光纖通信劉增基課件第8章

1、8.1 通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢8.2 SDH傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)8.3 WDM光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)8.4 光接入網(wǎng)光接入網(wǎng)第第 8 章章 光纖通信網(wǎng)絡(luò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)返回主目錄第第8章章 光纖通信網(wǎng)絡(luò)光纖通信網(wǎng)絡(luò) 8.1通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢 通信網(wǎng)總的發(fā)展趨勢是數(shù)字化、綜合化和寬帶化。 （1）數(shù)字化就是在通信網(wǎng)的各個部分(核心網(wǎng)和接入網(wǎng))及各個環(huán)節(jié)(傳輸、交換、接入、終端等)全面采用數(shù)字技術(shù)。目前核心網(wǎng)(或稱骨干網(wǎng))已實現(xiàn)了數(shù)字化，采用了數(shù)字傳輸和數(shù)字交換技術(shù)，其優(yōu)越性已十分明顯。 接入網(wǎng)的情況比較復雜，模擬的東西還大量存在，如電話網(wǎng)從核心網(wǎng)邊緣的端局交換機到用戶終端的用戶環(huán)路，大量使用的還

2、是模擬二線；有線電視系統(tǒng)也基本上是模擬的；新近采用的非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)實際上是模數(shù)混合體制。 （2） 綜合化，主要指業(yè)務(wù)的綜合，即通信網(wǎng)要由原來的單一業(yè)務(wù)網(wǎng)(如電話網(wǎng)、 分組數(shù)據(jù)網(wǎng))發(fā)展為能同時提供多種業(yè)務(wù)(包括話音、 數(shù)據(jù)、 圖像等)， 特別是多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。 數(shù)字化是綜合化的前提。當各種類型的消息都用統(tǒng)一的數(shù)字符號表示時，通過端到端的數(shù)字傳輸，便能實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展，特別是因特網(wǎng)(Internet)擴展到全世界，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的需求不斷增長，近十年來，幾乎每半年翻一番。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量猛增的主要推動力是因特網(wǎng)的WWW業(yè)務(wù)和高速多媒體業(yè)務(wù)。此外，電視會議、遠程教育、

3、 電子商務(wù)等應(yīng)用都要求通信網(wǎng)提供高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，而這些業(yè)務(wù)所需的帶寬都遠大于電話業(yè)務(wù)。因此業(yè)務(wù)綜合化必將導致網(wǎng)絡(luò)的寬帶化。 （3）寬帶化。隨著總業(yè)務(wù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)寬帶化首先是人們的迫切需求。另一方面，由于光纖通信技術(shù)的成就，特別是密集波分復用(DWDM)技術(shù)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬大大增加。如果雙絞銅線的傳輸帶寬按2 Mb/s估計，一根光纖采用DWDM技術(shù)，傳輸容量可達到20200 Gb/s， 也就是說， 光纖的傳輸容量是銅線的一萬至十萬倍。因此寬帶化意味著光纖將成為主要的傳輸媒質(zhì)。 今天， 在核心網(wǎng)內(nèi)以光纖為傳輸媒質(zhì)，采用DWDM技術(shù)實現(xiàn)寬帶傳輸，同時采用光交換技術(shù)構(gòu)成全光通信網(wǎng)，已

4、成為現(xiàn)實。 在接入網(wǎng)中，光纖正在伸向用戶，從光纖到路邊(FTTC)、光纖到大樓(FTTB)發(fā)展到光纖到交接箱(FTTCab)，最后將實現(xiàn)光纖到家(FTTH)。 當然，從帶寬需求和經(jīng)濟性考慮，接入網(wǎng)采用光纖沒有必要也不可能如同核心網(wǎng)那樣采用DWDM技術(shù)，而是采用比較簡單和廉價的光纖通信設(shè)備。 因此接入網(wǎng)和核心網(wǎng)實現(xiàn)寬帶化的技術(shù)途徑是不同的。本章將分別予以介紹。8.2 SDH 傳傳 送送 網(wǎng)網(wǎng) 8.2.1 SDH傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu) 一個電信網(wǎng)有兩大功能群：傳送功能群和控制功能群。 所謂傳送網(wǎng)就是完成傳送功能的手段，當然傳送網(wǎng)也能傳遞各種網(wǎng)絡(luò)控制信息。傳送網(wǎng)主要指邏輯功能意義上的網(wǎng)絡(luò)，

5、是一個復雜龐大的網(wǎng)絡(luò)。為了便于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和管理，通常用分層(Laying)和分割(Partitioning)的概念，將網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)元件按功能分為參考點(接入點)、拓撲元件、傳送實體和傳送處理功能四大類。網(wǎng)絡(luò)的拓撲元件分為三種，即層網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)和鏈路， 只需這三種元件就可以完全地描述網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓撲，從而使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得靈活，網(wǎng)絡(luò)描述變得容易。 1. 傳送網(wǎng)的分層和分割傳送網(wǎng)的分層和分割 傳送網(wǎng)是分層的，由垂直方向的連續(xù)的傳送網(wǎng)絡(luò)層(即層網(wǎng)絡(luò))疊加而成，從上而下分別為電路層、 通道層和傳輸媒質(zhì)層(又分為段層和物理層)。每一層網(wǎng)絡(luò)為其相鄰的高一層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù)，同時又使用相鄰的低一層網(wǎng)絡(luò)所提供的傳送服

6、務(wù)。 提供傳送服務(wù)的層稱為服務(wù)者(Server)，使用傳送服務(wù)的層稱為客戶(Client)， 因而相鄰的層網(wǎng)絡(luò)之間構(gòu)成了客戶/服務(wù)者關(guān)系。 SDH傳送網(wǎng)分層模型如圖8.1所示。自上而下依次為電路層網(wǎng)絡(luò)、通道層網(wǎng)絡(luò)和傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)。圖 8.1 SDH傳送網(wǎng)的分層模型 電路層網(wǎng)絡(luò)通道層網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)64 kb/s電路交換網(wǎng)分組交換 網(wǎng)租用線電路網(wǎng)SDH VC 1n通道網(wǎng)SDH VC 3通道網(wǎng)光傳輸網(wǎng)無線傳輸網(wǎng)傳送網(wǎng)示例n 1,2 電路層網(wǎng)絡(luò)涉及到電路層接入點之間的信息傳遞并直接為用戶提供通信業(yè)務(wù)，如電路交換業(yè)務(wù)、分組交換業(yè)務(wù)、租用線業(yè)務(wù)和BISDN虛通路等。根據(jù)提供業(yè)務(wù)的不同可以分為不同的電路

7、層網(wǎng)絡(luò)，如64 kb/s電路交換網(wǎng)、 分組交換網(wǎng)、 租用線電路網(wǎng)和ATM交換網(wǎng)等。電路層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備包括用于各種交換業(yè)務(wù)的交換機(例如電路交換機或分組交換機)和用于租用線業(yè)務(wù)的交叉連接設(shè)備等。電路層網(wǎng)絡(luò)與相鄰的通道層網(wǎng)絡(luò)是相互獨立的。 通道層網(wǎng)絡(luò)用于通道層接入點之間的信息傳遞并支持不同類型的電路層網(wǎng)絡(luò)，為電路層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù)，其提供傳輸鏈路的功能與PDH中的2 Mb/s、34 Mb/s和140Mb/s， SDH中的VC11、VC12、VC2、VC3 和VC4，以及BISDN中的虛通道功能類似。 能夠?qū)νǖ缹泳W(wǎng)絡(luò)的連接性進行管理控制是SDH網(wǎng)的重要特性之一，SDH傳送網(wǎng)中的通道層網(wǎng)絡(luò)還可進一步分

