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文檔簡介
1、第四講第四講 廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)v 網(wǎng)絡(luò)基本術(shù)語和技術(shù)及分類v WDM廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)v 網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)v 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)v 業(yè)務(wù)流量模型v 網(wǎng)絡(luò)資源網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語 一些網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語:o數(shù)據(jù)終端設(shè)備:計(jì)算機(jī)、終端、電話o網(wǎng)絡(luò):數(shù)據(jù)終端設(shè)備通過傳輸信道進(jìn)行互聯(lián)的產(chǎn)物o節(jié)點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)匯集和轉(zhuǎn)接的設(shè)備,如路由器、交換機(jī)o網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌盒诺肋B接節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)終端的邏輯關(guān)系o交換:通過中間節(jié)點(diǎn)將信息從源傳到目的站點(diǎn)的過程o路由:為信息傳遞尋找通過網(wǎng)絡(luò)路徑的過程o協(xié)議:信息的傳遞規(guī)則 光復(fù)用技術(shù)光復(fù)用技術(shù) : WDM 、OTDM 光放大技術(shù):光放大技術(shù):EDFA、SOA、FRA 光分
2、插復(fù)用(光分插復(fù)用(OADM) 光交叉連接光交叉連接(OXC)技術(shù)技術(shù) 光交換技術(shù)光交換技術(shù) :空分(:空分(SD)、時(shí)分()、時(shí)分(TD)、波分)、波分/頻分(頻分(WD/FD)光交換光交換 全光中繼全光中繼 控制和管理技術(shù)控制和管理技術(shù) :結(jié)構(gòu)管理:結(jié)構(gòu)管理 、光學(xué)特性管理、光學(xué)特性管理 、差錯(cuò)管理差錯(cuò)管理 光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)99-00年 上海科技網(wǎng)改造八縱八橫光纖網(wǎng)接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分類網(wǎng)絡(luò)分類WDM網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)角度:靜態(tài)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)波長變化角度:無波長變換網(wǎng)絡(luò)和有波長變換網(wǎng)絡(luò)有無光電轉(zhuǎn)化過程:單跳網(wǎng)絡(luò)和多跳網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)洌盒切?、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀型如何提供連接:WDM廣播選擇網(wǎng)和
3、波長選路網(wǎng)WDM廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)廣播選擇光網(wǎng)絡(luò) u廣播選擇網(wǎng)廣播選擇網(wǎng)提供連接是方便的,網(wǎng)絡(luò)無需提供選路 由功能,這主要得益于網(wǎng)絡(luò)接收每一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的 信息然后將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn),即廣播。u目的結(jié)點(diǎn)根據(jù)是否是發(fā)送給自己的有選擇性地接收 發(fā)來的信息。u目前大多數(shù)局域網(wǎng)如以太網(wǎng)、令牌環(huán),甚至FDDI均 屬于廣播選擇網(wǎng)。根據(jù)通信網(wǎng)是如何提供連接的可以將網(wǎng)絡(luò)分為兩大類,即廣播選擇網(wǎng)絡(luò)和選路由網(wǎng)絡(luò)廣播選擇網(wǎng)絡(luò)和選路由網(wǎng)絡(luò)。WDM廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)u選路由網(wǎng)絡(luò)選路由網(wǎng)絡(luò)提供結(jié)點(diǎn)之間的連接沒有廣播選擇網(wǎng)直觀,相對 復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)接收每一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息不是廣播到網(wǎng)絡(luò),而 是根據(jù)源結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息有
4、選擇地發(fā)往網(wǎng)絡(luò)的其余部分,直 至到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)為止。u目前大多數(shù)廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)屬于選路由網(wǎng)絡(luò),它們由許多結(jié)點(diǎn)構(gòu)成, 結(jié)點(diǎn)由點(diǎn)到點(diǎn)之間的鏈路互連在一起,信號(hào)在包含有目的結(jié) 點(diǎn)的鏈路子集上選路。o 廣播選擇網(wǎng)是WDM網(wǎng)絡(luò)的一種形式, 一般采用無源星形、 總線形光耦合器或波長路由器實(shí)現(xiàn)本地應(yīng)用。 o 廣播選擇網(wǎng)可以分為單跳和多跳兩種網(wǎng)絡(luò)。單跳是指網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸以光的形式到達(dá)目的地, 而無需在中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成電的形式; 而多跳只在中間節(jié)點(diǎn)存在光電變換。 WDM廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)廣播選擇網(wǎng)絡(luò) (本地應(yīng)用)單跳網(wǎng)絡(luò)單跳網(wǎng)絡(luò):信號(hào)全光地從源發(fā)送到目的,無需在中間節(jié)點(diǎn) 轉(zhuǎn)換成電的形式。 總線拓?fù)?星型拓
