光通信與光網(wǎng)絡(luò) - 光交換與WDM

1.2.3.4.

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)光交換WDM光網(wǎng)絡(luò)實(shí)例WDM直接承載IP無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON2

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然光交換

光交換指不經(jīng)過(guò)任何光電轉(zhuǎn)化，在光域直接將輸入光信號(hào)交換到輸出端的技術(shù)。可以提供比電子交換更高的容量，提高光學(xué)層的帶寬利用率。

目前光邏輯器件功能簡(jiǎn)單，不能完成

控制部分復(fù)雜的邏輯處理，只能用電信號(hào)來(lái)完成，隨著光器件的發(fā)展，光交換技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)全光交換

光交換兩種方案：光路電路

控制電控光交換

控制光控光交換光路光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然3光交換光交叉連接波長(zhǎng)變換波長(zhǎng)路由光交換的兩種方式：1.

光分組交換2.

光突發(fā)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11

1111位交錯(cuò)時(shí)分復(fù)用器100100

Bit

multiplexed

streamFraming

pulsesInterleaving

can

be

done

on

a

bit-by-bit

basis

4光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然11

1111包交錯(cuò)時(shí)分復(fù)用器100100Packet

multiplexed

streamFraming

pulsesInterleaving

can

be

done

on

a

packet-by-packet

basis定長(zhǎng)包，包邊界容易識(shí)別

5光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然6光分組交換OPS光分組交換OPS：用戶信息流以特定的光數(shù)據(jù)分組格式（控制信息+數(shù)據(jù)信息）在網(wǎng)絡(luò)中被路由和傳輸。

OPS是分組交換技術(shù)向光層的滲透和延伸，以光分組的形式承載業(yè)務(wù)，凈荷的傳輸和

交換都在光域進(jìn)行，信頭處理和控制目前多在電域完成。其原因是光邏輯器件、高速

光開關(guān)等不成熟，難以實(shí)現(xiàn)信頭的光域處理和信息的高速交換，但是OPS是未來(lái)的發(fā)

展方向

IP、SDH、ATM等都可作為光分組網(wǎng)的業(yè)務(wù)層，業(yè)務(wù)層的信息在網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)打包并

裝入凈荷，然后加上光標(biāo)簽或者信頭構(gòu)成光分組，以光分組的形式在光域中傳輸和交

換，而信頭的處理和控制經(jīng)過(guò)O/E/O變換，將來(lái)直接在光域中完成。

在交換系統(tǒng)的輸入接口完成光分組讀取和同步，同時(shí)用光纖分束器將一小部分光功率

分出并送入控制單元，完成如光分組頭識(shí)別、恢復(fù)和凈荷定位等功能。光交換矩陣為

經(jīng)過(guò)同步的光分組選擇路由，并解決輸出端口的競(jìng)爭(zhēng)，最后輸出結(jié)構(gòu)通過(guò)同步和再生

模塊來(lái)降低光分組的相位抖動(dòng)，完成光分組頭的重寫和光分組的再生。Switch

fabricPacketsInput

interfaces

Buffers

Outputinterfaces

BuffersHeaderrewrite

Synch.

controlSynchronizationHeader

processing

7

Switch

controlRoutingForwarding

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然光分組交換節(jié)點(diǎn)

光分組的交換節(jié)點(diǎn)分為四個(gè)子系統(tǒng)：交換矩陣，控制模塊（路由控制處理器）、輸入模塊

和輸出模塊?？刂颇K主要由同步控制，交換控制，信頭處理等部分8

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

輸入模塊：光信號(hào)的預(yù)放大和同步，凈荷定位、光信號(hào)緩存，可能含有波長(zhǎng)

轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換功能

輸出模塊：數(shù)據(jù)緩存、凈荷定位、信頭插入、輸出同步、信號(hào)放大，可能含

有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及2R/3R信號(hào)再生功能。

交換矩陣和控制模塊負(fù)責(zé)信頭提取，數(shù)據(jù)包的尋路或者上下路，解決沖突，

并完成必要的信頭擦除工作

交換矩陣和輸入模塊之間配置光緩存，在信頭處理和交換配置過(guò)程中緩存數(shù)