8、為高階通道層網(wǎng)絡(luò)和低階通道層網(wǎng)絡(luò)。 傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)為通道層網(wǎng)絡(luò)結(jié)點提供合適的通道容量， 并且可以進一步分為段層網(wǎng)絡(luò)和物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)(簡稱物理層)， 其中段層網(wǎng)絡(luò)是為了保證通道層的兩個結(jié)點間信息傳遞的完整性，物理層是指具體的支持段層網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì)，如光纜或無線。SDH網(wǎng)中的段層網(wǎng)絡(luò)還可以進一步細分為復用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò)，其中復用段層網(wǎng)絡(luò)涉及復用段終端之間的端到端的信息傳遞，再生段層網(wǎng)絡(luò)涉及再生器之間或再生器與復用段終端之間的信息傳遞。一個完整的SDH傳送網(wǎng)分層模型如圖8.2所示。 圖 8.2 SDH傳送網(wǎng)完整分層模型VC11VC12VC2VC3電 路 層 網(wǎng) 絡(luò)VC3VC4復用段層網(wǎng)絡(luò)再生

9、段層網(wǎng)絡(luò)低階通道層高階通道層段層物理層網(wǎng)絡(luò)電路層通道層傳輸媒質(zhì)層SDH傳送層 將傳送網(wǎng)分為獨立的三層，每層能在與其它層無關(guān)的情況下單獨加以規(guī)定，可以較簡便地對每層分別進行設(shè)計與管理；每個層網(wǎng)絡(luò)都有自己的操作和維護能力；從網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，可以靈活地改變某一層， 不會影響到其它層。 傳送網(wǎng)分層后， 每一層網(wǎng)絡(luò)仍然很復雜，地理上覆蓋的范圍很大。為了便于管理，在分層的基礎(chǔ)上，將每一層網(wǎng)絡(luò)在水平方向上按照該層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分割為若干個子網(wǎng)和鏈路連接。分割往往是從地理上將層網(wǎng)絡(luò)再細分為國際網(wǎng)、國內(nèi)網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)等，并獨立地對每一部分行使管理。圖 8.3 給出了傳送網(wǎng)分割概念與分層概念的一般關(guān)系。 圖 8.3傳送網(wǎng)

10、的分割 (a) 分層概念； (b) 分割概念電路層網(wǎng)絡(luò)通道層網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)鏈路層網(wǎng)絡(luò)分層視圖(客戶/服務(wù)者聯(lián)系)分割視圖(a)(b) 采用分割的概念可以方便地在同一網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行規(guī)定，允許層網(wǎng)絡(luò)的一部分被層網(wǎng)絡(luò)的其余部分看作一個單獨實體；可以按所希望的程度將層網(wǎng)絡(luò)遞歸分解表示， 為層網(wǎng)絡(luò)提供靈活的連接能力，從而方便網(wǎng)絡(luò)管理，也便于改變網(wǎng)絡(luò)的組成并使之最佳化。 鏈路是代表一對子網(wǎng)之間有固定拓撲關(guān)系的一種拓撲元件，用來描述不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接點間的聯(lián)系，例如兩個交叉連接設(shè)備之間的多個平行的光纜線路系統(tǒng)就構(gòu)成了鏈路。 2. 傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu) 圖8.4為傳送網(wǎng)的功能模型示

11、例。層網(wǎng)或子網(wǎng)之間通過連接(網(wǎng)絡(luò)連接、子網(wǎng)連接、鏈路連接)和適配(如層間適配，包括復用解復用、編碼解碼、定位與調(diào)整、速率變化等)構(gòu)成整個傳送網(wǎng)。 相鄰的層間符合客戶/服務(wù)者關(guān)系。圖8.4傳送網(wǎng)的功能模型SNCSNCTCPCPLCCPLCCPLCCPTCPAPAPSNCAPAP路徑網(wǎng)絡(luò)連接鏈路連接路徑路徑終端客戶層到服務(wù)層適配TCP路徑終端路徑終端客戶層到服務(wù)層適配TCP路徑終端客戶層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)AP： 接入點CP： 連接點LC：鏈路連接TCP： 終端連接點SNC： 子網(wǎng)連接CP 8.2.2SDH網(wǎng)的物理拓撲網(wǎng)的物理拓撲 網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲泛指網(wǎng)絡(luò)的形狀，即網(wǎng)絡(luò)結(jié)點和傳輸線路的幾何排列，它反映了物

12、理上的連接性。除了最簡單的點到點的物理拓撲外， 網(wǎng)絡(luò)物理拓撲一般有5種類型，即線形、星形、樹形、環(huán)形和網(wǎng)孔形，如圖8.5所示。 1. 線形線形 將通信網(wǎng)的所有站點串聯(lián)起來，并使首末兩個點開放， 就形成了線形拓撲。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，要使兩個非相鄰點之間完成連接， 其間的所有點都必須完成連接功能。這是SDH早期應(yīng)用的比較經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò)拓撲形式，首末兩端使用終端復用器(TM)，中間各點使用分插復用器(ADM)。 圖 8.5SDH網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲(a) 線形； (b) 星形； (c) 樹形; (d) 環(huán)形； (e) 網(wǎng)孔形(a)(b)(c)(d)(e) 2. 星形星形 當通信網(wǎng)的所有點中有一個特殊的點與其余

13、點以輻射的形式直接相連，而其余點之間相互不能直接相連時，就形成了星形拓撲，又稱樞紐形拓撲。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，除了特殊點外的任意兩點間的連接都是通過特殊點進行的，特殊點為經(jīng)過的信息流進行路由選擇并完成連接功能。這種網(wǎng)絡(luò)拓撲可以將特殊點(樞紐站)的多個光纖終端綜合成一個，具有靈活的帶寬管理， 能節(jié)省投資和運營成本，但是在特殊點存在失效問題和瓶頸問題。 3. 樹形樹形 將點到點拓撲單元的末端點連接到幾個特殊點就形成樹形拓撲。樹形拓撲可以看成是線形拓撲和星形拓撲的結(jié)合。這種拓撲結(jié)構(gòu)在特殊點也存在瓶頸問題和光功率預(yù)算限制問題，特別適用于廣播式業(yè)務(wù)， 但不適用于提供雙向通信業(yè)務(wù)。 4. 環(huán)形環(huán)形 將通信網(wǎng)

