21-光纖通信系統(tǒng)簡介

城市軌道交通

通信技術通信學院2第二章有線傳輸子系統(tǒng)

引言用戶業(yè)務類型傳輸、交換技術傳輸：PDH、SDH、DWDM交換：電路、報文、分組3通信網(wǎng)構(gòu)架SS7網(wǎng)絡同步網(wǎng)絡電信管理網(wǎng)絡SDH/WDM/IP網(wǎng)絡N-ISDNDDNX.25移動網(wǎng)絡FRCATV網(wǎng)公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)B-ISDN（ATM）PSTN業(yè)務網(wǎng)支撐網(wǎng)傳輸網(wǎng)4傳輸網(wǎng)絡的產(chǎn)生用戶間通過交換設備連接5傳輸網(wǎng)絡的產(chǎn)生多個交換節(jié)點組成的通信網(wǎng)6傳輸網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置接入網(wǎng)接入網(wǎng)CPNCPN

用戶所在地網(wǎng)絡交換機交換機傳輸網(wǎng)用戶所在地網(wǎng)絡傳輸網(wǎng)是由傳輸節(jié)點設備和傳輸介質(zhì)如電纜或光纜等共同構(gòu)成的網(wǎng)絡傳輸網(wǎng)位于交換節(jié)點(分組交換和電路交換）之間及基站與基站控制器之間（接入網(wǎng)設備與端局之間）傳輸網(wǎng)服務于各業(yè)務網(wǎng)和電信支持網(wǎng)，能對業(yè)務進行安全的、長距離、大容量的傳輸7傳輸網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置8傳輸網(wǎng)絡的層次按照所服務的范圍不同分為骨干層一級干線二級干線城域網(wǎng)核心層匯聚層接入層軌道交通系統(tǒng)9調(diào)度系統(tǒng)無線系統(tǒng)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)自動售檢票系統(tǒng)辦公自動化系統(tǒng)列車系統(tǒng)車站設備監(jiān)控系統(tǒng)程控交換機系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)廣播系統(tǒng)應用傳輸網(wǎng)絡平臺旅客信息系統(tǒng)更多的應用101880年，美國科學家貝爾發(fā)明光電話。光通信開始起源發(fā)展。1960年,美國人梅曼發(fā)明第一臺紅寶石激光器。1966年，英籍華人高錕指出：如果能夠減少玻璃中的雜質(zhì)含量，就可以制造出損耗低于20dB/km的光纖。1970年是使光纖通信發(fā)展出現(xiàn)跨越的一年，美國康寧公司研制出了損耗系數(shù)為20dB/km的光纖.同年，美貝爾公司研制出使用壽命長達幾小時的半導體激光器。光纖通信從此進入飛速發(fā)展。光纖通信的發(fā)展史1966---1976年,是從基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期。短波長、低速率、多模光纖，無中繼可達10KM1976---1986年是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為目的和大力推廣的發(fā)展階段。多模到單模光纖通信系統(tǒng)，無中繼可達50-100KM1986----1996年是以實現(xiàn)超大容量超長距離為目標,全面深入開展新技術援救階段。第一節(jié)光纖通信系統(tǒng)簡介11PDH：準同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)；SDH：同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)；MSTP：多業(yè)務傳送平臺DWDM：密集波分復用系統(tǒng)；ASON：自動交換光網(wǎng)絡（智能光網(wǎng)絡）市場需求的發(fā)展凸顯了各項技術的優(yōu)勢，同時也發(fā)現(xiàn)了各項技術的瓶頸。

容量增加/業(yè)務多樣化196680年代94年99年90年代初98年1976DWDM

開始建設SDH標準完善PDH仍為主力實用化產(chǎn)品出現(xiàn)SDH逐步成為傳輸主力設備PDH產(chǎn)品開始規(guī)模使用高錕提出光傳輸理論DWDM規(guī)模建設，全光網(wǎng)試驗MSTP/ASON02年光傳輸技術發(fā)展12一、光纖通信系統(tǒng)組成13

