光纖通信：第8章光纖通信網(wǎng)絡(luò).ppt

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8 1通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢8 2SDH傳送網(wǎng) 8 3WDM光網(wǎng)絡(luò)8 4光接入網(wǎng) 第8章光纖通信網(wǎng)絡(luò) 返回主目錄 第8章光纖通信網(wǎng)絡(luò) 8 1通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢 通信網(wǎng)總的發(fā)展趨勢是數(shù)字化 綜合化和寬帶化 與光纖通信關(guān)系最為密切的是寬帶化 這是人類社會發(fā)展到信息時代的迫切需求 也是科技進步的必然產(chǎn)物 數(shù)字化就是在通信網(wǎng)的各個部分 核心網(wǎng)和接入網(wǎng) 及各個環(huán)節(jié) 傳輸 交換 接入 終端等 全面采用數(shù)字技術(shù) 目前核心網(wǎng) 或稱骨干網(wǎng) 已實現(xiàn)了數(shù)字化 采用了數(shù)字傳輸和數(shù)字交換技術(shù) 其優(yōu)越性已十分明顯 接入網(wǎng)的情況比較復(fù)雜 模擬的東西還大量存在 如電話網(wǎng)從核心網(wǎng)邊緣的端局交換機到用戶終端的用戶環(huán)路 大量使用的還是模擬二線 有線電視系統(tǒng)也基本上是模擬的 新近采用的非對稱數(shù)字用戶線 ADSL 實際上是模數(shù)混合體制 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 包括窄帶和寬帶 的主要目的是要實現(xiàn)接入部分的數(shù)字化 提供端到端數(shù)字連接 從而支持綜合業(yè)務(wù) 但由于種種原因 并沒有普遍推廣應(yīng)用 所以現(xiàn)在只能說接入網(wǎng)正處于數(shù)字化的過程中 還不能說已實現(xiàn)了數(shù)字化 綜合化 主要指業(yè)務(wù)的綜合 即通信網(wǎng)要由原來的單一業(yè)務(wù)網(wǎng) 如電話網(wǎng) 分組數(shù)據(jù)網(wǎng) 發(fā)展為能同時提供多種業(yè)務(wù) 包括話音 數(shù)據(jù) 圖像等 特別是多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字化是綜合化的前提 當(dāng)各種類型的消息都用統(tǒng)一的數(shù)字符號表示時 通過端到端的數(shù)字傳輸 便能實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù) 長期以來 通信網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)是話音 所以電信網(wǎng)基本上等同于電話網(wǎng) 電信網(wǎng)中還有一種業(yè)務(wù)是電報 相當(dāng)于原始的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展 特別是因特網(wǎng) Internet 擴展到全世界 對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的需求不斷增長 近十年來 幾乎每半年翻一番 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量猛增的主要推動力是因特網(wǎng)的WWW業(yè)務(wù)和高速多媒體業(yè)務(wù) 因此 用不了多少時間 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的總量將超過電話業(yè)務(wù) 此外 電視會議 遠程教育 電子商務(wù)等應(yīng)用都要求通信網(wǎng)提供高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù) 而這些業(yè)務(wù)所需的帶寬都遠大于電話業(yè)務(wù) 因此業(yè)務(wù)綜合化必將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的寬帶化 通信網(wǎng)絡(luò)從電話業(yè)務(wù)為主演進到多媒體業(yè)務(wù)為主 每個用戶占用的帶寬由64kb s要提高到6Mb s左右 由此估計總業(yè)務(wù)量約增加100倍 如果考慮到今后要支持高清晰度電視等更寬帶寬的業(yè)務(wù) 則總業(yè)務(wù)量還會不斷增加 所以網(wǎng)絡(luò)寬帶化首先是人們的迫切需求 另一方面 由于光纖通信技術(shù)的成就 特別是密集波分復(fù)用 DWDM 技術(shù)的發(fā)展 使得網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬大大增加 如果雙絞銅線的傳輸帶寬按2Mb s估計 一根光纖采用DWDM技術(shù) 傳輸容量可達到20 200Gb s 也就是說 光纖的傳輸容量是銅線的一萬至十萬倍 因此寬帶化意味著光纖將成為主要的傳輸媒質(zhì) 今天 在核心網(wǎng)內(nèi)以光纖為傳輸媒質(zhì) 采用DWDM技術(shù)實現(xiàn)寬帶傳輸 同時采用光交換技術(shù)構(gòu)成全光通信網(wǎng) 已成為現(xiàn)實 在接入網(wǎng)中 光纖正在伸向用戶 從光纖到路邊 FTTC 光纖到大樓 FTTB 發(fā)展到光纖到交接箱 FTTCab 最后將實現(xiàn)光纖到家 FTTH 當(dāng)然 從帶寬需求和經(jīng)濟性考慮 接入網(wǎng)采用光纖沒有必要也不可能如同核心網(wǎng)那樣采用DWDM技術(shù) 而是采用比較簡單和廉價的光纖通信設(shè)備 因此接入網(wǎng)和核心網(wǎng)實現(xiàn)寬帶化的技術(shù)途徑是不同的 本章將分別予以介紹 8 2SDH傳送網(wǎng) 8 2 1SDH傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)一個電信網(wǎng)有兩大功能群 傳送功能群和控制功能群 所謂傳送網(wǎng)就是完成傳送功能的手段 當(dāng)然傳送網(wǎng)也能傳遞各種網(wǎng)絡(luò)控制信息 傳送網(wǎng)主要指邏輯功能意義上的網(wǎng)絡(luò) 是一個復(fù)雜龐大的網(wǎng)絡(luò) 為了便于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和管理 通常用分層 Laying 和分割 Partitioning 的概念 將網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)元件按功能分為參考點 接入點 拓撲元件 傳送實體和傳送處理功能四大類 網(wǎng)絡(luò)的拓撲元件分為三種 即層網(wǎng)絡(luò) 子網(wǎng)和鏈路 只需這三種元件就可以完全地描述網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓撲 從而使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得靈活 網(wǎng)絡(luò)描述變得容易 1 傳送網(wǎng)的分層和分割 傳送網(wǎng)是分層的 由垂直方向的連續(xù)的傳送網(wǎng)絡(luò)層 即層網(wǎng)絡(luò) 疊加而成 從上而下分別為電路層 通道層和傳輸媒質(zhì)層 又分為段層和物理層 每一層網(wǎng)絡(luò)為其相鄰的高一層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù) 同時又使用相鄰的低一層網(wǎng)絡(luò)所提供的傳送服務(wù) 提供傳送服務(wù)的層稱為服務(wù)者 Server 使用傳送服務(wù)的層稱為客戶 Client 因而相鄰的層網(wǎng)絡(luò)之間構(gòu)成了客戶 服務(wù)者關(guān)系 