5、撲多跳網(wǎng)絡(luò)多跳網(wǎng)絡(luò):信息到達(dá)目的前經(jīng)過若干次電處理sdsidWDM廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)廣播選擇光網(wǎng)絡(luò)星型結(jié)構(gòu)的N組收/發(fā)送機(jī)與一個(gè)星型耦合器相連廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)有星型和總線型兩種結(jié)構(gòu)星 形耦 合 器TXRXTXRXTXRXTXRXTXRXTXRXTXRX(a)(b)12N123N星型耦合器星型耦合器 廣播選擇單跳網(wǎng) (a) 星型; (b) 總線型廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)總線型結(jié)構(gòu)中N組收/發(fā)送機(jī)通過一個(gè)無源總線相連,每個(gè)發(fā)送機(jī)采用一個(gè)固定的波長發(fā)送信息,經(jīng)耦合器或總線匯集,然后分流到達(dá)各個(gè)節(jié)點(diǎn)接收端。接收端的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都用可調(diào)諧接收器選擇濾波出尋址到自身的那個(gè)波長,此時(shí)的
6、接收機(jī)需要把接收波長調(diào)諧到與所要接收信息的發(fā)送波長上,這就要用到某種介質(zhì)訪問控制協(xié)議(MAC協(xié)議)。 星 形耦 合 器TXRXTXRXTXRXTXRXTXRXTXRXTXRX(a)(b)12N123N星型耦合器星型耦合器 廣播選擇單跳網(wǎng) (a) 星型; (b) 總線型星形耦合器星形耦合器(couple)u主要功能是再分配光信號(hào)主要功能是再分配光信號(hào)u重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò)重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò)u尤其應(yīng)用在局域網(wǎng)尤其應(yīng)用在局域網(wǎng)u在波分復(fù)用器件上應(yīng)用在波分復(fù)用器件上應(yīng)用廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)o 無論是星型還是總線型都需使用光纖耦合器。22的耦合器是基本的耦合器單元,任一NN的星型耦合器都可以由 個(gè)
7、22的耦合器構(gòu)成。nn2log2耦合器耦合器u一個(gè)22耦合器包括兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口。u最常用的耦合器是將兩芯光纖中部熔融在一起制成,稱 為熔融光纖耦合器;集成光學(xué)中,也可用波導(dǎo)制作耦合 器。定向耦合器示意圖定向耦合器示意圖耦合器耦合器總線拓?fù)渲薪Y(jié)點(diǎn)利用一個(gè)22的耦合器(其中一個(gè)輸入端不用) 向總線發(fā)送,再利用另一個(gè)22的耦合器(其中一個(gè)輸出端不用) 從總線上接收。兩種拓?fù)涞牟町愔饕谑褂民詈掀鞯膫€(gè)數(shù)和方法,總線拓?fù)湫?要2n個(gè)22的耦合器,星型拓?fù)湫枰?個(gè)22的耦 合器(n為2的冪)??偩€拓?fù)渲行盘?hào)平均經(jīng)過n個(gè)耦合器(最壞情況下為2n1個(gè)), 星型拓?fù)渲行盘?hào)經(jīng)過耦合器,這決定了拓?fù)涞逆?/p>
8、路預(yù)算性能。 nn2log2耦合器耦合器每個(gè)接收機(jī)都監(jiān)視所有波長,并將尋址到本地的那個(gè)波長通過可調(diào)濾波器選出。優(yōu)點(diǎn):可以支持廣播缺點(diǎn):需要快速可調(diào)的濾波器或激光器需要業(yè)務(wù)調(diào)度機(jī)制避免信息碰撞星型總線型廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)u這種配置除了可以支持點(diǎn)到點(diǎn)鏈路外,還可以支持一個(gè)發(fā)送機(jī)對多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送相同信息的多播和廣播業(yè)務(wù)。 u這種網(wǎng)絡(luò)的好處就是對協(xié)議的透明性,即不同的通信節(jié)點(diǎn)集合可以采用不同的信息交換規(guī)則(協(xié)議),而不受網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的影響。u由于星形耦合器和光纖鏈路都是無源的, 所以這種網(wǎng)絡(luò)很可靠,而且易于控制。 廣播選擇單跳網(wǎng)廣播選擇單跳網(wǎng)u非常浪費(fèi)光功率,因?yàn)?/p>