光纖通信系統(tǒng)由電端機、光端機、光纖線路、光中繼器（光放大器）、復用設備組成。

光端機:光發(fā)射機的作用：進行電/光轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換成的光脈沖信號碼流輸入到光纖中進行傳輸。光接收機的作用：進行光/電轉(zhuǎn)換。

光源器件:一般是LED和LD。

光纖:完成光波的傳輸。

電發(fā)射/接收：對電信號進行復用/解復用、放大等處理14光通信系統(tǒng)基本組成二.光纖通信特點151.傳輸頻帶寬，通信容量大2.傳輸損耗低，中繼距離長3.抗干擾能力強，保密性好4.直徑細，重量輕5.材料資源豐富，節(jié)約有色金屬三、

軌道交通通信傳輸系統(tǒng)功能簡介16專用通信傳輸子系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)作為軌道交通信息、控制系統(tǒng)的基礎網(wǎng)絡，是軌道交通專用通信系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng)。

它能夠為專用通信各子系統(tǒng)及自動售檢票（AFC）、信號、辦公自動化（OA）、綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、消防控制系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境控制系統(tǒng)（BAS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）等提供可靠的、冗余的、可重構(gòu)的、靈活的傳輸通道，同時考慮必要的預留通道。其最大特點：承載信息多樣化，既有1.2kb/s～64kb/s等低速率業(yè)務，也有2M～10M/100Mb/s高速率業(yè)務，且不同的業(yè)務其實時性要求也各不相同，充分發(fā)揮光傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勢可為各種信息提供可靠的傳輸通道。

1、基于SDH的MSTP技術1718PDH（準同步數(shù)字傳輸體系）解決的問題實現(xiàn)光傳輸?shù)慕涌跇藴蚀嬖诘钠款i沒有實現(xiàn)標準的全球統(tǒng)一時分復用機制復雜維護管理能力差19SDH（同步數(shù)字傳輸體系）B1B2B3C1C2C3A1A2A3C2A2D2B1C1D1B2A3A1D1D2D3D3B3C3C-4C-3VC-3VC-12VC-11TU-3TU-12TU-11TUG-2TUG-3VC-3VC-4AU-4AU-3STM-Nx3x1xNx3x7x1x3x4139264Kbit/s（E4）ATM44736Kbit/s（T3）34368Kbit/s（E3）2048Kbit/s（E1）1544Kbit/s（T1）AUGC-12C-11RSOHAUpointerMSOHPOH270C424301解決的問題統(tǒng)一標準和幀結(jié)構(gòu)同步復用和兼容PDH強大保護機制開銷和強大的管理能力存在的瓶頸最高傳送速率受限智能化保護機制受限多業(yè)務接口受限20MSTP（多業(yè)務傳送平臺）/ASON（自動光交換網(wǎng)絡）SDHRingVPRingRPRingMSTPNGN綜合接入L2/L3IP/ATMDSLAMBTSNodeBPSTN接入設備業(yè)務接入PSTNGSMATMGSRNGN軟交換3G核心交換業(yè)務傳送ASON通過SDH設備硬件升級實現(xiàn)多業(yè)務接入和智能保護功能21MSTP：基于SDH的多業(yè)務傳送平臺MSTP技術源于同步數(shù)字傳輸體系SDH。

經(jīng)過不斷發(fā)展，已將PDH(準同步數(shù)字傳輸)、SDH、POS(基于SDH的數(shù)據(jù)包)、以太網(wǎng)、ATM異步傳輸模式、RPR彈性分組環(huán)、SHDSL(對稱高速數(shù)據(jù)用戶線)、DDN(數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng))等技術融為一體。

現(xiàn)在的MSTP已經(jīng)能為以太網(wǎng)業(yè)務提供業(yè)務接口，能夠提供多點到多點的連接，具有用戶隔離和帶寬共享等功能。

不同的MSTP業(yè)務處理方式示意圖22MSTP是基于TDM的技術，不能動態(tài)分配信道帶寬，不適合具有“突發(fā)業(yè)務”特點的數(shù)據(jù)業(yè)務。因此，MSTP的主要用途仍然是提供TDM電路。