14、的所有站點串聯(lián)起來首尾相連，而且沒有任何點開放，就形成了環(huán)形網(wǎng)。將線形結(jié)構(gòu)的兩個首尾開放點相連就變成了環(huán)形網(wǎng)。在環(huán)形網(wǎng)中，要完成兩個非相鄰點之間的連接， 這兩點之間的所有點都必須完成連接功能。環(huán)形網(wǎng)的最大優(yōu)點是具有很高的網(wǎng)絡(luò)生存性，因而在SDH網(wǎng)中受到特別的重視。 5. 網(wǎng)孔形網(wǎng)孔形 當通信網(wǎng)的許多點直接互連時就形成了網(wǎng)孔形拓撲。 如果所有的點都直接互連時就稱為理想的網(wǎng)孔形。在非理想的網(wǎng)孔形中，沒有直接相連的兩個點之間需要經(jīng)由其它點的轉(zhuǎn)接功能才能實現(xiàn)連接。網(wǎng)孔形的優(yōu)點是不存在如星形拓撲那樣的瓶頸問題和失效問題，兩點間有多種路由可選；缺點是結(jié)構(gòu)復雜、成本較高。 上述的拓撲結(jié)構(gòu)都有各自的特點，在網(wǎng)

15、中都有不同程度的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)拓撲的選擇要考慮的因素很多，如網(wǎng)絡(luò)的生存性是否高，網(wǎng)絡(luò)配置是否容易，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否適于引進新業(yè)務(wù)等。一個實際網(wǎng)絡(luò)的不同部分適宜采用的拓撲結(jié)構(gòu)也有可能不同，例如本地網(wǎng)適宜采用環(huán)形和星形拓撲結(jié)構(gòu)，有時也可用線形拓撲，市內(nèi)局間中繼網(wǎng)適宜采用環(huán)形和線形拓撲，而長途網(wǎng)可能采用網(wǎng)孔形拓撲。 8.2.3自愈網(wǎng)自愈網(wǎng) 隨著人類社會進入信息社會，人們對通信的依賴性越來越大，對通信網(wǎng)絡(luò)生存性的要求也越來越高，一種稱為自愈網(wǎng)(Selfhealing Network)的概念應(yīng)運而生。所謂自愈網(wǎng)就是無需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短的時間內(nèi)從失效故障中自動恢復， 使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障。其基本原

16、理就是使網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新確立通信的能力。自愈網(wǎng)的概念只涉及重新確立通信，不管具體失效元部件的修復或更換，后者仍需人員干預(yù)才能完成。 PDH系統(tǒng)采用的線路保護倒換方式是最簡單的自愈網(wǎng)形式。但是當光纜被切斷時，往往是同一纜內(nèi)的所有光纖(包括主用和備用)都被切斷，在這種情況下上述保護方式就無能為力了。 改善網(wǎng)絡(luò)生存性的最好辦法是將網(wǎng)絡(luò)結(jié)點連成一個環(huán)形， 形成所謂的自愈環(huán)(Selfhealing Ring)。環(huán)形網(wǎng)的結(jié)點可以是ADM， 也可以是DXC， 但通常由ADM構(gòu)成。SDH的特色之一便是能夠利用ADM的分插復用能力構(gòu)成自愈環(huán)。 自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：通道倒換環(huán)和復用段倒換環(huán)。 通

17、道倒換環(huán)屬于子網(wǎng)連接保護，其業(yè)務(wù)量的保護是以通道為基礎(chǔ)，是否倒換以離開環(huán)的每一個通道信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定， 通常利用通道AIS信號來決定是否應(yīng)進行倒換。復用段倒換環(huán)屬于路徑保護，其業(yè)務(wù)量的保護以復用段為基礎(chǔ)，以每對結(jié)點的復用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣來決定是否倒換。通道倒換環(huán)與復用段倒換環(huán)的一個重要區(qū)別是前者往往使用專用保護，即正常情況下保護段也在傳業(yè)務(wù)信號，保護時隙為整個環(huán)專用；而后者往往使用公用保護，即正常情況下保護段是空閑的，保護時隙由每對結(jié)點共享。 如果按照進入環(huán)的支路信號與由該支路信號分路結(jié)點返回的支路信號方向是否相同，又可以將自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)。正常情況下，單向環(huán)中所有業(yè)務(wù)信號按同一方向

18、在環(huán)中傳輸。雙向環(huán)中進入環(huán)的支路信號按一個方向傳輸，而由該支路信號分路結(jié)點返回的支路信號按相反的方向傳輸。 如果按照一對結(jié)點間所用光纖的最小數(shù)量還可以分為二纖環(huán)和四纖環(huán)。下面以四個結(jié)點的環(huán)為例， 介紹4種典型的自愈環(huán)結(jié)構(gòu)。 1. 二纖單向通道倒換環(huán)二纖單向通道倒換環(huán) 二纖單向通道倒換環(huán)如圖8.6所示。通常單向環(huán)由兩根光纖來實現(xiàn)，S1光纖用來攜帶業(yè)務(wù)信號，P1光纖用來攜帶保護信號。 CAACS1P1ABDCP1S1CA AC(a)CAACS1P1ABDCP1S1CA AC(b)倒換8.6 二纖單向通道倒換環(huán) 這種環(huán)采用“首端橋接， 末端倒換”結(jié)構(gòu)。 例如，在結(jié)點A進入環(huán)傳送給結(jié)點C的支路信號(A

19、C)同時饋入S1和P1向兩個不同方向傳送到C點，其中S1光纖按順時針方向， P1光纖按逆時針方向，C點的接收機同時收到兩個方向傳送來的支路信號，擇優(yōu)選擇其中一路作為分路信號。正常情況下，S1傳送的信號為主信號。同理，在C點進入環(huán)傳送至結(jié)點A的支路信號(CA)按上述同樣的方法傳送到結(jié)點A， S1光纖所攜帶的CA信號為主信號。 當BC結(jié)點間的光纜被切斷時，兩根光纖同時被切斷，從A經(jīng)S1光纖到C的AC信號丟失，結(jié)點C的倒換開關(guān)由S1轉(zhuǎn)向P1， 結(jié)點C接收經(jīng)P1光纖傳送的AC信號，從而使AC間業(yè)務(wù)信號不會丟失，實現(xiàn)了保護作用。故障排除后，倒換開關(guān)返回原來的位置。 2. 二纖單向復用段倒換環(huán)二纖單向復用

20、段倒換環(huán) 二纖單向復用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖8.7所示。這是一種路徑保護方式。在這種環(huán)形結(jié)構(gòu)中每一結(jié)點都有一個保護倒換開關(guān)。正常情況下，S1光纖傳送業(yè)務(wù)信號，P1光纖是空閑的。 當BC結(jié)點間光纜被切斷， 兩根光纖同時被切斷，與光纜切 斷 點 相 鄰 的 兩 個 結(jié) 點 B 和 C 的 保 護 倒 換 開 關(guān) 將 利 用APS(Automatic Protection Switching)協(xié)議執(zhí)行環(huán)回功能。例如在B結(jié)點S1光纖上的信號(AC)經(jīng)倒換開關(guān)從P1光纖返回，沿逆時針方向經(jīng)A結(jié)點和D結(jié)點仍然可以到達C結(jié)點，并經(jīng)C結(jié)點的倒換開關(guān)環(huán)回到S1光纖后落地分路。故障排除后，倒換開關(guān)返回原來的位置。 圖