9、每一個(gè)要傳輸?shù)墓庑盘?hào)能量幾乎都被平分到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)上了; u每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)不同的波長,在波長有限的情況下,節(jié)點(diǎn)數(shù)目就比較有限,并且各節(jié)點(diǎn)之間需要仔細(xì)協(xié)調(diào)不同的動(dòng)態(tài)過程,當(dāng)兩個(gè)站向一個(gè)站發(fā)送信息時(shí),要避免信息流碰撞。 不足之處廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)u多跳網(wǎng)的設(shè)計(jì)可以有效地避免單跳網(wǎng)中需要快速可調(diào)諧激光器或光濾波器的缺點(diǎn)。 u多跳網(wǎng)一般沒有各個(gè)節(jié)點(diǎn)對之間的通道,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有少量的或固定的可調(diào)光發(fā)送機(jī)和接收機(jī)。 廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)u下圖(a)是一個(gè)采用4節(jié)點(diǎn)的廣播選擇多跳網(wǎng)的例子。 u每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)固定波長的發(fā)送,另兩個(gè)固定波長的接收。 各站只能向可以調(diào)諧接收其發(fā)送波長的那些
10、節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送 信息,而發(fā)往其他站的信息不得不通過中轉(zhuǎn)進(jìn)行路由。(b)24首部數(shù)據(jù)域源標(biāo)識(shí)符目的標(biāo)識(shí)符其他控制比特4312星形耦合器78571268343156(a)信息分組 廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)u一種簡單的傳輸方案如圖(b)所示,即消息以分組的形式發(fā)送,每個(gè)分組都由首部和數(shù)據(jù)域構(gòu)成,其中首部包含源和目的標(biāo)識(shí)符(如路由信息)以及其他控制比特。 u在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn),光信號(hào)都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并且將地址首部進(jìn)行解碼,以檢查其中的路由信息,由該信息決定分組的去向。u利用這種路由信息,分組將在電域中交換到相應(yīng)的光發(fā)送機(jī),從而將其正確地傳遞到邏輯鏈路上的下一個(gè)節(jié)點(diǎn), 直至最
11、終目的地。 (b)24首 部數(shù) 據(jù) 域源 標(biāo) 識(shí) 符目 的 標(biāo) 識(shí) 符其 他 控 制 比 特4312星 形耦 合 器78571268343156(a)信 息 分 組廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)u從圖(a)可以看到業(yè)務(wù)流的流向,如果節(jié)點(diǎn)1要向節(jié)點(diǎn)2發(fā)送消息, 首先采用波長1將消息發(fā)送出去,只有節(jié)點(diǎn)3可以調(diào)諧1信號(hào)并接收,然后節(jié)點(diǎn)3用6將消息傳遞給節(jié)點(diǎn)2。 u這種方式的好處是不會(huì)出現(xiàn)目的地沖突或是分組碰撞,因?yàn)槊總€(gè)波長信道針對一個(gè)特殊的源、目的地。但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)通信需要經(jīng)過H跳時(shí), 網(wǎng)絡(luò)容量開銷至少為1/H。 (b)24首 部數(shù) 據(jù) 域源 標(biāo) 識(shí) 符目 的 標(biāo) 識(shí) 符其 他 控 制 比 特4312星
12、形耦 合 器78571268343156(a)信 息 分 組廣播選擇多跳網(wǎng)廣播選擇多跳網(wǎng)(1) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備幾個(gè)固定波長的收發(fā)模塊 (2) 發(fā)往其它站點(diǎn)的信息需要經(jīng)過中間站路由轉(zhuǎn)發(fā) (3) 中間站信號(hào)經(jīng)歷“光-電-光”轉(zhuǎn)換 多跳有效地避免了信息的碰撞,但信息的中轉(zhuǎn)增加了網(wǎng)絡(luò)帶寬和功率的開銷單跳網(wǎng)絡(luò)中所需的波長數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)相當(dāng)多跳網(wǎng)絡(luò)中以平均跳數(shù)的增加換取波長數(shù)量的減少無法在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互聯(lián),尤其是星型網(wǎng)絡(luò)和總線網(wǎng)絡(luò)中使用了耦合器使得信號(hào)衰減嚴(yán)重廣播選擇網(wǎng)存在的問題廣播選擇網(wǎng)存在的問題u隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加,所需的波長也不斷增加。典型情況 下,所需波長數(shù)至少和節(jié)點(diǎn)數(shù)相當(dāng),否則若干節(jié)點(diǎn)就要分時(shí) 復(fù)用一個(gè)
13、波長,產(chǎn)生時(shí)延和影響傳送效率。u廣播選擇網(wǎng)的信號(hào)同時(shí)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中,因?yàn)樾切务詈掀魇?無源器件,分配損耗相當(dāng)高,如果分配網(wǎng)區(qū)域較大,就必須 廣泛使用光功率放大器。若使用波長重復(fù)利用技術(shù)、波長變換技術(shù)和光交換技術(shù)波長重復(fù)利用技術(shù)、波長變換技術(shù)和光交換技術(shù)組成波長路由網(wǎng)(WRN),就可以克服上述限制。廣播選擇網(wǎng)存在的問題廣播選擇網(wǎng)存在的問題網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)u光發(fā)送機(jī)OT和光接收機(jī)OR是光網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)(node)的重要組成部分。u光發(fā)送機(jī)完成電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換(簡稱E/O變換) u光接收機(jī)完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換(簡稱OE變換)。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)u激光器是最重要的一類光源,有許多不同類型。激激光器是最