據(jù)凈荷。

交換矩陣和輸出矩陣之間配置光緩存：為了配合凈荷定位與信頭插入操作，

或者為解決資源沖突。9

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然光分組的編碼

每個(gè)光分組有凈荷和信頭兩部分組成，凈荷包含分組編號(hào)、信源地址、用戶數(shù)據(jù)等，

由信元和信宿節(jié)點(diǎn)來(lái)處理。信頭包含信宿地址、優(yōu)先級(jí)或者空滿標(biāo)志等，由所有相關(guān)

的節(jié)點(diǎn)來(lái)處理。光分組之間要留一些空閑時(shí)間（保護(hù)帶），以便滿足抖動(dòng)容限和同步

等技術(shù)和需要

光分組的編碼方案有三類：串行編碼、帶外信令和并行編碼。

串行編碼指信頭和凈荷在同一波長(zhǎng)信道上串行傳輸，多采用分組間插法。信頭和凈荷

的速率可以相同，但通常信頭速率小于凈荷速率，降低信頭處理的難度，串行編碼的

缺點(diǎn)是較低速率的信頭會(huì)加大光分組的延遲，從而減小帶寬利用率的網(wǎng)絡(luò)吞吐量10

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然OPS關(guān)鍵技術(shù)

OPS中的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)可集成的高速全光緩存單元，大量容量可升級(jí)的高速光交換矩陣和

超高速全光邏輯器件。其他關(guān)鍵技術(shù)還有：信頭的提取技術(shù)，有效的沖突解決機(jī)制、光

分組編碼方案、光分組路由算法，通道保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制都能等。

OPS頭處理可以依靠電子技術(shù)，也可以利用光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。電域信頭處理基于FPGA來(lái)

實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是基于成熟的電域信號(hào)處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算和協(xié)議。缺點(diǎn)是

速度相對(duì)于光纖中信號(hào)的傳輸速率比較低；光域頭處理需要用到大量光邏輯器件，成本

較高，理論上速度快，不過(guò)目前很多光邏輯器件的研究尚無(wú)法勝任復(fù)雜的頭處理，且不

能體現(xiàn)光域信號(hào)處理的速度優(yōu)勢(shì)。

目前簡(jiǎn)化頭識(shí)別的技術(shù)1）使用比包本身速率低得多的比特速率發(fā)射頭，在路由選擇節(jié)點(diǎn)處比較容易處理頭2）使用與數(shù)據(jù)不同的波長(zhǎng)來(lái)發(fā)射3）使用一個(gè)分立的副載波信道以相同的波長(zhǎng)發(fā)射11

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然沖突解決方案

在OPS節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)同一個(gè)波長(zhǎng)上多個(gè)光分組同時(shí)去往一個(gè)輸出端時(shí)，就會(huì)發(fā)

生輸出端資源的競(jìng)爭(zhēng)，即發(fā)生沖突

處理沖突的方法1）在開關(guān)中提供充足的緩沖，在時(shí)間域上解決沖突，但光學(xué)緩沖并不容易2）使用偏射路由技術(shù)在物理空間上解決沖突3）使用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)在波長(zhǎng)域上解決沖突，利用光器件的非線性轉(zhuǎn)變光信號(hào)波

長(zhǎng)，將沖突光分組轉(zhuǎn)換到其他空閑的波長(zhǎng)上4）一旦遇到?jīng)_突就丟棄包12

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然光突發(fā)交換網(wǎng)OBS

光突發(fā)交換最早由喬春明等人提出，基本思想是將電路交換與分組交換相結(jié)

合，形成一種吸取兩者優(yōu)點(diǎn)，盡量克服兩種交換方式不足的折中方案。

突發(fā)是指交換力度是有多個(gè)分組集合而成的突發(fā)分組，長(zhǎng)度可以從幾個(gè)分組

到一個(gè)短的會(huì)話。

在OBS中，有兩種光分組數(shù)據(jù)流：包含路由等信息的突發(fā)控制分組（BCP）

和承載業(yè)務(wù)的突發(fā)數(shù)據(jù)分組（BDP）。控制分組獨(dú)立與數(shù)據(jù)分組在某一特定

信道中傳送，在OBS網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光電變換并進(jìn)行電子處理，而數(shù)據(jù)