21、 8.7 二纖單向復用段倒換環(huán)CA ACS1P1ABDCP1S1CAAC(a)(b)倒換CA ACS1P1ABDCP1S1CAAC 當BC結(jié)點間光纜被切斷，兩根光纖同時被切斷，與光纜切斷 點 相 鄰 的 兩 個 結(jié) 點 B 和 C 的 保 護 倒 換 開 關(guān) 將 利 用APS(Automatic Protection Switching)協(xié)議執(zhí)行環(huán)回功能。例如在B結(jié)點S1光纖上的信號(AC)經(jīng)倒換開關(guān)從P1光纖返回，沿逆時針方向經(jīng)A結(jié)點和D結(jié)點仍然可以到達C結(jié)點，并經(jīng)C結(jié)點的倒換開關(guān)環(huán)回到S1光纖后落地分路。故障排除后，倒換開關(guān)返回原來的位置。 3. 四纖雙向復用段倒換環(huán)四纖雙向復用段倒換環(huán)

22、通常雙向環(huán)工作在復用段倒換方式，既可以是四纖又可以是二纖。四纖雙向復用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖8.8所示，它由兩根業(yè)務(wù)光纖S1與S2(一發(fā)一收)和兩根保護光纖P1與P2(一發(fā)一收)構(gòu)成，其中S1光纖傳送順時針業(yè)務(wù)信號，S2光纖傳送逆時針業(yè)務(wù)信號，P1與P2分別是和S1與S2反方向傳輸?shù)膬筛Ｗo光纖。 每根光纖上都有一個保護倒換開關(guān)。正常情況下，從A結(jié)點進入環(huán)傳送至C結(jié)點的支路信號順時針沿光纖S1傳輸，而由C結(jié)點進入環(huán)傳送至A結(jié)點的支路信號則逆時針沿光纖S2傳輸， 保護光纖P1和P2是空閑的。 當BC結(jié)點間光纜被切斷，四根光纖同時被切斷。根據(jù)APS協(xié)議，B和C結(jié)點中各有兩個倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能，從而環(huán)

23、工作的連續(xù)性得以維持。故障排除后，倒換開關(guān)返回原來的位置。在四纖環(huán)中，僅僅光纜切斷或結(jié)點失效才需要利用環(huán)回方式來保護，而如果是單纖或設(shè)備故障可以使用傳統(tǒng)的復用段保護倒換方式。 圖 8.8 四纖雙向復用段倒換環(huán)CAACS1P1S2P2ACA ACP2S2P1S1CDB(a)CAACS1P1S2P2ACA ACP2S2P1S1CDB(b)倒換 當BC結(jié)點間光纜被切斷，四根光纖同時被切斷。根據(jù)APS協(xié)議，B和C結(jié)點中各有兩個倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能，從而環(huán)工作的連續(xù)性得以維持。 故障排除后， 倒換開關(guān)返回原來的位置。在四纖環(huán)中，僅僅光纜切斷或結(jié)點失效才需要利用環(huán)回方式來保護，而如果是單纖或設(shè)備故障可以使

24、用傳統(tǒng)的復用段保護倒換方式。 4. 二纖雙向復用段倒換環(huán)二纖雙向復用段倒換環(huán) 在四纖雙向復用段倒換環(huán)中，光纖S1上的業(yè)務(wù)信號與光纖P2上的保護信號的傳輸方向完全相同。如果利用時隙交換技術(shù)，可以使光纖S1和光纖P2上的信號都置于一根光纖(稱S1/P2光纖)中，例如S1/P2光纖的一半時隙用于傳送業(yè)務(wù)信號， 另一半時隙留給保護信號。 同樣，光纖S2和光纖P1上的信號也可以置于一根光纖(稱S2/P1光纖)上。這樣S1/P2光纖上的保護信號時隙可以保護S2/P1光纖上的業(yè)務(wù)信號，S2/P1光纖上的保護信號時隙可保護S1/P2光纖上的業(yè)務(wù)信號，于是四纖環(huán)可以簡化為二纖環(huán)，如圖8.9所示。 當BC結(jié)點間光

25、纜被切斷，二根光纖也同時被切斷，與切斷點相鄰的B和C結(jié)點中的倒換開關(guān)將S1/P2光纖與S2/P1光纖溝通，利用時隙交換技術(shù)，可以將S1/P光纖和S2/P1光纖上的業(yè)務(wù)信號時隙轉(zhuǎn)移到另一根光纖上的保護信號時隙，于是就完成了保護倒換作用。 圖 8.9 二纖雙向復用段倒換環(huán)S1/P2ABDCAAC(a)S2/P1S2/P1S1/P2S1/P2ABDCAAC(b)S2/P1S2/P1S1/P2CC倒換CA ACCA AC 前面介紹了4種自愈環(huán)結(jié)構(gòu)，通常通道倒換環(huán)只工作在二纖單向方式，而復用段倒換環(huán)既可以工作在二纖方式，又可以工作在四纖方式，既可以單向又可以雙向。自愈環(huán)種類的選擇應(yīng)考慮初建成本、要求恢復

26、業(yè)務(wù)的比例、用于恢復業(yè)務(wù)所需要的額外容量、業(yè)務(wù)恢復的速度和易于操作維護等因素。 8.3 WDM 光光 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) WDM技術(shù)極大地提高了光纖的傳輸容量，隨之帶來了對電交換結(jié)點的壓力和變革的動力。為了提高交換結(jié)點的吞吐量，必須在交換方面引入光子技術(shù)，從而引起了WDM全光通信的研究。WDM全光通信網(wǎng)是在現(xiàn)有的傳送網(wǎng)上加入光層， 在光上進行分插復用(OADM)和交叉連接(OXC)，目的是減輕電結(jié)點的壓力。由于WDM全光網(wǎng)絡(luò)能夠提供靈活的波長選路能力，又稱為波長選路網(wǎng)絡(luò)(Wavelength Routing Network)。 基于WDM和波長選路的全光網(wǎng)絡(luò)及其與單波長網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系， 如圖8.10所示。

27、 圖 8.10 基于WDM和波長選路的光網(wǎng)絡(luò)E-XCE-XCE-XCE-XCOLTOXC光通道網(wǎng)絡(luò)單波長網(wǎng)絡(luò)單波長網(wǎng)絡(luò) 8.3.1光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu) ITUT的G.872(草案)已經(jīng)對光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)提出了建議。建議的分層方案是將光傳送網(wǎng)分成光通道層(OCH)、光復用段層(OMS)和光傳輸段層(OTS)。與SDH傳送網(wǎng)相對應(yīng)，實際上是將光網(wǎng)絡(luò)加到SDH傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)的段層和物理層之間，如圖8.11所示。由于光纖信道可以將復用后的高速數(shù)字信號經(jīng)過多個中間結(jié)點，不需電的再生中繼， 直接傳送到目的結(jié)點， 因此可以省去SDH再生段，只保留復用段，再生段對應(yīng)的管理功能并入到復用段結(jié)點

