光纖通信 第十章

第10章光纖通信的高新技術(shù)本章內(nèi)容10.1相干光通信技術(shù)10.2光弧子通信技術(shù)10.3高速光纖通信系統(tǒng)的碼型技術(shù)10.4高速光纖通信系統(tǒng)的前向糾錯(cuò)技術(shù)10.5應(yīng)用高新技術(shù)構(gòu)建新型光纖通信系統(tǒng)10.6光互聯(lián)網(wǎng)10.7光交換技術(shù)10.5全光通信網(wǎng)小結(jié)、習(xí)題10.1相干光通信技術(shù)1.相干光通信技術(shù)的基本原理圖10-1-1光相干檢測(cè)原理圖

圖10-1-1中的光信號(hào)是以調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相的方式被調(diào)制(設(shè)調(diào)制頻率為ωS)到光載波上的，當(dāng)該信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，首先與頻率為ωL本振光信號(hào)進(jìn)行相干混合，然后由光電檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，這樣獲得了中頻頻率為ωIF=ωS-ωL的輸出電信號(hào)，因?yàn)棣豂F≠0，故稱(chēng)該檢測(cè)為外差檢測(cè)，那么當(dāng)輸出信號(hào)的頻率ωIF=0(即ωS=ωL)時(shí)，則稱(chēng)之為零差檢測(cè)，此時(shí)在接收端可以直接產(chǎn)生基帶信號(hào)。2．相干光通信系統(tǒng)的組成相干光通信系統(tǒng)的方框圖見(jiàn)圖10-1-2。

與直接檢測(cè)相比，相干光通信有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)接收靈敏度高。(2)頻率選擇性好。(3)不但可利用信號(hào)的強(qiáng)度信息，還能充分利用信號(hào)的位相信息，并可采用多種調(diào)制解調(diào)方式，具有很大靈活性及選擇余地。(4)相干接收技術(shù)可以抑制級(jí)聯(lián)光放大器中產(chǎn)生的嚴(yán)重噪聲累積，故可采用多級(jí)光放大器級(jí)聯(lián)來(lái)延長(zhǎng)中繼距離。3.相干光通信的影響因素(1)偏振噪聲(2)反射噪聲(3)光纖中的非線性效應(yīng)(4)光纖色散4.相干光通信系的關(guān)鍵技術(shù)1)半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題和譜寬壓縮問(wèn)題2)光波的極化穩(wěn)定問(wèn)題3)平衡接收技術(shù)4）相位分集接收技術(shù)

10.2光弧子通信技術(shù)1. 光孤子通信的概念孤子波是在1834年首次觀察到的。孤子波現(xiàn)象在水波、電磁波等中都有可能存在，人們對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究,，在理論上給予了證明。1973年人們把孤子現(xiàn)象應(yīng)用于通信領(lǐng)域，1980年才通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到光纖中的孤子現(xiàn)象，光孤子通信技術(shù)得到了空前的研究和發(fā)展并逐漸實(shí)用化。光孤子通信是一種很有發(fā)展前途的全光通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)超大容量超長(zhǎng)距離傳輸?shù)闹匾夹g(shù)之一。光孤子的產(chǎn)生原因是光纖的非線性效應(yīng)。通常在光場(chǎng)較弱的情況下，可以認(rèn)為光纖的各種特征參數(shù)隨光場(chǎng)的強(qiáng)弱作線性變化。但是如果光場(chǎng)很強(qiáng)，則光纖的特征參數(shù)將隨光場(chǎng)呈非線性變化。光纖群速度色散(GVD)會(huì)使光脈沖展寬，而自相位調(diào)制則使波形中較高頻率分量不斷累積，使波形變陡，即光纖的非線性特性使光脈沖變窄。光纖群速度色散(GVD)和自相位調(diào)制(SPM)達(dá)到平衡，則使光脈沖在傳播中保持形狀不變，即形成所謂的“光孤子”，使“光孤子”在光纖中長(zhǎng)距離傳輸即實(shí)現(xiàn)了超大容量超長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓夤伦油ㄐ畔到y(tǒng)。2.光孤子通信系統(tǒng)

將光孤子物理現(xiàn)象運(yùn)用于光纖通信中，即形成了光孤子通信系統(tǒng)，組成框圖如圖10-2-1所示

10.3高速光纖通信系統(tǒng)的碼型技術(shù)