分組在OBS網(wǎng)絡(luò)中不需經(jīng)過(guò)光電/電光轉(zhuǎn)換和節(jié)點(diǎn)的電子處理，保持端到端的

透明傳輸和交換。13

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然光突發(fā)交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

OBS網(wǎng)絡(luò)由邊緣節(jié)點(diǎn)，核心節(jié)點(diǎn)和DWDM鏈路構(gòu)成。

入口邊緣節(jié)點(diǎn)按照數(shù)據(jù)包目的地和業(yè)務(wù)等級(jí)等對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類，緩存和封裝，組成突發(fā)數(shù)據(jù)分組，并產(chǎn)生控制分組，發(fā)送給鄰近的核心節(jié)點(diǎn)

控制分組先于數(shù)據(jù)分組在特定的DWDM信道中傳送，到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)，對(duì)控制分組進(jìn)行點(diǎn)處理，并根據(jù)控制分組中的路由信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)為數(shù)據(jù)分組預(yù)留資源，建立全光通路。

數(shù)據(jù)分組經(jīng)過(guò)一段延遲后，在需要確認(rèn)的情況下，直接在預(yù)先設(shè)定的全光通道上傳輸。

突發(fā)數(shù)據(jù)分組和控制分組發(fā)送的時(shí)間差為偏置時(shí)間，數(shù)據(jù)分組前后留保護(hù)時(shí)間

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然光突發(fā)交換的特點(diǎn)

從不同源端到不同宿端的突發(fā)分組可以利用統(tǒng)計(jì)復(fù)用的方式，有效地

利用鏈路上相同波長(zhǎng)的帶寬，帶寬的使用效率較高；

控制分組長(zhǎng)度短，高速處理容易

中間節(jié)點(diǎn)可以不需要光緩存，同步要求低；控制分組和突發(fā)通過(guò)OBS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)亩〞r(shí)圖

14

源端

A控制分組尾

偏置時(shí)間

突

發(fā)目的端

B

時(shí)

間中間交換機(jī)

控制分

組處理

時(shí)間15

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郝然WDM網(wǎng)絡(luò)實(shí)例

1.

寬帶長(zhǎng)途DWDM網(wǎng)絡(luò)

寬帶長(zhǎng)途W(wǎng)DM由ROADM、交換機(jī)和光交叉互連設(shè)備通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高容量

干線互連的設(shè)備集組成。這種設(shè)備集可通過(guò)任何形態(tài)的環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)狀網(wǎng)組合

而成。..16

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然標(biāo)準(zhǔn)的寬帶長(zhǎng)途DWDM主干線鏈路的單模光纖可以攜帶多達(dá)160個(gè)波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)160個(gè)信道的2.5Gbps、10Gbps和40Gbps的數(shù)據(jù)流。典型的長(zhǎng)途寬帶DWDM鏈路傳輸距離為600km，每隔80km加光放大器。若160個(gè)DWDM信道以50GHz為間隔，需要的帶寬是8THz，相當(dāng)于波長(zhǎng)譜寬65nm，這就需要占用整個(gè)C波段以及S波段或者L波段中的一個(gè)。常規(guī)的EDFA的高增益響應(yīng)僅在C波段，通過(guò)附加拉曼放大機(jī)制，增益響.EDFA應(yīng)可擴(kuò)展到S波段或者L波段。

EDFA光纜

多路高速DWDM信道光纜中的多根光纖

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然2.