28、中。為了區(qū)別，將SDH的通道層和段層稱為電通道層和電復用段層。 圖 8.11光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)(a) SDH網(wǎng)絡(luò)； (b) WDM網(wǎng)絡(luò)； (c) 電層和光層的分解電路層電通道層電復用段層光層物理層(光纖)WDM 光網(wǎng)絡(luò)電路層通道層復用段層再生段層物理層(光纖)SDH 網(wǎng)絡(luò)(a)(b)PDH 通道層電復用段層電路層SDH 通道層電復用段層電路層虛通道(沒有)虛通道光通道層光復用段層光傳輸段層物理層(光纖)光 傳 送 網(wǎng) 絡(luò)(c) 光通道層為不同格式(如PDH 565 Mb/s, SDH STMN， ATM信元等)的用戶信息提供端到端透明傳送的光信道網(wǎng)絡(luò)功能，其中包括：為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路重新安排信道

29、連接；為保證光信道適配信息的完整性處理光信道開銷；為網(wǎng)絡(luò)層的運行和管理提供光信道監(jiān)控功能。 光復用段層為多波長信號提供網(wǎng)絡(luò)功能，它包括：為靈活的多波長網(wǎng)絡(luò)選路重新安排光復用段連接；為保證多波長光復用段適配信息的完整性處理光復用段開銷；為段層的運行和管理提供光復用段監(jiān)控功能。 光傳輸段層為光信號在不同類型的光媒質(zhì)(如G.652, G.653， G.655光纖)上提供傳輸功能，包括對光放大器的監(jiān)控功能。 WDM光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點主要有兩種功能，即光通道的上下路功能和交叉連接功能，實現(xiàn)這兩種功能的網(wǎng)絡(luò)元件分別是光分插復用器(OADM)和光交叉連接器(OXC)。 8.3.2光分插復用器光分插復用器 在SDH

30、傳送網(wǎng)中，分插復用器(ADM)的功能是對不同的數(shù)字通道進行分下(drop)與插入(add)操作。與此類似，在WDM光網(wǎng)絡(luò)也存在光分插復用器(OADM)，其功能是在波分復用光路中對不同波長信道進行分下與插入操作。無論ADM還是OADM，都是相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的重要單元。 在WDM光網(wǎng)絡(luò)的一個結(jié)點上，光分插復用器在從光波網(wǎng)絡(luò)中分下或插入本結(jié)點的波長信號的同時，對其它波長的向前傳輸并不影響，并不需要把非本結(jié)點的波長信號轉(zhuǎn)換為電信號再向前發(fā)送，因而簡化了結(jié)點上信息處理，加快了信息的傳遞速度，提高了網(wǎng)絡(luò)組織管理的靈活性，降低了運行成本。特別是當波分復用的波長數(shù)很多時，光分插復用器的作用就顯得特別明顯。 光分插復

31、用器可以分為光/電/光和全光兩種類型。光/電/光型光分插復用器是一種采用SDH光端機背靠背連接的設(shè)備，在已鋪設(shè)的波分復用線路中已經(jīng)使用了這種設(shè)備。 但是光/電/光這種方法不具備速率和格式的透明性，缺乏靈活性，難以升級， 因而不能適應(yīng)WDM光網(wǎng)絡(luò)的要求。全光型光分插復用器是完全在光波域?qū)崿F(xiàn)分插功能，具備透明性、靈活性、可擴展性和可重構(gòu)性，因而完全滿足WDM光網(wǎng)絡(luò)的要求。光分插復用器的核心部件是一個具有波長選擇能力的光學或光子學元件，例如本書第7章介紹的幾種光濾波器等。下面介紹幾種光分插復用器的實現(xiàn)方法。 1. 基于解復用基于解復用/復用結(jié)構(gòu)的復用結(jié)構(gòu)的OADM 這種光分插復用器采用解復用器和復用

32、器背靠背的形式來實現(xiàn)，如圖8.12所示。在這種結(jié)構(gòu)中，可以把需要在本地結(jié)點分下的一路或多路光波長信號很方便地從多波長輸入信號中分離出來并連接到本地結(jié)點的光端機上，同時將本地結(jié)點需要發(fā)送的光波長通過復用器插入到多波長輸出信號中去，其它波長的光信號可以不受影響地透明通過該分插復用器。 是，隨著波分復用的波長數(shù)的增加，用于連接每個波長的光纖連線也會相應(yīng)地增加，例如如果是32路波長的光分插復用器，考慮到雙向傳輸總共需要64根光纖連線，這肯定會給設(shè)備管理帶來困難。 圖 8.12 基于解復用/復用結(jié)構(gòu)的OADM MUXDMUX多個波長輸入多個波長輸出AddSDropS 在這種結(jié)構(gòu)中，由于不需要作分插的波長

33、不能直接地通過， 而解復用器和復用器的濾波特性會改變傳輸光譜的形狀， 因而會影響整個系統(tǒng)的傳輸性能。由于這種光分插復用器使用了光解復用器和復用器，如果系統(tǒng)要增加波長，就必須改造甚至更換解復用器和復用器，因而這種光分插復用器不具備波長透明性。 2. 基于光纖馬赫基于光纖馬赫-曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的的OADM 圖8.13 所示的是基于平衡的馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)加上光纖布喇格光柵(FBG)結(jié)構(gòu)的全光纖型光分插復用器。在理想情況下，耦合器的分束比為1 1， MZI的兩臂等長，兩光柵寫入在等長位置上并接近全反射，因此與光纖布喇格光柵的峰值波長相對應(yīng)

34、的光波長，將在分下(drop)口取出，而其它光波長信號將全部通過，并從輸出(output)口輸出。 圖 8.13 基于光纖馬赫-曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM1ndrop3dB耦合器FBG at S輸入1n輸出add 而且這種結(jié)構(gòu)是左右對稱的，同樣可以插入與光柵峰值波長相對應(yīng)的光波長信號。但是實際上要做到兩個耦合器、 兩個光柵和兩臂長完全相同是很困難的，因此要實現(xiàn)它也很困難。 實現(xiàn)上述馬赫-曾德爾結(jié)構(gòu)可采用一種等效變通的方法：在雙芯光纖上連續(xù)采用熔融拉錐方法制成有一定距離的兩個3 dB定向耦合器，然后在兩個耦合器之間的光纖上一次寫入-曾德爾結(jié)構(gòu)和光柵反射路徑，但是要從雙芯光纖中引

35、出光信號需要特殊的光纖連接線。 3. 基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM 圖8.14 示出基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM。 這種結(jié)構(gòu)是在光纖定向耦合器的腰區(qū)寫入光柵，如果在入射光中某一波長的光信號與光柵的峰值波長在波長上一致， 就會形成選擇性反射。此處定向耦合器中兩根光纖中的一根已經(jīng)過預(yù)處理(熔融拉細)，使兩根光纖的芯徑略有差別， 因此在兩根光纖中模式傳播常數(shù)稍微有些不同。選擇適當?shù)墓鈻懦?shù)，使反射模式的耦合恰好發(fā)生在入射光纖基模與另一根光纖的反方向傳輸基模之間。要實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)需要復雜的特殊制作工藝，因而不適宜大量制作。 圖 8

