光纖通信網(wǎng)絡

1、光交換技術光交換的來源以電子技術為基礎的交換方式，交換容量都要受到“電子瓶頸”的限制，難以完成增長的高速寬帶信號交換的要求光交換則具有光開關速度快(10-15秒)、電磁兼容性好、頻寬、低損耗和串擾小、互連能力強、簡單、低成本等光交換是實現(xiàn)大容量寬帶高速交換功能的重要手段第一步進行電控光交換，即信號交換在全光水平上，而光器件的控制仍電子電路完成 第二步為全光交換技術，即邏輯、控制和交換均由光子完成。目前距離商用還很早 光交換的類型光交換技術可以分成光路交換和分組交換光路交換方式又可分成三種交換網(wǎng)絡，即空分(SD)、時分(TD)和波分/頻分(WD/FD)光交換網(wǎng)絡，以及由這些交換網(wǎng)組合而成的結合型

2、光分組交換中，異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)是近來廣泛研究的一種光交換方式，它的特征是對叫做信元的短脈沖串進行硬件交換 空分交換構成一個光交換系統(tǒng)的最簡單方法是用光開關 ，這是空分交換耦合波導開關的結構和工作模式 在鈮酸鋰基片上進行鈮擴散以形成兩個相距很近的光通路，通過這兩條波導的光束將發(fā)生能量交換 在控制端不加電壓時在兩個通道上的光信號都會完全耦合接另一個通道上去，從而形成光信號的交叉連接狀態(tài)當控制端加上適當?shù)碾妷汉螅詈辖恿硪粋€通道上的光信號會再次耦合回原來的通道，從而相當于光信號的平行連接狀態(tài) 在同一個基片上配置多個此種類型的耦合元件，就可組成一個開關陣列 時分交換時分交換是基于時隙互換的原理實

3、現(xiàn)的。所謂時隙互換，是指把N路時分復用信號中各個時隙的信號互換位置 對于光時分交換，它是采用光技術來完成時隙互換的。但是，不是使用存儲器，而是使用光延遲器件 把時分復用信號經(jīng)過分路器，使它的每條出線上同時都只有某一個時隙的信號 把這些信號分別經(jīng)過不同的光延遲線器件，使其獲得不同的時間延遲 再把這些信號經(jīng)過一個復用器重新復合起來，時隙互換就完成了 光信號的延遲是讓光信號經(jīng)過不同長度的光纖來完成的 圖7.32時分光交換(a) 時分復用原理； (b) 時隙互換原理； (c) 等效的空分交換波分交換由波分復用構成一個多路復用信號，然后再由各個輸出線上的處理部件從這個多路復用信號中選出各個單路信號來，從

4、而完成交換處理 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出 圖7.33波分交換的原理框圖(a) 波長選擇法交換； (b) 波長變換法交換 光纖通信網(wǎng)絡WDM光網(wǎng)絡WDM光網(wǎng)絡WDM提高了光纖的傳輸容量，但對電交換節(jié)點的壓力增大很多。因此電交換節(jié)點可能成為網(wǎng)絡的瓶頸在交換節(jié)點引入光交換，發(fā)展基于WDM的光網(wǎng)絡是未來技術發(fā)展的熱點WDM光網(wǎng)絡是在現(xiàn)有傳送網(wǎng)上增加光層，其關鍵技術是光分插復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）由于光層的引入，光傳送網(wǎng)的分層結構有了新的發(fā)展光傳送網(wǎng)的分層結構物理層(光纖)再生段層復用段層通道層電路層1.SDH網(wǎng)絡物理層(光纖)光層復用段層通道層電路層2.WDM網(wǎng)絡物理層(光纖)光傳輸段層 O