通常2.5Gb/s，10Gb/s的光纖系統(tǒng)傳輸碼型采用非歸零碼(Non-ReturntoZero,NRZ)格式，但'是在長(zhǎng)距離的40Gb/s系統(tǒng)中，NRZ碼難以達(dá)到要求，一般需要采用歸零碼(ReturntoZero,RZ)，RZ與NRZ相比，支持更遠(yuǎn)的傳輸距離。采用RZ方式時(shí)與NRZ不同，即傳輸“1”信號(hào)，激光器也須開(kāi)關(guān)一次，在傳輸連續(xù)“1”信號(hào)時(shí)，激光器必須反復(fù)開(kāi)關(guān)如圖10-3-1所示。

RZ碼是由一串形狀相同的脈沖來(lái)傳輸，只要保證單個(gè)脈沖形狀在一定程度上不變,則整個(gè)脈沖序列就能夠在幾百公里的傳輸中保持完整。對(duì)于RZ格式，脈沖寬度小于一個(gè)全比特周期。在RZ碼脈沖序列中，在每個(gè)連“1”的過(guò)渡區(qū)域電場(chǎng)振幅是歸零的，每個(gè)“1”碼的電場(chǎng)振幅具有彼此獨(dú)立的時(shí)間包絡(luò)，這對(duì)于按收端的時(shí)鐘恢復(fù)非常有利；而NRZ碼的連“1”則是連為一體的。在相同平均接收功率的條件下，RZ碼的眼圖張開(kāi)度更大，如圖10-3-2所示。

RZ碼的類(lèi)型有多種，如常規(guī)RZ碼、載波抑制RZ碼(CarrierSuppressed-RZ,CS-RZ)、啁啾RZ碼(ChirpRZ,CRZ)、色散管理光孤子(DispersionManagementOptica1Soliton,DMS)以及差分相移鍵控RZ碼(ReturntoZero-Differentia1PhaseShiftKeying,RZ-DPSK)等。其中，CS-RZ碼的相鄰光脈沖是反相位的，載波受到都制，如果相鄰的“1”脈沖有重疊，不會(huì)帶來(lái)過(guò)大的碼間干擾。在實(shí)際的40Gb/s系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以選用RZ碼或CS-RZ碼。RZ碼具有以下顯著特點(diǎn)：

(1)抗非線性能力強(qiáng)。由于RZ碼的頻譜較NRZ碼寬，所以RZ碼允許更高的輸入功率?？捎谡伎毡圈訛?.5的RZ碼，光纖的輸入功率可以増加3dB；對(duì)于占空比τ為0.25的RZ碼，光纖的輸入功率可以增加6dB，因此可以大大改善光信噪比。要獲得同樣的OSNR，入纖功率可以降低，緩解光纖的非線性效應(yīng)。NRZ、RZ、CS-RZ三種碼型相比較,，CS-RZ碼的抗非線性能力最好，NRZ最差。(2)更好的偏振模色散容限。

由于RZ碼中的光脈沖能量更集中,需要更大的差分群時(shí)延(DifferentialGroupDelay,DGD)才能使其泄漏出本時(shí)隙，從而產(chǎn)生碼間干擾，因而在同樣的功率代價(jià)下，RZ碼對(duì)一階PMD有更大的容忍能力

。但由于光譜更寬，所以更容易受到高階PMD的影響。CS-RZ光譜比RZ碼窄，因而對(duì)高階PMD的容忍度較高。三種碼型功光譜比較，如圖10-3-2所示。(3)復(fù)雜的色散管理色散容限與碼周期的平方成正比，調(diào)制格式的不同，頻譜展寬的程度不一樣，色散容限也不同。對(duì)于40Gb/s的系統(tǒng),以1dB的眼圖張開(kāi)代價(jià)為基準(zhǔn)，如果采用NRZ碼，色散容限為80ps/nm，對(duì)于占空比為0.5的RZ碼,色散容限只有20ps/nm，隨著占空比的減小，色散容限向0ps/nm逼近。因此采用RZ碼傳輸,，40Gb/s系統(tǒng)要求更加復(fù)雜的色散管理。10.4高速光纖通信系統(tǒng)的前向糾錯(cuò)技術(shù)

