1、8.1 通信網的發展趨勢通信網的發展趨勢8.2 SDH傳送網傳送網8.3 WDM光網絡光網絡8.4 光接入網光接入網第第 8 章章 光纖通信網絡光纖通信網絡返回主目錄8.1 通信網的發展趨勢通信網的發展趨勢 通信網總的發展趨勢是通信網總的發展趨勢是數字化、綜合化和寬帶化數字化、綜合化和寬帶化。與光纖通信關系最為密切的是寬帶化，這是人類社會發展到信息時代的迫切需求， 也是科技進步的必然產物。 數字化數字化就是在通信網的各個部分(核心網和接入網)及各個環節(傳輸、交換、接入、終端等)全面采用數字技術。 目前核心網核心網(或稱骨干網)已實現了數字化，采用了數字傳輸和數字交換技術，其優越性已十分明顯。

2、 接入網的情況比較復雜，模擬的東西還大量存在，如電話網從核心網邊緣的端局交換機到用戶終端的用戶環路，大量使用的還是模擬二線；有線電視系統也基本上是模擬的；新近采用的非對稱數字用戶線(ADSL)實際上是模數混合體制。 綜合業務數字網綜合業務數字網(包括窄帶和寬帶包括窄帶和寬帶)的主要目的是：的主要目的是：要實現接入部分的數字化，提供端到端數字連接，從而支持綜合業務， 但由于種種原因，并沒有普遍推廣應用。所以現在只能說接入網正處于數字化的過程中，還不能說已實現了數字化。 綜合化綜合化，主要指業務的綜合，即通信網要由原來的單一業務網(如電話網、 分組數據網)發展為能同時提供多種業務(包括話音、 數據

3、、 圖像等)， 特別是多媒體業務的網絡。 數字化是綜合化的前提。數字化是綜合化的前提。當各種類型的消息都用統一的數字符號表示時，通過端到端的數字傳輸，便能實現綜合業務。長期以來， 通信網的主要業務是話音，所以電信網基本上等同于電話網； 電信網中還有一種業務是電報， 相當于原始的低速數據業務。 隨著計算機網絡的出現和發展，特別是因特網因特網(Internet)擴展到全世界，對數據業務量的需求不斷增長，近十年來，幾乎每半年翻一番。數據業務量猛增的主要推動力是因特網的WWW業務和高速多媒體業務。因此，用不了多少時間， 數據業務的總量將超過電話業務。 此外，電視會議、遠程教育、 電子商務等應用都要求通

4、信網提供高速數據和視頻業務，而這些業務所需的帶寬都遠大于電話業務。因此業務綜合化必將導致網絡的寬帶化。 通信網絡從電話業務為主演進到多媒體業務為主，每個用戶占用的帶寬由64 kb/s要提高到6 Mb/s左右，由此估計總業務量約增加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務， 則總業務量還會不斷增加。所以網絡寬帶化首先是人們的迫切需求。另一方面，由于光纖通信技術的成就，特別是密集波分密集波分復用復用(DWDM)技術技術的發展，使得網絡的傳輸帶寬大大增加。 如果雙絞銅線的傳輸帶寬按2 Mb/s估計，一根光纖采用DWDM技術，傳輸容量可達到20200 Gb/s，也就是說，光纖的傳輸

5、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。 今天， 在核心網內以光纖為傳輸媒質，采用DWDM技術實現寬帶傳輸，同時采用光交換技術構成全光通信網，已成為現實。 在接入網中，光纖正在伸向用戶，從光纖到路邊光纖到路邊(FTTC)、光纖到大樓光纖到大樓(FTTB)發展到光纖到交接箱光纖到交接箱(FTTCab)，最后將實現光纖到家光纖到家(FTTH)。 當然，從帶寬需求和經濟性考慮，接入網采用光纖沒有必要也不可能如同核心網那樣采用DWDM技術，而是采用比較簡單和廉價的光纖通信設備。 因此接入網和核心網實現寬帶化的技術途徑是不同的。本章將分別予以介紹。8.2 SDH 傳傳 送送

