/s。這三種通行的信號(hào)速率等級互不兼容，造成了國際互通的困難。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然41

2.

沒有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范，導(dǎo)致各個(gè)廠家自行開發(fā)的專用光接口各不相同，并且互不兼容，這樣就限制了聯(lián)網(wǎng)的靈活性，也增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和運(yùn)營成本。

3.

PDH是建立在點(diǎn)對點(diǎn)傳輸基礎(chǔ)上的復(fù)用結(jié)構(gòu)，即它只支持點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，組成一段一段的線狀網(wǎng)，而且只能進(jìn)行區(qū)段保護(hù)，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一工作的多路由的環(huán)狀保護(hù)，所以它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙狈`活性，數(shù)字設(shè)備的利用率也很低，不能提供最佳的路由選擇。

4.

傳統(tǒng)的PDH的運(yùn)行、管理和維護(hù)主要靠人工的數(shù)字信號(hào)交叉連接和停業(yè)務(wù)測試，因而復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)中未安排用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)的比特，種種開銷比特的缺乏使得難以建立集中式的傳輸網(wǎng)管，難以滿足用戶對網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和新業(yè)務(wù)接入的要求。42

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

要想滿足現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要和用戶的業(yè)務(wù)需求，在原有體制和技術(shù)框架內(nèi)解決上述問題是事倍功半的，最佳的解決途徑就是從技術(shù)體制上進(jìn)行根本的改革。SDH作為一種結(jié)合了高速大容量光傳輸技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新體制，就在這種情況下誕生了。43

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

SDH的優(yōu)越性

由于SDH是為克服PDH的缺點(diǎn)而產(chǎn)生的，因此它是先有目標(biāo)再定規(guī)范，然后研制設(shè)備，這個(gè)過程與PDH正好相反。顯然，這就可能最大限度地以最理想的方式來定義符合未來電信網(wǎng)要求的系統(tǒng)和設(shè)備。下列的SDH主要特點(diǎn)反映了這些要求。1.

使北美、日本和歐洲三個(gè)地區(qū)性的標(biāo)準(zhǔn)在STM-1及其以上等級獲得

了統(tǒng)一。數(shù)字信號(hào)在跨越國界時(shí)不再需要轉(zhuǎn)換成另一種標(biāo)準(zhǔn)，因而

第一次真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界性標(biāo)準(zhǔn)。2.

由于有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口，所以能夠在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼

容，即允許不同廠家的設(shè)備在光路上互通，滿足多廠家環(huán)境的要求。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然443.

SDH采用了同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，各種不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷內(nèi)的排列是有規(guī)律的，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，因而只需要利用軟件即可使高速信號(hào)一次直接分插出低速支路信號(hào)，也就是所謂的一步復(fù)用特性。參照下圖，比較一下SDH和PDH系統(tǒng)中分插信號(hào)的過程：要從155Mbit/s碼流中分插出一個(gè)2Mbit/s的低速支路信號(hào)，采用了SDH的分插復(fù)用器ADM后，可以利用軟件直接一次分插出2Mbit/s的支路信號(hào)，避免了對全部高速信號(hào)進(jìn)行逐級分解后再重新復(fù)用的過程，省去了全套背景靠背的復(fù)用設(shè)備。所以SDH的上下業(yè)務(wù)都十分容易，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備都大大簡化了，而且數(shù)字交叉連接的實(shí)現(xiàn)也比較容易。光/電解復(fù)用解復(fù)用電/光解復(fù)用解復(fù)用光信號(hào)155Mbit/s

光接口155Mbit/s

光接口

解

復(fù)

用8/2Mbit/s解復(fù)用

2/8Mbit/s34/8Mbit/s140/34Mbit/s光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

34/140Mbit/s8/34Mbit/sPDH

2Mbit/s（電信號(hào)）

SDH

ADM2Mbit/s（電信號(hào)）

45

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然4.

SDH采用了大量的軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和控制，使得配置更為靈活，調(diào)度也更加方便。5.

SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，這些開銷比特大約占了整個(gè)信號(hào)的5%，可利用軟件對開銷比特進(jìn)行處理，因而使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和維護(hù)能力都大大加強(qiáng)了。6.