前向糾錯(cuò)(ForwardErrorCorrection,FEC)技術(shù)的工作原理是在發(fā)射端編碼時(shí)加入某些檢驗(yàn)字,根據(jù)比特相關(guān)性，在接收端通過(guò)解碼，對(duì)校驗(yàn)比特進(jìn)行一定的計(jì)算以糾正碼流中的錯(cuò)誤，從而達(dá)到改善系統(tǒng)誤碼性能的目的。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是延長(zhǎng)傳輸距離，降低發(fā)射機(jī)功率，提高接收機(jī)靈敏度，降低對(duì)線路光信噪比的要求。其最大優(yōu)點(diǎn)在于不必增加大量的設(shè)備，就可以有效地改善系統(tǒng)的傳輸性能。目前，常用的FEC方式主要有三種：

①標(biāo)準(zhǔn)FEC，ITU-TG..975、G..709已標(biāo)準(zhǔn)化，它的編碼增益達(dá)到5dB左右,速率提高7%；②增強(qiáng)FEC(EnhancedFEC)，編碼增益達(dá)到8~9dB，速率提高25%達(dá)到12.5Gb/s，但對(duì)器件要求比較嚴(yán)格，靈敏度也會(huì)有所劣化；③超強(qiáng)FEC(SuperFEC，SFEC或AdditionFEC，AFEC)。

這三種FEC技術(shù)日前已被廣泛地應(yīng)用于多通道、超長(zhǎng)距離的DWDM系統(tǒng)中。利用前向糾錯(cuò)技術(shù)可以改善系統(tǒng)的誤碼率BER特性，但是從實(shí)質(zhì)上來(lái)看FEC技術(shù)是用電子電路的復(fù)雜性換取光信噪比(Optica1Signa1NoiseRatio,OSNR)預(yù)算的增加。因而選取前向糾錯(cuò)碼型也是一種在系統(tǒng)性能BER提高和電路復(fù)雜性，以及系統(tǒng)傳輸速率之間的一種折中。不同F(xiàn)EC編碼情況下的凈增益比較如圖10-4-1所示10.5應(yīng)用高新技術(shù)構(gòu)建新型光纖通信系統(tǒng)1.新型光纖通信系統(tǒng)概述

所謂新型光纖通信系統(tǒng)就是超高速率、超大容量、超長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)。

（1）超高速率

實(shí)用的DWDM系統(tǒng)的最早單通道速率是2.5Gb/s，接著為10Gb/s的多波長(zhǎng)系統(tǒng)步入工程實(shí)用，現(xiàn)在40Gb/s單通道速率的系統(tǒng)己進(jìn)入商用，技術(shù)日漸成熟。此外，應(yīng)用OTDM技術(shù)已經(jīng)將單通道速率提高至ETDM方式無(wú)法達(dá)到的高度，目前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)使單通道速率達(dá)到了80Gb/s、100Gb/s、160Gb/s，甚至可以達(dá)到400Gb/s。（2）超大容量32個(gè)波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛使用，160個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)也走向商用。而實(shí)驗(yàn)室已完成了復(fù)用信道數(shù)達(dá)到1022個(gè)波長(zhǎng)的試驗(yàn)研究水平。除了充分利用目前使用的C波段的傳輸能力外，DWDM系統(tǒng)工作波長(zhǎng)范圍已向S波段和L波段拓展，甚至有人將L波段的長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)延伸到U波段。

當(dāng)1385nm波長(zhǎng)的氫氧根離子吸收峰被削減之后，使S波段與1310nm窗口平滑連接起來(lái)的低水峰單模光纖，其工作波長(zhǎng)擴(kuò)寬至1100~1700nm，從而為光纖通信系統(tǒng)的不斷擴(kuò)容升級(jí)莫定了良好的基礎(chǔ)

。一般2.5Gb/s速率DWDM系統(tǒng)的色散受限距離為600km左右。對(duì)于10Gb/s系統(tǒng)，在進(jìn)行色散補(bǔ)償后，考慮到接收靈敏度、光信噪比等指標(biāo)，在不采用其他技術(shù)時(shí)，電中繼距離限制在400km左右。