6、網網 8.2.1 SDH傳送網的功能結構傳送網的功能結構 一個電信網有兩大功能群：一個電信網有兩大功能群：傳送功能群傳送功能群和和控制功能群控制功能群。 傳送網傳送網就是完成傳送功能的手段，當然傳送網也能傳遞各種網絡控制信息。傳送網主要指邏輯功能意義上的網絡，是一個復雜龐大的網絡。 為了便于網絡的設計和管理，通常用分層分層(Laying)和分割分割(Partitioning)的概念，將網絡的結構元件按功能分為將網絡的結構元件按功能分為參考點參考點(接入點接入點)、拓撲元件、傳送實體、拓撲元件、傳送實體和和傳送處理功能傳送處理功能四大類。四大類。 網絡的拓撲元件分為三種：網絡的拓撲元件分為三種：

7、層網絡、子網、鏈路層網絡、子網、鏈路， 只需這三種元件就可以完全地描述網絡的邏輯拓撲，從而使網絡的結構變得靈活，網絡描述變得容易。 1. 傳送網的分層和分割傳送網的分層和分割 傳送網是分層的，由垂直方向的連續的傳送網絡層(即層網絡)疊加而成，從上而下分別為從上而下分別為電路層、電路層、 通道層和傳輸媒質通道層和傳輸媒質層層(又分為段層和物理層又分為段層和物理層)。每一層網絡為其相鄰的高一層網絡提供傳送服務，同時又使用相鄰的低一層網絡所提供的傳送服務。 提供傳送服務的層稱為服務者服務者(Server)，使用傳送服務的層稱為客戶客戶(Client)， 因而相鄰的層網絡之間構成了客戶/服務者關系。圖

8、圖 8.1 SDH傳送網的分層模型傳送網的分層模型 電路層網絡電路層網絡通道層網絡通道層網絡傳輸媒質層網絡傳輸媒質層網絡64 kb/s電電路交換網路交換網分組交分組交換換 網網租用線租用線電路網電路網SDH VC1 n 通道網通道網SDH VC3 通道網通道網傳送網傳送網示例示例光傳輸網光傳輸網無線傳輸網無線傳輸網n1,2 SDH傳送網分層模型如圖8.1所示。自上而下依次為電路層網絡、通道層網絡和傳輸媒質層網絡。 電路層網絡電路層網絡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務，如電路交換業務、分組交換業務、租用線如電路交換業務、分組交換業務、租用線業務和業務和B-ISDN虛通路等

9、。虛通路等。 根據提供業務的不同可以分為不同的電路層網絡，如64 kb/s電路交換網、 分組交換網、 租用線電路網和ATM交換網等。電路層網絡的設備包括用于各種交換業務的交換機(例如電路交換機或分組交換機)和用于租用線業務的交叉連接設備等。電路層網絡與相鄰的通道層網絡是相互獨立的。 通道層網絡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絡，為電路層網絡提供傳送服務，其提供傳輸鏈路的功能與PDH中的2 Mb/s、34 Mb/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。 能夠對通道層網絡的連接性進行管理控制是SDH網的重

10、要特性之一，SDH傳送網中的通道層網絡還可進一步分為： 高階通道層網絡高階通道層網絡 低階通道層網絡低階通道層網絡 傳輸媒質層網絡傳輸媒質層網絡為通道層網絡結點提供合適的通道容量， 并且可以進一步分為： 段層網絡：段層網絡：為了保證通道層的兩個結點間信息傳遞的完整性。 物理媒質層網絡物理媒質層網絡(簡稱物理層簡稱物理層)：指具體的支持段層網絡的傳輸媒質，如光纜或無線。 SDH網中的段層網絡還可以進一步細分為： 復用段層網絡復用段層網絡涉及復用段終端之間的端到端的信息傳遞 再生段層網絡再生段層網絡涉及再生器之間或再生器與復用段終端之間的信息傳遞。 一個完整的SDH傳送網分層模型如圖8.2所示。

11、圖圖 8.2 SDH傳送網完整分層模型傳送網完整分層模型VC11VC12VC2VC3電電 路路 層層 網網 絡絡VC3VC4復用段層網絡復用段層網絡再生段層網絡再生段層網絡低階低階通道層通道層高階高階通道層通道層段層段層物理層網絡物理層網絡電路層電路層通道層通道層傳輸傳輸媒質層媒質層SDH傳送層傳送層 將傳送網分為獨立的三層，每層能在與其它層無關的情況下單獨加以規定，可以較簡便地對每層分別進行設計與管理；每個層網絡都有自己的操作和維護能力；從網絡的觀點來看，可以靈活地改變某一層， 不會影響到其它層。 傳送網分層后， 每一層網絡仍然很復雜，地理上覆蓋的范圍很大。為了便于管理，在分層的基礎上，將每