SDH網(wǎng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能夠完全兼容，即SDH兼容現(xiàn)有的PDH的各種速率，使SDH可以支持已經(jīng)建起來的PDH網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也有利于PDH向SDH順利過渡。同時(shí)，SDH網(wǎng)還能容納像ATM信元等各種新業(yè)務(wù)信號(hào)，也就是說，SDH具有完全的后向兼容性和前向兼容性。

4647

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

SDH速率

SDH信號(hào)的速率等，表示為STM-N，其中N是正整數(shù)。目前SDH只能支持一定的N值，即N只能為1,4,16，64，其中最基本、也是最重要的模塊信號(hào)是STM-1，其速率是155.520Mbit/s，更高等級的STM-N信號(hào)是將基本模塊信號(hào)STM-1經(jīng)過字節(jié)間插后得出的，STM-4的等級速率為622.080Mbit/s，STM-16等級的速率為9953.280Mbit/s。SDH等級SONET等級速率(Mb/s)2Mb/s口數(shù)量數(shù)字話路數(shù)STM-1OC-3155.520631890STM-4OC-12622.0802527560STM-16OC-482448.320100830240STM-64OC-1929953.2804032120960光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然48SDH傳輸速率再生段開銷（RSOH）STM-1凈負(fù)荷（Payload）管理單元指針（AU-PTR）復(fù)用段開銷（MSOH）光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然SDH幀結(jié)構(gòu)

261xN列（字節(jié)）270xN列（字節(jié)）

499行傳輸方向9xN列（字節(jié)）50????

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然段開銷（SOH）

是保證信息正常靈活傳送所必需的附加字節(jié)。用于SDH傳輸網(wǎng)的運(yùn)行，維護(hù)、管理和指配。如誤碼監(jiān)視、幀定位、數(shù)據(jù)通信、公務(wù)通信和自動(dòng)保護(hù)倒換字節(jié)等SDH光纜線路系統(tǒng)對開銷通路都應(yīng)提供接入能力，并能在不中斷業(yè)務(wù)的情況下提供所需的開銷通路應(yīng)用管理單元指針AU

PTR

是一種指示符，用來指示凈負(fù)荷的第1個(gè)字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便接收端正確地分解。采用指針可以在PDH環(huán)境中完成復(fù)用同步和幀定位，消除了常規(guī)PDH系統(tǒng)中滑動(dòng)緩沖器所引起的延時(shí)和性能損傷。信號(hào)凈負(fù)荷區(qū)域是存放各種信息業(yè)務(wù)容量的地方，對于STM-1，261列

9行共2349個(gè)字節(jié)都屬于凈負(fù)荷區(qū)域。它包含少量用于通道性能監(jiān)視、控制、維護(hù)和管理的通道開銷。51

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

SDH以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸，它的幀結(jié)構(gòu)是一種以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的

矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，它包括270xN列和9行字節(jié)，每字節(jié)包括8個(gè)比特。

SDH矩形幀在光纖上傳輸是成鏈傳輸?shù)?，在光發(fā)送端經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換成

鏈狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，而在光接收端經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換成矩形塊狀進(jìn)行處理。

在SDH幀中，字節(jié)的傳輸是從左到右按行進(jìn)行的，首先由圖中左上角

第一個(gè)字節(jié)開始，從左到右按順序傳送，傳完一行再傳下一行，直至

整個(gè)9x270xN個(gè)字節(jié)都傳送完再轉(zhuǎn)入下一幀，如此一幀一幀的傳送。

SDH的幀頻為8000幀/秒，這就是說信號(hào)幀中某一特定字節(jié)每秒被傳

送8000次，那么該字節(jié)的比特率是8000x8bit=64kbit/s，也即是一

路數(shù)字電話的傳輸速率。以STM-1等級為例，其速率為270（每幀

270列）x9（共9行）x64kbit/s（每字節(jié)64kbit）=155.520Mbit/s。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然52SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)和復(fù)用映射過程各種信號(hào)裝入SDH幀結(jié)構(gòu)的凈負(fù)荷區(qū)都需經(jīng)過映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用三個(gè)步驟。映射相當(dāng)于一個(gè)對信號(hào)打包的過程，它使不同的支路信號(hào)和相應(yīng)的n階虛容器（VC-n）同步。定位校準(zhǔn)即加入調(diào)整指針，用來校正支路信號(hào)頻差和實(shí)現(xiàn)相位對準(zhǔn)。復(fù)用即字節(jié)間插復(fù)用，用于將多個(gè)低階通道層信號(hào)適配進(jìn)高階通道或?qū)⒍鄠€(gè)高階通道層信號(hào)適配進(jìn)復(fù)用段層。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然復(fù)用映射結(jié)構(gòu)?????為了得到標(biāo)準(zhǔn)的STM-N傳送模塊，必須采取有效的方法將各種支路信號(hào)裝入SDH幀結(jié)構(gòu)的凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)。需要映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用三個(gè)步驟。映射是將各種速率的信號(hào)先經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器（C），再加入通道開銷