14、重要的一類光源,有許多不同類型。激 光器可以用來構(gòu)建光發(fā)射機(jī),也可用來泵浦摻鉺放光器可以用來構(gòu)建光發(fā)射機(jī),也可用來泵浦摻鉺放 大器和拉曼放大器。大器和拉曼放大器。u利用激光器做利用激光器做WDMWDM系統(tǒng)的光源時(shí),需要具備特性:系統(tǒng)的光源時(shí),需要具備特性: (1)(1)需要有相當(dāng)高的輸出功率。對于需要有相當(dāng)高的輸出功率。對于WDMWDM系統(tǒng),典型系統(tǒng),典型 的激光器輸出功率在的激光器輸出功率在0-10dNm0-10dNm范圍。相關(guān)參量是范圍。相關(guān)參量是 閾值電流和斜率效率(兩個(gè)參數(shù)決定了電功率閾值電流和斜率效率(兩個(gè)參數(shù)決定了電功率 轉(zhuǎn)換為光功率的效率)。轉(zhuǎn)換為光功率的效率)。激光器開始發(fā)射光
15、功率激光器開始發(fā)射光功率 時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流輸出光功率與驅(qū)動(dòng)電流比值輸出光功率與驅(qū)動(dòng)電流比值網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)(2)(2)在特定工作波長處具有窄的譜寬,以至于信號(hào)可以通過中在特定工作波長處具有窄的譜寬,以至于信號(hào)可以通過中 間濾波器,并且多個(gè)信道可以緊密地放置在一起。相關(guān)參間濾波器,并且多個(gè)信道可以緊密地放置在一起。相關(guān)參 數(shù)是數(shù)是邊模抑制比(在可調(diào)諧激光器中,工作波長可以改變)。邊模抑制比(在可調(diào)諧激光器中,工作波長可以改變)。(3)(3)波長穩(wěn)定性。保持溫度恒定情況下,在整個(gè)激光器壽命期間的波長穩(wěn)定性。保持溫度恒定情況下,在整個(gè)激光器壽命期間的 波長漂移相對于相鄰信道之間的波長間隔應(yīng)該
16、很小。波長漂移相對于相鄰信道之間的波長間隔應(yīng)該很小。(4)(4)對于被調(diào)制的激光器,色散可能是影響鏈路長度的重要因素。對于被調(diào)制的激光器,色散可能是影響鏈路長度的重要因素。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)光發(fā)送機(jī)o 主要有兩種結(jié)構(gòu) o 直接強(qiáng)度調(diào)制(IM)光發(fā)送機(jī) o 外調(diào)制方式的光發(fā)送機(jī) o 電信號(hào)(主要是電流信號(hào))直接對激光器(LD)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制,激光器的輸出光功率隨注入電流而變化,有電流注入,LD就發(fā)光,有光功率輸出。沒有電流注入,LD就無光,沒有光功率輸出。對于數(shù)字通信系統(tǒng),相當(dāng)于開關(guān)鍵控OOK。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)直接強(qiáng)度調(diào)制光發(fā)送機(jī)o 電信號(hào)(主要是電壓信號(hào))在外調(diào)制器中完成對激光器輸入的光載波的幅
17、度或相位(頻率)的調(diào)制,這與電域通信系統(tǒng)完全致,可有幅度鍵控(ASK),頻移鍵控(FSK),相移鍵控(PSK)等,目前技術(shù)上較成熟的且用得較多的是相移鍵控。o 這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn):IM方式簡單,應(yīng)用于低速的系統(tǒng)中;外調(diào)制方式技術(shù)復(fù)雜,調(diào)制速率高。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)外調(diào)制光發(fā)送機(jī)對于光發(fā)送機(jī)OT,激光器是關(guān)鍵器件,從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的角 度對激光器的 要求有:1)單頻穩(wěn)定工作;2)可調(diào)諧 性;3)多波長輸出。對于光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,要求激光器輸出波長穩(wěn)定,否則會(huì)影響相鄰波長的通道工作。當(dāng)需要同時(shí)建立多點(diǎn)之間的連接時(shí),需要激光器的波長可調(diào)諧,以便選擇不同的工作波長或所需的時(shí)隙。當(dāng)要求多個(gè)波長同時(shí)工作時(shí),需要采用激
18、光器陣列。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)o 有兩種結(jié)構(gòu)o 直接檢測光接收機(jī) o 相干光接收機(jī) 光接收機(jī)光接收機(jī)o 經(jīng)過長距離傳輸光信號(hào)的能量衰減了,首先用光放大器對光信號(hào)進(jìn)行放大,然后光信號(hào)經(jīng)過光濾波器進(jìn)行濾波從多波長通道中選擇所需的波長通道信號(hào),送光檢測器完成光信號(hào)到電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換,最后經(jīng)放大、取樣、判決輸出所需的信號(hào)。 光接收機(jī)光接收機(jī)直接檢測光接收機(jī)o 接收機(jī)的靈敏度較高,主要得益于本振激光提供的光能量。這是電接收機(jī)常用的方式,但對光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)難度大,尚未實(shí)用化。光接收機(jī)光接收機(jī)o 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)星型網(wǎng)是不切實(shí)際的,因?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)的地理 位置分布不集中,或者結(jié)點(diǎn)數(shù)的增多分路損耗增大等,因 此往往是多個(gè)星型
