全光網(wǎng)基礎知識

全光網(wǎng)基礎知識第一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二一、全光網(wǎng)絡系統(tǒng)

全光通信網(wǎng)是真正的寬帶通信網(wǎng)，是通信網(wǎng)發(fā)展的目標。關(guān)于光的優(yōu)越性，主要是光載波巨大的傳輸容量，人們利用光纖作為通信的傳輸媒質(zhì)構(gòu)成大容量光纖傳輸系統(tǒng)，這樣，最終目標的實現(xiàn)首先從光纖傳送網(wǎng)做起。即分兩個階段發(fā)展： 全光傳送網(wǎng)絡(用戶一用戶) 完整的全光網(wǎng)絡（端—端的光傳輸、交換、處理等)第二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二二、全光網(wǎng)概念全光光纖網(wǎng)(簡稱全光網(wǎng))意指在光域上實現(xiàn)傳輸和交換的網(wǎng)絡全光核心網(wǎng)的發(fā)展過程第三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二全光網(wǎng)相對于傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)的突出特點是沒有“電子瓶頸”對信號的傳輸和交換都是在光域上進行，實現(xiàn)從源節(jié)點到目的地節(jié)點的端到端的全光的傳輸和交換具有好的透明性、存活性、可重構(gòu)性、可擴展性和對現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性。第四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二三、全光網(wǎng)的性能1.透明性(transparency)光傳送網(wǎng)的節(jié)點OADM和OXC不對光信號進行光—電、電—光處理，因此，它的工作與光信號的內(nèi)容無關(guān)，對于信息的調(diào)制方式，傳送模式和傳輸速率透明。第五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.存活性(survivability)全光網(wǎng)通過OXC可以靈活地實現(xiàn)光信道的動態(tài)重構(gòu)功能，根據(jù)網(wǎng)絡中業(yè)務流量的動態(tài)變化和需要，動態(tài)地調(diào)整光層中的資源和光纖路徑資源配置，使網(wǎng)絡資源得到最有效的利用。第六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3.可擴展性(scalability)全光網(wǎng)具有分區(qū)分層的拓撲結(jié)構(gòu)，OADM及OXC節(jié)點采用模塊化設計，在原有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和OXC結(jié)構(gòu)基礎上，就能方便地增加網(wǎng)絡的光信道復用數(shù)、路徑數(shù)和節(jié)點數(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的擴充。第七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二4.兼容性(compatibility)全光網(wǎng)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡應是完全兼容的。光層作為新的網(wǎng)絡層加到傳統(tǒng)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)中，對IP、SDH、ATM等業(yè)務，均可將其融合進光層，而呈現(xiàn)出巨大的包容性，從而滿足各種速率、各種媒體寬帶綜合業(yè)務服務的需求。第八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二四、全光網(wǎng)類型按照網(wǎng)絡的多址方式的不同進行分類：1.光波分多址全光網(wǎng)光波分多址(WDMA)全光網(wǎng)利用不同的光載頻，實現(xiàn)光信道的多路復用和多址組網(wǎng)，利用密集波分復用技術(shù)和光放大技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡鏈路的全光傳輸。第九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二優(yōu)點：容量大，可成倍地擴展；傳輸速率高，可運作在10Gbit／s和更高的速率信道上；兼容性好，適用于ATM、SONET、IP、FR以及其他信息制式；具有對傳輸和交換的速率、波長和協(xié)議的透明性；網(wǎng)絡的抗毀恢復性能好；網(wǎng)絡易于升級，可擴展性好。

第十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.光時分多址全光網(wǎng)光時分多址是將光信道在時間上化分成若干時隙，將時隙作為地址，不同用戶分配給不同的時隙，進行復用和組網(wǎng)。特點：可以將低速信道轉(zhuǎn)換為高速信道，多址性能好，第十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3.光碼分多址全光網(wǎng)光碼分多址全光網(wǎng)是通過給不同的用戶分配不同的地址碼來實現(xiàn)多路信道復用和組網(wǎng)的?；跀U頻通信、碼分多址接入和全光網(wǎng)絡技術(shù)，具有抗干擾能力強、保密性好、實現(xiàn)多址連接靈活方便、動態(tài)分配帶寬、網(wǎng)絡易于擴展，并直接進行光編碼和光解碼。