（POH）形成虛擬容器（VC）的過程，幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移；定位即是通過指針調(diào)整，使指針的值時(shí)刻指向低階VC在TU中的起點(diǎn)或者高階VC在AU中的起點(diǎn)；使接收端能正確分離相應(yīng)的VC。復(fù)用是一種使多個(gè)低階通道層的信號(hào)適配進(jìn)高階通道層，或把多個(gè)高階通道層信號(hào)適配進(jìn)復(fù)用層的過程。復(fù)用也就是通過字節(jié)交錯(cuò)間插方式把TU組織進(jìn)高階VC或把AU組織進(jìn)STM-N的過程，由于經(jīng)過TU和AU指針處理后的各VC支路信號(hào)已相位同步，因此該復(fù)用過程是同步復(fù)用。

5354

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

ITU-T規(guī)定了一套完整的復(fù)用結(jié)構(gòu)，通過這些路線可將PDH的3個(gè)系列的數(shù)字信號(hào)以多種方法復(fù)用成STM-N信號(hào)。

我國國標(biāo)為了使每種凈負(fù)荷只有一條復(fù)用映射途徑，規(guī)定了一個(gè)較為簡單的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，它是規(guī)范所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用映射結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集。55

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然ITU-T規(guī)定的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)56

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然我國國標(biāo)規(guī)定的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)57

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

首先，各種速率等級的數(shù)字流先進(jìn)入相應(yīng)的接口容器C，這些容器C是一種用來裝載各種速率業(yè)務(wù)信號(hào)的信息結(jié)構(gòu)，主要完成適配功能（例如速率調(diào)整），讓那些最常使用的準(zhǔn)同步數(shù)字體系信號(hào)能進(jìn)入有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)容器，完成像速率調(diào)整這樣的適配功能。例如對于各路來的2M信號(hào)，由于各路的時(shí)鐘精度不同，所以有的可能是2.0481Mbit/s，有的可能是2.0482Mbit/s，都將在C里做容差調(diào)整，適配成速率為2.048Mbit/s的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。目前有5種標(biāo)準(zhǔn)容器C-11，C-12，C-2，C-3和C-4。我國定義C-12對應(yīng)速率是2.048Mbit/s，C-3對應(yīng)速率是34.368Mbit/s,C-4對應(yīng)速率是139.264Mbit/s。由標(biāo)準(zhǔn)容器出來的數(shù)字流加上通道開銷POH后就構(gòu)成了虛容器（VC），這一過程就是映射。傳輸距離光纖類型Sonet術(shù)語SDH術(shù)語<2kmG.652短距離局間15km@1310nmG.653中距離短途15km@1310nmG.653長途短途40km@1310nmG.655長型長途80km@1550nmG.655長型長途120km@1550nmG.655甚長型甚長途160km@1550nmG.655甚長型超長途58

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然SDH/Sonnet的光接口

為了保證不同制造商的設(shè)備能夠互通，sonet和SDH規(guī)范提供了光源特性、光接收靈

敏度以及不同類型光纖的傳輸距離的規(guī)范。取自G.957和G.691標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)3

主通道1保護(hù)通道827546

3具有逆時(shí)針方向保護(hù)通道的雙纖單向通道切換環(huán)

59

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然SONET/SDH

環(huán)

SONET和SDH的主要特點(diǎn)是既可以配置成環(huán)狀，也可以配置成網(wǎng)狀。SONET/SDH環(huán)通

常稱為自愈環(huán)。

SONET/SDH環(huán)可分為8種可能的類型，其中兩種最為普遍：

1.

通道切換環(huán)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然602.

二纖或四纖線路切換環(huán)節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)3

1p

8p

1s8s

節(jié)點(diǎn)22p7p7s2s

6s3s6p3p4s5s

4p

5p節(jié)點(diǎn)4四纖雙向線路切換環(huán)（BLSR）光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然61節(jié)點(diǎn)1

1p

8p

1s8s

節(jié)點(diǎn)22p7p7s2s

6s3s6p3p4p

5p四纖雙向線路切換環(huán)（BLSR）節(jié)點(diǎn)3

4s

5s節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)3和4之間的光纖傳輸線路發(fā)送或接收失效的情形：節(jié)點(diǎn)1

1p

8p

1s8s

節(jié)點(diǎn)22p7p7s2s

6s3s6p3p4p

5p四纖雙向線路切換環(huán)（BLSR）

62節(jié)點(diǎn)3

4s

5s節(jié)點(diǎn)4

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)完全失效，或是某一段光纖中的所有主備用光纖全部失效的情形：63???????