窄帶城域CWDM網(wǎng)絡(luò)通常城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)或SDH雙向線路切換環(huán)。兩纖單向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)

17單向和雙向工作環(huán)路原理圖光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然18兩纖通道保護(hù)環(huán)19telnet

ftp

rlogin

SNMP

TCP

UDP

IPOptical

layer

SONET

layerApplicationsTransport

layerNetwork

layerEthernet

Token

ring

PPP

HDLC

Data

link

layer

Coaxial/twist

pair

cablePhysical

layer

IP

ATM

SONETOptical(WDM)

IP

PPP

SONETOptical(WDM)

IP

Ethernet

Mac

Ethernet

PHYOptical(WDM)IP

in

the

layered

hierarchy各種位于WDM之上的IP網(wǎng)

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然

IP?IP是一種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也稱網(wǎng)際協(xié)議。?不保證可靠性以及數(shù)據(jù)從源到目的地的一次傳輸，該工作由傳輸協(xié)議完成。20

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)IP

router:

關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)單元，包含一個(gè)路由表The

routers

detect

the

change

of

network

topology

(such

as

fail,reappear,

new

links

and

nodes)

and

update

their

routing

tables

using

adistributed

routing

protocol.域內(nèi)路由協(xié)議：開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議intra-domain

routing

protocol:

open

shortest

path

first

(OSPF)域間路由協(xié)議：邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議Inter-domain

routing

protocol:

border

gateway

protocol

(BGP)

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然OTN的應(yīng)用

隨著網(wǎng)絡(luò)及其業(yè)務(wù)的IP化，IP與光網(wǎng)絡(luò)的融合，勢(shì)在必行。即IP

over

WDM（IPoverOTN）

IP

overWDM技術(shù)之間經(jīng)歷了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減小開銷損失，提高效率的發(fā)展過(guò)程。

IP經(jīng)過(guò)MPLS適配，直接進(jìn)入光通道，是IP

over

WDM

的發(fā)展趨勢(shì)。IP

over

WDM

協(xié)議棧的發(fā)展

2122

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然

IP

over

DWDM

最有影響力的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議（IP）。

在光傳輸網(wǎng)中，IP分組被分割成固定長(zhǎng)度的異步傳輸模式

（ATM）分組或多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）分組，SDH網(wǎng)

絡(luò)用于承載ATM分組或MPLS分組，并通過(guò)WDM網(wǎng)絡(luò)傳輸

給信息接收端。IPSDHDWDM光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然23Dest.1Nexthop-23452555Dest.Nexthop123451133-Dest.1Nexthop223452-4512534Routing

in

an

IP

network

(some

routing

tables

are

shown).24

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然

接入網(wǎng)?接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的所有設(shè)備。其長(zhǎng)度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱為“最后一公里”。?隨著通信技術(shù)迅猛發(fā)展，電信業(yè)務(wù)向綜合化、數(shù)字化、智能化、寬帶化和個(gè)人化方向發(fā)展，從電話服務(wù)、廣播電視、點(diǎn)播電視，交互式圖像業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程教育，多媒體庫(kù)等等，人們對(duì)電信業(yè)務(wù)多樣化的需求也不斷提高，

對(duì)帶寬需求、以及交互方式均提出新的要求，因此，“最后一公里”解決方案是研究熱點(diǎn)。?由于骨干網(wǎng)一般采用光纖結(jié)構(gòu)，傳輸速度快，因此，接入網(wǎng)便成為了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的瓶頸。接入網(wǎng)的接入方式包括銅線（普通電話線）接入、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入\光纖接入、無(wú)線接入等幾種方式。

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然接入網(wǎng)支持的不同類型的服務(wù)Broadcast/switched:

whether

all

users

get

the

same

information

or

not.

25Service電話綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）廣播視頻Type

交換

交換

廣播Downstream

Upstream

Bandwidth

Bandwidth

4

kHz

4kHz

144

kb/s

144

kb/s

Analog

or

6Mb/s

0交互式視頻因特網(wǎng)接入交換交換

6

Mb/sAfew

Mb/s

小小視頻會(huì)議商業(yè)服務(wù)交換

交換

6

Mb/s

6Mb/s1.5-10

Gb/s

1.5-10

Gb/s26遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)NIUNIUNIU饋線網(wǎng)絡(luò)分布式網(wǎng)絡(luò)

HubCentral

office

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

接入網(wǎng)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)集線器，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU）組成。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然27分布式

共享

有線電視

(HFC),電話無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)TPON網(wǎng)絡(luò)廣播式交換式

專有

波長(zhǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WPON）

電話,

ADSL,波長(zhǎng)路由選擇無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)

WRPON不同類型接入網(wǎng)的分類

饋線網(wǎng)絡(luò)光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然?電話網(wǎng)：雙絞線銅纜上運(yùn)行，位于電信中心局和家庭之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)銅線對(duì)組成。最初為每戶家庭提供4kHz的帶寬。?電話網(wǎng)是為每個(gè)用戶提供專有帶寬的交換式網(wǎng)絡(luò)

28光纖接入網(wǎng)之前的最早的兩種接入網(wǎng)CO

?