SDH傳送網(wǎng)分層模型如圖8 1所示 自上而下依次為電路層網(wǎng)絡(luò) 通道層網(wǎng)絡(luò)和傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò) 圖8 1SDH傳送網(wǎng)的分層模型 電路層網(wǎng)絡(luò)涉及到電路層接入點之間的信息傳遞并直接為用戶提供通信業(yè)務(wù) 如電路交換業(yè)務(wù) 分組交換業(yè)務(wù) 租用線業(yè)務(wù)和BISDN虛通路等 根據(jù)提供業(yè)務(wù)的不同可以分為不同的電路層網(wǎng)絡(luò) 如64kb s電路交換網(wǎng) 分組交換網(wǎng) 租用線電路網(wǎng)和ATM交換網(wǎng)等 電路層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備包括用于各種交換業(yè)務(wù)的交換機 例如電路交換機或分組交換機 和用于租用線業(yè)務(wù)的交叉連接設(shè)備等 電路層網(wǎng)絡(luò)與相鄰的通道層網(wǎng)絡(luò)是相互獨立的 通道層網(wǎng)絡(luò)用于通道層接入點之間的信息傳遞并支持不同類型的電路層網(wǎng)絡(luò) 為電路層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù) 其提供傳輸鏈路的功能與PDH中的2Mb s 34Mb s和140Mb s SDH中的VC11 VC12 VC2 VC3和VC4 以及BISDN中的虛通道功能類似 能夠?qū)νǖ缹泳W(wǎng)絡(luò)的連接性進行管理控制是SDH網(wǎng)的重要特性之一 SDH傳送網(wǎng)中的通道層網(wǎng)絡(luò)還可進一步分為高階通道層網(wǎng)絡(luò)和低階通道層網(wǎng)絡(luò) 傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)為通道層網(wǎng)絡(luò)結(jié)點提供合適的通道容量 并且可以進一步分為段層網(wǎng)絡(luò)和物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò) 簡稱物理層 其中段層網(wǎng)絡(luò)是為了保證通道層的兩個結(jié)點間信息傳遞的完整性 物理層是指具體的支持段層網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì) 如光纜或無線 SDH網(wǎng)中的段層網(wǎng)絡(luò)還可以進一步細分為復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò) 其中復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)涉及復(fù)用段終端之間的端到端的信息傳遞 再生段層網(wǎng)絡(luò)涉及再生器之間或再生器與復(fù)用段終端之間的信息傳遞 一個完整的SDH傳送網(wǎng)分層模型如圖8 2所示 圖8 2SDH傳送網(wǎng)完整分層模型 將傳送網(wǎng)分為獨立的三層 每層能在與其它層無關(guān)的情況下單獨加以規(guī)定 可以較簡便地對每層分別進行設(shè)計與管理 每個層網(wǎng)絡(luò)都有自己的操作和維護能力 從網(wǎng)絡(luò)的觀點來看 可以靈活地改變某一層 不會影響到其它層 傳送網(wǎng)分層后 每一層網(wǎng)絡(luò)仍然很復(fù)雜 地理上覆蓋的范圍很大 為了便于管理 在分層的基礎(chǔ)上 將每一層網(wǎng)絡(luò)在水平方向上按照該層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分割為若干個子網(wǎng)和鏈路連接 分割往往是從地理上將層網(wǎng)絡(luò)再細分為國際網(wǎng) 國內(nèi)網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)等 并獨立地對每一部分行使管理 圖8 3給出了傳送網(wǎng)分割概念與分層概念的一般關(guān)系 圖8 3傳送網(wǎng)的分割 a 分層概念 b 分割概念 采用分割的概念可以方便地在同一網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行規(guī)定 允許層網(wǎng)絡(luò)的一部分被層網(wǎng)絡(luò)的其余部分看作一個單獨實體 可以按所希望的程度將層網(wǎng)絡(luò)遞歸分解表示 為層網(wǎng)絡(luò)提供靈活的連接能力 從而方便網(wǎng)絡(luò)管理 也便于改變網(wǎng)絡(luò)的組成并使之最佳化 鏈路是代表一對子網(wǎng)之間有固定拓撲關(guān)系的一種拓撲元件 用來描述不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接點間的聯(lián)系 例如兩個交叉連接設(shè)備之間的多個平行的光纜線路系統(tǒng)就構(gòu)成了鏈路 2 傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu) 圖8 4為傳送網(wǎng)的功能模型示例 層網(wǎng)或子網(wǎng)之間通過連接 網(wǎng)絡(luò)連接 子網(wǎng)連接 鏈路連接 和適配 如層間適配 包括復(fù)用解復(fù)用 編碼解碼 定位與調(diào)整 速率變化等 構(gòu)成整個傳送網(wǎng) 相鄰的層間符合客戶 服務(wù)者關(guān)系 圖8 4傳送網(wǎng)的功能模型 8 2 2SDH網(wǎng)的物理拓撲網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲泛指網(wǎng)絡(luò)的形狀 即網(wǎng)絡(luò)結(jié)點和傳輸線路的幾何排列 它反映了物理上的連接性 除了最簡單的點到點的物理拓撲外 網(wǎng)絡(luò)物理拓撲一般有5種類型 即線形 星形 樹形 環(huán)形和網(wǎng)孔形 如圖8 5所示 1 線形 將通信網(wǎng)的所有站點串聯(lián)起來 并使首末兩個點開放 就形成了線形拓撲 在這種拓撲結(jié)構(gòu)中 要使兩個非相鄰點之間完成連接 其間的所有點都必須完成連接功能 這是SDH早期應(yīng)用的比較經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò)拓撲形式 首末兩端使用終端復(fù)用器 TM 中間各點使用分插復(fù)用器 ADM 圖8 5SDH網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲 a 線形 b 星形 c 樹形 d 環(huán)形 e 網(wǎng)孔形 2 星形 當(dāng)通信網(wǎng)的所有點中有一個特殊的點與其余點以輻射的形式直接相連 而其余點之間相互不能直接相連時 就形成了星形拓撲 又稱樞紐形拓撲 在這種拓撲結(jié)構(gòu)中 除了特殊點外的任意兩點間的連接都是通過特殊點進行的 特殊點為經(jīng)過的信息流進行路由選擇并完成連接功能 這種網(wǎng)絡(luò)拓撲可以將特殊點 樞紐站 的多個光纖終端綜合成一個 具有靈活的帶寬管理 能節(jié)省投資和運營成本 但是在特殊點存在失效問題和瓶頸問題 3 樹形 將點到點拓撲單元的末端點連接到幾個特殊點就形成樹形拓撲 樹形拓撲可以看成是線形拓撲和星形拓撲的結(jié)合 這種拓撲結(jié)構(gòu)在特殊點也存在瓶頸問題和光功率預(yù)算限制問題 特別適用于廣播式業(yè)務(wù) 但不適用于提供雙向通信業(yè)務(wù) 4 環(huán)形 將通信網(wǎng)的所有站點串聯(lián)起來首尾相連 而且沒有任何點開放 就形成了環(huán)形網(wǎng) 將線形結(jié)構(gòu)的兩個首尾開放點相連就變成了環(huán)形網(wǎng) 在環(huán)形網(wǎng)中 要完成兩個非相鄰點之間的連接 這兩點之間的所有點都必須完成連接功能 環(huán)形網(wǎng)的最大優(yōu)點是具有很高的網(wǎng)絡(luò)生存性 