36、.14 基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM1ndrop1nadd 4. 基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 圖8.15示出基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM， 采用光纖環(huán)行器和光纖光柵的結(jié)合可以實現(xiàn)多個波長的分插復用。 與基于馬赫-曾德爾加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)對每一個波長只需一個而不是一對光柵，結(jié)構(gòu)較為簡單， 性能較為穩(wěn)定。 在兩個環(huán)行器之間接入m個光纖光柵，在兩個環(huán)行器的端口3分別接入解復用器和復用器，這樣就可以分下和插入m個波長信號， 而其它的沒有被光纖光柵反射的光信號， 無阻擋地從輸出端口輸出。如果采用可調(diào)諧光纖光柵，

37、 就可以得到在調(diào)諧范圍內(nèi)的任意波長信號。 最后還可以通過不同組合形式的光開關(guān)，從m個波長中選取任意的分插波長。在這種結(jié) 構(gòu)中，由于環(huán)行器的回波損耗很大，所以根本不需要外加隔離器。 圖 8.15 基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADMDMUX1,2mDropMUXAdd可調(diào)諧光纖光柵環(huán)行器多個波長輸入環(huán)行器多個波長輸出1231,2m132 5. 基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 圖8.16示出基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM，其中使用了多層介質(zhì)膜(Multilayer Dielectric Film)濾波器， 2光開關(guān)和光纖環(huán)行器等。

38、多層介質(zhì)膜濾波器由于其良好的溫度穩(wěn)定性目前已經(jīng)在商業(yè)的波分復用系統(tǒng)中使用。 多波長光信號從輸入端經(jīng)環(huán)行器到達濾波器，由于介質(zhì)膜濾波器屬于帶通濾波器，因此只有位于通帶內(nèi)的波長才可以通過濾波器，其它波長則被反射回環(huán)行器。通過濾波器的波長由光開關(guān)選擇從分下(drop)口輸出，插入的波長經(jīng)過右邊的同波長濾波器再通過右邊環(huán)行器而輸出。從左面濾波器反射回左面環(huán)行器的光從端口2到端口3再進入下面環(huán)行器的端口1，重復以上過程，每經(jīng)過一個環(huán)行器和濾波器組合后，其余波長則繼續(xù)往下走。如果不在本結(jié)點作分插復用的波長就再連接到右側(cè)的光纖環(huán)行器，然后依次經(jīng)過環(huán)行器和多層介質(zhì)膜帶通濾波器， 一直傳輸?shù)蕉嗖ㄩL輸出端口。圖

39、8.16 基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM1Add 11Drop 1213232Add 22Drop 22323Add 33Drop 32324Add 44Drop 4232111131313多個波長輸入環(huán)行器帶通介質(zhì)膜濾波器22SOA開關(guān)帶通介質(zhì)膜濾波器環(huán)行器多個波長輸出可變衰減器 8.3.3光交叉連接器光交叉連接器 光交叉連接器(OXC: Optical Crossconnect)是光波網(wǎng)絡(luò)中的一個重要網(wǎng)絡(luò)單元，其功能可以與時分復用網(wǎng)絡(luò)中的交換機類比，主要用來完成多波長環(huán)網(wǎng)間的交叉連接，作為網(wǎng)格狀光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點，目的是實現(xiàn)光波網(wǎng)的自動配置、保護/恢復和重構(gòu)。 光交叉連接通常分為三

40、類，即光纖交叉連接(FXC： Fiber Crossconnect)#, 波長固定交叉連接(WSXC: WavelengthSelective Crossconnect)和波長可變交叉連接(WIXC: Wavelength Interchanging Crossconnect)。 光纖交叉連接器連接的是多路輸入輸出光纖，如圖8.17所示，每根光纖中可以是多波長光信號。在這種交叉連接器中，只有空分交換開關(guān)，交換的基本單位是一路光纖，并不對多波長信號進行解復用，而是直接對波分復用光信號進行交叉連接。這種交叉連接器在WDM光網(wǎng)絡(luò)中不能發(fā)揮多波長通道的靈活性，不能實現(xiàn)波長選路，因而很少在WDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)點

41、中單獨使用。 波長固定交叉連接的典型結(jié)構(gòu)如圖8.18 所示，多路光纖中的光信號分別接入各自的波分解復用器，解復用后的相同波長的信號進行空分交換，交換后的各路相同波長的光信號分別進入各自輸出口的復用器，最后復用后從各輸出光纖輸出。 光纖1光纖2光纖MMM開關(guān)光纖1光纖2光纖M圖8.17 光纖交叉連接 圖 8.18 波長固定交叉連接 DMUXMM開關(guān)1MUXDMUXMM開關(guān)2MUXDMUXMM開關(guān)NMUX12N12N12N光纖 2光纖 1光纖 M光纖 2光纖 1光纖 M 在這種結(jié)構(gòu)中由于不同光纖中的相同波長之間可以進行交換，因而可以較靈活地對波長進行交叉連接，但是這種結(jié)構(gòu)無法處理兩根以上光纖中的相

42、同波長光信號進入同一根輸出光纖問題，即存在波長阻塞問題。而波長可變的交叉連接可以解決波長阻塞問題。 3. 波長可變交叉連接波長可變交叉連接 在波長可變交叉連接器中，使用波長變換器(Wavelength Converter)對光信號進行波長變換，因而各路光信號可以實現(xiàn)完全靈活的交叉連接，不會產(chǎn)生波長阻塞。研究表明，在光交叉連接器中對各波長通路部分配備波長變換器和全部配備波長變換器所達到的通過率特性幾乎相同。 圖8.19為一種帶專用波長變換器的波長可變交叉連接器(WIXC： With dedicated Wavelength Converters)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中每一個波長經(jīng)過空分交換后都配備有波

43、長變換器。設(shè)輸入輸出光纖數(shù)為M，每根光纖中波長數(shù)為N， 若要實現(xiàn)交叉連接則共需要MN個波長變換器。在這種結(jié)構(gòu)中，每根輸入光纖中每個波長都可以連接轉(zhuǎn)換成任意一根輸出光纖中任意一個波長，不存在波長阻塞。但是在一般情況下并不是所有波長都需要進行波長變換，因而這種結(jié)構(gòu)的波長變換器的利用率不高，很不經(jīng)濟。 若要提高波長變換器的利用率，可采取所有端口共用一組波長變換器的辦法，圖8.20是所有輸入波長共用一組波長變換器情況。需要進行變換的波長由光開關(guān)交換后進入共用的波長變換器，經(jīng)過變換的波長再次進入光開關(guān)與其它波長一起交換到所要輸出的光纖中去。圖 8.19 專用波長變換器的波長可變交叉連接 12NDMUX1