如何進(jìn)一步延長(zhǎng)DWDM系統(tǒng)的電再生距離，實(shí)現(xiàn)所謂的超長(zhǎng)距離傳輸成為了DWDM系統(tǒng)研究的重點(diǎn)之一。從目前的技術(shù)水平來(lái)看，光傳輸距離超過(guò)1500km的系統(tǒng)才能夠稱(chēng)為超長(zhǎng)距系統(tǒng)。超長(zhǎng)距系統(tǒng)的重要性在于以下兩點(diǎn):：首先，它是未來(lái)全光網(wǎng)的物理基礎(chǔ)；其次，它是建設(shè)國(guó)家長(zhǎng)途快速調(diào)度鏈或環(huán)的最優(yōu)方案。2．新型光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速大容量長(zhǎng)距離的DWDM光纖通信系統(tǒng)，需要解決許多技術(shù)問(wèn)題。下面介紹構(gòu)建一個(gè)80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)總體技術(shù)方案如圖10-5-1所示。40Gb/s波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)從功能模塊上可以分為波分復(fù)用器、光放大器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、色散管理(補(bǔ)償)和偏振模色散管理模塊、光監(jiān)控通路、網(wǎng)元管理、光分插復(fù)用設(shè)備等部分，同時(shí)需要兼顧到系統(tǒng)的通路分配、光接口參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)管、安全考慮等。構(gòu)建一個(gè)80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，主要有合分波技術(shù)、分布式拉曼放大技術(shù)、前向糾錯(cuò)技術(shù)、40Gb/sOTU技術(shù)、傳輸碼型和調(diào)制/解調(diào)技術(shù)、精確色散管理技術(shù)和動(dòng)態(tài)偏振模色散(PolarizationModeDispersion,PMD)補(bǔ)償技術(shù)。其中，40Gb/s光轉(zhuǎn)換技術(shù)、傳輸碼型和調(diào)制/解調(diào)技術(shù)、精確色散管理技術(shù)和動(dòng)態(tài)PMD補(bǔ)償技術(shù)是需要重點(diǎn)解決的技術(shù)難點(diǎn)。（1）合分波技術(shù)單通道速率為2.5Gb/s和10Gb/s的系統(tǒng)的波分復(fù)用器/解復(fù)用器已經(jīng)商業(yè)化。而40Gb/s速率所需的波分復(fù)用器/解復(fù)用器必須具有低色散、大帶寬、小偏振模色散的要求。既能保證信道間有足夠?qū)捰帜芡瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)高密度波分復(fù)用信道數(shù)也是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多年的研究，滿足40Gb/s超高速光傳輸系統(tǒng)要求的AWG器件或介質(zhì)膜器件作為合/分波器。在技術(shù)上已經(jīng)成熟。（2）分布式喇曼放大技術(shù)

40Gb/s的系統(tǒng)中,光放大技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。40Gb/s信號(hào)需要的接收機(jī)電帶寬是10Gb/s的四倍，所以要求的光信噪比(OpticalSignalNoiseRation,OSNR)至少要高6dB。提高系統(tǒng)的

OSNR有兩種解決方案：

一種是采用低噪聲的EDFA；另一種是采用EDFA與喇曼放大器相結(jié)合來(lái)降低系統(tǒng)的噪聲

。在實(shí)際的系統(tǒng)中，第二種方案時(shí)可行的。（3）前向糾錯(cuò)技術(shù)利用前向糾錯(cuò)(ForwardErrorCorrection,FEC)技術(shù)可以延長(zhǎng)傳輸距離，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離傳輸。FEC的工作原理是在發(fā)射端編碼時(shí)加入某些檢驗(yàn)字，根據(jù)比特相關(guān)性，在接收端通過(guò)解碼，對(duì)校驗(yàn)比特進(jìn)行一定的計(jì)算以糾正碼流中的錯(cuò)誤，從而達(dá)到改善系統(tǒng)誤碼性能的目的。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是延長(zhǎng)傳輸距離，降低發(fā)射機(jī)功率，提高接收機(jī)靈敏度，降低對(duì)線路光信噪比的要求。其最大優(yōu)點(diǎn)在于不必增加大量的設(shè)備，就可以有效地改善系統(tǒng)的傳輸性能。（4）波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)

由于器件的原因，40Gb/sOTU的技術(shù)是40Gb/sDWDM系統(tǒng)的重中之重。經(jīng)過(guò)科研人員的不懈努力，已經(jīng)得到解決。

（5）碼型技術(shù)

通常2.5Gb/s，10Gb/s的光纖系統(tǒng)傳輸碼型采用非歸零碼(Non-ReturntoZero,NRZ)格式，但'是在長(zhǎng)距離的40Gb/s系統(tǒng)中，NRZ碼難以達(dá)到要求。