因而在SDH網(wǎng)中受到特別的重視 5 網(wǎng)孔形 當(dāng)通信網(wǎng)的許多點直接互連時就形成了網(wǎng)孔形拓撲 如果所有的點都直接互連時就稱為理想的網(wǎng)孔形 在非理想的網(wǎng)孔形中 沒有直接相連的兩個點之間需要經(jīng)由其它點的轉(zhuǎn)接功能才能實現(xiàn)連接 網(wǎng)孔形的優(yōu)點是不存在如星形拓撲那樣的瓶頸問題和失效問題 兩點間有多種路由可選 缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本較高 上述的拓撲結(jié)構(gòu)都有各自的特點 在網(wǎng)中都有不同程度的應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)拓撲的選擇要考慮的因素很多 如網(wǎng)絡(luò)的生存性是否高 網(wǎng)絡(luò)配置是否容易 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否適于引進新業(yè)務(wù)等 一個實際網(wǎng)絡(luò)的不同部分適宜采用的拓撲結(jié)構(gòu)也有可能不同 例如本地網(wǎng)適宜采用環(huán)形和星形拓撲結(jié)構(gòu) 有時也可用線形拓撲 市內(nèi)局間中繼網(wǎng)適宜采用環(huán)形和線形拓撲 而長途網(wǎng)可能采用網(wǎng)孔形拓撲 8 2 3自愈網(wǎng) 隨著人類社會進入信息社會 人們對通信的依賴性越來越大 對通信網(wǎng)絡(luò)生存性的要求也越來越高 一種稱為自愈網(wǎng) Self healingNetwork 的概念應(yīng)運而生 所謂自愈網(wǎng)就是無需人為干預(yù) 網(wǎng)絡(luò)就能在極短的時間內(nèi)從失效故障中自動恢復(fù) 使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障 其基本原理就是使網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新確立通信的能力 自愈網(wǎng)的概念只涉及重新確立通信 不管具體失效元部件的修復(fù)或更換 后者仍需人員干預(yù)才能完成 PDH系統(tǒng)采用的線路保護倒換方式是最簡單的自愈網(wǎng)形式 但是當(dāng)光纜被切斷時 往往是同一纜內(nèi)的所有光纖 包括主用和備用 都被切斷 在這種情況下上述保護方式就無能為力了 改善網(wǎng)絡(luò)生存性的最好辦法是將網(wǎng)絡(luò)結(jié)點連成一個環(huán)形 形成所謂的自愈環(huán) Self healingRing 環(huán)形網(wǎng)的結(jié)點可以是ADM 也可以是DXC 但通常由ADM構(gòu)成 SDH的特色之一便是能夠利用ADM的分插復(fù)用能力構(gòu)成自愈環(huán) 自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可分為兩大類 通道倒換環(huán)和復(fù)用段倒換環(huán) 通道倒換環(huán)屬于子網(wǎng)連接保護 其業(yè)務(wù)量的保護是以通道為基礎(chǔ) 是否倒換以離開環(huán)的每一個通道信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定 通常利用通道AIS信號來決定是否應(yīng)進行倒換 復(fù)用段倒換環(huán)屬于路徑保護 其業(yè)務(wù)量的保護以復(fù)用段為基礎(chǔ) 以每對結(jié)點的復(fù)用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣來決定是否倒換 通道倒換環(huán)與復(fù)用段倒換環(huán)的一個重要區(qū)別是前者往往使用專用保護 即正常情況下保護段也在傳業(yè)務(wù)信號 保護時隙為整個環(huán)專用 而后者往往使用公用保護 即正常情況下保護段是空閑的 保護時隙由每對結(jié)點共享 如果按照進入環(huán)的支路信號與由該支路信號分路結(jié)點返回的支路信號方向是否相同 又可以將自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán) 正常情況下 單向環(huán)中所有業(yè)務(wù)信號按同一方向在環(huán)中傳輸 雙向環(huán)中進入環(huán)的支路信號按一個方向傳輸 而由該支路信號分路結(jié)點返回的支路信號按相反的方向傳輸 如果按照一對結(jié)點間所用光纖的最小數(shù)量還可以分為二纖環(huán)和四纖環(huán) 下面以四個結(jié)點的環(huán)為例 介紹4種典型的自愈環(huán)結(jié)構(gòu) 1 二纖單向通道倒換環(huán) 二纖單向通道倒換環(huán)如圖8 6所示 通常單向環(huán)由兩根光纖來實現(xiàn) S1光纖用來攜帶業(yè)務(wù)信號 P1光纖用來攜帶保護信號 8 6二纖單向通道倒換環(huán) 這種環(huán)采用 首端橋接 末端倒換 結(jié)構(gòu) 例如 在結(jié)點A進入環(huán)傳送給結(jié)點C的支路信號 AC 同時饋入S1和P1向兩個不同方向傳送到C點 其中S1光纖按順時針方向 P1光纖按逆時針方向 C點的接收機同時收到兩個方向傳送來的支路信號 擇優(yōu)選擇其中一路作為分路信號 正常情況下 S1傳送的信號為主信號 同理 在C點進入環(huán)傳送至結(jié)點A的支路信號 CA 按上述同樣的方法傳送到結(jié)點A S1光纖所攜帶的CA信號為主信號 當(dāng)BC結(jié)點間的光纜被切斷時 兩根光纖同時被切斷 從A經(jīng)S1光纖到C的AC信號丟失 結(jié)點C的倒換開關(guān)由S1轉(zhuǎn)向P1 結(jié)點C接收經(jīng)P1光纖傳送的AC信號 從而使AC間業(yè)務(wù)信號不會丟失 實現(xiàn)了保護作用 故障排除后 倒換開關(guān)返回原來的位置 2 二纖單向復(fù)用段倒換環(huán) 二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖8 7所示 這是一種路徑保護方式 在這種環(huán)形結(jié)構(gòu)中每一結(jié)點都有一個保護倒換開關(guān) 正常情況下 S1光纖傳送業(yè)務(wù)信號 P1光纖是空閑的 當(dāng)BC結(jié)點間光纜被切斷 兩根光纖同時被切斷 與光纜切斷點相鄰的兩個結(jié)點B和C的保護倒換開關(guān)將利用APS AutomaticProtectionSwitching 協(xié)議執(zhí)行環(huán)回功能 例如在B結(jié)點S1光纖上的信號 AC 經(jīng)倒換開關(guān)從P1光纖返回 沿逆時針方向經(jīng)A結(jié)點和D結(jié)點仍然可以到達C結(jié)點 并經(jīng)C結(jié)點的倒換開關(guān)環(huán)回到S1光纖后落地分路 故障排除后 倒換開關(guān)返回原來的位置 圖8 7二纖單向復(fù)用段倒換環(huán) 當(dāng)BC結(jié)點間光纜被切斷 兩根光纖同時被切斷 與光纜切斷點相鄰的兩個結(jié)點B和C的保護倒換開關(guān)將利用APS AutomaticProtectionSwitching 協(xié)議執(zhí)行環(huán)回功能 例如在B結(jié)點S1光纖上的信號 AC 經(jīng)倒換開關(guān)從P1光纖返回 沿逆時針方向經(jīng)A結(jié)點和D結(jié)點仍然可以到達C結(jié)點 并經(jīng)C結(jié)點的倒換開關(guān)環(huán)回到S1光纖后落地分路 故障排除后 倒換開關(guān)返回原來的位置 3 四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán) 通常雙向環(huán)工作在復(fù)用段倒換方式 既可以是四纖又可以是二纖 四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖8 