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然電纜網(wǎng)：由位于電纜公司頭端和遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)之間的光纖和從遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)到每一戶家庭的同軸電纜網(wǎng)組成，也叫光纖同軸電纜混合網(wǎng)。

。HERNFiberCoaxAmplifier

Tap

?The

cable

bandwidth:

50

~

550

MHz電纜網(wǎng)是全部單向，廣播式的，沒有交換

29光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然30???綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)

：使用目前為止有限的幾種標(biāo)準(zhǔn)接口和網(wǎng)絡(luò)連接類型來(lái)提供很寬范圍的通信業(yè)務(wù)。除了打電話，可提供諸如可視電話、數(shù)據(jù)通信、會(huì)議電視等多種業(yè)務(wù)，從而將電話、傳真、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸和處理。它是一種通用的數(shù)字接入網(wǎng)。在已存在的雙絞線結(jié)構(gòu)上，提供144kb/s帶寬，窄帶ISDN：基本速率接口包括兩個(gè)能獨(dú)立工作的B信道64kbps和一個(gè)D信道16kbps

，2B+D=144kbps。寬帶ISDN

（B-ISDN）以ATM和光纜為基礎(chǔ)，可以向用戶提供155Mbps以上的通信能力。已有的幾種接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)?????

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然DSL，數(shù)字用戶環(huán)路，也是一個(gè)工作在已經(jīng)存在的雙絞線結(jié)構(gòu)上的技術(shù)，但它比ISDN提供更高的帶寬。主要是使用成熟的調(diào)制和編碼技術(shù)。ADSL,

非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路，上行和下行帶寬不對(duì)稱。下行方向傳送高速數(shù)字信號(hào)（可達(dá)6.144Mb/s），上行方向用戶發(fā)送機(jī)工作在很低頻率（576kb/s）采用頻分復(fù)用技術(shù)把普通的電話線分成了電話、上行和下行三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的信道，從而避免了相互之間的干擾。即使邊打電話邊上網(wǎng)，也不會(huì)發(fā)生上網(wǎng)速率和通話質(zhì)量下降的情況。需要中心局和每戶家庭都擁有一個(gè)DSL的調(diào)制器。在雙絞線兩側(cè)和裝一個(gè)ADSL收發(fā)機(jī)（一種高級(jí)調(diào)制解調(diào)器）ADSL通常提供三種網(wǎng)絡(luò)登錄方式：

橋接；PPPoA（PPPoverATM，基于ATM的端對(duì)端協(xié)議）；PPPoE（PPPoverEthernet，基于以太網(wǎng)的端對(duì)端協(xié)議）。

橋接是直接提供靜態(tài)IP，而后兩種通常不提供靜態(tài)IP，是動(dòng)態(tài)的給用戶分配網(wǎng)絡(luò)地址。

3132

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然光纖接入網(wǎng)

采用光纖傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，泛指本地交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊與用戶之間采用光纖通信或部

分采用光纖通信的系統(tǒng)。

光纖接入網(wǎng)可以分為寬帶有源光接入、寬帶無(wú)源光接入和基于光纖同軸混合網(wǎng)（HFC）

接入。

有源光接入網(wǎng)指交換局端和用戶端室外設(shè)備中有光收發(fā)端機(jī)等有源部件，目前廣泛應(yīng)用

的有基于SDH/MSTP的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)有源系統(tǒng)和基于以太網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)有源接入系統(tǒng)

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的光纖接入技術(shù)，指交換局和用戶之間的光網(wǎng)絡(luò)

中沒有任何有源設(shè)備，在光分支點(diǎn)采用無(wú)源光分路器構(gòu)成的光接入網(wǎng)

HFC，最初由CATV發(fā)展而來(lái)，目前通過(guò)多種技術(shù)的聯(lián)合，性能上有加強(qiáng)。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然?副載波調(diào)制光纖同軸總線Subcarrier

modulated

fibercoax

bus

(SMFCB)HEFiberRN

CoaxTapAmplifier增強(qiáng)的

HFC0

540525508621000UpstreamDownstreamAvailable

downstreamBandwidth

allocation

in

an

enhanced

HFC

network.