12、一層網絡在水平方向上按照該層內部的結構分割為若干個子網和鏈路連接。 分割往往是從地理上將層網絡再細分為：國際網、國內網國際網、國內網和地區網地區網等，并獨立地對每一部分行使管理。圖 8.3 給出了傳送網分割概念與分層概念的一般關系。 圖圖 8.3傳送網的分割傳送網的分割 (a) 分層概念；分層概念； (b) 分割概念分割概念電路層網絡電路層網絡通道層網絡通道層網絡傳輸媒質層網絡傳輸媒質層網絡子網子網鏈路鏈路層網絡層網絡分層視圖分層視圖( (客戶客戶/ /服務者聯系服務者聯系) )分割視圖分割視圖(a)(b) 采用分割的概念可以方便地在同一網絡層內對網絡結構進行規定，允許層網絡的一部分被層網絡的

13、其余部分看作一個單獨實體；可以按所希望的程度將層網絡遞歸分解表示，為層網絡提供靈活的連接能力，從而方便網絡管理，也便于改變網絡的組成并使之最佳化。 鏈路鏈路是代表一對子網之間有固定拓撲關系的一種拓撲元件，用來描述不同的網絡設備連接點間的聯系，例如兩個交叉連接設備之間的多個平行的光纜線路系統就構成了鏈路。 2. 傳送網的功能結構傳送網的功能結構 圖8.4為傳送網的功能模型示例。層網或子網之間通過連連接接(網絡連接、子網連接、鏈路連接網絡連接、子網連接、鏈路連接)和適配適配(如層間適配，包如層間適配，包括復用解復用、編碼解碼、定位與調整、速率變化等括復用解復用、編碼解碼、定位與調整、速率變化等)構

14、成整個傳送網。 相鄰的層間符合客戶/服務者關系。圖圖8.4傳送網的功能模型傳送網的功能模型SNCSNCTCPCPLCCPLCCPLCCPTCPAPAPSNCAPAP路徑路徑網絡連接網絡連接鏈路連接鏈路連接路徑路徑路徑終端路徑終端客戶層到服務層客戶層到服務層適配適配TCP路徑終端路徑終端路徑終端路徑終端客戶層到服務層客戶層到服務層適配適配TCP路徑終端路徑終端客戶層網絡客戶層網絡服務層網絡服務層網絡AP： 接入點接入點CP： 連連接點接點LC：鏈路：鏈路連連接接TCP：終端連接點終端連接點SNC：子網連接子網連接CP 8.2.2 SDH網的物理拓撲網的物理拓撲 網絡的物理拓撲泛指網絡的形狀，即網

15、絡結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， 網絡物理拓撲一般有5種類型： 線形線形 星形星形 樹形樹形 環形環形 網孔形網孔形1. 線形線形 將通信網的所有站點串聯起來，并使首末兩個點開放， 就形成了線形拓撲。在這種拓撲結構中，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早期應用的比較經濟的網絡拓撲形式，首末兩端使用終終端復用器端復用器(TM)，中間各點使用分插復用器分插復用器(ADM)。 圖圖 8.5 (a) SDH網絡的物理拓撲：網絡的物理拓撲：線形線形(a) 2. 星形星形 當通信網的所有點中有一個特殊的點與其余點

16、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，又稱樞紐形拓撲樞紐形拓撲。在這種拓撲結構中，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，特殊點為經過的信息流進行路由選擇并完成連接功能。這種網絡拓撲可以將特殊點(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。 (b)圖圖 8.5 (b) SDH網絡的物網絡的物理拓撲：星形理拓撲：星形3. 樹形樹形 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。樹形拓樹形拓撲可以看成是線形拓撲和撲可以看成是線形拓撲和星形拓撲的結合。星形拓撲的結合。