8所示 它由兩根業(yè)務(wù)光纖S1與S2 一發(fā)一收 和兩根保護光纖P1與P2 一發(fā)一收 構(gòu)成 其中S1光纖傳送順時針業(yè)務(wù)信號 S2光纖傳送逆時針業(yè)務(wù)信號 P1與P2分別是和S1與S2反方向傳輸?shù)膬筛Ｗo光纖 每根光纖上都有一個保護倒換開關(guān) 正常情況下 從A結(jié)點進入環(huán)傳送至C結(jié)點的支路信號順時針沿光纖S1傳輸 而由C結(jié)點進入環(huán)傳送至A結(jié)點的支路信號則逆時針沿光纖S2傳輸 保護光纖P1和P2是空閑的 當(dāng)BC結(jié)點間光纜被切斷 四根光纖同時被切斷 根據(jù) APS協(xié)議 B和C結(jié)點中各有兩個倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能 從而環(huán)工作的連續(xù)性得以維持 故障排除后 倒換開關(guān)返回原來的位置 在四纖環(huán)中 僅僅光纜切斷或結(jié)點失效才需要利用環(huán)回方式來保護 而如果是單纖或設(shè)備故障可以使用傳統(tǒng)的復(fù)用段保護倒換方式 圖8 8四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán) 當(dāng)BC結(jié)點間光纜被切斷 四根光纖同時被切斷 根據(jù)APS協(xié)議 B和C結(jié)點中各有兩個倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能 從而環(huán)工作的連續(xù)性得以維持 故障排除后 倒換開關(guān)返回原來的位置 在四纖環(huán)中 僅僅光纜切斷或結(jié)點失效才需要利用環(huán)回方式來保護 而如果是單纖或設(shè)備故障可以使用傳統(tǒng)的復(fù)用段保護倒換方式 4 二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán) 在四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)中 光纖S1上的業(yè)務(wù)信號與光纖P2上的保護信號的傳輸方向完全相同 如果利用時隙交換技術(shù) 可以使光纖S1和光纖P2上的信號都置于一根光纖 稱S1 P2光纖 中 例如S1 P2光纖的一半時隙用于傳送業(yè)務(wù)信號 另一半時隙留給保護信號 同樣 光纖S2和光纖P1上的信號也可以置于一根光纖 稱S2 P1光纖 上 這樣S1 P2光纖上的保護信號時隙可以保護S 2 P1光纖上的業(yè)務(wù)信號 S2 P1光纖上的保護信號時隙可保護S1 P2光纖上的業(yè)務(wù)信號 于是四纖環(huán)可以簡化為二纖環(huán) 如圖8 9所示 當(dāng)BC結(jié)點間光纜被切斷 二根光纖也同時被切斷 與切斷點相鄰的B和C結(jié)點中的倒換開關(guān)將S1 P2光纖與S2 P1光纖溝通 利用時隙交換技術(shù) 可以將S1 P 光纖和S2 P1光纖上的業(yè)務(wù)信號時隙轉(zhuǎn)移到另一根光纖上的保護信號時隙 于是就完成了保護倒換作用 圖8 9二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán) 前面介紹了4種自愈環(huán)結(jié)構(gòu) 通常通道倒換環(huán)只工作在二纖單向方式 而復(fù)用段倒換環(huán)既可以工作在二纖方式 又可以工作在四纖方式 既可以單向又可以雙向 自愈環(huán)種類的選擇應(yīng)考慮初建成本 要求恢復(fù)業(yè)務(wù)的比例 用于恢復(fù)業(yè)務(wù)所需要的額外容量 業(yè)務(wù)恢復(fù)的速度和易于操作維護等因素 8 3WDM光網(wǎng)絡(luò) WDM技術(shù)極大地提高了光纖的傳輸容量 隨之帶來了對電交換結(jié)點的壓力和變革的動力 為了提高交換結(jié)點的吞吐量 必須在交換方面引入光子技術(shù) 從而引起了WDM全光通信的研究 WDM全光通信網(wǎng)是在現(xiàn)有的傳送網(wǎng)上加入光層 在光上進行分插復(fù)用 OADM 和交叉連接 OXC 目的是減輕電結(jié)點的壓力 由于WDM全光網(wǎng)絡(luò)能夠提供靈活的波長選路能力 又稱為波長選路網(wǎng)絡(luò) WavelengthRoutingNetwork 基于WDM和波長選路的全光網(wǎng)絡(luò)及其與單波長網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系 如圖8 10所示 圖8 10基于WDM和波長選路的光網(wǎng)絡(luò) 8 3 1光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)ITUT的G 872 草案 已經(jīng)對光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)提出了建議 建議的分層方案是將光傳送網(wǎng)分成光通道層 OCH 光復(fù)用段層 OMS 和光傳輸段層 OTS 與SDH傳送網(wǎng)相對應(yīng) 實際上是將光網(wǎng)絡(luò)加到SDH傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)的段層和物理層之間 如圖8 11所示 由于光纖信道可以將復(fù)用后的高速數(shù)字信號經(jīng)過多個中間結(jié)點 不需電的再生中繼 直接傳送到目的結(jié)點 因此可以省去SDH再生段 只保留復(fù)用段 再生段對應(yīng)的管理功能并入到復(fù)用段結(jié)點中 為了區(qū)別 將SDH的通道層和段層稱為電通道層和電復(fù)用段層 圖8 11光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu) a SDH網(wǎng)絡(luò) b WDM網(wǎng)絡(luò) c 電層和光層的分解 光通道層為不同格式 如PDH565Mb s SDHSTMN ATM信元等 的用戶信息提供端到端透明傳送的光信道網(wǎng)絡(luò)功能 其中包括 為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路重新安排信道連接 為保證光信道適配信息的完整性處理光信道開銷 為網(wǎng)絡(luò)層的運行和管理提供光信道監(jiān)控功能 光復(fù)用段層為多波長信號提供網(wǎng)絡(luò)功能 它包括 為靈活的多波長網(wǎng)絡(luò)選路重新安排光復(fù)用段連接 為保證多波長光復(fù)用段適配信息的完整性處理光復(fù)用段開銷 為段層的運行和管理提供光復(fù)用段監(jiān)控功能 光傳輸段層為光信號在不同類型的光媒質(zhì) 如G 652 G 653 G 655光纖 上提供傳輸功能 包括對光放大器的監(jiān)控功能 WDM光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點主要有兩種功能 即光通道的上下路功能和交叉連接功能 實現(xiàn)這兩種功能的網(wǎng)絡(luò)元件分別是光分插復(fù)用器 OADM 和光交叉連接器 OXC 8 3 2光分插復(fù)用器在SDH傳送網(wǎng)中 分插復(fù)用器 ADM 的功能是對不同的數(shù)字通道進行分下 drop 與插入 add 操作 與此類似 在WDM光網(wǎng)絡(luò)也存在光分插復(fù)用器 OADM 其功能是在波分復(fù)用光路中對不同波長信道進行分下與插入操作 無論ADM還是OADM 都是相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的重要單元 在WDM光網(wǎng)絡(luò)的一個結(jié)點上 光分插復(fù)用器在從光波網(wǎng)絡(luò)中分下或插入本結(jié)點的波長信號的同時 對其它波長的向前傳輸并不影響 并不需要把非本結(jié)點的波長信號轉(zhuǎn)換為電信號再向前發(fā)送 