5、TS光復用段層 OMS光通道層 OCh電復用段層SDH通道層電路層虛通道虛通道3.電層和光層分解WDM光網(wǎng)絡中的段和通道在WDM光網(wǎng)絡中，可將網(wǎng)絡進行分層：光復用段層（OMS）、光傳輸段層（OTS）和光通道層（OCH）三個層面光復用段為多波長光信號的提供網(wǎng)絡功能，包括多波長復用、開銷處理、監(jiān)控等。涉及光復用段終端（OTM、OADM、OXC）之間的端到端信息傳遞光傳輸段為光信號在光媒質(zhì)上傳輸提供功能，包括對光放大器的監(jiān)控光通道提供光通道端到端網(wǎng)絡透明傳送SDH、PDH、ATM、IP等，包括光通道連接、適配、開銷和監(jiān)控等功能，光通道層與SDH的再生段層等效WDM光網(wǎng)絡中的段和通道光復用器光復用器光

6、交叉連接#OA光傳輸段光傳輸段光復用段光通道（OCH）SDHIPIP光復用段光傳輸段光網(wǎng)絡的網(wǎng)元光終端復用器（OTM）和光放大器（OA）是WDM傳統(tǒng)的網(wǎng)元，也是光網(wǎng)絡的基本網(wǎng)元光網(wǎng)絡的特點是波長通道的靈活分插、交叉連接，波長路由的安排，網(wǎng)絡層面上的保護、恢復，因此需要具有強大波長和光信號處理的網(wǎng)元：光分插復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）光網(wǎng)絡基本結構各種網(wǎng)絡元件應用在各種網(wǎng)絡場合，如點到點、鏈型、環(huán)型ADM和OADM在SDH中，采用分插復用器(ADM)可以按照幀結構和復用路徑直接一次分插出2Mb/s支路信號，十分簡單和方便必須將傳輸光纖線路上的光信號先轉(zhuǎn)變成電信號，這種分插復用(AD

7、M)的過程都是對電信號進行處理在光波分復用系統(tǒng)中，為了取出話路必須先分出攜帶有該話路的光信道，即光波長。同樣，為了把本站發(fā)往其他各站的話路插入，也必須把該話路調(diào)制到與下話路波長相同的光波長上。這就是光的分插復用(OADM)OADM功能是從傳輸設備中選擇性地下路或上路，或僅僅通過某個波長信號OADM原理(a)電分插復用(b)光分插復用OADM類型波長的分插復用(OADM) 固定式 靈活式背靠背WDM器件 聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)環(huán)形器和光柵 WDM器件+光開關 光柵和光開關InOutDropInOutAddWDMWDMDropAdd* 沒有重新配置的業(yè)務不應該受重新配置過程的影響固定波長上下

8、OADM采用復用/解復用技術解復用復用1，2，n1，2，n2n1. 基于OMU/ODU和光開關的OADM光環(huán)行器光纖光柵2. 基于光柵和光開關的OADM可變波長OADMOXCOXC是全光網(wǎng)的核心器件，結構完善、功能齊全的OXC節(jié)點能靈活有效地管理光傳輸網(wǎng)絡，使網(wǎng)絡具有很大的靈活性、可擴展性以及動態(tài)重構和自愈功能，是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡保護/恢復以及自動配線和監(jiān)控的重要手段其主要功能光路層的帶寬管理。光纖、波長兩個層次光網(wǎng)絡的保護和恢復OXC與DXC(數(shù)字交叉連接)在網(wǎng)絡中的作用相同，但功能和實現(xiàn)的方法不同OXC節(jié)點的結構主要由光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口、管理控制單元等模塊組成光層次的波長管理

9、 波長交換與路由OXC原理1，2，n1，2，n1，2，n1，2，n1111nnnn光纖2光纖4光纖3光纖1采用OXC的光網(wǎng)絡采用OXC的光網(wǎng)絡示意在網(wǎng)絡中要解決光通道交叉連接、波長重用、網(wǎng)絡生存性等問題 OXC的分類光纖交叉連接(FXC)：自動光纖配線架結構簡單，容量粒度最大，可提供最簡單的配置和網(wǎng)絡恢復能力對于光纖切斷大故障，F(xiàn)XC是一種可行的解決方案無波長選路波長選擇交叉連接(WSXC)：將輸入光纖中任意波長交叉連接到使用相同波長的輸出光纖波長級業(yè)務量疏導和波長業(yè)務業(yè)務恢復靈活性存在波長阻塞波長交換交叉連接(WIXC)：具有波長變換能力的WSXC在組網(wǎng)、業(yè)務提供和恢復方面最大的靈活性缺點是