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然SDH技術(shù)的特點(diǎn)

主要特點(diǎn)：同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)光接口和強(qiáng)大的網(wǎng)管能力。

由于采用了同步復(fù)用和復(fù)用映射方法，各種不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷內(nèi)的排列是

有規(guī)律的，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)同步。

使24路制和30路制兩種PDH數(shù)字系列在STM-1等級上實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，使之成為數(shù)字傳輸

體制上的世界標(biāo)準(zhǔn)。

在幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，因而使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和維護(hù)能力大增。

確定了世界統(tǒng)一的光纖網(wǎng)絡(luò)接口，可以在光路上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，便于網(wǎng)絡(luò)的組織和調(diào)度，

使網(wǎng)絡(luò)投資成本節(jié)約10~20%以上。

具有信息凈負(fù)荷和定時(shí)的透明性，即網(wǎng)絡(luò)可以傳送各種凈負(fù)荷及其它們的組合，而與信

息的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。

具有后向和前向兼容性。與傳統(tǒng)的PDH完全兼容。還能容納新的業(yè)務(wù)信號(hào)，如B-ISDN

中的ATM信元、高速局域網(wǎng)的分纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）信號(hào)和分布排隊(duì)雙總線

（DQDB）信號(hào)等。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然64SDH的不足????SDH的STM-N幀中加入了大量的開銷字節(jié)，使得系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)，運(yùn)行管理維護(hù)的自動(dòng)化程度提高。但是在傳輸同樣有效信息的情況下，PDH信號(hào)所占用的傳輸帶寬要比SDH信號(hào)所占用的帶寬窄。頻帶利用率不如PDH由于采用了指針調(diào)整技術(shù)，增加了設(shè)備的復(fù)雜性在PDH到SDH網(wǎng)的過渡時(shí)期，由于指針調(diào)整產(chǎn)生的相位躍變，使得信號(hào)經(jīng)過多次PDH/SDH變換后，抖動(dòng)和漂移性能損傷較大，一般要采取相應(yīng)平滑措施由于大規(guī)模采用軟件管理和控制方式，在網(wǎng)絡(luò)層上的人為錯(cuò)誤、軟件故障及計(jì)算機(jī)病毒等可能導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓65

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然高速光鏈路

構(gòu)建日益增長的高效穩(wěn)定的光網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵在于研發(fā)高速光鏈路，

包括高速光收發(fā)機(jī)和高速的調(diào)制器。

1)

2.5Gbps光鏈路

2)

10Gbps光鏈路

3)

40Gbps光鏈路

4)

100Gbps光鏈路

5)

400Gbps光鏈路66

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然10Gbps光鏈路

OM1級多模光纖，為LED光源設(shè)計(jì)。纖芯直徑為62.5

m。帶寬距離積

在850nm處為200MHz

km,

1Gpbs在850nm最大傳輸距離為300nm

。

OM2級帶寬距離積在850nm處為500MHz

km,

1Gpbs在850nm的最大

傳輸距離為750nm。

50

m/

125

m

OM3級帶寬距離積在850nm處為2000MHz

km,

1Gpbs在850nm的最

大傳輸距離為950nm。50

m/

125

m

OM4級帶寬距離積在850nm處為4700MHz

km,

1Gpbs在850nm的最

大傳輸距離為1040nm。50

m/

125

m67

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然產(chǎn)品升級需用更高級別的光纖去替換傳統(tǒng)光纖，這時(shí)候鏈路中就可能存在兩種以上的光纖。

如在10Gpbs的小型網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在OM2和OM3型拼接構(gòu)成的光纖鏈

路，那么光纖帶寬就決定了有效最大鏈路長度。有效最大長度的表達(dá)式為：BWOM3BWOM2Lmax

LOM2

LOM3例如：一位工程師要構(gòu)建一條鏈路，鏈路有40m帶寬為500MHz的OM2型光纖和100m帶寬為2000MHz的OM3型光纖組成。其有效最大鏈路長度為多少？68