33?發(fā)射頻率范圍增加；500MHz——1GHz?使用頻譜高效的數(shù)字調(diào)制，比如256QAM；頻譜效率為7bit/Hz?遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)服務(wù)的用戶數(shù)量減小，從500-50?使用窄帶廣播，為選定的用戶群提供附加的帶寬?同軸電纜的帶寬限制了上行通路的帶寬及可靠性34

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)

Passive

Optical

Network

(PON)

PON的概念最早由英國(guó)電信公司的研究人員于1987年提出，然后把

它引入到接入網(wǎng)中。無(wú)源指信號(hào)在光網(wǎng)絡(luò)中傳輸過(guò)程中沒有再生放

大，網(wǎng)絡(luò)的分路由均由光功率分配器等無(wú)源器件實(shí)現(xiàn)

PON主要有光線路終端（OLT），光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光分配網(wǎng)（

ODN）組成。

OLT位于交換局端，通過(guò)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)多種

業(yè)務(wù)的接入

ONU位于用戶端，完成業(yè)務(wù)復(fù)用/解復(fù)用和用戶網(wǎng)絡(luò)接口。

光分配網(wǎng)為OLT和ONU之間的物理連接提供共享光傳輸媒質(zhì)。OLTONUOLT光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

ONUONUONUCable

ONU

ONU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖結(jié)構(gòu)

ONU光纖環(huán)結(jié)構(gòu)?主要問(wèn)題：OLT端成本與ONU數(shù)量有關(guān)，ONU需安裝和維護(hù)光纖對(duì)。這個(gè)結(jié)構(gòu)很少使用。?每個(gè)獨(dú)立的光纖對(duì)可以用光纖環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)替代，一根光纖上可以雙向傳輸，但同一波長(zhǎng)不能同時(shí)傳輸，TDM

WDM?使用雙纖

空分復(fù)用SDM

35最簡(jiǎn)單的PON結(jié)構(gòu)

ONU36

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然PON的分類基于TDM的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（TPON）—

功率分割型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）基于WDM的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WPON）基于波長(zhǎng)路由選擇無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WRPON）.

.OLT.

.Splitter/.

..

.

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然TPON

(PON

for

telephony)

a

broadcast

and

select

PONONU1.3

Laser

ReceiverONU1.3

Laser

ReceiverONU1.3

Laser

Receiver1310/1550

nmmux

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，低速服務(wù)，擴(kuò)容容易，

但受限于OLT中激光器的功率，受到星形耦合

器的功率分束損耗

RN

1.55

Laser

combiner

Receiver

Remote

node?下行:

廣播和選擇性的TDM?上行:

TDMA或者一些多路訪問(wèn)協(xié)議?上行和下行各一個(gè)波長(zhǎng)?ONU需要與通用時(shí)鐘同步

37.

..

..

..

.光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然38WPON——A

broadcast

and

select

WDM

PON下行：

廣播和WDM上行：TDMA下行N個(gè)波長(zhǎng)，上行一個(gè)波長(zhǎng)ONU接收自己信道內(nèi)的數(shù)據(jù)仍然受到星形耦合器的功率分束損耗.ONU

Receiver1Laser

1.3umLaser

1.3um

ONU

ReceiverLaser

1.3um

ONU

Receiver

OLTWDM

Laser

Receiver

1,

2,

…,

N

1.55um

bandRN

Splitter/

combiner

1,

2,

…,

N

1.55um

bandfilter

filter

2filter

N.

.