19、網(wǎng)絡(luò)通過適當(dāng)?shù)姆绞交ミB形成整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)。 o 現(xiàn)行的局域網(wǎng)如以太網(wǎng)是由橋互聯(lián)連接的,由于整個(gè)互聯(lián) 的網(wǎng)絡(luò)仍稱為以太網(wǎng),因而被相互連接在一起的以太網(wǎng)稱 為以太網(wǎng)的子網(wǎng)?;ミB在一起的網(wǎng)絡(luò)不再是一個(gè)單一的廣 播網(wǎng),每個(gè)子網(wǎng)只能在自己的子網(wǎng)范圍內(nèi)傳送,橋完成將 需要發(fā)往另一個(gè)子網(wǎng)的分組有選擇性地發(fā)往目的子網(wǎng)。正 由于此,橋有時(shí)稱為選擇性的中繼器。如果是網(wǎng)絡(luò)層之間 互連,執(zhí)行相應(yīng)功能的實(shí)體稱為路由器。靜態(tài)路由器靜態(tài)路由器靜態(tài)路由器靜態(tài)路由器什么是路由u要實(shí)現(xiàn)路由路由器必須知道: -目的地址 -源地址 -所有可能的路由路徑 -最佳路由路徑 -管理路由信息靜態(tài)路由器靜態(tài)路由器什么是路由-路由器必須知道未和其直
20、接相連的目的地址靜態(tài)路由器靜態(tài)路由器靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由靜態(tài)路由配置和維護(hù)耗費(fèi)時(shí)間,大型網(wǎng)絡(luò)用靜態(tài)路由容易出錯(cuò),不能應(yīng)對拓?fù)渥兓熬W(wǎng)絡(luò)增長。o廣播網(wǎng)絡(luò)允許在所有的發(fā)射站和接收站通信對之間建立完全的光連接,因?yàn)槊恳粋€(gè)接收機(jī)都可以通過星型耦合器“看到”另一端的任一個(gè)發(fā)射機(jī)。o不利的一面是當(dāng)兩個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)送光信號(hào)時(shí),這些信號(hào)就必須在不 同的波長上傳輸,如果它們使用同樣的波長,那么在接收端它們將互 相干擾,損壞有用的信息流。這種信道分配不相同的限制條件 (Distinct Channel Assignment(DcA)constraint)阻礙了光譜重用技術(shù)在廣播型網(wǎng)絡(luò)中的使用。對于一個(gè)規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)
21、來說,通常需要很強(qiáng)的多點(diǎn)連接能力。o給每一個(gè)邏輯連接LC都分配一個(gè)專用波長信道的WDMWDMA實(shí)現(xiàn) 方法所付出的代價(jià)十分昂貴,并且隨著光連接數(shù)目的增長可用光譜消 耗得非常快。因此,要獲得大的連接能力同時(shí)又較少地使用了網(wǎng)絡(luò)資 源必須使用其他的可行方法。這就需要波分復(fù)用技術(shù)和其他復(fù)用技術(shù) 以及多址接入技術(shù)的混合技術(shù)。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)o 定義:在移動(dòng)通信中,許多用戶同時(shí)通話,以不同的移動(dòng)信道分隔,防止相互干擾的技術(shù)方式稱為多址方式。o 主要有頻分多址(FDMA),時(shí)分多址 (TDMA),碼分多址(CDMA),空分多址 (SDMA),包分多址(PDMA)等方式 主要的復(fù)
22、用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)o頻分多址以頻率來區(qū)分信道。特點(diǎn):使用簡單,信號(hào)連續(xù)傳輸,滿足模擬話音 通信,技術(shù)成熟。缺點(diǎn):多頻道信號(hào)互調(diào)干擾嚴(yán)重,頻率利用率低,容量小。o時(shí)分多址在一個(gè)無線頻道上,按時(shí)間分割為若干個(gè)時(shí)隙,每個(gè)信道占用一個(gè)時(shí)隙,在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)收發(fā)信號(hào)。 時(shí)分多址只傳數(shù)字信息,信息需經(jīng)壓縮和緩沖存儲(chǔ)的過程,在實(shí)際使用時(shí)常 FDMA/TDMA復(fù)分使用。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)N路時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)示意圖路時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)示意圖時(shí)分多路復(fù)用適用于時(shí)分多路復(fù)用適用于數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)的傳輸。由于的傳輸。由于信道信道
23、的位傳輸率超過每一路信號(hào)的的位傳輸率超過每一路信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率,因此可將信道按時(shí)間分成若干片段輪換地給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率,因此可將信道按時(shí)間分成若干片段輪換地給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)單獨(dú)占用,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),多個(gè)數(shù)字信號(hào)都可按要求傳間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)單獨(dú)占用,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),多個(gè)數(shù)字信號(hào)都可按要求傳輸?shù)竭_(dá),從而也實(shí)現(xiàn)了一條輸?shù)竭_(dá),從而也實(shí)現(xiàn)了一條物理信道物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。假設(shè)每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。假設(shè)每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)比特率是比特率是9. 6kbit / s ,線路線路的最大比特率為的最大比特率為76. 8 kbit / s ,則可傳輸,則可傳