所以需要采用歸零碼(ReturntoZero,RZ)，RZ與NRZ相比，支持更遠(yuǎn)的傳輸距離。（6）調(diào)制/解調(diào)技術(shù)40Gb/s的高速光纖系統(tǒng)通常采用外調(diào)制器，目前外調(diào)制器一般有兩種：一種是電吸收調(diào)制器，它的主要特點(diǎn)是便于與光源集成，驅(qū)動(dòng)電壓低功率小，但啁啾系數(shù)大；另一種是鈮酸鋰馬赫-曾德調(diào)制器，它的特點(diǎn)是啁啾系數(shù)低，色散受限距離長(zhǎng)，但插入損耗大，需要較高的調(diào)制電壓，需要對(duì)偏置工作點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定并精確跟蹤，同時(shí)體積較大。RZ碼實(shí)現(xiàn)起來(lái)比NRZ碼復(fù)雜。解調(diào)器有三種設(shè)計(jì)方案：第一種是采用光電二極管+行波放大器+限幅放大器，這種方式成本有優(yōu)勢(shì)，但靈敏度較低；第二種是采用光放大器+光電二極管+行波放大器，這種方式要求光電二極管有較高的過(guò)載功率，優(yōu)點(diǎn)有較高的靈敏度，不需要限幅發(fā)放大器；第三種摻鉺光纖放大器+光電二極管+行波放大器。光放大器可用半導(dǎo)體放大器或摻鉺光纖放大器，半導(dǎo)體放大器的尺寸較小，但噪聲指數(shù)較大，且有非線性效應(yīng)。（7）色散管理技術(shù)40Gb/s系統(tǒng)色散補(bǔ)償要求十分強(qiáng)烈。40Gb/s系統(tǒng)比10Gb/s系統(tǒng)對(duì)脈沖展寬和失真的影響要敏感16倍。在10Gb/s的DWDM傳輸系統(tǒng)中，色散補(bǔ)償模塊基本能滿足要求。但在40Gb/s的WDM傳輸系統(tǒng)中，由于色散容限僅為60ps/nm,，需要采用固定色散補(bǔ)償模塊和可調(diào)色散補(bǔ)償模塊相結(jié)合的方式，來(lái)對(duì)40Gb/s系統(tǒng)的色散進(jìn)行精確補(bǔ)償。

（8）PMD補(bǔ)償技術(shù)3．80×40GB/SDWDM系統(tǒng)的工程方案根據(jù)863計(jì)劃的部署，需要在上海和杭州之間建立80×40Gb/sDWDM光傳輸系統(tǒng)，作為高性能寬帶信息網(wǎng)的一部分。

這條80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)工程線路，是國(guó)內(nèi)的第一條40Gb/s線路。這個(gè)80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用，充分展示我國(guó)光通信技術(shù)的水平，同時(shí)也為國(guó)家信息化基礎(chǔ)設(shè)施奠定良好的基礎(chǔ)

。80×40Gb/sDWDM系統(tǒng)在工程實(shí)現(xiàn)中采用的初步配置為：選用波長(zhǎng)個(gè)數(shù)為40Gb/s×2+10Gb/s×2，傳輸距離為230m(4個(gè)跨段,每跨段約60km,即4×18dB系統(tǒng))。整個(gè)系統(tǒng)如圖10-5-2所示，整個(gè)系統(tǒng)如圖10-5-2所示，主要由終端設(shè)備、線路設(shè)備和網(wǎng)管系統(tǒng)三個(gè)部分組成。其中終端設(shè)備主要由光合波/分波器(OMU/ODU)、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(OTU)、光監(jiān)控信道(OSC)、色散補(bǔ)償單元(DCM)或可調(diào)色散補(bǔ)償單元(TDC)、光功率放大器(OBA)和前置放大器(OPA)等組成。線路設(shè)備主要由線路放大器(OLA)和色散補(bǔ)償模塊(DCM)組成，而網(wǎng)管系統(tǒng)主要由網(wǎng)管軟件和相關(guān)網(wǎng)管處理板卡及接口組成杭州一上海的光纖線路資源，如圖10-5-3所示。這條光纖線路設(shè)計(jì)的資料為：采用G..655光纖，其在工作波長(zhǎng)范圍的衰減系數(shù)取值為0.275dB/km計(jì)算，連接器活接頭損耗取值為0.5dB/個(gè)，光纖色散系數(shù)取值為8.5ps/nm/km。根據(jù)整個(gè)線路情況，松江和嘉興之間的分界點(diǎn)處可以不設(shè)站，直接跳過(guò)引入1dB插損(2個(gè)活接頭)。配置如圖10-5-4所示。傳輸系統(tǒng)工作波長(zhǎng)選擇嚴(yán)格遵循ITU-T建議G..692中給出的多信道系統(tǒng)使用的特定中心波長(zhǎng)和中心頻率值