17、這種拓撲結構在特殊點也存在瓶頸問題和光功率預算限制問題，特別適用于廣播式業務， 但不適用于提供雙向通信業務。 (c)圖圖 8.5 (c) SDH網絡的物理拓撲：樹形網絡的物理拓撲：樹形4. 環形環形 將通信網的所有站點串聯起來首尾相連，而且沒有任何點開放，就形成了環形網。將線形結構的兩個首尾開放點相連就變成了環形網。在環形網中，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。環形網的最大優點是具有很高的網絡生存性，因而在SDH網中受到特別的重視。(d)圖圖 8.5 (d) SDH網絡的物理拓撲：網絡的物理拓撲：環形環形 圖圖 8. 5 (e) SDH網絡的物理拓撲：網絡的

18、物理拓撲： 網孔形網孔形(e)5. 網孔形網孔形 當通信網的許多點直接互連時就形成了網孔形拓撲。 如果所有的點都直接互連時就稱為理想的網孔形。在非理想的網孔形中，沒有直接相連的兩個點之間需要經由其它點的轉接功能才能實現連接。網孔形的優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；缺點是結構復雜、成本較高。 上述的拓撲結構都有各自的特點，在網中都有不同程度的應用。網絡拓撲的選擇要考慮的因素很多，如網絡的生存性是否高，網絡配置是否容易，網絡結構是否適于引進新業務等。 一個實際網絡的不同部分適宜采用的拓撲結構也有可能不同，例如本地網適宜采用環形和星形拓撲結構，有時也可用線形拓撲

19、，市內局間中繼網適宜采用環形和線形拓撲，而長途網可能采用網孔形拓撲。 8.2.3 自愈網自愈網 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，對通信網絡生存性的要求也越來越高，一種稱為自愈網自愈網(Self-healing Network)的概念應運而生。 自愈網自愈網就是無需人為干預，網絡就能在極短的時間內從失效故障中自動恢復， 使用戶感覺不到網絡已出了故障。 基本原理就是：基本原理就是：使網絡具備發現替代傳輸路由并重新確立通信的能力。自愈網的概念只涉及重新確立通信，不管具體失效元部件的修復或更換，后者仍需人員干預才能完成。 PDH系統采用的線路保護倒換方式線路保護倒換方式是最簡單的

20、自愈網形式。但是當光纜被切斷時，往往是同一纜內的所有光纖(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。 改善網絡生存性的最好辦法是：改善網絡生存性的最好辦法是：將網絡結點連成一個環形， 形成所謂的自愈環自愈環(Selfhealing Ring)。環形網的結點可以是ADM， 也可以是DXC， 但通常由ADM構成。SDH的特色之一便是能夠利用ADM的分插復用能力構成自愈環。 自愈環結構自愈環結構可分為兩大類： 通道倒換環通道倒換環屬于子網連接保護，其業務量的保護是以通道為基礎，是否倒換以離開環的每一個通道信號質量的優劣而定， 通常利用通道AIS信號來決定是否應進行倒換。 復用段

21、倒換環復用段倒換環屬于路徑保護，其業務量的保護以復用段為基礎，以每對結點的復用段信號質量的優劣來決定是否倒換。通道倒換環與復用段倒換環的一個重要區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務信號，保護時隙為整個環專用；而后者往往使用公用保護，即正常情況下保護段是空閑的，保護時隙由每對結點共享。 如果按照進入環的支路信號與由該支路信號分路結點返回的支路信號方向是否相同，又可以將自愈環分為： 單向環單向環 雙向環雙向環 正常情況下，單向環中所有業務信號按同一方向在環中傳輸。雙向環中進入環的支路信號按一個方向傳輸，而由該支路信號分路結點返回的支路信號按相反的方向傳輸。 如果按照一對結點間所

22、用光纖的最小數量還可以分為： 二纖環二纖環 四纖環四纖環 下面以四個結點的環為例， 介紹4種典型的自愈環結構。CA ACS1P1ABDCP1S1CA AC(a)CAACS1P1ABDCP1S1CA AC(b)倒換倒換8.6 二纖單向通道倒換環二纖單向通道倒換環1. 二纖單向通道倒換環二纖單向通道倒換環 二纖單向通道倒換環如圖8.6所示。通常單向環由兩根光纖來實現，S1光纖用來攜帶業務信號，P1光纖用來攜帶保護信號。 這種環采用“首端橋接，首端橋接， 末端倒換末端倒換”結構。 例如，在結點A進入環傳送給結點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，