因而簡化了結(jié)點上信息處理 加快了信息的傳遞速度 提高了網(wǎng)絡(luò)組織管理的靈活性 降低了運行成本 特別是當(dāng)波分復(fù)用的波長數(shù)很多時 光分插復(fù)用器的作用就顯得特別明顯 光分插復(fù)用器可以分為光 電 光和全光兩種類型 光 電 光型光分插復(fù)用器是一種采用SDH光端機背靠背連接的設(shè)備 在已鋪設(shè)的波分復(fù)用線路中已經(jīng)使用了這種設(shè)備 但是光 電 光這種方法不具備速率和格式的透明性 缺乏靈活性 難以升級 因而不能適應(yīng)WDM光網(wǎng)絡(luò)的要求 全光型光分插復(fù)用器是完全在光波域?qū)崿F(xiàn)分插功能 具備透明性 靈活性 可擴展性和可重構(gòu)性 因而完全滿足WDM光網(wǎng)絡(luò)的要求 光分插復(fù)用器的核心部件是一個具有波長選擇能力的光學(xué)或光子學(xué)元件 例如本書第7章介紹的幾種光濾波器等 下面介紹幾種光分插復(fù)用器的實現(xiàn)方法 1 基于解復(fù)用 復(fù)用結(jié)構(gòu)的OADM 這種光分插復(fù)用器采用解復(fù)用器和復(fù)用器背靠背的形式來實現(xiàn) 如圖8 12所示 在這種結(jié)構(gòu)中 可以把需要在本地結(jié)點分下的一路或多路光波長信號很方便地從多波長輸入信號中分離出來并連接到本地結(jié)點的光端機上 同時將本地結(jié)點需要發(fā)送的光波長通過復(fù)用器插入到多波長輸出信號中去 其它波長的光信號可以不受影響地透明通過該分插復(fù)用器 是 隨著波分復(fù)用的波長數(shù)的增加 用于連接每個波長的光纖連線也會相應(yīng)地增加 例如如果是32路波長的光分插復(fù)用器 考慮到雙向傳輸總共需要64根光纖連線 這肯定會給設(shè)備管理帶來困難 圖8 12基于解復(fù)用 復(fù)用結(jié)構(gòu)的OADM 在這種結(jié)構(gòu)中 由于不需要作分插的波長不能直接地通過 而解復(fù)用器和復(fù)用器的濾波特性會改變傳輸光譜的形狀 因而會影響整個系統(tǒng)的傳輸性能 由于這種光分插復(fù)用器使用了光解復(fù)用器和復(fù)用器 如果系統(tǒng)要增加波長 就必須改造甚至更換解復(fù)用器和復(fù)用器 因而這種光分插復(fù)用器不具備波長透明性 2 基于光纖馬赫 曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM圖8 13所示的是基于平衡的馬赫 曾德爾干涉儀 MZI 加上光纖布喇格光柵 FBG 結(jié)構(gòu)的全光纖型光分插復(fù)用器 在理想情況下 耦合器的分束比為1 1 MZI的兩臂等長 兩光柵寫入在等長位置上并接近全反射 因此與光纖布喇格光柵的峰值波長相對應(yīng)的光波長 將在分下 drop 口取出 而其它光波長信號將全部通過 并從輸出 output 口輸出 圖8 13基于光纖馬赫 曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM 而且這種結(jié)構(gòu)是左右對稱的 同樣可以插入與光柵峰值波長相對應(yīng)的光波長信號 但是實際上要做到兩個耦合器 兩個光柵和兩臂長完全相同是很困難的 因此要實現(xiàn)它也很困難 實現(xiàn)上述馬赫 曾德爾結(jié)構(gòu)可采用一種等效變通的方法 在雙芯光纖上連續(xù)采用熔融拉錐方法制成有一定距離的兩個3dB定向耦合器 然后在兩個耦合器之間的光纖上一次寫入 曾德爾結(jié)構(gòu)和光柵反射路徑 但是要從雙芯光纖中引出光信號需要特殊的光纖連接線 3 基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM 圖8 14示出基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM 這種結(jié)構(gòu)是在光纖定向耦合器的腰區(qū)寫入光柵 如果在入射光中某一波長的光信號與光柵的峰值波長在波長上一致 就會形成選擇性反射 此處定向耦合器中兩根光纖中的一根已經(jīng)過預(yù)處理 熔融拉細 使兩根光纖的芯徑略有差別 因此在兩根光纖中模式傳播常數(shù)稍微有些不同 選擇適當(dāng)?shù)墓鈻懦?shù) 使反射模式的耦合恰好發(fā)生在入射光纖基模與另一根光纖的反方向傳輸基模之間 要實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)需要復(fù)雜的特殊制作工藝 因而不適宜大量制作 圖8 14基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)的OADM 4 基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 圖8 15示出基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 采用光纖環(huán)行器和光纖光柵的結(jié)合可以實現(xiàn)多個波長的分插復(fù)用 與基于馬赫 曾德爾加上光纖布喇格光柵結(jié)構(gòu)相比 這種結(jié)構(gòu)對每一個波長只需一個而不是一對光柵 結(jié)構(gòu)較為簡單 性能較為穩(wěn)定 在兩個環(huán)行器之間接入m個光纖光柵 在兩個環(huán)行器的端口3分別接入解復(fù)用器和復(fù)用器 這樣就可以分下和插入m個波長信號 而其它的沒有被光纖光柵反射的光信號 無阻擋地從輸出端口輸出 如果采用可調(diào)諧光纖光柵 就可以得到在調(diào)諧范圍內(nèi)的任意波長信號 最后還可以通過不同組合形式的光開關(guān) 從m個波長中選取任意的分插波長 在這種結(jié)構(gòu)中 由于環(huán)行器的回波損耗很大 所以根本不需要外加隔離器 圖8 15基于光纖光柵加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 5 基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 圖8 16示出基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 其中使用了多層介質(zhì)膜 Multi layerDielectricFilm 濾波器 2 光開關(guān)和光纖環(huán)行器等 多層介質(zhì)膜濾波器由于其良好的溫度穩(wěn)定性目前已經(jīng)在商業(yè)的波分復(fù)用系統(tǒng)中使用 多波長光信號從輸入端經(jīng)環(huán)行器到達濾波器 由于介質(zhì)膜濾波器屬于帶通濾波器 因此只有位于通帶內(nèi)的波長才可以通過濾波器 其它波長則被反射回環(huán)行器 通過濾波器的波長由光開關(guān)選擇從分下 drop 口輸出 插入的波長經(jīng)過右邊的同波長濾波器再通過右邊環(huán)行器而輸出 從左面濾波器反射回左面環(huán)行器的光從端口2到端口3再進入下面環(huán)行器的端口1 重復(fù)以上過程 每經(jīng)過一個環(huán)行器和濾波器組合后 其余波長則繼續(xù)往下走 如果不在本結(jié)點作分插復(fù)用的波長就再連接到右側(cè)的光纖環(huán)行器 然后依次經(jīng)過環(huán)行器和多層介質(zhì)膜帶通濾波器 一直傳輸?shù)蕉嗖ㄩL輸出端口 圖8 16基于介質(zhì)膜濾波器加上光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)的OADM 8 3 3光交叉連接器光交叉連接器 OXC OpticalCrossconnect 是光波網(wǎng)絡(luò)中的一個重要網(wǎng)絡(luò)單元 其功能可以與時分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中的交換機類比 主要用來完成多波長環(huán)網(wǎng)間的交叉連接 作為網(wǎng)格狀光網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點 