因此，MSTP技術的傳送業(yè)務是以TDM業(yè)務為主，以數(shù)據(jù)業(yè)務為輔。MSTP技術在城市軌道交通中應用較多，如廣州地鐵的3號線、5號線。目前MSTP設備可以提供的數(shù)據(jù)接入手段主要還是EOS方式，通過SDH的虛容器傳輸以太網(wǎng)幀，為了提高帶寬利用率一般通過802.3的交換進行匯聚，這種方式帶來的問題主要有：1、配置復雜：站點與站點間的業(yè)務配置需要一一配置，中間經(jīng)過的站點需要配置直通，網(wǎng)絡復雜時配置以及維護工作量很大；2、缺少共享的特性：業(yè)務之間通過VC連接，這些鏈接作為一條業(yè)務的承載體無法與其它鏈接共享自身帶寬；3、帶寬利用率較低：為了防止廣播風暴，需要運行STP協(xié)議，部分帶寬無法充分利用；另外因其自身無快速保護機制（STP秒級保護太慢），需要利用SDH的保護，而SDH的保護速度雖快卻要浪費50％的帶寬；23MSTP的問題（補充了解）4、對匯聚比的要求：在匯聚型的網(wǎng)絡中，需要單板具有眾多系統(tǒng)方向以完成各個站點到匯聚站點的鏈接請求；5、組建環(huán)網(wǎng)時對QOS較難保證：EOS設備雖然可以通過組建以太環(huán)網(wǎng)部分避免以上問題，但802.3的網(wǎng)絡天生就不是為環(huán)網(wǎng)設計的，所以組建環(huán)網(wǎng)時，以上問題仍很難避免，同時還將帶來上下游站點間業(yè)務互相影響的問題，QOS無法保證，至今很少有這樣應用。而這些問題也就是RPR技術需要解決的問題。24ATM(異步傳輸模式)：在20世紀80年代為多種業(yè)務設計的實現(xiàn)B-ISDN(寬帶綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng))業(yè)務定義的數(shù)據(jù)傳輸核心技術。是一種基于統(tǒng)計復用的通用的面向連接的傳輸模式技術。ATM將數(shù)據(jù)分割成固定長度的基本單位信元（53個字節(jié)其中5B為信元頭，用來承載該信元的控制信息；48B為信元體，用來承載用戶要分發(fā)的信息。）的一種分組交換和復用技術。通過虛連接進行交換。ATM集交換、復用、傳輸為一體，在復用上采用的是異步時分復用方式，通過信息的首部或標頭來區(qū)分不同信道。3、ATM技術25ATM真正具有電路交換和分組交換的雙重性:ATM面向連接,它需要在通信雙方向建立連接,通信結(jié)束后再由信令拆除連接。

但它摒棄了電路交換中采用的同步時分復用，改用異步時分復用，收發(fā)雙方的時鐘可以不同，可以更有效地利用帶寬。信頭部分包含了選擇路由用的VPI（虛通道標識符）/VCI（虛通路標示符）信息，因而它具有分組交換的特點。它是一種高速分組交換，在協(xié)議上它將OSI第二層的糾錯、流控功能轉(zhuǎn)移到智能終端上完成，降低了網(wǎng)絡時延，提高了交換速度。26適用于：LAN和WAN，具有高速數(shù)據(jù)傳輸率，支持多種類型如聲音、數(shù)據(jù)、傳真、實時視頻、CD質(zhì)量音頻和圖像的通信。是多媒體信息傳輸?shù)妮^佳支撐技術。通過ATM技術可完成企業(yè)總部與各辦事處及公司分部的局域網(wǎng)互聯(lián)，從而實現(xiàn)公司內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送、企業(yè)郵件服務、話音服務等等，并通過上聯(lián)INTERNET實現(xiàn)電子商務等應用。由于ATM采用統(tǒng)計復用技術，且接入帶寬突破原有的2M，達到2M-155M，因此適合高帶寬、低延時或高數(shù)據(jù)突發(fā)等應用。ATM在城軌交通中使用，主要采用ATM網(wǎng)絡實現(xiàn)CCTV視頻的傳輸和切換。27ATM的技術特點：能根據(jù)業(yè)務的需求分配網(wǎng)絡帶寬，使得網(wǎng)絡帶寬的利用率提高：具有嚴格的服務質(zhì)量保障，有良好的流量控制均衡能力及故障恢復能力，網(wǎng)絡可靠性高。ATM在城軌中也有應用案例：在北京八通線中，傳輸系統(tǒng)采用SDH和ATM兩種技術，SDH用于傳統(tǒng)的2M電路業(yè)務，ATM用于承載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)以及視頻圖像業(yè)務。28