44、2NDMUX12NDMUX12NMUX12NMUX12NMUX光纖1光纖2光纖M光纖1光纖2光纖M波長變換器空間光開關(guān)矩陣 圖 8.20 共享波長變換器的波長可變交叉連接器12NDMUX12NDMUX12NDMUX12NMUX12NMUX12NMUX光纖1光纖2光纖M光纖1光纖2光纖M波長變換器空間光開關(guān)矩陣 4. 交叉連接的多層結(jié)構(gòu)交叉連接的多層結(jié)構(gòu) 在實際應(yīng)用中并不是所有的交叉連接都要在波長級上進行。 當業(yè)務(wù)量很大時，多路光纖上的信號直接進行光纖交叉連接(FXC)，并不需要對每根光纖的波長進行解復用與復用。圖 8.21 所示為交叉連接的多層結(jié)構(gòu)，最上層是電的交叉連接(EXC)，中間層是波長

45、交叉連接，可以是波長固定交叉連接(WSXC)， 也可以是波長可變交叉連接(WIXC)，底層是光纖交叉連接(FXC)。 在FXC層， 輸入光纖中有需要作波長級交叉連接的光纖經(jīng)FXC交叉連接后到上一層交叉連接端口，再作波長交叉連接。在WSXC/WIXC層，輸入端口有來自FXC層需要進行波長級交叉連接的光纖和來自EXC層的基于波長的各路信號一起進行波長級交叉連接的光纖，WSXC/WIXC輸出的波長信號分為兩路： 一路經(jīng)波長復用后連接至FXC層，另一路直接連接到EXC層進行電的交叉連接和交換。FXC: 光纖交叉連接; WSXC: 波長固定交叉連接； WIXC: 波長可變交叉連接； EXC: 電的交叉連

46、接 圖 8.21交叉連接的多層結(jié)構(gòu)本地光纖插入光纖入(自網(wǎng)絡(luò))本地波長插入本地電信號插入本地電信號分出到EXC的波長到WSXC / WIXC的光纖光纖出(去網(wǎng)絡(luò))EXCWSXC / WIXCFXC 8.3.4WDM光網(wǎng)絡(luò)示例光網(wǎng)絡(luò)示例 為了加深對WDM光網(wǎng)絡(luò)的了解，我們簡單地介紹一下美國的MONET網(wǎng)。 MONET是“多波長光網(wǎng)絡(luò)”的簡稱，該項目是由AT&T、 Bellcore和朗訊科技發(fā)起的，參加單位有Bell亞特蘭大、南Bell公司、太平洋Telesis#, NSA(美國國家安全局)和NRL(美國海軍研究所)。MONET試驗網(wǎng)包括三個部分： MONET New Jersey網(wǎng)、 W

47、ashington, D.C.網(wǎng)和連接兩個地區(qū)的多波長長途光纖鏈路，如圖8.22所示。在New Jersey是以AT&T Bell Labs為中心的星形網(wǎng)，在Washington, D.C.是三結(jié)點的環(huán)形網(wǎng)。 該網(wǎng)絡(luò)在1560 nm附近復用了20個WDM信道，單信道速率有3種，即1.2 Gb/s，2.5 Gb/s和10 Gb/s。在網(wǎng)絡(luò)中還使用了可調(diào)諧激光器和可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器等單元器件。 MONET Testbeds & Field DemonstrationTO Demonstrate:Transparent,WDM Optical NetworkingSeamless Op

48、eration over Local & Wide AreasReconfiguration via WDM Cross-ConnectsSeamless Network Management & ControlCivillan and Defense ApplicationsBellcore,Morristown,NJAT&T Bell Labs,Holmdel,NJX-Connect FacilityBellcore,Red Bank,NJLocal-Exchange TestbedAT&T Bell Labs,Crawford Hllls,NJLong-D

49、istance TestbedBell Atlantic Central Office,Silver Spring,MDNational Security Agency,Fort Meade,MDNaval Research Laboratory,Washington,D.C.WVMDVADENJPAAT&TLong-DistanceNetwork 圖8.22 美國的MONET 該網(wǎng)絡(luò)的試驗?zāi)繕耸前丫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、先進技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟結(jié)合在一起，實現(xiàn)一種高性能的、 經(jīng)濟的和可靠的多波長網(wǎng)絡(luò)，最后將該網(wǎng)擴展為全國網(wǎng)。 支持MONET觀點的人認為，未來的通信網(wǎng)是分層的?；A(chǔ)層是基于WDM

50、的光層，用于支持電層的業(yè)務(wù)傳送，該層由透明的、 可以重新配置的和完全受網(wǎng)管控制的光網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成；光層之上的層是電層， 可能是SDH或ATM等電傳送信號； 最上層是應(yīng)用層。為此，MONET項目定義和開發(fā)了一組MONET網(wǎng)絡(luò)單元，例如，WTM(波長終端復用器)、 WADM(波長分插復用器，即OADM)、WAMP(多波長放大器)、 WSXC(波長固定交叉連接器)和WIXC(波長可變交叉連接器)。8.4 光接入網(wǎng)光接入網(wǎng) 8.4.1光接入網(wǎng)概述光接入網(wǎng)概述 1. 接入網(wǎng)的概念接入網(wǎng)的概念 電信網(wǎng)包含了為在不同地方的用戶提供各種電信業(yè)務(wù)的所有傳輸及復用設(shè)備、交換設(shè)備及各種線路設(shè)施等。接入網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要

51、組成部分，負責將電信業(yè)務(wù)透明地傳送到用戶。 ITUT的G.902建議(參看圖8.23)對接入網(wǎng)給出如下定義： 接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)結(jié)點接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)之間的一系列傳送實體(如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施)組成，為供給電信業(yè)務(wù)而提供所需的傳送承載能力，可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)管理接口(Q3)配置和管理。原則上對接入網(wǎng)可以實現(xiàn)的UNI和SNI的類型和數(shù)目沒有限制。接入網(wǎng)不解釋信令。 圖 8.23 接入網(wǎng)的界定電信管理網(wǎng)(TMN)接入網(wǎng)(AN)業(yè)務(wù)結(jié)點接口(SNI)業(yè)務(wù)結(jié)點(SN)Q3接口Q3接口用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI) 2. 光接入網(wǎng)的參考配置光接入網(wǎng)的參考配置 光接入網(wǎng)(OAN)為共享相同網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口并由光傳

52、輸系統(tǒng)所支持的接入鏈路群，有時稱之為光纖環(huán)路系統(tǒng)(FITL)。從系統(tǒng)配置上可以分為無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)和有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)，如圖8.24所示。 ODN: 光分配網(wǎng)絡(luò)，是OLT和ONU之間的光傳輸媒質(zhì)，由無源光器件組成。 OLT： 光線路終端，提供OAN網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口，并且連接一個或多個ODN。 ODT： 光遠程終端，由光有源設(shè)備組成。 ONU： 光網(wǎng)絡(luò)單元，提供OAN用戶側(cè)接口，并且連接到一個ODN或ODT。 圖 8.24 光接入網(wǎng)的參考配置ONUONUODNOLTAFaS/RR/ST業(yè)務(wù)結(jié)點功能ONUONUODTOLTAF業(yè)務(wù)結(jié)點功能(AON)UNI(PON)SNI接入網(wǎng)系統(tǒng)管理功能Q3用戶側(cè)