目的是實現(xiàn)光波網(wǎng)的自動配置 保護 恢復(fù)和重構(gòu) 光交叉連接通常分為三類 即光纖交叉連接 FXC FiberCrossconnect 波長固定交叉連接 WSXC Wavelength SelectiveCrossconnect 和波長可變交叉連接 WIXC WavelengthInterchangingCrossconnect 光纖交叉連接器連接的是多路輸入輸出光纖 如圖8 17所示 每根光纖中可以是多波長光信號 在這種交叉連接器中 只有空分交換開關(guān) 交換的基本單位是一路光纖 并不對多波長信號進行解復(fù)用 而是直接對波分復(fù)用光信號進行交叉連接 這種交叉連接器在WDM光網(wǎng)絡(luò)中不能發(fā)揮多波長通道的靈活性 不能實現(xiàn)波長選路 因而很少在WDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)點中單獨使用 波長固定交叉連接的典型結(jié)構(gòu)如圖8 18所示 多路光纖中的光信號分別接入各自的波分解復(fù)用器 解復(fù)用后的相同波長的信號進行空分交換 交換后的各路相同波長的光信號分別進入各自輸出口的復(fù)用器 最后復(fù)用后從各輸出光纖輸出 圖8 17光纖交叉連接 圖8 18波長固定交叉連接 在這種結(jié)構(gòu)中由于不同光纖中的相同波長之間可以進行交換 因而可以較靈活地對波長進行交叉連接 但是這種結(jié)構(gòu)無法處理兩根以上光纖中的相同波長光信號進入同一根輸出光纖問題 即存在波長阻塞問題 而波長可變的交叉連接可以解決波長阻塞問題 3 波長可變交叉連接 在波長可變交叉連接器中 使用波長變換器 WavelengthConverter 對光信號進行波長變換 因而各路光信號可以實現(xiàn)完全靈活的交叉連接 不會產(chǎn)生波長阻塞 研究表明 在光交叉連接器中對各波長通路部分配備波長變換器和全部配備波長變換器所達到的通過率特性幾乎相同 圖8 19為一種帶專用波長變換器的波長可變交叉連接器 WIXC WithdedicatedWavelengthConverters 結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)中每一個波長經(jīng)過空分交換后都配備有波長變換器 設(shè)輸入輸出光纖數(shù)為M 每根光纖中波長數(shù)為N 若要實現(xiàn)交叉連接則共需要MN個波長變換器 在這種結(jié)構(gòu)中 每根輸入光纖中每個波長都可以連接轉(zhuǎn)換成任意一根輸出光纖中任意一個波長 不存在波長阻塞 但是在一般情況下并不是所有波長都需要進行波長變換 因而這種結(jié)構(gòu)的波長變換器的利用率不高 很不經(jīng)濟 若要提高波長變換器的利用率 可采取所有端口共用一組波長變換器的辦法 圖8 20是所有輸入波長共用一組波長變換器情況 需要進行變換的波長由光開關(guān)交換后進入共用的波長變換器 經(jīng)過變換的波長再次進入光開關(guān)與其它波長一起交換到所要輸出的光纖中去 圖8 19專用波長變換器的波長可變交叉連接 圖8 20共享波長變換器的波長可變交叉連接器 4 交叉連接的多層結(jié)構(gòu) 在實際應(yīng)用中并不是所有的交叉連接都要在波長級上進行 當(dāng)業(yè)務(wù)量很大時 多路光纖上的信號直接進行光纖交叉連接 FXC 并不需要對每根光纖的波長進行解復(fù)用與復(fù)用 圖8 21所示為交叉連接的多層結(jié)構(gòu) 最上層是電的交叉連接 EXC 中間層是波長交叉連接 可以是波長固定交叉連接 WSXC 也可以是波長可變交叉連接 WIXC 底層是光纖交叉連接 FXC 在FXC層 輸入光纖中有需要作波長級交叉連接的光纖經(jīng)FXC交叉連接后到上一層交叉連接端口 再作波長交叉連接 在WSXC WIXC層 輸入端口有來自FXC層需要進行波長級交叉連接的光纖和來自EXC層的基于波長的各路信號一起進行波長級交叉連接的光纖 WSXC WIXC輸出的波長信號分為兩路 一路經(jīng)波長復(fù)用后連接至FXC層 另一路直接連接到EXC層進行電的交叉連接和交換 FXC 光纖交叉連接 WSXC 波長固定交叉連接 WIXC 波長可變交叉連接 EXC 電的交叉連接 圖8 21交叉連接的多層結(jié)構(gòu) 8 3 4WDM光網(wǎng)絡(luò)示例為了加深對WDM光網(wǎng)絡(luò)的了解 我們簡單地介紹一下美國的MONET網(wǎng) MONET是 多波長光網(wǎng)絡(luò) 的簡稱 該項目是由AT T Bellcore和朗訊科技發(fā)起的 參加單位有Bell亞特蘭大 南Bell公司 太平洋Telesis NSA 美國國家安全局 和NRL 美國海軍研究所 MONET試驗網(wǎng)包括三個部分 MONETNewJersey網(wǎng) Washington D C 網(wǎng)和連接兩個地區(qū)的多波長長途光纖鏈路 如圖8 22所示 在NewJersey是以AT TBellLabs為中心的星形網(wǎng) 在Washington D C 是三結(jié)點的環(huán)形網(wǎng) 該網(wǎng)絡(luò)在1560nm附近復(fù)用了20個WDM信道 單信道速率有3種 即1 2Gb s 2 5Gb s和10Gb s 在網(wǎng)絡(luò)中還使用了可調(diào)諧激光器和可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器等單元器件 圖8 22美國的MONET 該網(wǎng)絡(luò)的試驗?zāi)繕?biāo)是把網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 先進技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟結(jié)合在一起 實現(xiàn)一種高性能的 經(jīng)濟的和可靠的多波長網(wǎng)絡(luò) 最后將該網(wǎng)擴展為全國網(wǎng) 支持MONET觀點的人認為 未來的通信網(wǎng)是分層的 基礎(chǔ)層是基于WDM的光層 用于支持電層的業(yè)務(wù)傳送 該層由透明的 可以重新配置的和完全受網(wǎng)管控制的光網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成 光層之上的層是電層 可能是SDH或ATM等電傳送信號 最上層是應(yīng)用層 為此 MONET項目定義和開發(fā)了一組MONET網(wǎng)絡(luò)單元 例如 WTM 波長終端復(fù)用器 WADM 波長分插復(fù)用器 即OADM WAMP 多波長放大器 WSXC 波長固定交叉連接器 和WIXC 波長可變交叉連接器 8 4光接入網(wǎng) 8 4 1光接入網(wǎng)概述 1 接入網(wǎng)的概念 電信網(wǎng)包含了為在不同地方的用戶提供各種電信業(yè)務(wù)的所有傳輸及復(fù)用設(shè)備 交換設(shè)備及各種線路設(shè)施等 接入網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分 負責(zé)將電信業(yè)務(wù)透明地傳送到 用戶 ITUT的G 902建議 參看圖8 23 對接入網(wǎng)給出如下定義 接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)結(jié)點接口 SNI 和用戶網(wǎng)絡(luò)接口 UNI 之間的一系列傳送實體 如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施 組成 為供給電信業(yè)務(wù)而提供所需的傳送承載能力 可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)管理接口 Q3 配置和管理 原則上對接入網(wǎng)可以實現(xiàn)的UNI和SNI的類型和數(shù)目沒有限制 接入網(wǎng)不解釋信令 圖8 23接入網(wǎng)的界定 2 光接入網(wǎng)的參考配置 光接入網(wǎng) OAN 