第十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二按照網(wǎng)絡的功能與作用的不同進行分類：1.全光核心網(wǎng)全光核心網(wǎng)絡用作長途骨干網(wǎng)，是當前研究的主流，重點解決多媒體全業(yè)務信息的超大容量、超高速的全光傳輸和交換，基于光放大技術(shù)、光調(diào)制技術(shù)、光多路復用技術(shù)、光交換技術(shù)，以及新型光纖及色散補償?shù)燃夹g(shù)，構(gòu)成多種類型的全光網(wǎng)絡。第十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.全光接入網(wǎng)全光接入網(wǎng)是最終實現(xiàn)光纖到家(FTTH)的網(wǎng)絡形式，利用全光多址接入和抗多址干擾技術(shù)，實現(xiàn)全業(yè)務服務。實現(xiàn)All—OpticalPON，以及IPoverOptical。第十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3.全光互聯(lián)網(wǎng)全光互聯(lián)網(wǎng)基于各類全光網(wǎng)之間的光互聯(lián)以及IP技術(shù)，構(gòu)成全透明的"All—OpticalInternet"，實現(xiàn)任何人、在任何地方、在任何時候都可以與任何人進行任何方式的實時的、無阻塞的通信，并可以享用全光互聯(lián)網(wǎng)平臺上的信息資源。

第十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二全光網(wǎng)類型按照網(wǎng)絡的工作方式的不同進行分類：1.廣播和選擇網(wǎng)絡廣播和選擇網(wǎng)絡具有廣播和組播功能，所需播送的信息可以到達網(wǎng)上的全部用戶或指定的一組用戶，用戶可以對播送來的信息有選擇地接收和使用。星型和線型網(wǎng)多采用這種工作方式。第十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.路由尋徑網(wǎng)在路由尋徑網(wǎng)中，單跳網(wǎng)的信息傳遞按照所給定的地址直接從信源送到信宿，多跳網(wǎng)的信息傳遞要經(jīng)多個節(jié)點，每個節(jié)點按照所給定的地址選擇路由，逐段傳送和交換，最終將信息從信源送到信宿。網(wǎng)狀網(wǎng)型多采用這種方式。第十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二五、全光網(wǎng)的構(gòu)成

全光網(wǎng)由光節(jié)點、光鏈路、光網(wǎng)絡管理單元等構(gòu)成

第十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二1.光節(jié)點光節(jié)點是重要的網(wǎng)元，主要有兩種類型:光接入節(jié)點:具有光信道的選擇特性光交換節(jié)點:適用于作為網(wǎng)狀型網(wǎng)的光節(jié)點及兩個環(huán)形網(wǎng)之間的連接節(jié)點第十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二(1)光接入節(jié)點功能：1)光信道進入網(wǎng)絡和從網(wǎng)絡下路。2)非本地信息直接旁路，不在本地節(jié)點上進行處理，貫通而過。第二十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3)光信道的性能監(jiān)測、故障檢測、保護和恢復。4)對網(wǎng)絡的管理和控制。5)具有好的透明性，適應不同種類的、不同格式的、不同傳輸速率的本地信息，暢通地進出網(wǎng)絡。第二十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光分插復用器可以作為全光網(wǎng)絡的接入節(jié)點，由光復用器、光解復用器、光信道監(jiān)控等部分組成。