其特征：基于信元的分組交換技術；快速交換技術；面向連接的信元交換；預約帶寬。

其優(yōu)點：吸取電路交換實時性好，分組交換靈活性強的優(yōu)點；采取定長分組（信元）作為傳輸和交換的單位；具有優(yōu)秀的服務質(zhì)量；目前最高的速度為10GB/S,即將達到40GB/S.

其缺點：信元首部開銷太大；技術復雜且價格昂貴；信息傳輸存在一定的時延、抖動及丟包等現(xiàn)象；在話音通信方面，主要采用電路仿真方式；在LAN(局域網(wǎng))領域由于千兆位以太網(wǎng)的崛起，ATM的優(yōu)勢不復存在；在廣域網(wǎng)領域，ATM受到來自IP(網(wǎng)間互連協(xié)議)技術的競爭29302、OTN技術:what,why,forwhom?基于光纖的傳輸系統(tǒng)

用于語音、數(shù)據(jù)、LAN和視頻

具有獨特功能

市場定位明確OTN是什么?學習安裝使用維護管理任何設備任何服務任何距離零故障時間關鍵成功因素有哪些？

簡單多樣化

永不停頓客戶群?OTN客戶分布M3APEI工業(yè)鐵路地鐵電力管道機場采礦業(yè)高速公路31OTN(開放式傳輸網(wǎng)絡)是德國西門子公司開發(fā)的光纖傳輸系統(tǒng)。

它采用了TDM時分復用技術，屬于同步傳輸體系。OTN系統(tǒng)提供豐富的接口板卡業(yè)務，對于軌道交通傳輸系統(tǒng)承載的業(yè)務無需再加接口轉(zhuǎn)換設備，直接接入即可連接組網(wǎng)，網(wǎng)絡設備簡單。

OTN的組成OTN系統(tǒng)32OTN跨越了傳統(tǒng)的電域(數(shù)字傳送)和光域(模擬傳送)，是管理電域和光域的統(tǒng)一標準。

OTN處理的基本對象是波長級業(yè)務，它將傳送網(wǎng)推進到真正的多波長光網(wǎng)絡階段。由于結(jié)合了光域和電域處理的優(yōu)勢，OTN可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長/子波長連接以及電信級的保護，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務的最優(yōu)技術。33特點：

兼容了SDH/MSTP相應的光接口標準；確保與SDH/MSTP設備在相應速率上的光口互聯(lián)；突破SDH/MSTP單個環(huán)內(nèi)16個網(wǎng)元的限制。34