24、輸8路信號(hào)。路信號(hào)。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)時(shí)分復(fù)用主要分為兩種:時(shí)分復(fù)用主要分為兩種:u同步時(shí)分復(fù)用系統(tǒng): 準(zhǔn)同步系列PDH(用于公共電話網(wǎng)PSTN)。 同步系列SDH(用于光纖通信等骨干網(wǎng)絡(luò))u統(tǒng)計(jì)(異步)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)(分兩類): 虛電路方式(如X.25、幀中繼、ATM)。 數(shù)據(jù)報(bào)方式(如TCP/IP)PSTNPSTN系統(tǒng)目前采用系統(tǒng)目前采用PDHPDH和和SDHSDH結(jié)合的方式,在小用戶接入及交換結(jié)合的方式,在小用戶接入及交換采用采用PCM/PDHPCM/PDH,核心骨干網(wǎng)絡(luò)采用,核心骨干網(wǎng)絡(luò)采用SDHSDH。時(shí)分復(fù)用和多址接入(TDM/TDMA) 通過在時(shí)域中
25、間插一些同步連接(時(shí)分復(fù)用)來完成的。時(shí)分復(fù)用TDM和時(shí)分多址接入技術(shù)(TDMA)是實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接的一種十分有效的方法,就對可充分利用光資源方面來講,這種技術(shù)尤其能節(jié)約資源成本。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)同步與幀結(jié)構(gòu) o 由于兩個(gè)光連接都承載在同一個(gè)波長上,那么為了避免兩個(gè)信號(hào)在接收端互相干擾,則需要采用光的多址接入方案,以便可以區(qū)分不同的信號(hào)流。o 使用TDMA技術(shù),其中通過間歇的“開和關(guān)”發(fā)射機(jī)用互不 重疊的脈沖束來發(fā)射兩個(gè)光信號(hào),在耦合器中形成間插的 比特流,那么這時(shí)的連接采用邏輯層(傳輸信道)上的 TDM和光層(波長信道)上的TDMA的混合技術(shù)。當(dāng)信號(hào) 到達(dá)每一個(gè)
26、接收機(jī)上時(shí),信號(hào)首先被置換成電的信號(hào)格 式,接著被解復(fù)用以提取供接收機(jī)所使用的信息,其余的 就被丟棄掉。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)o 復(fù)用信號(hào)的幀格式有比特間插方式和包(分組)間插方式,對于有固定周期的幀格式情況下的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式,每一個(gè)數(shù)據(jù)段的目的地址隱含在幀中它所處的位置上,因此不需要信息本身承載明確的尋址信息來表明這些信息處于哪個(gè)邏輯信道,對于包間插方式,其地址隱含在分組的頭中。o 能有效地節(jié)約光硬件(如光收發(fā)器)的個(gè)數(shù)和光譜資源(如光波長)。但由于收發(fā)機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)是空閑(避免信號(hào)之間的碰撞)的而且只使用了一個(gè)波長,因此吞吐量是有限的。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的
27、復(fù)用與多址接入技術(shù)副載波復(fù)用與多址接入(SCM/SCMA) 定義:副載波復(fù)用scM(sub carrier Multiplexing)指的是除光載波以外,多路信 號(hào)還調(diào)制在電的載波上的復(fù)用,一般情況 目前應(yīng)用的scM系統(tǒng)的副載波都是指微波 副載波。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)o TDMTDMA和WDM/WDMA技術(shù)的綜合使用是一種在保持較高吞吐量的同時(shí)又能高效地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)邏輯連接的有效技術(shù)手段。o 但在這種情況下,隨著所需連接數(shù)的快速增長,各發(fā)射站和接收站的復(fù)雜性和成本也急劇增長。具有較高連接能力的系統(tǒng)就需要大量密集的信道、快速可調(diào)諧器件(或大規(guī)模的陣列器件)、高穩(wěn)定性的收
28、發(fā)器和高速信道,而要滿足其中任何一項(xiàng)要求的成本都是很昂貴的。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)副載波復(fù)用與多址接入(SCM/SCMA) 在無需抬高成本或無需高重復(fù)率的光器件、光電器件的情 況下,尋找一種方案來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接。一種方案就是副載波復(fù)用SCM和副載波多址接入SCMA技 術(shù),副載波是相對光載波這一主載波而言。在副載波系統(tǒng) 中,使用微波副載波技術(shù)通過電方式引入一個(gè)額外的調(diào)制 /解調(diào)層即二次調(diào)制。通過這種方式,與光層密切相關(guān)的 操作(例如快速調(diào)諧)可由在傳輸信道層的電操作來替代。副載波技術(shù)方案的最大優(yōu)點(diǎn)就是用電操作來替代光操作,這點(diǎn)在優(yōu)先考慮成本因素時(shí)顯得非常重要。主要的復(fù)用與
29、多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)副載波復(fù)用與多址接入(SCM/SCMA) 每路副載波可用壓腔振蕩器來產(chǎn)生,然后對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,已調(diào)信號(hào)經(jīng)合路 器形成復(fù)合信號(hào)去驅(qū)動(dòng)光源。傳輸系統(tǒng)所用光纖應(yīng)為單模光纖,在接收端,采用寬帶光電檢測器對光信號(hào) 進(jìn)行直接檢測,然后用傳統(tǒng)的微波技術(shù)和器件選擇出所需要的信道加以解 調(diào)。SCM對每一個(gè)用戶而言,僅僅需要選擇單個(gè)頻道加以調(diào)解,因此,在接受端 經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及放大后,用可調(diào)諧的本地振蕩器混頻器及窄帶濾波器即可 選擇出任何所需要的信道,也可將其轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào),經(jīng)過中頻放大后加以 解調(diào),恢復(fù)出原來的信號(hào)。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)SCM系統(tǒng)中