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然40Gbps光鏈路

當(dāng)鏈路中的數(shù)據(jù)速率達(dá)到40Gbps時(shí)，收發(fā)機(jī)的響應(yīng)特性、色散控制和偏振模色散成為必需面臨的問題。例如，采用OOK調(diào)制格式時(shí)，一個(gè)40Gbps鏈路對色散的敏感度是10Gbps鏈路的16倍，偏振模色散10Gbps鏈路的4倍，為了達(dá)到同等誤碼率（BER），光信噪比至少要提高6dB。69

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然100Gbps光鏈路

100Gbps鏈路對收發(fā)機(jī)的響應(yīng)特性、色散控制和偏振模色散提出了更高的要求。應(yīng)對的方法采用偏振復(fù)用（PDM）與差分正交頻分復(fù)用（OFDM）相結(jié)合。一般電信公司會(huì)選擇偏振復(fù)用正交（PM-QPSK）做完安裝的基本格式，因?yàn)镻M-QPSK

對偏振模色散的容忍度高。70

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

·

郝然光傳送網(wǎng)（OTN）

全光通信網(wǎng)是指信號(hào)以光的形式穿過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，直接在光域內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的傳輸、再生

、光交叉連接（OXC）、光分叉復(fù)用（OADM）和交換/選路，中間不需經(jīng)過光電、電

光轉(zhuǎn)換，因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特速率和調(diào)制

方式透明，可以大大提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量

。

考慮光信號(hào)固有的模擬特性和光器件的水平，光域中很難同時(shí)完成3R（再定時(shí)，整形

和放大），很難實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)，傳送網(wǎng)向全光網(wǎng)的過度應(yīng)用稱為光傳送網(wǎng)（OTN），在

子網(wǎng)內(nèi)可以全光透明，而在子網(wǎng)邊界處采用O/E/O，各個(gè)子網(wǎng)可以通過3R再生器連接

。

OTN引入光層，基于波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，處理的最基本對象是光波長，客戶層業(yè)務(wù)

以光波長的形式在光網(wǎng)絡(luò)中復(fù)用，傳輸，路由，放大，在光域上分插復(fù)用復(fù)用和交叉

互聯(lián)，是波長路由選擇網(wǎng)絡(luò)。

2SONETterminal光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然71BEOLTOADMSONET

IPterminal

RouterOXCC

D

IP

RouterLightpath

1

1

1

2

2

AIPRouter

1

X

F

IPRouter典型的OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖波長重用波長轉(zhuǎn)換透明性生存性72

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然OTN的基本網(wǎng)絡(luò)單元

光線路終端

Optical

line

terminals

(OLT)

光分插復(fù)用器

Optical

add/drop

multiplexers

(OADM)

光交叉互連器

Optical

crossconnects

(OXC)

上述網(wǎng)絡(luò)單元自身均可帶光放大器以補(bǔ)償損耗。

網(wǎng)絡(luò)單元基本功能

OLT:

用于點(diǎn)對點(diǎn)鏈路的任意一段，復(fù)用和解復(fù)用波長

OADM:

用在一部分波長需要在本地被終止，而另一部分波長需要被路由到其

他目的地

OXC:

執(zhí)行與OADM同樣的功能，但是用范圍涉及更多的節(jié)點(diǎn)和波長，可以

用在網(wǎng)狀拓?fù)渲小?/p>

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然光線路終端（OLT）

OLT有三個(gè)功能性器件T：轉(zhuǎn)發(fā)器，波長復(fù)用器和可選的光放大器

1.

轉(zhuǎn)發(fā)器：將光網(wǎng)絡(luò)的用戶層傳來的信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適在光網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)部使用的信

號(hào)

(wavelength,

line

code,

modulation,

etc.)

2.

波分復(fù)用/解復(fù)用：實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)間的復(fù)用與解復(fù)用。

OLT也接與一個(gè)光學(xué)監(jiān)控信道（Optical

supervisory

channel

，OSC)，這個(gè)

光學(xué)監(jiān)控信道攜帶一個(gè)單獨(dú)的波長，與攜帶實(shí)際信息的補(bǔ)償不同。用于監(jiān)控

鏈路上的放大器的性能。.IP

routerSONETSONETOptical

line

terminal

73Non

ITU

λ

Non

ITU

λITUλ1ITUλ2ITUλ3

λosc

LaserReceiverλoscMux/Demux

λ1

λ2

λ3TransponderO/E/O74

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

·

郝然

3.