23、 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點進入環傳送至結點A的支路信號(CA)按上述同樣的方法傳送到結點A， S1光纖所攜帶的CA信號為主信號。 當BC結點間的光纜被切斷時，兩根光纖同時被切斷，從A經S1光纖到C的AC信號丟失，結點C的倒換開關由S1轉向P1， 結點C接收經P1光纖傳送的AC信號，從而使AC間業務信號不會丟失，實現了保護作用。故障排除后，倒換開關返回原來的位置。 2. 二纖單向復用段倒換環二纖單向復用段倒換環 二纖單向復用段倒換環的結構如圖8.7所示。這是一種路徑保護方式

24、。在這種環形結構中每一結點都有一個保護倒換開關。正常情況下，S1光纖傳送業務信號，P1光纖是空閑的。 當BC結點間光纜被切斷， 兩根光纖同時被切斷，與光纜切 斷 點 相 鄰 的 兩 個 結 點 B 和 C 的 保 護 倒 換 開 關 將 利 用APS(Automatic Protection Switching)協議執行環回功能。 例如在B結點S1光纖上的信號(AC)經倒換開關從P1光纖返回，沿逆時針方向經A結點和D結點仍然可以到達C結點，并經C結點的倒換開關環回到S1光纖后落地分路。故障排除后，倒換開關返回原來的位置。 圖圖 8.7 二纖單向復用段倒換環二纖單向復用段倒換環CA ACS1P1

25、ABDCP1S1CA AC(a)(b)倒換倒換CA ACS1P1ABDCP1S1CA AC 當BC結點間光纜被切斷，兩根光纖同時被切斷，與光纜切斷 點 相 鄰 的 兩 個 結 點 B 和 C 的 保 護 倒 換 開 關 將 利 用APS(Automatic Protection Switching)協議執行環回功能。 例如在B結點S1光纖上的信號(AC)經倒換開關從P1光纖返回，沿逆時針方向經A結點和D結點仍然可以到達C結點，并經C結點的倒換開關環回到S1光纖后落地分路。故障排除后，倒換開關返回原來的位置。3. 四纖雙向復用段倒換環四纖雙向復用段倒換環 通常雙向環工作在復用段倒換方式，既可以是

26、四纖又可以是二纖。 四纖雙向復用段倒換環的結構如圖8.8所示，它由兩根業務光纖S1與S2(一發一收)和兩根保護光纖P1與P2(一發一收)構成，其中S1光纖傳送順時針業務信號，S2光纖傳送逆時針業務信號，P1與P2分別是和S1與S2反方向傳輸的兩根保護光纖。 每根光纖上都有一個保護倒換開關。正常情況下，從A結點進入環傳送至C結點的支路信號順時針沿光纖S1傳輸，而由C結點進入環傳送至A結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BC結點間光纜被切斷，四根光纖同時被切斷。根據APS協議，B和C結點中各有兩個倒換開關執行環回功能，從而環工作的連續性得以維持。 故障排除后，倒

27、換開關返回原來的位置。在四纖環中，僅僅光纜切斷或結點失效才需要利用環回方式來保護，而如果是單纖或設備故障可以使用傳統的復用段保護倒換方式。 圖圖 8.8 四纖雙向復用段倒換環四纖雙向復用段倒換環CA ACS1P1S2P2ACA ACP2S2P1S1CDB(a)CA ACS1P1S2P2ACA ACP2S2P1S1CDB(b)倒換倒換 當BC結點間光纜被切斷，四根光纖同時被切斷。根據APS協議，B和C結點中各有兩個倒換開關執行環回功能，從而環工作的連續性得以維持。 故障排除后， 倒換開關返回原來的位置。在四纖環中，僅僅光纜切斷或結點失效才需要利用環回方式來保護，而如果是單纖或設備故障可以使用傳統

28、的復用段保護倒換方式。4. 二纖雙向復用段倒換環二纖雙向復用段倒換環 在四纖雙向復用段倒換環中，光纖S1上的業務信號與光纖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，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務信號， 另一半時隙留給保護信號。 圖圖 8.9 二纖雙向復用段倒換環二纖雙向復用段倒換環S1/P2ABDCA AC(a)S2/P1S2/P1S1/P2S1/P2ABDCA AC(b)S2/P1S2/P1S1/P2CC倒換倒換CA ACCA AC 同樣，光纖S2和光纖P1上的信號也可以置于一根光纖(稱S2/P

