《光纖通信技術》PPT課件.ppt

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問題的提出,如何解決電信號處理信息速率的限制？如何降低目前日益增加的傳送網(wǎng)節(jié)點的復雜性？,統(tǒng)一的支撐網(wǎng)絡架構（對傳送功能的要求）和高效的帶寬集散能力（對交換功能的要求）代表了未來信息網(wǎng)絡的主要特征。目前，只有光傳送網(wǎng)（光聯(lián)網(wǎng)）方案才可能承擔這樣的重任。,為什么？,3.7.3光傳送網(wǎng)的分層結構,,,,3.7.4光傳送網(wǎng)的節(jié)點技術,3.7.1光傳送網(wǎng)的引入,3.7光傳送網(wǎng)技術,3.7.2光傳送網(wǎng)的特點,光纖擁有約30THz的巨大潛在帶寬容量，光纖通信是未來電信骨干網(wǎng)最重要的傳輸技術?，F(xiàn)階段，以電時分復用為基礎的單信道光同步數(shù)字傳送系統(tǒng)（SDH），其商用化速率已達到40Gb/s，接近電子處理極限，仍不能滿足通信帶寬需求；20世紀90年代中后期，WDM商用系統(tǒng)傳輸容量已達到1.6Tb/s，試驗系統(tǒng)則超過10Tb/s；傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡盡管可以有效解決超高速傳輸問題，但是節(jié)點間的信息交換仍然是純電子式的；隨著網(wǎng)絡容量呈幾何級數(shù)增長，節(jié)點規(guī)模將變得日益龐大和復雜。因此，提出了光傳送網(wǎng)的概念。,3.7.1光傳送網(wǎng)的引入(1),1.WDM的技術優(yōu)點超大容量傳輸。充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，降低成本；可同時傳輸多種不同類型的信號，實現(xiàn)多媒體信號的混合傳輸；可實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸。平滑擴容、升級，各信道透明傳輸。適應未來全光網(wǎng)建設的要求。,3.7.1光傳送網(wǎng)的引入(2),2.光通信網(wǎng)絡的發(fā)展和演變,(1)電網(wǎng)絡電網(wǎng)絡采用電纜將網(wǎng)絡節(jié)點互連在一起，網(wǎng)絡節(jié)點采用電子交換節(jié)點，是上世紀80年代以前廣泛使用的網(wǎng)絡。,(2)光電混合網(wǎng)光電混合網(wǎng)在網(wǎng)絡節(jié)點之間用光纖取代了傳統(tǒng)的電纜，實現(xiàn)了節(jié)點之間的全光化。這是目前廣泛采用的通信網(wǎng)絡。,,,,,,,,,光電混合網(wǎng)絡,,,,,,,電交換節(jié)點,光纖,電纜,,指信號以光的形式穿過整個網(wǎng)絡，直接在光域內(nèi)進行信號的傳輸、再生、光交叉連接(OXC)，光分叉復用(OADM）和交換／選路，中間不需經(jīng)過光電、電光轉換。全光網(wǎng)絡不受檢測器、調制器等光電器件響應速度的限制，對比特速率和調制方式透明，可以大大提高整個網(wǎng)絡的傳輸容量和交換節(jié)點的吞吐量。它強調網(wǎng)絡的全光特性，嚴格地說在此網(wǎng)內(nèi)不應該有光電轉換，所有對信號的處理全在光域內(nèi)進行。,(3)全光網(wǎng)絡AON(ALLOpticalNetwork),(4)光傳送網(wǎng)（OTN）OpticalTransportNetwork光信號固有的模擬特性和光器件的水平，目前在光域內(nèi)很難完成3R中繼功能（即再定時、整形和放大），人們暫時放下了全光網(wǎng)的追求，轉而用“光傳送網(wǎng)”來代替.子網(wǎng)內(nèi)全光透明，而在子網(wǎng)邊界處采用O/E/O技術。全光網(wǎng)己被ITU-T定義為光傳送網(wǎng)。光傳送網(wǎng)是在現(xiàn)有的傳送網(wǎng)中加入光層，提供光交叉連接和分插復用功能，提供有關客戶層信號的傳送、復用、選路、管理、監(jiān)控和生存性功能。由于全光通信網(wǎng)在光域上進行交叉連接和分插復用，大大提高整個網(wǎng)絡的傳輸容量和節(jié)點的吞吐容量。光傳送網(wǎng)成為20世紀90年代中期以后光網(wǎng)絡的研究熱點。