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然WRPON——Wavelength

routing

WDM

PON.Receiver

LaserReceiver

LaserReceiver

LaserONUONUONU

1

0

2

0

N

0

下行:波長(zhǎng)路由選擇

上行：

TDMA

下行N個(gè)波長(zhǎng)，上行一個(gè)波長(zhǎng)

RN

CO

WDM

Laser

AWG

Receiver

Combiner下行采用波長(zhǎng)路由避免了分光損耗！Not

economical

since

two

expensive

lasers

for

each

ONU.

No

resource

sharing.光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然40PON

的演變

TPON-WPON-WRPON

基于ATM無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（APON）基于以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）基于吉比特以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）????

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

ATM

Passive

Optical

Network

(APON)基于ATM協(xié)議，使用

ATM

信元傳送數(shù)據(jù)1995年提出，作為全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的雛形，1998年，正式通過(guò)，作為全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)采用的標(biāo)準(zhǔn)（ITU-TG.983.1），2000年4月批準(zhǔn)其控制通道規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG.983.2；2001年又發(fā)布了關(guān)于波長(zhǎng)分配的標(biāo)準(zhǔn)：ITU-T

G.983.3，利用波長(zhǎng)分配增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng)。工作原理：下行方向采用點(diǎn)到多點(diǎn)的廣播方式，由ATM交換機(jī)來(lái)的ATM信元先送給OLT，OLT將到達(dá)各個(gè)ONU的下行業(yè)務(wù)組裝成幀，以廣播的方式用1550nm波長(zhǎng)發(fā)送到下行信道上，各個(gè)ONU收到所有的下行信元后，根據(jù)信元頭信息從中取出屬于自己的信元；在上行方向上，來(lái)自網(wǎng)絡(luò)終端的用戶數(shù)據(jù)由相應(yīng)的AAL適配到ATM的格式，再由ONU將ATM信元裝配成APON格式，通過(guò)1310nm波長(zhǎng)傳送。傳送時(shí)，由OLT輪詢各個(gè)ONU，得到ONU的上行帶寬要求，OLT合理分配帶寬后，以上行授權(quán)的形式允許ONU發(fā)送上行信元，即只有收到有效上行授權(quán)的ONU才有權(quán)利在上行幀中占有指定的時(shí)隙。繼承了ATM的支持多業(yè)務(wù)和QoS優(yōu)勢(shì)，但由于業(yè)務(wù)適配復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳送率不高，效率不高，成本也高，沒有得到廣泛的應(yīng)用。

41

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然Ethernet

Passive

Optical

Network

(EPON)?

以以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)?

幀頭包含分配給特定ONU的邏輯鏈路標(biāo)識(shí)?

支持組播?

Static

bandwidth

allocation(SBA)

–

each

user

getsfixed

slot

size?

Dynamic

bandwidthdepends

on

queue

length(request/grant

scheme)OLTONU

2USER

2ONU

1USER

3ONU

3USER

113121312131213121123headerPayloadFCS802.3

frameallocation

(DBA)

–

slot

size

OLTONU

2USER

2ONU

1USER

3ONU

3USER

12333113332111

12333headerPayloadFCS802.3

frametime

slotDownstream

traffic42

Upstream

traffic43??

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

EPON和APON的主要區(qū)別數(shù)據(jù)在EPON中傳輸?shù)陌忾L(zhǎng)度根據(jù)IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議，可擴(kuò)充至1518比特；數(shù)據(jù)在APON中傳輸?shù)陌忾L(zhǎng)度固定為53字節(jié)，其中48字節(jié)為PAYLOAD,5字節(jié)為OVERHEAD。44??