注第二十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二(2)光交換節(jié)點基本功能是：1)路由選擇。2)按其所選擇的路由，建立各輸入端和輸出端之間的全光連接，將輸入端的光信號在所建立的全光通道上無阻塞地達到所指定的任意輸出端。3)可實現(xiàn)光信號交換功能。第二十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二4)可以進行光信號的放大、處理。5)光信道的性能監(jiān)測、故障檢測、保護及恢復。6)控制、管理。第二十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光交換節(jié)點由光輸入接口、光輸出接口、光交換單元、控制及管理單元組成第二十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光交換節(jié)點可以是光交叉連接(OpticalCross-Connect,OXC)光路由器(OpticalRouter，OR)光交換機(OpticalSwitching，OS)第二十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光路由器/光交換機具有光路由和光交換功能在光分插復用器和光交叉連接器中具有少量的路由和光信道交換功能。對于大規(guī)模網(wǎng)絡，如網(wǎng)狀型網(wǎng)，用光路由器／光交換機作為光節(jié)點是一種可選方案，特別是運作IP數(shù)據(jù)包的全光網(wǎng)絡。第二十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光交叉連接根據(jù)不同的工作機理有多種連接方式1)光波長交叉連接：實現(xiàn)波長交換，不同波長的光信號，通過波長光交叉連接選擇不同的網(wǎng)絡通道，由波長開關(guān)進行交換。波長光交叉連接由波分復用器／解復用器、波長選擇空間開關(guān)和波長變換器(波長開關(guān))組成。2)光時隙交叉連接:實現(xiàn)光時分交換功能，可以與光傳輸系統(tǒng)很好配合構(gòu)成全光網(wǎng)。第二十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3)光碼交叉連接：利用光碼字的變換，可以構(gòu)成光碼的光交叉連接，由光編／解碼器陣列、光交換控制單元、光延時及檢測部分構(gòu)成。完成光通道的交叉連接以及對網(wǎng)絡的路由、監(jiān)控、保護和恢復等，輸入的光碼分復用信號，經(jīng)可調(diào)的光解碼器進行解碼，將解碼后得到的光信號(光窄脈沖)，再按照交換控制單元給出的新的地址碼，重新進行光編碼，送至輸出，從而實現(xiàn)光碼分多址的光交叉連接。第二十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.光鏈路光鏈路一般指光纖鏈路。光纖鏈路中可設置光放大器，用以提高鏈路性能。采用空間光信道作為全光網(wǎng)的光鏈路。

第三十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3.光網(wǎng)絡管理單元光網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是全光網(wǎng)絡的頭腦和指揮系統(tǒng)，具有性能管理、設備管理、故障管理等功能，還應包括網(wǎng)絡的安全體系、安全管理，確保網(wǎng)絡的存活性、可靠性和安全性，以及計費管理等實用化功能。第三十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二六、全光網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)1．分層結(jié)構(gòu)全光網(wǎng)采用分層結(jié)構(gòu)，將應用層直接接入光層，形成兩層結(jié)構(gòu)，即光層和IP層，減少了網(wǎng)絡層次，IP業(yè)務在光域上實現(xiàn)傳輸和交換。第三十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二全光網(wǎng)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡應具有好的開放性和兼容性，允許以多種方式接入，如SDH、ATM等

第三十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.光層結(jié)構(gòu)光層應能為實現(xiàn)全光傳輸和交換構(gòu)建相應的結(jié)構(gòu)。光層的功能包括：1)光信道，以傳遞業(yè)務信息。2)多路光信道的信息進行復用，以獲得更有效率的傳輸和交換。3)實現(xiàn)在光域上的信息傳輸和交換。第三十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光層的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)光層應完成的功能來確定，其結(jié)構(gòu)應具備三個子層，即光信道層，光復用層和光傳輸層。

第三十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光信道層：為來自用戶的電信號分配波長、安排路由選擇和光連接、提供檢測、管理功能，以及實現(xiàn)保護倒換和網(wǎng)絡恢復。光復用層：將多個光信道復用，保證多信道復用的光信號完整地傳輸，提供網(wǎng)絡功能，選路、重新安排光復用段功能，適配信息的復用段開銷，以及光復用段的檢測和管理功能。

第三十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光傳輸層：提供在不同類型的光纖傳輸媒質(zhì)上的光傳輸功能，以及光放大、光中繼、檢測和控制功能。第三十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二七、光分插復用(OADM)技術(shù)光分插復用系統(tǒng)是在光域?qū)崿F(xiàn)支路信號的分插和復用。主要實現(xiàn)技術(shù)有WDM、O-CDMA、OTDM。基于WDM技術(shù)的OADM系統(tǒng)的功能、節(jié)點結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品和應用，其分插復用的支路信號以波長為單位，稱為光通道。第三十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二OADM的基本功能：是從WDM傳輸線路上選擇性地分插和復用某些光通道，而不影響其它光通道的透明傳輸。第三十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二固定波長OADM：選擇某個或某些固定的波長通道進行分插復用?？膳渲肙ADM：分插復用的波長通道是可配置的。半可配置OADM：前兩種情況的綜合。第四十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二VOA為通道功率均衡單元