,,(1)IPoverWDM(InternetProtocoloverWavelengthDivisionMultiplexing)1998年，全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)業(yè)務量已經(jīng)超過傳統(tǒng)的話音業(yè)務量。隨著IP流量的迅猛發(fā)展和傳送方式的成功，IP將成為未來傳送網(wǎng)絡業(yè)務的主要承載方式。WDM具有驚人的傳送能力，成為構建下一代傳送網(wǎng)絡最有潛力的技術之一。因此，光網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的融合成為必然的發(fā)展趨勢。鑒于WDM技術能提供巨大的帶寬，已經(jīng)無可爭議地成為骨干網(wǎng)絡中最為主要的傳輸技術，因此，如何在WDM之上高效地承載IP業(yè)務就成為最熱門的重點研究課題。,3.光通信的另一重大變革：光網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)的融合及光網(wǎng)絡向智能化的發(fā)展。,(2)IP在WDM上的適配技術①IPoverATM20世紀90年代中期，一些因特網(wǎng)業(yè)務提供商在他們的核心網(wǎng)絡中引人IPoverATM的模式，以適應網(wǎng)絡業(yè)務的爆炸性增長。IPoverATM的基本原理為：將IP數(shù)據(jù)包在ATM層封裝為ATM信元，數(shù)據(jù)以ATM信元的形式在信道中傳輸。當網(wǎng)絡中的交換機接收到一個IP數(shù)據(jù)包時，它首先根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的IP地址進行處理，按路由轉發(fā)。隨后，按已計算的路由在ATM網(wǎng)上建立VC。以后的數(shù)據(jù)包將在此VC上以直通方式傳輸而不再經(jīng)過路由器的地址解析處理，從而有效地解決了IP路由器的“瓶頸”問題，提高了IP數(shù)據(jù)包的交換速度。IP和ATM的結合是面向連接的ATM與無連接IP的統(tǒng)一，也是選路與交換的優(yōu)化組合，但其網(wǎng)絡結構復雜，功能重復，開銷損失達20%以上，網(wǎng)絡擴展性也差。,②IPoverSDH/SONETSDH/SONET是目前網(wǎng)絡中應用最為廣泛的傳輸技術，能夠提供多種不同速率的復用和業(yè)務整合功能，具有強大的故障恢復和保護功能。IP與SDH/SONET的結合是將IP數(shù)據(jù)報通過PPP/LAPS/SDL/GFP等協(xié)議直接映射到SDH/SONET幀，去除了中間的ATM層，從而保留了Internet的無連接特征，簡化了網(wǎng)絡體系結構，提高了傳輸效率。IP與SDH/SONET的結合易于兼容不同技術體系和實現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)，是一種較現(xiàn)實、高效的IP傳送方式，目前已在實際應用中獲得較大的成功。Point-to-PointProtocol，GFP:GeneralizedFrameProtocolLAPS:LinkAccessProcedure-SDHSDL:SimpleDataLinkProtocol,③IPoverGE(GigabitEthernet千兆以太網(wǎng))以太網(wǎng)占據(jù)了全世界LAN的85%以上。1995年IEEE正式通過802.3u快速以太網(wǎng)標準，1998年802.3z千兆以太網(wǎng)標準，2002年6月，802.3ae10G標準的發(fā)布。由于以太網(wǎng)技術具有共享性、開放性，加上設計技術上的一些優(yōu)勢（如結構簡單、算法簡潔、良好的兼容性和平滑升級），以及傳輸速率的大幅提高，20世紀90年代以來，以太網(wǎng)得到了前所未有的大規(guī)模應用。使用新的以太網(wǎng)標準可用來把大容量的LAN擴展成為MAN，甚至可擴展成為WAN。路由器中的吉比特線路卡提供與SDH相當?shù)娜萘?，花費只是其六分之一左右。