工程網(wǎng)管系統(tǒng)方案：在上海、杭州各配置一套網(wǎng)元管理系統(tǒng)(ElementManagementSystem,EMS)，負(fù)責(zé)管理本省/市范圍內(nèi)的WDM系統(tǒng)。相鄰省/市網(wǎng)元管理系統(tǒng)間有外部數(shù)據(jù)通信網(wǎng)DCN通道相連，要求可以通過(guò)相鄰省/市的迂回DCN通道收集網(wǎng)元信息的能力。另外根據(jù)維護(hù)需要在各光終端站配置一臺(tái)本地維護(hù)終端(Loca1Contro1Termina1,LCT)，用于網(wǎng)元配置和日常維護(hù)管理。各級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間有保護(hù)通道互連。

在本工程中，配置的網(wǎng)元管理系統(tǒng)還統(tǒng)一納入到中國(guó)電信集團(tuán)公司集中網(wǎng)管進(jìn)行監(jiān)控。圖10-5-5為上海一杭州DWDM工程網(wǎng)管組網(wǎng)示意圖。在本工程中，WDM系統(tǒng)設(shè)備采取了DCN的保護(hù)通路，在上海-杭州網(wǎng)元管理系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)配置了路由器，在形成保護(hù)路由的同時(shí)，為上層網(wǎng)管中心提供通道。圖10-5-6所示的是網(wǎng)管數(shù)據(jù)通道的DCN通道保護(hù)方案。10.6光互聯(lián)網(wǎng)光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際是一種以光纖為物理介質(zhì)的新一代IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其底層采用光傳輸網(wǎng)作為物理傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的主要設(shè)備是ATM交換機(jī)、路由器等；而在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，其主要設(shè)備是DWDM設(shè)備、光放大器和光纖等。光互聯(lián)網(wǎng)是以寬帶光網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，由高性能分組交換機(jī)、路由器實(shí)現(xiàn)連接的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。其分層模型如圖10-6-1所示，它包括數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層，光網(wǎng)絡(luò)層以及層間適配和管理功能。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)的傳輸和處理。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的組成設(shè)備主要是ATM交換機(jī)、路由器等。光網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)提供通道，光纖網(wǎng)絡(luò)層的組成設(shè)備主要有DWDM終端、光放大器、光纖(G..652,G..653,G..655)等。層間適配和管理功能用于適配數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)，使它們相互獨(dú)立。

在光互聯(lián)網(wǎng)中高性能的節(jié)點(diǎn)(如交換機(jī)、路由器)可直接連接到光纖上，也可連接在向各類(lèi)客戶(如ATM，SDH設(shè)備、路由器)提供光波長(zhǎng)路由的光網(wǎng)絡(luò)層。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層釆用IP已是不爭(zhēng)的事實(shí)，物理層采用DWDM的全光傳輸網(wǎng)(OTN)也無(wú)可爭(zhēng)議?？紤]到ATM，SDH技術(shù)上的兼容性，在DWDM全光網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)為主的IP業(yè)務(wù)，按照光互聯(lián)網(wǎng)多協(xié)議棧及功能分層模型有以下4種適配方案。如圖10-6-2所示。（1）IPOVERATM使用ATM技術(shù)來(lái)承載IP，這是目前國(guó)內(nèi)外許多傳統(tǒng)電信公司采用的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可綜合利用ATM速度快、容量大和支撐多業(yè)務(wù)的能力。缺點(diǎn)是由于ATM信元僅為53B，需要來(lái)回轉(zhuǎn)換IP包，因此效率較低。

