光纖通信網(wǎng)絡(luò)

1、光交換技術(shù)光交換的來源以電子技術(shù)為基礎(chǔ)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(guān)速度快(10-15秒)、電磁兼容性好、頻寬、低損耗和串?dāng)_小、互連能力強(qiáng)、簡單、低成本等光交換是實(shí)現(xiàn)大容量寬帶高速交換功能的重要手段第一步進(jìn)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(shù)，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(shù)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(luò)，即空分(SD)、時分(TD)和波分/頻分(WD/FD)光交換網(wǎng)絡(luò)，以及由這些交換網(wǎng)組合而成的結(jié)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(jìn)行硬件交換 空分交換構(gòu)成一個光交換系統(tǒng)的最簡單方法是用光開關(guān) ，這是空分交換耦合波導(dǎo)開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作模式 在鈮酸鋰基片上進(jìn)行鈮擴(kuò)散以形成兩個相距很近的光通路，通過這兩條波導(dǎo)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(dāng)控制端加上適當(dāng)?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(dāng)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(guān)陣列 時分交換時分交換是基于時隙互換的原理實(shí)

3、現(xiàn)的。所謂時隙互換，是指把N路時分復(fù)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(shù)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(fù)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(fù)用器重新復(fù)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(fù)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(fù)用構(gòu)成一個多路復(fù)用信號，然后再由各個輸出線上的處理部件從這個多路復(fù)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(luò)WDM光網(wǎng)絡(luò)WDM光網(wǎng)絡(luò)WDM提高了光纖的傳輸容量，但對電交換節(jié)點(diǎn)的壓力增大很多。因此電交換節(jié)點(diǎn)可能成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸在交換節(jié)點(diǎn)引入光交換，發(fā)展基于WDM的光網(wǎng)絡(luò)是未來技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)WDM光網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有傳送網(wǎng)上增加光層，其關(guān)鍵技術(shù)是光分插復(fù)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(jié)構(gòu)有了新的發(fā)展光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)物理層(光纖)再生段層復(fù)用段層通道層電路層1.SDH網(wǎng)絡(luò)物理層(光纖)光層復(fù)用段層通道層電路層2.WDM網(wǎng)絡(luò)物理層(光纖)光傳輸段層 O

5、TS光復(fù)用段層 OMS光通道層 OCh電復(fù)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(luò)中的段和通道在WDM光網(wǎng)絡(luò)中，可將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層：光復(fù)用段層（OMS）、光傳輸段層（OTS）和光通道層（OCH）三個層面光復(fù)用段為多波長光信號的提供網(wǎng)絡(luò)功能，包括多波長復(fù)用、開銷處理、監(jiān)控等。涉及光復(fù)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(luò)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(luò)中的段和通道光復(fù)用器光復(fù)用器光

6、交叉連接#OA光傳輸段光傳輸段光復(fù)用段光通道（OCH）SDHIPIP光復(fù)用段光傳輸段光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元光終端復(fù)用器（OTM）和光放大器（OA）是WDM傳統(tǒng)的網(wǎng)元，也是光網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)元光網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是波長通道的靈活分插、交叉連接，波長路由的安排，網(wǎng)絡(luò)層面上的保護(hù)、恢復(fù)，因此需要具有強(qiáng)大波長和光信號處理的網(wǎng)元：光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）光網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)各種網(wǎng)絡(luò)元件應(yīng)用在各種網(wǎng)絡(luò)場合，如點(diǎn)到點(diǎn)、鏈型、環(huán)型ADM和OADM在SDH中，采用分插復(fù)用器(ADM)可以按照幀結(jié)構(gòu)和復(fù)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(fù)用(AD

7、M)的過程都是對電信號進(jìn)行處理在光波分復(fù)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(fù)用(OADM)OADM功能是從傳輸設(shè)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(fù)用(b)光分插復(fù)用OADM類型波長的分插復(fù)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(guān) 光柵和光開關(guān)InOutDropInOutAddWDMWDMDropAdd* 沒有重新配置的業(yè)務(wù)不應(yīng)該受重新配置過程的影響固定波長上下