LAN:LocalAreaNetwork;MAN:MetropolitanAreaNetworkWAN:WideAreaNetwork,路由器中的吉比特線路卡提供與SDH相當?shù)娜萘?，花費只是其六分之一左右。在這種情況下，還需要SDH嗎？尤其是10G路由器已經(jīng)出現(xiàn)，100G的路由器也已提上日程，SDH的裝載容量已不能滿足高速路由器的出口速率要求，顯然直接給路由器適配波長進入WDM網(wǎng)絡，不再進入SDH網(wǎng)絡是可行的，這就出現(xiàn)了OTN的組網(wǎng)形式。,④IPoverWDMIPoverATM以及IPoverSDH都是在已廣泛應用的技術基礎上提供對IP業(yè)務的傳輸，但它們的最初設計目標不是針對IP業(yè)務。ATM的目標是承載多業(yè)務、提高網(wǎng)絡吞吐量和QOS保證；SDH的目標則主要是針對電路交換式業(yè)務提供高容量的傳輸；它們都不是很有效的IP到WDM的適配方式。如何將IP和WDM廉價的帶寬很好地結合是我們關心的問題。目前普遍認為簡化IP到WDM的適配過程是未來網(wǎng)絡體系結構的發(fā)展趨勢，在IP層和WDM光層之間只需要一個合適的適配層。,(3)IPoverOTN是未來組網(wǎng)的主要形式隨著寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務的大力驅動和OTN技術的日益成熟，采用OTN技術構建更為高效和可靠的傳送網(wǎng)是OTN技術必然的發(fā)展結果?，F(xiàn)有城域核心層及干線的SDH網(wǎng)絡適合傳送的主要為TDM業(yè)務，而目前迅猛增加的主要為具備統(tǒng)計特性的數(shù)據(jù)業(yè)務，因此在這些網(wǎng)絡層面后續(xù)的網(wǎng)絡建設不可能大規(guī)模新建SDH網(wǎng)絡，但WDM網(wǎng)絡的規(guī)模建設和擴容不可避免，IP業(yè)務可通過POS接口或者以太網(wǎng)接口直接上載到OTN。對于現(xiàn)有WDM系統(tǒng)新建或擴容的傳送網(wǎng)絡，在省去SDH網(wǎng)絡層面以后，至少應支持基于G.709開銷的維護管理功能和基于光層的保護倒換功能，也就是說，OTN網(wǎng)絡替代了SDH網(wǎng)絡相應的功能。WDM網(wǎng)絡則應逐漸升級過渡到OTN網(wǎng)絡，而基于OTN技術的組網(wǎng)則應逐漸占據(jù)傳送網(wǎng)主導地位。,4.光傳送網(wǎng)的概念,光傳送網(wǎng)是一種以波分復用與光信道技術為核心的新型通信網(wǎng)絡傳送體系，它由光分叉復用、光交叉連接、光放大等網(wǎng)元設備組成，具有超大傳送容量、對承載信號語義透明性及在光層面上實現(xiàn)保護和路由的功能，是光互聯(lián)網(wǎng)絡的基礎結構。,光傳送網(wǎng)(OTN)是繼PDH、SDH之后的新一代數(shù)字光傳送技術體制，它能解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡無波長/子波長業(yè)務調度能力、組網(wǎng)能力弱、保護能力弱等問題。OTN以多波長傳送、大顆粒調度為基礎，綜合了SDH的優(yōu)點及WDM的優(yōu)點，可在光層及電層實現(xiàn)波長及子波長業(yè)務的交叉調度，并實現(xiàn)業(yè)務的接入、封裝、映射、復用、級聯(lián)、保護/恢復、管理及維護，形成一個以大顆粒寬帶業(yè)務傳送為特征的大容量傳送網(wǎng)絡。OTN是一種新型通信網(wǎng)絡傳送體系，不僅兼容采用標準的WDM傳輸系統(tǒng)，同時還支持靈活的光分插復用、光交叉連接等組網(wǎng)功能，提供了一種用于管理多波長、多光纖網(wǎng)絡帶寬資源的、經(jīng)濟有效的技術手段。目前，光傳送網(wǎng)正在從電聯(lián)網(wǎng)逐步向光聯(lián)網(wǎng)演進。,3.7.2光傳送網(wǎng)的特點,OTN是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡，主要功能包括傳送、復用、選路、監(jiān)視和生存性等。OTN處理的最基本的對象是光波長，客戶層業(yè)務以光波長形式在光網(wǎng)絡上復用、傳輸、放大，在光域上分插復用和交叉連接，為客戶信號提供有效和可靠的傳輸。