53、接入鏈路群網(wǎng)絡(luò)側(cè)V ONU： 光網(wǎng)絡(luò)單元， 提供OAN用戶側(cè)接口， 并且連接到一個ODN或ODT。 UNI： 用戶網(wǎng)絡(luò)接口。 SNI： 業(yè)務(wù)結(jié)點接口。 S： 光發(fā)送參考點。 R： 光接收參考點。 AF： 適配功能。 V： 與業(yè)務(wù)結(jié)點間的參考點。 T： 與用戶終端間的參考點。 a: AF與ONU之間的參考點。 在OLT和ONU之間沒有任何有源電子設(shè)備的光接入網(wǎng)稱為無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)。PON對各種業(yè)務(wù)是透明的，易于升級擴容，便于維護管理，缺點是OLT和ONU之間的距離和容量受到限制。用有源設(shè)備或有源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如SDH環(huán)網(wǎng))的ODT代替無源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，便構(gòu)成有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)。 AON的傳

54、輸距離和容量大大增加，易于擴展帶寬，運行和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的靈活性大，不足之處是有源設(shè)備需要供電、機房等。如果綜合使用兩種網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)勢互補，就能接入不同容量的用戶 目前，用戶網(wǎng)光纖化的途徑主要有兩個：一是在現(xiàn)有電話銅纜用戶網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入光纖傳輸技術(shù)改造成光接入網(wǎng)； 二是在現(xiàn)有有線電視(CATV)同軸電纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入光纖傳輸技術(shù)使之成為光纖/同軸混合網(wǎng)(HFC)。 3. 光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)一般有4種： 單星形、 雙星形、 總線形和環(huán)形，如圖8.25所示。 4. 光接入網(wǎng)的應(yīng)用類型光接入網(wǎng)的應(yīng)用類型 根據(jù)ONU的位置不同，光接入網(wǎng)有4種基本應(yīng)用類型： 光纖到路邊(

55、FTTC)、光纖到大樓(FTTB)、光纖到辦公室(FTTO)和光纖到家(FTTH)。 在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊的人孔或電線桿上的分線盒處，有時也可以設(shè)置在交接箱處。FTTC一般采用雙星形結(jié)構(gòu)，從ONU到用戶之間采用雙絞線銅纜，若要傳送寬帶業(yè)務(wù)則要用高頻電纜或同軸電纜。圖 8.25 光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)OLTONUONUONU單星形網(wǎng)OLTODNONUONUONU雙星形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONU總線形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONUONU環(huán)形網(wǎng) FTTB是將ONU直接放在大樓內(nèi)(如企業(yè)、事業(yè)單位辦公樓或居民住宅公寓內(nèi))，再由銅纜將業(yè)務(wù)分配到各個用戶。 FTTB比FTTC

56、的光纖化程度更進一步，更適合高密度用戶區(qū)，也更容易滿足未來寬帶業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枰?如果將FTTC結(jié)構(gòu)中設(shè)置在路邊的ONU換成無源光分路器， 將ONU移到大企業(yè)事業(yè)單位(如公司、政府機關(guān)、大學或研究所)的辦公室內(nèi)就成了FTTO。將ONU移到用戶家里就成了FTTH。 FTTH是一種全透明全光纖的光接入網(wǎng)，適于引入新業(yè)務(wù)， 對傳輸制式、帶寬和波長等基本上沒有限制，并且ONU安裝在用戶處， 供電、安裝維護等都比較方便。 8.4.2無源光網(wǎng)絡(luò)無源光網(wǎng)絡(luò) 1. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 無源光網(wǎng)絡(luò)的信號由端局和電視節(jié)目中心通過光纖和光分路器直接分送到用戶，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8.26所示。其下行業(yè)務(wù)由光功率分配器以廣播方

57、式發(fā)送給用戶，在靠近用戶接口處的過濾器讓每個用戶接收發(fā)給它的信號。在上行方向，用戶業(yè)務(wù)是在預(yù)定的時間發(fā)送，目的是讓它們分時地發(fā)送光信號，因此要定期測定端局與每個用戶的延時，以便上行傳輸同步，這是PON技術(shù)的難點。由于光信號經(jīng)過分路器分路后，損耗較大， 因而傳輸距離不能很遠。 圖 8.26 PON結(jié)構(gòu)(a) 采用TDM+FDM+WDM的PON； (b)采用TDM+WDM的PONTV1編碼TV2編碼TVn編碼TDMOLT(B)1550 nm(電視)交換機G.703或G.708或V.5OLT(N)1310 nm光纖電視1:2分路電話1:8分路端局1:16分路WDM1310 nmONU(N)ONU(B

58、)解碼電話電視用戶電話1:128分路(數(shù)字)電視1:32分路(數(shù)字)電視節(jié)目中心(b)2.5 Gb/s1550 nmTV1TV2TVnFDMOLT(B)1550 nm(電視)交換機G.703或G.708或V.5OLT(N)1310 nm光纖電視1:2分路電話1:8分路端局1:16分路WDM1310 nmONU(N)ONU(B)電話電視用戶電話1:128分路(數(shù)字)電視1:32分路(數(shù)字)電視節(jié)目中心(a)(0.42.5) GHz1550 nm PON的一個重要應(yīng)用是來傳送寬帶圖像業(yè)務(wù)(特別是廣播電視)。 這方面尚無任何國際標準可用，但已形成一種趨勢， 即使用1310 nm波長區(qū)傳送窄帶業(yè)務(wù)，而

59、使用1550 nm波長區(qū)傳送寬帶圖像業(yè)務(wù)(主要是廣播電視業(yè)務(wù))。原因是1310/1550 nm波分復用(WDM)器件已很便宜，而目前1310 nm波長區(qū)的激光器也很成熟，價格便宜，適于經(jīng)濟地傳送急需的窄帶業(yè)務(wù)； 另一方面，1550 nm波長區(qū)的光纖損耗低， 又能結(jié)合使用光纖放大器，因而適于傳送帶寬要求較高的寬帶圖像業(yè)務(wù)。具體的傳輸技術(shù)主要是頻分復用(FDM)、 時分復用(TDM)和密集波分復用(DWDM)三種。 圖8.26(a)使用1310/1550兩波長WDM器件來分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù)， 其中1310 nm波長區(qū)傳送TDM方式的窄帶業(yè)務(wù)信號， 1550 nm波長區(qū)傳送FDM方式的圖像業(yè)務(wù)信號(

60、主要是CATV信號)。圖8.26(b)也使用1310/1550 兩波長WDM器件來分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù)，與圖8.26(a)不同之處在于先將電視信號編碼為數(shù)字信號，再用TDM方式傳輸。 2. 多址技術(shù)多址技術(shù) PON中常用的多址技術(shù)有三種：頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和波分多址(WDMA)，它們的原理框圖如圖8.27所示。 圖 8.27無源光網(wǎng)絡(luò)的三種多址技術(shù) (a) 頻分多址； (b) 時分多址； (c) 波分多址電話可視電話PC調(diào)制器NQAM用戶1用戶2NQAM用戶kNQAM分接盒結(jié)點f1f2fk(a)(b)電話可視電話PC調(diào)制解調(diào)器NQAM用戶1用戶2NQAM用戶kNQAM分接盒結(jié)點fff門門門T1T2Tk電話可視電話PC調(diào)制解調(diào)器O