第四十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二完整的OADM系統(tǒng)具有以下附加功能：1.線路（或稱復用段）及通道保護倒換功能。支持各種自愈環(huán)，包括二纖單向復用段保護環(huán)、二纖單向通道保護環(huán)、二纖雙向復用段保護環(huán)、二纖雙向通道保護環(huán)、四纖雙向復用段保護環(huán)，和鏈型組網(wǎng)等。第四十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二2.光中繼放大和均衡功能。每個OADM節(jié)點根據(jù)需要可具有光功率放大功能，以彌補光線路和OADM節(jié)點本身帶來的光功率損耗，使OADM節(jié)點設備適應不同跨距的應用；同時OADM節(jié)點也可根據(jù)需要配置光功率均衡功能（包括線路光功率均衡和通道光功率均衡），以提高傳輸系統(tǒng)的性能。第四十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二3.上路光通道波長指配、下路光通道端口指配功能。具有這種功能的OADM可以使某一上路信號以不同的波長接入光網(wǎng)絡，相當于接入OTU具有可調(diào)偕波長變換功能；而下路信號可以指配到不同的光纖端口；具有這一功能可以極大地擴展OADM在實際組網(wǎng)應用中地靈活性。第四十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二4.多業(yè)務接入功能。如STM-N系列SDH信號的接入和千兆以太網(wǎng)信號的接入。第四十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二八、光交叉連接技術(shù)光交叉連接設備相當于一個模塊，它具有多個標準的光纖接口，它可以把輸入端的任一光纖信號(或其各波長信號)可控地連接到輸出端的任一光纖(或其各波長)中去，并且這一過程是完全在光域中進行的。第四十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二OXC的特點及應用1.OXC的特點OXC與DXC在網(wǎng)絡中的作用相同，但功能和實現(xiàn)的方法不同。主要的不同點是：（1）OXC是對光信號交叉連接，DXC是對電信號交叉連接。第四十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二（2）OXC具有透明的傳輸代碼格式和比特率，可以對不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級的信號進行交叉，設備型號少。DXC設備針對不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級的信號要進行不同的處理，第四十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二（3）OXC交叉容量、交叉連接速率和接入速率高，交叉總?cè)萘靠蛇_到petabit/s級別，交叉連接速率和接入速率范圍寬。（4）OXC無需進行時鐘同步和開銷處理；DXC必須進行時鐘同步和開銷處理。第四十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二（5）0XC易于網(wǎng)絡升級，網(wǎng)絡升級時一般無需更換；DXC在網(wǎng)絡升級時需要隨之更換。（6）0XC設備型號少，監(jiān)控維護參數(shù)少，易于標準化；DXC設備型號多，監(jiān)控維護參數(shù)多，標準化難度較大。第五十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二（7）OXC適用于高比特率信號的交叉連接；DXC能夠?qū)π盘栠M行更細致的處理，適用于低比特率信號的交叉連接。（8）OXC一般用于替代現(xiàn)有的光總配線架；DXC一般用于替代現(xiàn)有的數(shù)字配線架。第五十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二雖然OXC和DXC在網(wǎng)絡中的作用相同，但由于兩者的功能和實現(xiàn)的方法不同，因此它們各有不同的應用范圍。理想的方式是將傳輸節(jié)點分為光層和數(shù)字層，光層的OXC和數(shù)字層的DXC配合使用。第五十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二OXC的結(jié)構(gòu)及其工作原理如圖所示，OXC主要由輸入部分(放大器EDFA，解復用DMUX)，光交叉連接部分(光交叉連接矩陣)，輸出部分(波長變換器OUT，均功器，復用器)，控制和管理部分及其分插復用這五大部分組成。第五十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二注第五十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二假設圖中輸入輸出OXC設備的光纖數(shù)為M，每條光纖復用N個波長。這些波分復用光信號首先進入放大器EDFA放大，然后經(jīng)解復用器DMUX把每一條光纖中的復用光信號分解為單波長信號(λ1-λN),M條光纖就分解為M*N個單波長光信號。第五十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二所以信號通過(M*N)*(M*N)的光交叉連接矩陣，在控制和管理單元的操作下進行波長配置，交叉連接。由于每條光纖不能同時傳輸兩個相同波長的信號(即波長爭用)，所以為了防止出現(xiàn)這種情況，實現(xiàn)無阻塞交叉連接，在連接矩陣的輸出端每波長通道光信號還需要經(jīng)過波長變換器OTU進行波長變換。第五十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二然后再進入均功器把各波長通道的光信號功率控制在可允許的范圍內(nèi)，防止非均衡增益經(jīng)EDFA放大導致比較嚴重的非線性效應。最后光信號經(jīng)復用器MUX把相應的波長復用到同一光纖中，經(jīng)EDFA放大到線路所需的功率完成信號的匯接。