IP與ATM技術(shù)相結(jié)合的難點(diǎn)在于，ATM是面向連接的技術(shù)，而IP是面向非連接的技術(shù)。IP協(xié)議有自己的尋址方式和相應(yīng)的選路功能，而ATM技術(shù)也存在相應(yīng)的信令、選路規(guī)程和地址結(jié)構(gòu)。從IP協(xié)議與ATM協(xié)議的關(guān)系劃分來(lái)看，IP與ATM相結(jié)合的技術(shù)存在兩種模型,即重疊模型和集成模型。近年來(lái)，多協(xié)議標(biāo)記交換(Multi-ProtocolLabelSwitching,MPLS)越來(lái)越引起人們的關(guān)注，大家普遍看好的MPLS將作為ATM與IP相結(jié)合技術(shù)的一種解決方案而應(yīng)用于廣域網(wǎng)。MPLS屬于集成模型，它基于標(biāo)記交換機(jī)制，在ATM層上直接承載IP業(yè)務(wù)，與重疊模型相比，提高了業(yè)務(wù)的性能和網(wǎng)絡(luò)的效率。當(dāng)ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備引入MPLS功能后，將同時(shí)支持IP業(yè)務(wù)和其他ATM業(yè)務(wù)。（2）IPOVERSDHIPOverSDH技術(shù)以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)，它使用鏈路協(xié)議及點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PPP對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，把IP數(shù)據(jù)包按規(guī)范插入PPP幀中的信息段，然后再映射到SDH幀上，最后到達(dá)光層，在光纖中傳輸。IPOverSDH方式的主要優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸效率高，技術(shù)較為成熟。（3）IPOVERDWDM

IPOverDWDM技術(shù)以DWDM光傳送網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)。IPOverDWDM是日前最有發(fā)展前途的寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用密集波分復(fù)用技術(shù)DWDM能極大地提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬。IPOverDWDM是目前的發(fā)展方向，又與萬(wàn)兆比特以大網(wǎng)相結(jié)合,將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)生難以估量的沖擊。（4）IPOVEROPTICAL如果說(shuō)IPOverATM和IPOverSDH是為充分發(fā)掘現(xiàn)有的ATM網(wǎng)絡(luò)和SDH網(wǎng)絡(luò)潛力的話，那么IPOverOptica1則好像完全是在一張白紙上描繪最新最美的藍(lán)圖。IPOverOptica1在光纖上直接傳輸IP業(yè)務(wù)，是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。由于吉比特以太網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這種方法越來(lái)越被人們所接受和采用圖10-6-3IPOverOptica1應(yīng)用結(jié)構(gòu)

IPOverOptica1應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖10-6-3所示，高速主干網(wǎng)路由器之間通過(guò)OADM系統(tǒng)和DWDM終端復(fù)用器相連，OADM允許不同光網(wǎng)絡(luò)的不同波長(zhǎng)信號(hào)在不同的地點(diǎn)分叉復(fù)用，將越來(lái)越多的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如話音業(yè)務(wù)，也將在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸;；QoS和快速恢復(fù)將成為未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題，隨著光網(wǎng)絡(luò)中復(fù)用設(shè)備和交又連接設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在光層的短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)將成為可能，IP路由器可以集中處理服務(wù)質(zhì)量和多業(yè)務(wù)等問(wèn)題。而這些問(wèn)題在IPOverSDH中是很難實(shí)現(xiàn)的10.4光交換技術(shù)與傳統(tǒng)電交換相比光交換具有以下優(yōu)越性：極寬的帶寬極快的速度光交換與光傳輸相結(jié)合，促進(jìn)全光通信網(wǎng)的發(fā)展降低了網(wǎng)絡(luò)成本，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。1.空分光交換

空分光交換是在空間域上將光信號(hào)進(jìn)行交換。

圖10-4-1給出了一種以2×2光開(kāi)關(guān)為基本單元的多級(jí)互連空分光交換網(wǎng)絡(luò)