光纜設施

節(jié)點（中接站）網(wǎng)絡監(jiān)控中心一個OTN網(wǎng)絡組成Interface各類業(yè)務接口卡35OTN-150,-600and-2500OTN-150,-600and-2500OTN-X3M2500and-622OTN-X3M2500and-622OTN-600N215N22N2011N415N42OTN節(jié)點機種類36點對點環(huán)星型鏈環(huán)PatchPanelOTN常用的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)37OTN系統(tǒng)開發(fā)了與SDH相連的接口節(jié)點設備，使OTN設備與標準通用傳輸設備的互連互通成為可能。由于OTN系統(tǒng)能夠提供豐富的業(yè)務接口，使其在專用網(wǎng)絡中應用很多，在城市軌道交通中的應用案例也很多，如北京地鐵、天津輕軌、廣州地鐵、上海地鐵、深圳地鐵、重慶輕軌等。38地鐵中的OTN主站主站車站車站車站SCADActrlMonitorsTicketSCADATicket車站SCADATicketctrlSCADATicket主站SCADATicketPassengerInfoTicketSCADATicketSCADA4、RPR技術39SDH：作為TDM通道，對分組業(yè)務的支持較差，資源利用率不高，用其組建城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)較復雜，很難做到帶寬共享，一般僅用于在原有的TDM網(wǎng)絡中補充數(shù)據(jù)業(yè)務；ATM：雖然在QoS等方面有一定優(yōu)勢，但其技術的復雜度導致了昂貴的價格和較高的信元開銷，并且與網(wǎng)絡的IP化發(fā)展不相一致；以太網(wǎng)技術：作為一種廉價、相對簡單的技術，廣泛應用于局域網(wǎng)中，但其缺乏有效的QoS、網(wǎng)絡恢復與保護以及網(wǎng)管機制，不能滿足電信營運的需要；RPR技術：于2000年提出，主要是為了解決城域網(wǎng)中已較大規(guī)模應用的SDH、ATM以及以太網(wǎng)技術的一些局限。RPR參照了SDH與以太網(wǎng)技術的優(yōu)勢，通過使用環(huán)的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)帶寬的共享與保護。RPR綜合了SDH、以太網(wǎng)、MPLS(多協(xié)議標簽交換)、ATM、WDM(波分復用)等協(xié)議和技術的優(yōu)點，為數(shù)據(jù)業(yè)務提供了一種優(yōu)化的解決方案。RPR組網(wǎng)方案可保證語音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務在統(tǒng)一的平臺上傳輸。由于RPR是一種較新的技術，目前在國內(nèi)城市軌道交通領域已有應用案例，如廣州地鐵公安通信傳輸系統(tǒng)一直采用RPR技術。由于RPR在支持數(shù)據(jù)及視頻業(yè)務方面的優(yōu)勢，使其在網(wǎng)絡及各種運營商領域廣泛運用。40較高的帶寬效率：傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡需要環(huán)帶寬的50%作為冗余，RPR則不然，它保持了類似于SDH中APS的保護機制，利用兩個反向的環(huán)來保護業(yè)務，同時還允許數(shù)據(jù)業(yè)務流在源節(jié)點和目的節(jié)點之間的環(huán)上全速傳輸，不需要保留50%的帶寬。使用的是空間重用技術，目的節(jié)點從環(huán)中剝離到達本點的數(shù)據(jù)幀后就不再占用環(huán)的帶寬，釋放給下游段使用。較公平的帶寬分配協(xié)議（QoS的保證）：通過簡單有效的公平算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的帶寬共享。因為在網(wǎng)絡中，用戶接入端的通信業(yè)務量從本質(zhì)上來說是突發(fā)性的，而網(wǎng)絡核心部分的業(yè)務量較為平穩(wěn)，所以具有一定的可預測性。RPR通過業(yè)務的分級可以允許營運商只在帶寬有空余時，才提供優(yōu)先級較低的網(wǎng)絡接入服務（如一些數(shù)據(jù)業(yè)務），充分利用了這些業(yè)務量所固有的特性。也可以避免上下游站點間的帶寬不公平。RPR的特點41快速的保護機制：

RPR可以提供50ms的業(yè)務保護，這與SDH的APS相類似。與SDH網(wǎng)絡的無縫連接：內(nèi)嵌于SDH的RPR系統(tǒng)在組網(wǎng)方面可以與SDH網(wǎng)絡無縫連接：SDH的網(wǎng)絡一般以環(huán)網(wǎng)為主，RPR需要的正好也是環(huán)的結(jié)構(gòu)，因此可以實現(xiàn)無縫的連接，充分利用環(huán)網(wǎng)的帶寬，而不像已有的MSTP一樣需要通過STP協(xié)議或手工配置在SDH環(huán)網(wǎng)中防止業(yè)務成環(huán)，有時會因此浪費掉一部分帶寬。簡單的業(yè)務配置：