第五十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二光交叉連接矩陣的結(jié)構(gòu)光交叉連接矩陣是0XC的核心，是技術(shù)的關(guān)鍵，要求無阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形式的連接功能。第五十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二對光信號進行交叉連接比較成熟的技術(shù)是波分復用技術(shù)和空分技術(shù)。如果將波分復用技術(shù)和空分技術(shù)相結(jié)合，就大大提高了交叉連接矩陣的容量和靈活性。如圖所示第五十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第六十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二OXC的3種實現(xiàn)方式：光纖交叉連接、波長交叉連接、波長變換交叉連接。（1）光纖交叉連接以一根光纖上所有波長的總?cè)萘繛榛A進行交叉連接，容量大但不靈活。第六十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二（2）波長交叉連接可將任何光纖上的任何波長交叉連接到使用相同波長的任何光纖上。比如，波長(l)、(2)、(3)和(4)從輸入端1號纖輸入，波長交叉連接可以將這4個波長選路到輸出端口的1、2、3和4號纖上去。第六十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二現(xiàn)在也有人將這種波長交叉連接稱為無源光路由器，它的波長可以通過空間分割實現(xiàn)重用，波長的選路路由由內(nèi)部交叉矩陣決定，一個N(N的交叉矩陣可以同時建立N2條路由。它的其他幾個別名是拉丁路由器（Latinrouters）、波導光柵路由器（WGR）和波長路由器（WR）。第六十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二（3）波長變換交叉連接可將任何光纖上的任何波長交叉連接到使用不同波長的任何光纖上，具有最高的靈活性。它和波長交叉連接的區(qū)別是可以進行波長轉(zhuǎn)換。第六十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二OXC在網(wǎng)絡中的應用

第六十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二朗訊公司已研制了1296*1296端口的MEMS。其單端口傳送容量為1.6Tb/s(單纖復用40個信道，每路信道傳送40Gb/s信號)，總傳送容量達到2.07Petabit/s。具有嚴格無阻塞特性，介入損耗為5.1dB，串擾(最壞情況)為－38dB。使光開關(guān)的交換總?cè)萘窟_到新的數(shù)量級。(1.6*1296=2070Tbit/s)第六十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二九、光交換技術(shù)

1.光交換技術(shù)光交換技術(shù)具有交換速度快的特點，故很適合于高速、寬帶通信系統(tǒng)，而且還具有許多電交換不能比擬的優(yōu)點。第六十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二特點：1)光電子器件的開關(guān)速率比電子器件要高得多，理論上可以達到0.1ps。2)除了提供大的帶寬，快速交換以外，采用光交換技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)透明系統(tǒng)，便于擴展業(yè)務，另外，由于省去了中間的光/電、電/光轉(zhuǎn)換設備，可以使系統(tǒng)變的更加簡單。第六十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二

編碼譯碼復用器分離器E/OO/E①編碼譯碼編碼譯碼編碼譯碼②③④寫入1×4光波導開關(guān)陣讀出4×1光波導開關(guān)陣光交換程序控制器控制開關(guān)指令、復位指令總線陣列門閂陣列門閂數(shù)據(jù)存儲器驅(qū)動器光雙穩(wěn)D1#2#3#4#CCCCVVVV注：陣列門閂第六十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二全光網(wǎng)絡器件光無源器件第七十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二全光網(wǎng)絡器件

光有源器件現(xiàn)在常用光通信用光源主