10、實施技術復雜成本較高 光纖交叉連接MM開關光纖 1光纖2 光纖M光纖 1光纖2 光纖M交換的單位是一路光纖，并不對多波長信號進行解復用無多波長通道的靈活性波長選擇交叉連接交換的單位是波長通道多波長信號進行解復用后相同波長的光信號進行交換N x NN x NN x N兩根以上光纖中相同波長光信號進入同一根輸出光纖，將出現(xiàn)波長阻塞波長可變交叉連接使用波長變換器（WC）對光信號進行波長變換，解決了波長阻塞。每個波長經(jīng)過交換后均經(jīng)過波長變換。MNxMN開關矩陣分/合波器分/合波器波長轉(zhuǎn)換器未來光網(wǎng)絡目標結構模型ADMOXCADMOXCADMOADMOXCADMOADMOXC波長轉(zhuǎn)換特點：* 使用DWD

11、M和線路放大器優(yōu)點：* 低成本增加帶寬OADMOADMOADM I P ATM SDH I P oxcOADMOADMOADMOADMOADMWDMWDM1n1n特點：* 基于波長的自愈環(huán)優(yōu)點：* 快速保護的OADM環(huán)*直接連接其他業(yè)務網(wǎng)絡降低成本特點：* 使用OXC優(yōu)點：* 更為靈活的配置網(wǎng)絡目前點-到-點下一步單WDM自愈環(huán)將來-全光網(wǎng)絡多個WDM自愈環(huán)WDM網(wǎng)絡的演變-結構變化oxcWDMSDHOADM I P ATM I P WDMSDHATMWDMoxcATMOADMOADMOADM I P I P SDH I P WDMWDMoxcWDMWDMWDMWDMWDMWDMSDHWDMW

12、DMSDH I P 雙向波長通道保護環(huán)未來光網(wǎng)絡的應用123321 2313211 2 3123123121 212光分插復用OADM波長轉(zhuǎn)換WC波長路由器WR光交叉連接ODXC光分組OP光交換OS123全光層光電層SMDSHSCSFRATM/IPBAE1E3STM-NSTM-1STM-4STM-16STM-64光波廣播WDXCBDXCWXDC衛(wèi)星電層ISDN話音數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)話機通道庫多煤體DSUCSU交換PBX光網(wǎng)絡分層結構光網(wǎng)絡的保護保護考慮業(yè)務信號的保護SDH層保護光層保護復用段層、光通道層SDH層保護ADMmADMADMADM2纖自愈環(huán)nADMmADMADMADM4纖自愈環(huán)mmmnm

13、nmnm光層保護：光通道層保護（一）SDH控制單元G.957傳輸設備側(cè)WDM設備側(cè)OCP (optical channel protection)光通道保護盤To：Tx OTUTo：Tx OTUG.957From: DemuxFrom: Demux輸入輸出光層保護：光通道層保護（一）鏈路應用OCPOMODOCPSDHSDH并發(fā)mnmn選收OCPOMODOCPOMODSDHSDHmnmn并發(fā)選收mnm=nmnSDH1 TXTX OTU1TX OTU1SDH1 RXRX OTU1RX OTU1RX OTU1TX OTU1TX OTU1RX OTU1環(huán)網(wǎng)應用光層保護：光通道層保護（二）光層保護：復用段層保護TM1l1TM2l2TM7l7TM8l8保護主通道工作主通道穧 穧 穧TM1l1TM2l2TM7l7TM8l8穧 穧 穧OADM環(huán)型保護方式線路共享保護環(huán)通道保護環(huán)CAACACBCD失效狀態(tài)CA保護光纖工作光纖AC2纖共享保護環(huán)（OMS/SPRINGs）CDACCA工作1N/2保護N/2N（i）（k）光纖1工作1N/2保護N/2N（i）（k）光纖2BAC無失效狀態(tài)光纖1光纖2ACCA2纖環(huán)光纖斷CDACCA工作1N/2保護N