2.時(shí)分光交換時(shí)分光交換是針對(duì)時(shí)分復(fù)用的一種光交換方式，采用時(shí)隙互換原理實(shí)現(xiàn)交換。時(shí)分復(fù)用是把時(shí)間劃分成幀，每幀劃分成N個(gè)時(shí)隙，并分配給N路信號(hào)，最后將N路信號(hào)復(fù)接到一根光纖上；在接收端用分接器恢復(fù)各路原始信號(hào)，如圖10-4-2(a)所示。時(shí)隙互換是將時(shí)分復(fù)用幀中各個(gè)時(shí)隙的信號(hào)互換位置，最核心的工作是要能將時(shí)分復(fù)用信號(hào)順序地存入存儲(chǔ)器，同時(shí)又能將經(jīng)過(guò)時(shí)隙互換操作后形成的另一時(shí)隙陣列順序地取出。如圖10-4-2(b)所示為實(shí)現(xiàn)時(shí)隙互換的一種方法，首先使時(shí)分復(fù)用信號(hào)經(jīng)過(guò)分接器，在同一時(shí)間內(nèi)，分接器每條輸出線上依次傳輸某一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)，然后使這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延遲器件，獲得不同的延遲時(shí)間，最后用復(fù)接器將這些互換位置的信號(hào)重新組合起來(lái)構(gòu)成新的幀，完成交換功能。3.波分光交換波分光交換是針對(duì)WDM光網(wǎng)絡(luò)的一種光交換方式，它是以波長(zhǎng)交換來(lái)完成交換功能。波分光交換通常使用波長(zhǎng)變換方法實(shí)現(xiàn)。圖10-4-3為一根光纖中使用波長(zhǎng)變換方法實(shí)現(xiàn)λ2和λ4的原理。4.復(fù)合光交換

對(duì)于光信號(hào)同時(shí)采用上述兩種或三種交換方式稱(chēng)為復(fù)合光交換。

利用上述原理可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換光交換網(wǎng)絡(luò)，如圖10-4-4所示10.8智能光網(wǎng)絡(luò)1.產(chǎn)生及特點(diǎn)智能光網(wǎng)絡(luò)也稱(chēng)為自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(AutomaticallySwitchedOpticalNetwork，ASON)，它是一種具有靈活性、高擴(kuò)展性的，能夠在光蹭上按照用戶請(qǐng)求自動(dòng)進(jìn)行光路連接的光網(wǎng)絡(luò)。它是在因特網(wǎng)迅猛發(fā)展背景下產(chǎn)生的。光傳輸網(wǎng)(OpticalTransportNetwork，OTN)針對(duì)大顆粒業(yè)務(wù)多長(zhǎng)傳輸，集成了SDH、ASON和DWDM優(yōu)點(diǎn)，可以在電層和光層對(duì)波長(zhǎng)及子波長(zhǎng)進(jìn)行交叉調(diào)度、對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行異步映射和復(fù)用、實(shí)現(xiàn)保護(hù)與恢復(fù)。在光傳輸網(wǎng)中增加智能ASON/通用多協(xié)議標(biāo)記交換控制平面后，構(gòu)成了OTN的ASON網(wǎng)絡(luò)。它與SDH的ASON網(wǎng)絡(luò)采用同一控制平面，可以實(shí)現(xiàn)了端到端、多層次的智能光網(wǎng)絡(luò)，能夠提供不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量保證，可以有效地降低網(wǎng)狀網(wǎng)中的保護(hù)成本。為了解決在OTN上缺乏一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的控制，實(shí)現(xiàn)光通道層的自動(dòng)交換，ITU-T的SG15提出了自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的概念，采取：“自上而下”的方式制訂了ITU-TG.8070(2001)《自動(dòng)交換傳輸網(wǎng)總體要求》、ITU-TG..8080(2001)《自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)》等一系列標(biāo)準(zhǔn)，力求由ASON構(gòu)成的光傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠成為一個(gè)更為靈活、可靠、可擴(kuò)展的智能化光傳輸網(wǎng)絡(luò)。ASON是利用信令、路由、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)路由自動(dòng)計(jì)算，連接自動(dòng)建立，網(wǎng)絡(luò)資源自動(dòng)發(fā)現(xiàn)等功能的智能光傳輸網(wǎng)。它的的最大特點(diǎn)是，在傳輸平面和管理平面的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)控制平面。ASON的三個(gè)平面各盡其職。控制平面實(shí)現(xiàn)路由自動(dòng)計(jì)算、連接自動(dòng)建立/釋放，自動(dòng)監(jiān)視和維護(hù)等功能；傳輸平面提供凈荷傳輸、性能監(jiān)視、故障檢測(cè)和保護(hù)倒換功能；管理平面協(xié)調(diào)控制平面和傳輸平面的功能實(shí)施，管理平面完成的具體功能包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和計(jì)費(fèi)管理。2ASON的體系結(jié)構(gòu)ASON網(wǎng)絡(luò)由控制平面、管理平面、傳送平面和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)組成，如圖10-8-1所示ASON支持三種連接：永久連接、交換連接和軟永久連接。

（1）永久連接(PC)永久連接是由網(wǎng)管系統(tǒng)指配的連接類(lèi)型