光線路放大器

以周期性間隔用于光纖鏈路中間

，一般

80-120km.

Dispersion

compensator

may

be

included.

OADM

may

in

between

gain

stage.

Raman

amplifiers-distributed

amplifiers.

Optical

supervisory

channel:

monitor

the

performance

of

amplifiers.

DispersioncompensatorOADMGain

stageGain

stageλ

1

,λ2,

···,λW

λ

oscLaser

λ

osc

ReceiverRaman

pump

laser

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然光插分復(fù)用器件（OADM,

Optical

Add/Drop

Multiplexers）NodeANode

BNode

COpticalNodeANode

BNode

COLTTransponderAdd/Drop

(a)

passthrough

Add/Drop

(b)Illustration

of

benefits

of

OADM.A-B:

1

wavelength;A-C:

3wavelengths;B-C:

1

wavelength.

(a)

point

to

point

WDM

system.

(b)

using

an

OADM

75OADM76

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

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郝然OADM

ArchitecturesKey

attributes

of

OADM:

可以支持的波長總數(shù)？

被分下或者插入的波長的最大數(shù)目?

對于特定的波長，將其分下或者插入時(shí)是否有限制？

分析與插入信道的成本？

分析或者插入附加信道的難易程度如何？

與OADM相關(guān)的物理層通道設(shè)計(jì)的復(fù)雜性如何？最好信道經(jīng)受的直通損耗與

分下或者插入的信道數(shù)無關(guān)

OADM是否是可重構(gòu)的，是否可以遠(yuǎn)程控制？77

Demux

λWλ1,

λ2,…,

λW

λ2

λ1Mux

λ1,

λ2,…,

λWDropAdd(a)λ1,

λ2,…,

λWλ1,

λ2,…,

λWDemux

Band

4MuxAddBand

3

Band

2Band

1λ1

λ2

Drop

(b)λ1DropAddλ2λ1,

λ2,…,

λWλ1,

λ2,…,

λW(c)λ1,

λ2,

λ3,

λ4λ1,

λ2,…,

λW

Dropλ1,

λ2,…,

λW

Add(d)

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然不同OADM架構(gòu)

平行結(jié)構(gòu)平行結(jié)構(gòu)模塊化串聯(lián)波段分下光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然Comparison

of

different

OADM

architectureAttributesD信道限制傳輸信息通量變化WavelengthplanningParallel=WNone無瞬時(shí)干擾最小Serial1在規(guī)劃時(shí)確定信道有瞬時(shí)干擾需要Band

drop<<W固定信道組部分瞬時(shí)干擾高度受限LossCost

(small

drops)Cost

(large

drops)固定高低變化低高固定中等中等W

信道總數(shù)，D代表一個(gè)單一OADM所能分下的最多信道

7879

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然可重構(gòu)

OADMs

可重構(gòu)性Reconfigurability:

指的是快速用于選擇插入或者分下所需要

波長的能力。與事先規(guī)劃好并采用相應(yīng)的設(shè)備相對應(yīng)。這是的運(yùn)行

上可以靈活地設(shè)計(jì)他們的網(wǎng)絡(luò)，允許根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求動(dòng)態(tài)的建立或

者取消某個(gè)光學(xué)通道。

幾種可重構(gòu)OADM的方案

使用光開關(guān)來插入或者分下特定的波長

每個(gè)單信道的OADM可作為可調(diào)諧器件，光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然801.

波長阻斷結(jié)構(gòu)光耦合器光耦合器插入信道分出信道N—>1光分路器1—>N光分路器波長阻斷模塊直通通道

1

2…

N

1

2…

N光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然812.

開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)…......光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

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郝然823.

波長選擇開關(guān)結(jié)構(gòu)

1

2…

N

1

2…

NWSSWSS到M個(gè)分出端口中的任意一個(gè)來自M個(gè)插入端口中的任意一個(gè)

1

2

3

16

VOA

VOA

VOAVOA波長復(fù)用器

直通光纖

分出光纖1

分出光纖k

波長選擇開關(guān)

WSS

1

WSS

2

WSS

3

WSS

16

基于WSS的ROADM，可以將16個(gè)輸入波長實(shí)時(shí)變換到任意輸出端口

波長解

復(fù)用器

1,

2...,

1683

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然?

4．基于陣列波導(dǎo)光柵（AWG）的OADM結(jié)構(gòu)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然84?