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

APON和EPON之爭(zhēng)APON的發(fā)展目前已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)的烽火通信、華為等廠商都有實(shí)用化的APON產(chǎn)品。但是APON標(biāo)準(zhǔn)缺乏視頻能力、不充分的帶寬、過(guò)于復(fù)雜、造價(jià)過(guò)高等因素，同時(shí)以太網(wǎng)開始進(jìn)入城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)的無(wú)縫連接，人們考慮將以太網(wǎng)和PON相結(jié)合，EPON應(yīng)運(yùn)而生,但EPON也存在著一個(gè)QoS的問(wèn)題。

APON和EPON具有很多PON的共同優(yōu)點(diǎn)，APON和EPON之爭(zhēng)本質(zhì)上是核心網(wǎng)中的ATM和IP之爭(zhēng)在接入網(wǎng)中的繼續(xù)。對(duì)于傳統(tǒng)的電信公司，采用的很可能是APON；而在CATV領(lǐng)域，以及對(duì)于以數(shù)據(jù)為中心的新興的電信公司和運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，可能會(huì)傾向于采用EPON。45??????

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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郝然

(Gigabit

EPON)

GPONGPON最早有FSAN組織于2002年9月提出，ITU-T在此基礎(chǔ)上于2003年3月完成了ITU-TG984.1、984.2制定，2004年完成G984.3標(biāo)準(zhǔn)化，形成GPON的標(biāo)準(zhǔn)族。GPON基本特性是吉比特高速率、高效率和支持多業(yè)務(wù)傳輸，GPON的速率可達(dá)2.5G，而APON和EPON一般為100－1000M;GPON是EPON的擴(kuò)展，除了更高的運(yùn)行速率，多業(yè)務(wù)、運(yùn)行維護(hù)、可擴(kuò)展性等方面較之其它的PON效率更高、表現(xiàn)更優(yōu)，同時(shí)帶寬利用率更高，對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的支持更好

。國(guó)內(nèi)各大廠商都已提供GEPON產(chǎn)品。GPON定了一個(gè)全新的傳輸匯聚層，傳輸匯聚層是GPON的核心，其最大的優(yōu)點(diǎn)是引入了全新的成幀協(xié)議：GEM成幀幀結(jié)構(gòu)，上下行過(guò)程，關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)（測(cè)距，突發(fā)同步等等)可另行查資料46

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然GPON和EPON主要特征比較參數(shù)GPON下行速率1224/2448上行速率155/622/1227/2448線路編碼NRZ分路比64-128最大傳輸距離20TDM支持能力TDM

overGEM/ATM上行可用帶寬1100下行數(shù)據(jù)加密加密EPON125012508B/10B32-6420TDM

over

Ethernet160-860沒定義47

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

實(shí)現(xiàn)PON的關(guān)鍵技術(shù)?

大動(dòng)態(tài)范圍的光接收機(jī)；?

測(cè)距技術(shù)；?

突發(fā)同步技術(shù)；?

安全性問(wèn)題；?

MAC協(xié)議和動(dòng)態(tài)帶寬分配（為了防止不同用戶發(fā)出的數(shù)

據(jù)發(fā)生碰撞）。光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然48????PON

按照ONU所處置不同，光纖深入用戶程度不同，可以分為FTTH，F(xiàn)TTB，F(xiàn)TTCFTTCab

光纖到機(jī)箱，光纖終止與附近的一個(gè)機(jī)箱，距離用戶終端1kmFTTC/FTTB，光纖到路邊，光纖到大樓，光纖深入到距離末端100米以內(nèi)FTTH光纖到戶，光纖直接接到家庭內(nèi)。PON的應(yīng)用49

光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然

Summary?

PON具有帶寬的優(yōu)勢(shì)；?

無(wú)源網(wǎng)絡(luò)提高復(fù)用程度，降低了每用戶的成本；?

與其他寬帶接入技術(shù)如ADSL和HFC相比，需要敷設(shè)全新的光纖

線路；?

期待著PON成為主流的寬帶接入技術(shù)；光纖通信與光網(wǎng)絡(luò)

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第八講

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郝然50自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）

隨著Internet對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的推動(dòng)，人們對(duì)現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)提出了新的更高的要

求，要求光網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r(shí)地動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)資源的最

佳利用——智能光網(wǎng)絡(luò)

ASON最早是2000年3月由ITU-TdeQ19/13研究組提出，目前，無(wú)論技術(shù)研究還是標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程都發(fā)展迅速。

ASON代表智能光網(wǎng)絡(luò)的主流方向，將控制平面和傳送平面、管理平面分離，具有強(qiáng)大的交叉連接能力，具