29、1光纖)上。這樣S1/P2光纖上的保護信號時隙可以保護S2/P1光纖上的業務信號，S2/P1光纖上的保護信號時隙可保護S1/P2光纖上的業務信號，于是四纖環可以簡化為二纖環，如圖8.9所示。 當BC結點間光纜被切斷，二根光纖也同時被切斷，與切斷點相鄰的B和C結點中的倒換開關將S1/P2光纖與S2/P1光纖溝通，利用時隙交換技術，可以將S1/P光纖和S2/P1光纖上的業務信號時隙轉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。 前面介紹了4種自愈環結構，通常通道倒換環只工作在二纖單向方式，而復用段倒換環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。 自愈環種類的選

30、擇應考慮初建成本、要求恢復業務的比例、用于恢復業務所需要的額外容量、業務恢復的速度和易于操作維護等因素。 8.3 WDM 光光 網網 絡絡 WDM技術極大地提高了光纖的傳輸容量，隨之帶來了對電交換結點的壓力和變革的動力。為了提高交換結點的吞吐量，必須在交換方面引入光子技術，從而引起了WDM全光通信的研究。 WDM全光通信網是在現有的傳送網上加入光層， 在光上進行分插復用分插復用(OADM)和交叉連接交叉連接(OXC)，目的是減輕電結點的壓力。由于WDM全光網絡能夠提供靈活的波長選路能力，又稱為波長選路網絡波長選路網絡(Wavelength Routing Network)。 基于WDM和波長選

31、路的全光網絡及其與單波長網絡的關系， 如圖8.10所示。 圖圖 8.10 基于基于WDM和波長選路的光網絡和波長選路的光網絡E-XCE-XCE-XCE-XCOLTOXC光通道網絡光通道網絡單波長單波長網絡網絡單波長網絡單波長網絡 8.3.1 光傳送網的分層結構光傳送網的分層結構 ITUT的G.872(草案)已經對光傳送網的分層結構提出了建議。 建議的分層方案是將光傳送網分成： 光通道層光通道層(OCH) 光復用段層光復用段層(OMS) 光傳輸段層光傳輸段層(OTS) 與SDH傳送網相對應，實際上是將光網絡加到SDH傳送網分層結構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用后的

32、高速數字信號經過多個中間結點，不需電的再生中繼， 直接傳送到目的結點， 因此可以省去SDH再生段，只保留復用段，再生段對應的管理功能并入到復用段結點中。為了區別，將SDH的通道層和段層稱為電通道層和電復用段層。電路層電路層通道層通道層復用段層復用段層再生段層再生段層物理層物理層( (光纖光纖) )SDH網絡網絡 (a)圖圖 8.11 (a) 光傳送網的分層結構：光傳送網的分層結構： SDH網絡網絡圖圖 8.11 (b) 光傳送網的分層結構：光傳送網的分層結構：WDM網絡網絡電路層電路層電通道層電通道層電復用段層電復用段層光層光層物理層物理層( (光纖光纖) )WDM光網絡光網絡(b)PDH通道

33、層通道層 SDH通道層通道層虛通道虛通道電復用段層電復用段層電復用段層電復用段層( (沒有沒有) )電路層電路層電路層電路層虛通道虛通道光通道層光通道層光復用段層光復用段層光傳輸段層光傳輸段層物理層物理層( (光纖光纖) )光傳送網絡光傳送網絡(c)圖圖 8.11 (c) 光傳送網的分層結構：電層和光層的分解光傳送網的分層結構：電層和光層的分解 光通道層光通道層為不同格式(如PDH 565 Mb/s, SDH STMN， ATM信元等)的用戶信息提供端到端透明傳送的光信道網絡功能，其中包括： 為靈活的網絡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 為網絡層的運行和管理提供