5．基于光纖光柵和光環(huán)形器的OADM85

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然

Problems

related

上述結(jié)構(gòu)只部分解決可重構(gòu)問題，因?yàn)槿匀恍枰D(zhuǎn)發(fā)器來適配光學(xué)

層，使用固定波長轉(zhuǎn)發(fā)器，有一個(gè)問題1）采用了轉(zhuǎn)發(fā)器，但與它相聯(lián)合的OADM通過波長時(shí)，不用，資源浪

費(fèi)2）雖然OADM是可重構(gòu)的，但轉(zhuǎn)發(fā)器不是，仍然需要實(shí)現(xiàn)確定那組波

長需要采用轉(zhuǎn)發(fā)器，給網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃帶來限制。86

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然

光交叉互聯(lián)器（OXC）

OADMs:

useful

in

the

simple

network

topologies,

such

as

linear

and

ring.

OXCs:

handle

more

complex

mesh

topologies

and

large

number

of

wavelengths.

An

OXC

is

the

key

network

element

enabling

reconfigurable

networks,

where

lightpaths

can

be

set

up

or

taken

down

as

needed,

without

having

to

be

statically

provisioned.OXCIPSONET

SDHATMOLT87

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然

OXC的主要功能

服務(wù)提供：以自動(dòng)的方式提供光學(xué)通道.

保護(hù)：但網(wǎng)絡(luò)中的光纖斷裂或者儀器失效時(shí)，對光學(xué)通道進(jìn)行保護(hù)。

比特率透明：以任意的比特率和幀格式來交換信號(hào)的能力是OXC必須具備的

性能監(jiān)控、測試入口和錯(cuò)誤定位：在中間節(jié)點(diǎn)為信號(hào)的性能參數(shù)提供可視性。

波長轉(zhuǎn)換：除了信號(hào)從一個(gè)端口交換到另一個(gè)端口，還具有波長轉(zhuǎn)換能力。

復(fù)用和填充：一般具有光學(xué)線路速率的輸入和輸出信號(hào)，但有時(shí)候具有復(fù)用和

填充處理的能力，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部跟精細(xì)的間隔尺度。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然88OXC

架構(gòu)

OXC

一般可分以分為一個(gè)交換核和一個(gè)端口聯(lián)合體。交換核是執(zhí)

行交叉互聯(lián)功能的開關(guān)。端口聯(lián)合體包含端口插件，用來與其他設(shè)

備交換信息。

Different

types

of

OXCs:

optical

or

electrical

switch,

use

of

O/Eand

O/E/O

converters

and

how

OXC

interconnected

tosurrounding

equipment.

Opaque

configuration:

O/E

or

O/E/O

existed,

optical

or

electricalswitch.

(a)(b)

(c)

All

optical

configuration:

signal

remains

optical

as

passingthrough

the

node.

(d)O/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/EE/OO/EE/OO/EE/OO/EE/O光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然OLTO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OOXC(a)O/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/O(b)O/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/OO/E/O(a)

Electrical

switch

core(b)

Optical

switch

core

surrounded

byO/E/O

converters(c)

Optical

switch

core

directlyconnected

to

transponders

in

WDMequipment

(c)

(b)

Optical

switch

core

directly

connected

to

the

Mux/Demux

in

OLT

(d)Different

scenarios

for

OXC

deployment

89光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然特性低速填充處理交換能力波長轉(zhuǎn)換交換觸發(fā)器每個(gè)端口的成本功耗占地面積OpaqueElectrical(a)YesLowYesBERMediumHighHighOpaqueOptical

withO/E/Os(b)NoHighYesBERHighHighHighOpaqueOptical

withoutO/E/Os(c)NoHighYesOptical

powerMediumMediumMediumAll-Optical(d)NoHighestNoOptical

powerLowLowlow不同OXC設(shè)備配置的比較?交換觸發(fā)器:

OXC

監(jiān)控誤碼率或者光功率進(jìn)行通道保護(hù)。

9091

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然全光OXC配置

成本低，但缺少三個(gè)主要功能：低速填充，波長轉(zhuǎn)換和信號(hào)再生.

波長轉(zhuǎn)換對提高網(wǎng)絡(luò)的利用率非常有效λ1λ2λ1λ2

解輸入光纖1

復(fù)

用

器

解輸入光纖2

復(fù)

用

器光交換矩陣λ2λ2λ1λ2復(fù)用器復(fù)用器輸出光纖1輸出光纖2

波長λ1變換器

λ1λ1

λ2OEOE92Wavelength

or

wavebandswitching

(optically)

Low-speed

grooming,

wavelength

conversion,

regeneration

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然

Arealistic

“all-optical”

networknode

combining

optical

corecrossconnects

with

electrical

corecrossconnects.