主要特點：(1)多種客戶信號封裝和透明傳輸基于ITU-TG.709的OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、GE和10GE等。目前對于SDH和ATM可實現(xiàn)標準封裝和透明傳送，但對于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。,,(2)大顆粒的帶寬復用、交叉和配置OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通道數(shù)據(jù)單元（ODUk，k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調度顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務的適配和傳送效率顯著提升。在OTN大容量交叉的基礎上，通過引入ASON智能控制平面，可以提高光傳送網(wǎng)的保護恢復能力，改善網(wǎng)絡調度能力。,,(3)強大的開銷和維護管理能力OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通道(OCh)層的OTN幀結構大大增強了該層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時，采取端到端和多個分段同時進行性能監(jiān)視的方式成為可能。OTUk層的段監(jiān)測字節(jié)（SM）可以對電再生段進行性能和故障監(jiān)測；ODUk層的通道監(jiān)測字節(jié)（PM）可以對端到端的波長通道進行性能和故障監(jiān)測。,(4)增強了組網(wǎng)和保護能力,通過OTN幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器（ROADM）的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了基于SDHVC-12/VC-4調度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯（FEC）技術的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務保護功能，如基于ODUk層的光子網(wǎng)連接保護（SNCP）和共享環(huán)網(wǎng)保護、基于光層的光通道或復用段保護等，但目前共享環(huán)網(wǎng)技術尚未標準化。,3.7.3光傳送網(wǎng)的分層結構,WDM光傳送網(wǎng)是用光波長作為最基本交換單元的交換技術，來替換傳統(tǒng)交換節(jié)點中以時隙為交換單位的時隙交換技術，客戶信號以波長為基本單位來完成傳送、復用、路由和管理。WDM光傳送網(wǎng)是隨著WDM技術的發(fā)展，在SDH網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展起來的，通過引入光節(jié)點，在原有的分層結構中引入光層。兩者的不同如圖所示。,,,,WDM光傳送網(wǎng)是在傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡中引入光層，光層負責傳送電層適配到物理媒質層的信息。它可以細分為三個子層：從上到下依次為光信道層(OCh)網(wǎng)絡光復用段層(OMS)網(wǎng)絡光傳輸段層(OTS)網(wǎng)絡。相鄰的層網(wǎng)絡形成客戶/服務者關系，每一層網(wǎng)絡為相鄰上一層網(wǎng)絡提供傳送服務，同時又使用相鄰的下一層網(wǎng)絡所提供的傳送服務。,(1)光信道層（OpticalChannelLayer，OCh）,光通道層為數(shù)字客戶層信號提供端到端的透明光傳輸。根據(jù)G.709的建議，OCh層又可以進一步分為三個子層，分別是光通道的凈荷單元(OPUk）光通道的數(shù)據(jù)單元(ODUk)光通道的傳輸單元(OTUk)。這種子層的劃分方案既是多協(xié)議業(yè)務適配到光網(wǎng)絡傳輸?shù)男枰?，也是網(wǎng)絡管理和維護的需要。,光信道層上應實現(xiàn)的功能:封裝客戶層信號，建立光信道.處理光信道開銷，為數(shù)字客戶層信號提供端到端的透明光傳輸.