為共享相同網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口并由光傳輸系統(tǒng)所支持的接入鏈路群 有時稱之為光纖環(huán)路系統(tǒng) FITL 從系統(tǒng)配置上可以分為無源光網(wǎng)絡(luò) PON 和有源光網(wǎng)絡(luò) AON 如圖8 24所示 ODN 光分配網(wǎng)絡(luò) 是OLT和ONU之間的光傳輸媒質(zhì) 由無源光器件組成 OLT 光線路終端 提供OAN網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口 并且連接一個或多個ODN ODT 光遠程終端 由光有源設(shè)備組成 ONU 光網(wǎng)絡(luò)單元 提供OAN用戶側(cè)接口 并且連接到一個ODN或ODT 圖8 24光接入網(wǎng)的參考配置 ONU 光網(wǎng)絡(luò)單元 提供OAN用戶側(cè)接口 并且連接到一個ODN或ODT UNI 用戶網(wǎng)絡(luò)接口 SNI 業(yè)務(wù)結(jié)點接口 S 光發(fā)送參考點 R 光接收參考點 AF 適配功能 V 與業(yè)務(wù)結(jié)點間的參考點 T 與用戶終端間的參考點 a AF與ONU之間的參考點 在OLT和ONU之間沒有任何有源電子設(shè)備的光接入網(wǎng)稱為無源光網(wǎng)絡(luò) PON PON對各種業(yè)務(wù)是透明的 易于升級擴容 便于維護管理 缺點是OLT和ONU之間的距離和容量受到限制 用有源設(shè)備或有源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 如SDH環(huán)網(wǎng) 的ODT代替無源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN 便構(gòu)成有源光網(wǎng)絡(luò) AON AON的傳輸距離和容量大大增加 易于擴展帶寬 運行和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的靈活性大 不足之處是有源設(shè)備需要供電 機房等 如果綜合使用兩種網(wǎng)絡(luò) 優(yōu)勢互補 就能接入不同容量的用戶目前 用戶網(wǎng)光纖化的途徑主要有兩個 一是在現(xiàn)有電話銅纜用戶網(wǎng)的基礎(chǔ)上 引入光纖傳輸技術(shù)改造成光接入網(wǎng) 二是在現(xiàn)有有線電視 CATV 同軸電纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上 引入光纖傳輸技術(shù)使之成為光纖 同軸混合網(wǎng) HFC 3 光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) 光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)一般有4種 單星形 雙星形 總線形和環(huán)形 如圖8 25所示 4 光接入網(wǎng)的應(yīng)用類型 根據(jù)ONU的位置不同 光接入網(wǎng)有4種基本應(yīng)用類型 光纖到路邊 FTTC 光纖到大樓 FTTB 光纖到辦公室 FTTO 和光纖到家 FTTH 在FTTC結(jié)構(gòu)中 ONU設(shè)置在路邊的人孔或電線桿上的分線盒處 有時也可以設(shè)置在交接箱處 FTTC一般采用雙星形結(jié)構(gòu) 從ONU到用戶之間采用雙絞線銅纜 若要傳送寬帶業(yè)務(wù)則要用高頻電纜或同軸電纜 圖8 25光接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) FTTB是將ONU直接放在大樓內(nèi) 如企業(yè) 事業(yè)單位辦公樓或居民住宅公寓內(nèi) 再由銅纜將業(yè)務(wù)分配到各個用戶 FTTB比FTTC的光纖化程度更進一步 更適合高密度用戶區(qū) 也更容易滿足未來寬帶業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枰?如果將FTTC結(jié)構(gòu)中設(shè)置在路邊的ONU換成無源光分路器 將ONU移到大企業(yè)事業(yè)單位 如公司 政府機關(guān) 大學(xué)或研究所 的辦公室內(nèi)就成了FTTO 將ONU移到用戶家里就成了FTTH FTTH是一種全透明全光纖的光接入網(wǎng) 適于引入新業(yè)務(wù) 對傳輸制式 帶寬和波長等基本上沒有限制 并且ONU安裝在用戶處 供電 安裝維護等都比較方便 8 4 2無源光網(wǎng)絡(luò)1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 無源光網(wǎng)絡(luò)的信號由端局和電視節(jié)目中心通過光纖和光分路器直接分送到用戶 其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8 26所示 其下行業(yè)務(wù)由光功率分配器以廣播方式發(fā)送給用戶 在靠近用戶接口處的過濾器讓每個用戶接收發(fā)給它的信號 在上行方向 用戶業(yè)務(wù)是在預(yù)定的時間發(fā)送 目的是讓它們分時地發(fā)送光信號 因此要定期測定端局與每個用戶的延時 以便上行傳輸同步 這是PON技術(shù)的難點 由于光信號經(jīng)過分路器分路后 損耗較大 因而傳輸距離不能很遠 圖8 26PON結(jié)構(gòu) a 采用TDM FDM WDM的PON b 采用TDM WDM的PON PON的一個重要應(yīng)用是來傳送寬帶圖像業(yè)務(wù) 特別是廣播電視 這方面尚無任何國際標(biāo)準(zhǔn)可用 但已形成一種趨勢 即使用1310nm波長區(qū)傳送窄帶業(yè)務(wù) 而使用1550nm波長區(qū)傳送寬帶圖像業(yè)務(wù) 主要是廣播電視業(yè)務(wù) 原因是1310 1550nm波分復(fù)用 WDM 器件已很便宜 而目前1310nm波長區(qū)的激光器也很成熟 價格便宜 適于經(jīng)濟地傳送急需的窄帶業(yè)務(wù) 另一方面 1550nm波長區(qū)的光纖損耗低 又能結(jié)合使用光纖放大器 因而適于傳送帶寬要求較高的寬帶圖像業(yè)務(wù) 具體的傳輸技術(shù)主要是頻分復(fù)用 FDM 時分復(fù)用 TDM 和密集波分復(fù)用 DWDM 三種 圖8 26 a 使用1310 1550兩波長WDM器件來分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù) 其中1310nm波長區(qū)傳送TDM方式的窄帶業(yè)務(wù)信號 1550nm波長區(qū)傳送FDM方式的圖像業(yè)務(wù)信號 主要是CATV信號 圖8 26 b 也使用1310 1550兩波長WDM器件來分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù) 與圖8 26 a 不同之處在于先將電視信號編碼為數(shù)字信號 再用TDM方式傳輸 2 多址技術(shù) PON中常用的多址技術(shù)有三種 頻分多址 FDMA 時分多址 TDMA 和波分多址 WDMA 它們的原理框圖如圖8 27所示 圖8 27無源光網(wǎng)絡(luò)的三種多址技術(shù) a 頻分多址 b 時分多址 c 波分多址 FDMA的特點是將頻帶分割為許多互不重疊的部分 分配給每個用戶使用 其優(yōu)點是設(shè)備簡單 技術(shù)成熟 缺點是當(dāng)多個載波信號同時傳輸時 會產(chǎn)生串?dāng)_和互調(diào)噪聲 會出現(xiàn)強信號抑制弱信號現(xiàn)象 單路的有效輸出功率降低 且傳輸質(zhì)量隨著用戶數(shù)的增多而急劇下降 TDMA的特點是將工作時間分割成周期性的互不重疊的時隙 分配給每個用戶 其優(yōu)點是在任何時刻只有一個用戶的信號通過上行信道 可以充分利用信號功率 沒有互調(diào)噪聲 缺點是為了分配時隙 需要精確地測定每個用戶的傳輸時延 并且易受窄帶噪聲的影響 WDMA的特點是以波長作為用戶的地址 將不同的光波長分配給不同的用戶 