8、OADM采用復(fù)用/解復(fù)用技術(shù)解復(fù)用復(fù)用1，2，n1，2，n2n1. 基于OMU/ODU和光開關(guān)的OADM光環(huán)行器光纖光柵2. 基于光柵和光開關(guān)的OADM可變波長OADMOXCOXC是全光網(wǎng)的核心器件，結(jié)構(gòu)完善、功能齊全的OXC節(jié)點(diǎn)能靈活有效地管理光傳輸網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)具有很大的靈活性、可擴(kuò)展性以及動態(tài)重構(gòu)和自愈功能，是實(shí)現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)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(luò)的保護(hù)和恢復(fù)OXC與DXC(數(shù)字交叉連接)在網(wǎng)絡(luò)中的作用相同，但功能和實(shí)現(xiàn)的方法不同OXC節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)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(luò)采用OXC的光網(wǎng)絡(luò)示意在網(wǎng)絡(luò)中要解決光通道交叉連接、波長重用、網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)簡單，容量粒度最大，可提供最簡單的配置和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)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(wù)量疏導(dǎo)和波長業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)恢復(fù)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(wù)提供和恢復(fù)方面最大的靈活性缺點(diǎn)是

10、實(shí)施技術(shù)復(fù)雜成本較高 光纖交叉連接MM開關(guān)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(jìn)行解復(fù)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(jìn)行解復(fù)用后相同波長的光信號進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(guān)矩陣分/合波器分/合波器波長轉(zhuǎn)換器未來光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)結(jié)構(gòu)模型ADMOXCADMOXCADMOADMOXCADMOADMOXC波長轉(zhuǎn)換特點(diǎn)：* 使用DWD

11、M和線路放大器優(yōu)點(diǎn)：* 低成本增加帶寬OADMOADMOADM I P ATM SDH I P oxcOADMOADMOADMOADMOADMWDMWDM1n1n特點(diǎn)：* 基于波長的自愈環(huán)優(yōu)點(diǎn)：* 快速保護(hù)的OADM環(huán)*直接連接其他業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)降低成本特點(diǎn)：* 使用OXC優(yōu)點(diǎn)：* 更為靈活的配置網(wǎng)絡(luò)目前點(diǎn)-到-點(diǎn)下一步單WDM自愈環(huán)將來-全光網(wǎng)絡(luò)多個WDM自愈環(huán)WDM網(wǎng)絡(luò)的演變-結(jié)構(gòu)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(hù)環(huán)未來光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用123321 2313211 2 3123123121 212光分插復(fù)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(jī)通道庫多煤體DSUCSU交換PBX光網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)保護(hù)考慮業(yè)務(wù)信號的保護(hù)SDH層保護(hù)光層保護(hù)復(fù)用段層、光通道層SDH層保護(hù)ADMmADMADMADM2纖自愈環(huán)nADMmADMADMADM4纖自愈環(huán)mmmnm

13、nmnm光層保護(hù)：光通道層保護(hù)（一）SDH控制單元G.957傳輸設(shè)備側(cè)WDM設(shè)備側(cè)OCP (optical channel protection)光通道保護(hù)盤To：Tx OTUTo：Tx OTUG.957From: DemuxFrom: Demux輸入輸出光層保護(hù)：光通道層保護(hù)（一）鏈路應(yīng)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(yīng)用光層保護(hù)：光通道層保護(hù)（二）光層保護(hù)：復(fù)用段層保護(hù)TM1l1TM2l2TM7l7TM8l8保護(hù)主通道工作主通道穧 穧 穧TM1l1TM2l2TM7l7TM8l8穧 穧 穧OADM環(huán)型保護(hù)方式線路共享保護(hù)環(huán)通道保護(hù)環(huán)CAACACBCD失效狀態(tài)CA保護(hù)光纖工作光纖AC2纖共享保護(hù)環(huán)（OMS/SPRINGs）CDACCA工作1N/2保護(hù)N/2N（i）（k）光纖1工作1N/2保護(hù)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(hù)N