提供用于光信道的連續(xù)性監(jiān)視和連通性監(jiān)視。以保證創(chuàng)建預期的光信道，并且監(jiān)視創(chuàng)建光信道的工作狀態(tài)和傳輸特性。在網(wǎng)絡故障情況下，通過重新選路或者直接把工作業(yè)務切換到預定的保護路由來實現(xiàn)網(wǎng)絡業(yè)務的保護／恢復。,(2)光復用段層(OpticalMultiplexingSectionLayer,OMSn),光復用段層為多波長信號提供網(wǎng)絡連接功能，保證多波長光信號的完整傳輸。該層網(wǎng)絡的功能包括：①光復用段層開銷處理，保證多波長光復用段適配信息的完整性。②實施光復用段監(jiān)控功能，解決復用段生存性問題。③實現(xiàn)光復用段層的操作和管理。,(3)光傳輸段層(OpticalTransmissionSectionLayer，OTSn),光傳輸段層為光復用段的信號在不同類型的光媒質（如G.652,G.653,G.655光纖等）上提供傳輸功能。OTS層應具備的功能：①接收OMS層的適配信息，加入OTS路徑終端開銷，產(chǎn)生光監(jiān)控信道，并把光監(jiān)控信號與主信號復用在一起。②接收傳輸段層網(wǎng)絡信息，重新調節(jié)信息以補償在物理媒質傳輸過程中產(chǎn)生的信號劣化，從主光信號中抽取光監(jiān)控信道，處理光監(jiān)控信道中包含的OTS路徑終端開銷，并把適配信息輸出。③實現(xiàn)對光放大器或中繼器的檢測和控制。④傳輸缺陷的檢測和指示。⑤傳輸質量的評估。,光傳送網(wǎng)的分層結構和連接類型,圖：光傳送網(wǎng)的分層結構示意圖,3.7.4光傳送網(wǎng)的節(jié)點技術,WDM光傳送網(wǎng)的透明性、可擴展性、可重構型等特點要依靠器件來實現(xiàn)。光網(wǎng)絡的節(jié)點技術是網(wǎng)絡技術的核心。光節(jié)點的引入，可以實現(xiàn)信號在光域上交換和選擇路由，使得光域聯(lián)網(wǎng)成為可能。目前，光網(wǎng)絡節(jié)點可以分為兩類：光分叉復用器(OADM)光交叉連接器(OXC),,(1)光分叉復用器(OADM)OADM的基本功能是從傳輸設備中有選擇的下路、上路，或僅僅直接通過某個波長信號，同時不影響其他波長信道的傳輸。OADM在光域內(nèi)實現(xiàn)傳統(tǒng)電SDH分叉復用在時域內(nèi)完成的功能，而且具有透明性，可以處理任何格式和速率的信號。,(1)光交叉連接器(OXC)OXC的功能與SDH中的數(shù)字交叉連接設備類似，不同點是在光域上直接實現(xiàn)高速光信號的路由選擇、網(wǎng)絡恢復等，無需進行O/E/O轉換和電處理，是全光網(wǎng)絡的核心器件。OXC光交換單元可采用兩種基本交換機制，即：空間交換波長交換實現(xiàn)空間交換可采用各種類型的光開關，實現(xiàn)波長交換可采用各種類型的波長交換器。,利用OADMOXC構建WDM網(wǎng)絡,OADM:OpticalAdd-DropMultiplexer,,OXC:OpticalCrossConnection,本章小結(1),光纖通信系統(tǒng)的組成光纖光發(fā)送機光接收機光纖的導光原理射線光學分析法波動光學分析法光纖的主要傳輸特性損耗色散非線性效應,光發(fā)送機的主要作用是將電信號變換為光信號，并耦合進光纖進行傳輸，半導體激光器和發(fā)光二極管是最常用的光源，光發(fā)送機的主要性能指標有發(fā)光功率、消光比及光譜特性光接收機的主要作用是將經(jīng)過光纖傳輸?shù)奈⑷豕庑盘栟D換為電信號，并放大、再生成原發(fā)射信號。光電二極管和雪崩光電二極管是最常用的光檢測器。光接收機的主要指標有光接收機的靈敏度和動態(tài)范圍。強度調制-直接檢測(IM-DD)光纖通信系統(tǒng)是最常用、最基本、最主要的方式。光纖通信新技術：光放大技術，光波分復用技術，光傳送網(wǎng)。,本章小結(2),課堂練習,1、試說明光纖通信的實用化得益于哪兩個關鍵問題的解決？2、光纖通信系統(tǒng)的基本組成部分是什么？并說明各部分的作用。3、說明光纖的結構。4、什么是階躍型多模光纖和漸變型多模光纖？它們各自的特點是什么？5、說明光纖通信的特點。(指出三個特點即可),思考題,簡述傳送網(wǎng)的演變過程。,