用可調(diào)諧濾波器或可調(diào)諧激光器來實現(xiàn)波分多址 其優(yōu)點是不同波長的信號可以同時在同一信道上傳輸 不必考慮時延問題 缺點是目前可調(diào)諧濾波器或可調(diào)諧激光器的成本還高 調(diào)諧范圍也不寬 3 ATM無源光網(wǎng)絡(luò) 在無源光網(wǎng)絡(luò)中采用ATM技術(shù) 就成為ATMPON 簡稱APON APON實現(xiàn)用戶與四個主要類型業(yè)務(wù)結(jié)點之一的連接 這些是PSTN ISDN窄帶業(yè)務(wù) BISDN寬帶業(yè)務(wù) 非ATM業(yè)務(wù) 即數(shù)字視頻付費業(yè)務(wù)和Internet的IP業(yè)務(wù) ATMPON的模型結(jié)構(gòu)如圖8 28所示 圖8 29為一個ATM PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)為各種業(yè)務(wù)提供ATM標(biāo)準(zhǔn)的接入平臺 UNI 用戶網(wǎng)絡(luò)接口 SNI 業(yè)務(wù)結(jié)點接口 ONU 光網(wǎng)絡(luò)單元 OLT 光線路終端 圖8 28APON模型結(jié)構(gòu) ONU 光網(wǎng)絡(luò)單元 MUX 復(fù)用器 VOD 視頻點播 圖8 29一個APON系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 4 3有源光網(wǎng)絡(luò)在一些土地遼闊的國家 用戶線有時比較長 在接入網(wǎng)中也用有源光網(wǎng)絡(luò) AON 如圖8 24所示 有源光網(wǎng)絡(luò)由OLT ODT ONU和光纖傳輸線路構(gòu)成 ODT可以是一個有源復(fù)用設(shè)備 遠端集中器 HUB 也可以是一個環(huán)網(wǎng) 一般有源光網(wǎng)絡(luò)屬于一點到多點光通信系統(tǒng) 按其傳輸體制可分為PDH和SDH兩大類 通常有源光網(wǎng)絡(luò)采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 它將一些網(wǎng)絡(luò)管理功能 如倒換結(jié)口 寬帶管理 和高速復(fù)分接功能在遠端終端中完成 端局和遠端間通過光纖通信系統(tǒng)傳輸 然后再從遠端將信號分配給用戶 8 4 4光纖同軸電纜混合網(wǎng)接入網(wǎng)除了電信部門的環(huán)路接入網(wǎng)以外 還有廣播電視部分的CATV接入網(wǎng) 隨著社會的發(fā)展 要求在一個CATV網(wǎng)內(nèi)能夠傳送多種業(yè)務(wù)并且能夠雙向傳輸 為此一種新興的光接入網(wǎng) HFC HybridFiber Coax 網(wǎng)應(yīng)運而生 從傳統(tǒng)的同軸電纜CATV網(wǎng)到HFC網(wǎng) 經(jīng)歷了單向光纖CATV網(wǎng) 雙向光纖CATV網(wǎng)最后發(fā)展到HFC網(wǎng) HFC網(wǎng)的基本原理是在雙向光纖CATV網(wǎng)的基礎(chǔ)上 根據(jù)光纖的寬頻帶特性 用空余的頻帶來傳輸話音業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或個人信息 以充分利用光纖的頻譜資源 HFC的原理如圖8 30所示 由前端出來的視頻業(yè)務(wù)信號和由電信部門中心局出來的電信業(yè)務(wù)信號在主數(shù)字終端 HDT 處混合在一起 調(diào)制到各自的傳輸頻帶上 通過光纖傳輸?shù)焦饫w結(jié)點 在光纖結(jié)點處進行光 電轉(zhuǎn)換后由同軸電纜分配到每個用戶 每個光纖結(jié)點能夠服務(wù)的用戶數(shù)大約500個左右 1 HFC系統(tǒng)的頻譜安排 HFC采用副載波頻分復(fù)用方式 其頻譜安排目前國際上還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 但在實際應(yīng)用中存在一種趨勢 HFC系統(tǒng)有750MHz系統(tǒng) 也有1000MHz系統(tǒng) 其頻率資源采用低分割分配方案 將下行和上行的各種業(yè)務(wù)信息劃分到不同的頻段 如圖8 31所示 通常安排50 750MHz 或1000MHz 為下行通道 5 40MHz為上行通道 圖8 30HFC原理圖 圖8 31HFC系統(tǒng)頻譜安排 50 550MHz這段頻譜用來傳輸模擬電視 對于PAL制式每個信道的頻帶為8MHz 這段頻譜能傳輸 550 50 8 60信道的模擬電視 550 750MHz這段頻譜用來傳輸數(shù)字電視 也可以用其中一部分來傳輸數(shù)字電視 另一部分來傳輸下行電話和數(shù)據(jù)信號 5 30MHz這段頻譜用來傳輸上行電話信號 由于每個光纖結(jié)點能服務(wù)的用戶數(shù)約為500個 所以每個用戶的上行回傳信道頻帶為25MHz 500 50kHz 也有另一種分配上行頻段的方法 將其擴展為5 42MHz 其中5 8MHz傳輸狀態(tài)監(jiān)視信息 8 12MHz傳輸VOD 視頻點播 信令 15 40MHz用來傳輸上行電話信號 750 1000MHz這段頻譜用于各種雙向通信業(yè)務(wù) 其中695 735MHz和970 1000MHz可用于個人通信業(yè)務(wù) 其它未分配的頻段可以有各種應(yīng)用 也可用于將來可能出現(xiàn)的新業(yè)務(wù) 2 HFC的調(diào)制和復(fù)用方式 對模擬視頻信號的調(diào)制 主要采用模擬的VSB AM調(diào)制方式和FDM復(fù)用方式 便于與家庭使用的電視機兼容 對于長距離傳輸 也可采用FMSCM 副載波調(diào)頻 方式 對于數(shù)字視頻信號的調(diào)制 可以將數(shù)字視頻進行BPSK QPSK或64QAM調(diào)制到載波上 再使用FDM或SCM復(fù)用方式 下行的數(shù)字話音或數(shù)據(jù)經(jīng)QPSK調(diào)制到下行副載波上 上行的數(shù)字話音或數(shù)據(jù)經(jīng)QPSK調(diào)制到上行副載波上 經(jīng)FDM或SCM復(fù)用后的射頻信號或微波信號再對光源進行直接強度調(diào)制 經(jīng)光纖傳輸后再在接收端解調(diào) 當(dāng)然 光信號也可采用WDM DWDM甚至OFDM復(fù)用方式 3 HFC網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能 HFC網(wǎng)主要由前端 HE 主數(shù)字終端 HDT 傳輸線路 光纖結(jié)點 FN 和綜合業(yè)務(wù)單元 ISU 等組成 如圖8 32所示 視頻前端的作用是將各種模擬的和數(shù)字的視頻信號源處理后混合起來 主數(shù)字終端的作用是將CATV前端出來的信息流和交換機出來的電話業(yè)務(wù)信息流合在一起 其主要功能有 通過V5 2接口與交換機進行信令轉(zhuǎn)換 對網(wǎng)絡(luò)資源進行分配 對業(yè)務(wù)信息進行調(diào)制與解調(diào)和合成與分解 光發(fā)送與光接收 提供對HFC網(wǎng)進行管理的管理接口 圖8 32HFC網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖 光纖結(jié)點的作用主要是接收來自HDT的光形式的圖像和電話信號 將其轉(zhuǎn)換為射頻電信號 再由射頻放大器放大后送給各個同軸電纜分配網(wǎng) 并且還能對上行信號進行頻譜安排 對信令進行轉(zhuǎn)換 綜合業(yè)務(wù)單元 ISU 是一個智能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 分為單用戶的ISU和多用戶的ISU 主要提供各種用戶終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的接口 實現(xiàn)信令轉(zhuǎn)換 對各種業(yè)務(wù)信息進行調(diào)制與解調(diào)和合成與分解