34、光信道監控功能。 光復用段層光復用段層為多波長信號提供網絡功能，它包括： 為靈活的多波長網絡選路重新安排光復用段連接 為保證多波長光復用段適配信息的完整性處理光復用段開銷 為段層的運行和管理提供光復用段監控功能。 光傳輸段層為光信號在不同類型的光媒質(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控功能。 WDM光網絡的結點主要有兩種功能：光網絡的結點主要有兩種功能： 光通道的上下路功能，實現這種功能的網絡元件是：光光分插復用器分插復用器(OADM)。 交叉連接功能，實現這種功能的網絡元件是：光交叉連光交叉連接器接器(OXC)。 8.3.2 光分插復用器光分插

35、復用器 在SDH傳送網中，分插復用器分插復用器(ADM)的功能是對不同的數字通道進行分下分下(drop)與插入插入(add)操作。 與此類似，在WDM光網絡也存在光分插復用器光分插復用器(OADM)，其功能是在波分復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，都是相應網絡中的重要單元。 在WDM光網絡的一個結點上，光分插復用器在從光波網絡中分下或插入本結點的波長信號的同時，對其它波長的向前傳輸并不影響，并不需要把非本結點的波長信號轉換為電信號再向前發送，因而簡化了結點上信息處理，加快了信息的傳遞速度，提高了網絡組織管理的靈活性，降低了運行成本。 特別是當波分復用的波長數很

36、多時，光分插復用器的作用就顯得特別明顯。 光分插復用器光分插復用器可以分為：光光/電電/光、全光。光、全光。 光光/電電/光型光分插復用器光型光分插復用器是一種采用SDH光端機背靠背連接的設備，在已鋪設的波分復用線路中已經使用了這種設備。 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WDM光網絡的要求。 全光型光分插復用器全光型光分插復用器是完全在光波域實現分插功能，具備透明性、靈活性、可擴展性和可重構性透明性、靈活性、可擴展性和可重構性，因而完全滿足WDM光網絡的要求。 光分插復用器的核心部件是一個具有波長選擇能力的光學或光子學元件，例如本書第7章介紹

37、的幾種光濾波器等。下面介紹幾種光分插復用器的實現方法。 1. 基于解復用基于解復用/復用結構的復用結構的OADM 這種光分插復用器采用解復用器和復用器背靠背的形式來實現，如圖8.12所示。 在這種結構中，可以把需要在本地結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點的光端機上，同時將本地結點需要發送的光波長通過復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用器。 但是，隨著波分復用的波長數的增加，用于連接每個波長的光纖連線也會相應地增加，例如如果是32路波長的光分插復用器，考慮到雙向傳輸總共需要64根光纖連線，這肯定會給設備管理

38、帶來困難。 圖圖 8.12 基于解復用基于解復用/復用結構的復用結構的OADM MUXDMUX多個波多個波長輸入長輸入多個波多個波長輸出長輸出Addl lSDropl lS 在這種結構中，由于不需要作分插的波長不能直接地通過， 而解復用器和復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的傳輸性能。 由于這種光分插復用器使用了光解復用器和復用器，如果系統要增加波長，就必須改造甚至更換解復用器和復用器，因而這種光分插復用器不具備波長透明性。 2. 基于光纖馬赫基于光纖馬赫-曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結構曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結構的的OADM 圖8.13 所示的是基于平衡的馬

39、赫馬赫-曾德爾干涉儀曾德爾干涉儀(MZI)加上光纖布喇格光柵光纖布喇格光柵(FBG)結構結構的全光纖型光分插復用器。 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的光波長，將在分下分下(drop)口口取出，而其它光波長信號將全部通過，并從輸出輸出(output)口口輸出。 圖圖 8.13 基于光纖馬赫基于光纖馬赫-曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結構的曾德爾干涉儀加上光纖布喇格光柵結構的OADMl1lnldrop3dB耦合器FBG at lS輸入l1ln輸出ladd 而且這種結構是左右對稱的，同樣可以插入與光柵

40、峰值波長相對應的光波長信號。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，因此要實現它也很困難。 實現上述馬赫實現上述馬赫-曾德爾結構可采用一種等效變通的方法：曾德爾結構可采用一種等效變通的方法：在雙芯光纖上連續采用熔融拉錐方法制成有一定距離的兩個3 dB定向耦合器，然后在兩個耦合器之間的光纖上一次寫入-曾德爾結構和光柵反射路徑，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構的基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結構的OADM 圖8.14 示出基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結構的基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結構的OADM。