30、有兩類調(diào)制過程:一類是信息的微波副載波調(diào)制;另一類是多路副載波合路信號(hào)后的信號(hào)去調(diào)制光載波的過程。 這兩類調(diào)制過程一個(gè)是電域的調(diào)制,一個(gè)是光域的調(diào)制。 是不相關(guān)聯(lián)的調(diào)制過程。即副載波可以是模擬調(diào)制數(shù)字調(diào) 制方式,光載波調(diào)制可以是數(shù)字的模擬的,它們的這些調(diào)制 方式可以任意組合,如副載波可以采用模擬調(diào)制,而光調(diào)制可 以是數(shù)字的。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)多路信號(hào)的副載波解調(diào)與調(diào)制過程多路信號(hào)的副載波解調(diào)與調(diào)制過程 副載波頻率可以從VHB頻段到微波波段,而副載波頻率僅受到激光器調(diào)制速率 的限制,目前已可達(dá)20GHz左右,因此具有頻帶寬,容量大的特點(diǎn); 在頻率分配上,表現(xiàn)出極大
31、的靈活性??梢詡鬏斈M信號(hào)也可以傳輸數(shù)字信 號(hào),還可以同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),而且模擬信號(hào)的傳輸可以和現(xiàn)有的 方式相兼容; 不需要復(fù)雜的數(shù)字編碼和數(shù)字復(fù)用技術(shù),又可借助于微波通信現(xiàn)成的處術(shù),因 此,成本可以降低。 SCM系統(tǒng)的頻帶往往不是從很低的頻率開始,因此,在接收端一般不需要帶寬 放大器,這樣就有利于限制噪聲等效帶寬,從而可以提高接收機(jī)的靈敏度。信道之間相互獨(dú)立,不需要像數(shù)字系統(tǒng)那樣必須有同步系統(tǒng)。SCM不僅開發(fā)了光纖的超帶寬能力,而且成本低,運(yùn)用方式靈活,因而得到了廣泛的研究和應(yīng)用,成為近代光CATV的支柱技術(shù)和被認(rèn)為是目前光纖多路傳輸最實(shí)用的技術(shù)之一而被投入大量商業(yè)應(yīng)用。主要的復(fù)用
32、與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)碼分多址采用擴(kuò)頻通信技術(shù),每個(gè)用戶具有特定的地址碼(相當(dāng)于擴(kuò)頻中的PN碼),利用地址碼相互之間的正交性(或準(zhǔn)正交性)完成信道分離的任務(wù)。 CDMA在頻率、時(shí)間、空間上重疊。 優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)容量大,抗干擾、抗多徑能力高。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用與多址接入(OCDMA) 聯(lián)通CDMA(Code division multiple access)是碼分復(fù)用的一種方式。碼分復(fù)用(CDM)是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式,主要和各種多址技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了各種接入技術(shù),包括無線和有線接入。例如在多址蜂窩系統(tǒng)中是以信道來區(qū)分通信對
33、象的,一個(gè)信道只容納1個(gè)用戶進(jìn)行通話,許多同時(shí)通話的用戶,互相以信道來區(qū)分,這就是多址。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用與多址接入(OCDMA) uOCDMA是一種擴(kuò)頻通信技術(shù),不同用戶的信號(hào)用互成正交的不 同碼序列來填充,這樣經(jīng)過填充的用戶信號(hào)可調(diào)制在同一光 載波上在光纖信道中傳輸。u接收時(shí)只要用與發(fā)送方向相同的碼序列進(jìn)行相關(guān)接收,即可 恢復(fù)原用戶信息。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用與多址接入(OCDMA) o CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù),即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬
34、遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制,使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展,再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼,與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò),以實(shí)現(xiàn)信息通信。 o CDMA多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)等。 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用與多址接入(OCDMA) o 由于各用戶采用的是正交碼,因此相關(guān)接收時(shí)不會(huì)構(gòu)成干擾。o 關(guān)鍵之處在選擇合適光纖信道的不同的擴(kuò)頻碼序列對碼元進(jìn)行填充,形成不向的碼分信道,即以不同的互成正交的碼序列來區(qū)分用戶,實(shí)現(xiàn)多址。典型的原理框圖如圖。主要的復(fù)用與多址接入技