RPR的目標之一是分布式接入。

分布式接入、快速保護和業(yè)務的自動重建為節(jié)點的快速插入和刪除提供了即插即用機制。RPR也是一項在環(huán)內(nèi)使用共享帶寬的分組交換技術，每一個節(jié)點都知道環(huán)的可用容量。在傳統(tǒng)的電路交換模式下，全網(wǎng)的每個連接都需要點到點的一一配置，而RPR只需要配置一下接入端與環(huán)的連接關系，不需要配置環(huán)內(nèi)各點之間如何相連，業(yè)務如何流向，這樣就大大簡化了工作。另外這樣的業(yè)務配置也避免了傳統(tǒng)的EOS設備中存在的匯聚比的問題，在忽略帶寬限制的前提下，RPR幾乎可以做到無限的匯聚比。42RPR技術中采用了空間重用協(xié)議（SpatialReuseProtocol簡稱SRP）?？臻g重用：指在空間上沒有重復的業(yè)務流可以互不影響地利用各自的線路帶寬，正常情況下數(shù)據(jù)在源節(jié)點和目標節(jié)點之間的最短弧上傳輸，同一時間可以有多個節(jié)點相互通信。這樣，許多節(jié)點可以同時收發(fā)分組，提高了環(huán)帶寬的利用率，特別在環(huán)上節(jié)點數(shù)較多的情況下，帶寬的利用率改善尤為明顯?？臻g重用協(xié)議（補充了解）43四、傳輸技術選擇（綜合比較）（補充了解）44

MSTPMPLSRPROTN網(wǎng)絡特性基于SDH的多業(yè)務傳輸平臺多協(xié)議鏈路交換，通常指支持IP/MPLS業(yè)務的多業(yè)務路由器，主要針對數(shù)據(jù)業(yè)務彈性分組環(huán)，通常RPR設備指以RPR為核心的多業(yè)務彈性分組數(shù)據(jù)傳送平臺，主要針對數(shù)據(jù)業(yè)務綜合業(yè)務傳輸系統(tǒng)光接口及網(wǎng)絡互聯(lián)標準的STM-1/4/16/64光接口通常以Ethernet端口為線路端口（如GE,10GE），也可使用2.5G/10GSDH作為線路口通常以Ethernet為線路端口（如GE,10GE），也可使用2.5/10GSDH作為線路接口。提供標準的STM-1/4/16/64光接口實現(xiàn)與SDH的互聯(lián)業(yè)務支持能力主要針對2M業(yè)務，支持以太網(wǎng)業(yè)務，并通過外部復用設備，支持音頻和視頻業(yè)務；主要針對數(shù)據(jù)業(yè)務(FE,GE)等，也可通過一些仿真(PWE3,偽線)，支持一些低帶寬的PDH/SDH業(yè)務主要針對數(shù)據(jù)業(yè)務，也可通過CES電路仿真技術提供一些低帶寬的PDH/SDH業(yè)務主要針對綜合業(yè)務，支持以太網(wǎng)、語音、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務系統(tǒng)可擴展性擴展性較差，一個環(huán)最多不超過16個節(jié)點，增加節(jié)點方式復雜易擴展，當網(wǎng)絡規(guī)模過大時，保護性能將受影響，管理復雜度增加支持255個環(huán)上節(jié)點，組網(wǎng)不靈活，只能支持環(huán)型組網(wǎng)，跨環(huán)業(yè)務標準尚未確立易擴展，單環(huán)支持250個節(jié)點，擴展簡便，支持跨環(huán)組環(huán)結(jié)構(gòu)TDM點對點方式，物理層成環(huán)，MAC層為樹型結(jié)構(gòu)物理環(huán)，網(wǎng)狀網(wǎng)物理層及MAC層皆可成環(huán)TDM總線方式，物理層及MAC層皆可成環(huán)綜合比較45