Signals

are

switched

in

theoptical

domain

whenever

possiblebut

routed

down

to

the

electricaldomain

whenever

they

need

to

begroomed,

regenerated,

orconverted

form

one

wavelength

toanother.OEOEλ1,

λ2,…,

λ4

OLTLocaladd/drop

λ1,

λ2,…,

λ4OLTFrom/toclientsAn

optical

core

wavelength

plane

OXC,

consisting

of

a

plane

of

opticalswitches,

one

for

each

wavelength.

With

F

fibers

and

W

wavelengths

on

eachfiber,

each

switch

is

2F×2F,

if

we

want

the

flexibility

to

drop

and

add

anywavelength

at

the

node.

93Localaddλ1,

λ2,…,

λ4

OLTLocaldrop

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然

λ1,

λ2,…,

λ4

OLTOXC

大型無阻塞的光開關(guān)非常貴，為降低成本，可用若干個(gè)小規(guī)模的光開關(guān)矩陣代替！每個(gè)光開關(guān)矩陣處理一個(gè)波長！

結(jié)構(gòu)簡化，因?yàn)楣忾_關(guān)不需要將波長為λ

1

的輸入信號(hào)交換到接受波長為λ

2的輸出端口上。94

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然幾種常用的波長級交換的OXC節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)

?

1．基于空間光開關(guān)矩陣和波分復(fù)用、解復(fù)用器對的OXC結(jié)構(gòu)95

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然?

2．基于空間光開關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然96?

3．支持部分虛波長通道的OXC結(jié)構(gòu)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然97?

4．由電交叉連接矩陣實(shí)現(xiàn)的OXC節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)98

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然構(gòu)成OLT，

OADM，

OXC的基本單元是復(fù)用器和濾波器兩大應(yīng)用:

在WDM系統(tǒng)中復(fù)用/解復(fù)用，實(shí)現(xiàn)波長的交叉互聯(lián)或者波長的分插復(fù)用

在光放大器中實(shí)現(xiàn)增益均衡或者噪聲的去除

對波分復(fù)用器件的主要要求是：

插入損耗小，隔離度大，串?dāng)_??；

帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭；

溫度穩(wěn)定性好，工作穩(wěn)定、可靠；

復(fù)用通路數(shù)多，各路插入損耗相差不大，尺寸小Wavelength

filter

Wavelength

multiplexer

Wavelength

router

1,

2,

3,

4

2,

3,

4

1

2

3

4

11,

21,

31,

41

12,

22,

32,

42

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然

1

1,

2,

3,

4

12,

21,

31,

42

11,

22,

32,

41

ji

denotes

wavelength

j

on

input

link

i

99光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然100光柵光柵形狀k

=

1，2，3，…基本的光柵方程可以表示為

k

b(sin

in

sin

d

)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然101光柵

1

d2

d1

1

d1

d2

i

1+

2

Transmission

grating

i

1+

2Reflection

gratingGrating

planeImaging

plane

2Imaging

plane

2Grating

planeAAB

CD

a

sin

i

sin

d

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然102零級衍射，波長無分離C

D

i

daDiffraction

Pattern

Grating

plane

BFromsource___

___在象平面上干涉

a

sin

i

sin

d

m

m為衍射級數(shù)

i

d時(shí)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然103光柵型復(fù)用、解復(fù)用器

光柵型解復(fù)用器是一種并行器

件，它可以同時(shí)分開多路不同

波長的信號(hào)，使各路的插入損

耗都一樣，具有解復(fù)用路數(shù)多

，分辨率較高等優(yōu)點(diǎn)，目前被

廣泛應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中Let

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然光纖布拉格光柵Bragg

Grating

二個(gè)同方向傳播的波，

0和

1,滿足Bragg相位匹配條件

2

1=-

0時(shí)

2

0

2

neff

/

0

0

2neff

0稱為布拉格波長，表現(xiàn)為一個(gè)反射式的光學(xué)濾波器

104光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

·

第八講

·

郝然105通過對折射率分布的優(yōu)化，可以消除旁瓣

反射率可高可低，最高可接近

100%。

反射帶寬有大的制造調(diào)節(jié)范圍，

目前制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)從0.028nm

到40nm。

對于光傳播的附加損耗很小，約