35、術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用與多址接入(OCDMA) u為了提高OCDMA系統(tǒng)的性能就必須選擇合適的擴(kuò)頻碼。u由于光纖通信有強(qiáng)度調(diào)制直接檢測即所謂的正系統(tǒng)和相干 檢測系統(tǒng)即所謂的正負(fù)系統(tǒng)之分,因此OCDMA采用的擴(kuò)頻碼 必須適應(yīng)光纖通信的特點(diǎn)。u正系統(tǒng)采用的擴(kuò)頻碼稱之為單極性的擴(kuò)頻碼,正負(fù)系統(tǒng)采用 的擴(kuò)頻碼稱之為雙極性擴(kuò)頻碼。雙極性的擴(kuò)頻碼可以直接采 用傳統(tǒng)的電CDMA所使用過的擴(kuò)頻碼。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用與多址接入(OCDMA) o CDMA的特點(diǎn)是所有子信道在同一時(shí)間可以使用整個(gè)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,它在信道與時(shí)間資源上均為共享,因此,信道的效率高
36、,系統(tǒng)的容量大。o 由于各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型,因此不會(huì)造成干擾;o 碼分復(fù)用最初是用于軍事通信,有很強(qiáng)的抗干擾能力。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用原理 o 在CDMA中,每一個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隔,稱為碼片(元);o 我們設(shè)m m為8(通常是64/128)o 使用CDMA的每一個(gè)站被指派一個(gè)唯一的m m bit碼片序列。o 一個(gè)站如果要發(fā)送比特1,則發(fā)送它自己的每m m bit碼片序列。如果要發(fā)送比特0,則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)o 例如:n 指派給S站的8bit碼片序列是00011011。n
37、當(dāng)S發(fā)送比特1時(shí),它就發(fā)送序列00011011n 而當(dāng)S發(fā)送比特0時(shí)。就發(fā)送11100100o 將碼片中的0寫為-1,將1寫為+1n S站的碼片序列是(-1-1-1+1+1-1+l+1)。光碼分復(fù)用-編碼 主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用原理-擴(kuò)頻 o 假定S站耍發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率為b b/s。o 由于每一個(gè)比特要變成m個(gè)比特的碼片o 因此S站實(shí)際上發(fā)送的數(shù)據(jù)率提高到mb b/so 同時(shí)S站所占用的頻帶寬度也提高到原來數(shù)值的m倍。o 系統(tǒng)給每一個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同,并且還必須互相正交:即它們的內(nèi)積為零。主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)碼片序
38、列正交 o 向量S表示站S的碼片向量,令T表示其他任何站的碼片向量o 兩個(gè)不同站的碼片序列正交,就是向量S和T的內(nèi)積都是0;例如假設(shè):n 向量S為(-1-1-1+l+1-1+1+1) 00011011n 向量T為(-1-1+1-1+1+1+1-1) 00101110主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)內(nèi)碼片向量的積 o 兩個(gè)不同站的碼片序列正交;o 向量S和各站碼片反碼的向量的內(nèi)積也是0;o 任何一個(gè)碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積都是1;o 碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是-1;主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)主要的復(fù)用與多址接入技術(shù)光碼分復(fù)用-解擴(kuò) o 假定X站要接收S站發(fā)送的數(shù)據(jù);o
39、X站就必須知道S站所特有的碼片序列;o X站用它得到的碼片向量S與接收到的未知信號(hào)進(jìn)行求內(nèi)積的運(yùn)算;X站接收到的信號(hào)是各個(gè)站發(fā)送的碼片序列之和。o 求內(nèi)積的結(jié)果是:所有其他站的信號(hào)都被過濾掉(其內(nèi)積的相關(guān)項(xiàng)都是0),而只剩下S站發(fā)送的信號(hào)。-當(dāng)S站發(fā)送比特1時(shí),在X站計(jì)算內(nèi)積的結(jié)果是1,當(dāng)S站 發(fā)送比特0時(shí),在X站計(jì)算內(nèi)積的結(jié)果是1。業(yè)務(wù)流量模型業(yè)務(wù)流量模型o 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)很重要的一步是要弄清網(wǎng)絡(luò)支持的業(yè)務(wù)類型,對于廣播選擇網(wǎng)絡(luò)其業(yè)務(wù)類型顯然是結(jié)點(diǎn)對之間的光通道(光連接)。光通道是主業(yè)務(wù)通道,其上是高速的數(shù)據(jù)流,為局域網(wǎng)關(guān)提供鏈路,人們提出了許多關(guān)于光通道需求的模型,這些模型都從不同的方面反映了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營模式且差別也很大。o 每一個(gè)模型都有其優(yōu)缺點(diǎn),不幸的是沒有一個(gè)模型是完全現(xiàn)實(shí)的,從歷史上看來在已知業(yè)務(wù)需求特性的情況下提出能夠精確反映這種業(yè)務(wù)需求特性的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型是相當(dāng)困難的。業(yè)務(wù)流 從實(shí)際應(yīng)用角度,業(yè)務(wù)流可以分為:需要專門
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