41、這種結構是在光纖定向耦合器的腰區寫入光柵，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過預處理(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稍微有些不同。 選擇適當的光柵常數，使反射模式的耦合恰好發生在入射光纖基模與另一根光纖的反方向傳輸基模之間。要實現這種結構需要復雜的特殊制作工藝，因而不適宜大量制作。 圖圖 8.14 基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結構的基于光纖耦合器加上光纖布喇格光柵結構的OADMl1lnldropl1lnladd 4. 基于光纖光柵加上光纖環行器結構的基于光纖光柵加上光纖

42、環行器結構的OADM 圖8.15示出基于光纖光柵加上光纖環行器結構的OADM， 采用光纖環行器和光纖光柵的結合可以實現多個波長的分插復用。圖圖 8.15 基于光纖光柵加上光纖環行器結構的基于光纖光柵加上光纖環行器結構的OADMDMUXl l1,l l2l lmDropMUXAdd可調諧光纖光柵可調諧光纖光柵環行器環行器多個波長輸入多個波長輸入環行器環行器多個波長輸出多個波長輸出123l l1,l l2l lm132 與基于馬赫-曾德爾加上光纖布喇格光柵結構相比，這種結構對每一個波長只需一個而不是一對光柵，結構較為簡單， 性能較為穩定。 在兩個環行器之間接入m個光纖光柵，在兩個環行器的端口3分別

43、接入解復用器和復用器，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。如果采用可調諧光纖光柵， 就可以得到在調諧范圍內的任意波長信號。 最后還可以通過不同組合形式的光開關，從m個波長中選取任意的分插波長。在這種結 構中，由于環行器的回波損耗很大，所以根本不需要外加隔離器。 5. 基于介質膜濾波器加上光纖環行器結構的基于介質膜濾波器加上光纖環行器結構的OADM 圖8.16示出基于介質膜濾波器加上光纖環行器結構的基于介質膜濾波器加上光纖環行器結構的OADM，其中使用了多層介質膜多層介質膜(Multilayer Dielectric Film)濾波器

44、濾波器， 2光開關和光纖環行器等。 多層介質膜濾波器由于其良好的溫度穩定性目前已經在商業的波分復用系統中使用。多波長光信號從輸入端經環行器到達濾波器，由于介質膜濾波器屬于帶通濾波器，因此只有位于通帶內的波長才可以通過濾波器，其它波長則被反射回環行器。 通過濾波器的波長由光開關選擇從分下(drop)口輸出，插入的波長經過右邊的同波長濾波器再通過右邊環行器而輸出。從左面濾波器反射回左面環行器的光從端口2到端口3再進入下面環行器的端口1，重復以上過程，每經過一個環行器和濾波器組合后，其余波長則繼續往下走。 如果不在本結點作分插復用的波長就再連接到右側的光纖環行器，然后依次經過環行器和多層介質膜帶通濾

45、波器， 一直傳輸到多波長輸出端口。圖圖 8.16 基于介質膜濾波器加上光纖環行器結構的基于介質膜濾波器加上光纖環行器結構的OADMl l1Add l l1l l1Drop l l121323l l2Add l l2l l2Drop l l2232l l3Add l l3l l3Drop l l3232l l4Add l l4l l4Drop l4232111131313多個波多個波長輸入長輸入環行器環行器帶通介質帶通介質膜濾波器膜濾波器22SOA開關開關帶通介質帶通介質膜濾波器膜濾波器環行器環行器多個波多個波長輸出長輸出可變衰減器可變衰減器 8.3.3 光交叉連接器光交叉連接器 光交叉連接器光

46、交叉連接器(OXC: Optical Crossconnect)是光波網絡中的一個重要網絡單元，其功能可以與時分復用網絡中的交換機類比，主要用來完成多波長環網間的交叉連接，作為網格狀光網絡的結點，目的是實現光波網的自動配置、保護/恢復和重構。 光交叉連接光交叉連接通常分為三類： 光纖交叉連接光纖交叉連接(FXC： Fiber Crossconnect) 波長固定交叉連接波長固定交叉連接(WSXC: WavelengthSelective Crossconnect) 波長可變交叉連接波長可變交叉連接(WIXC: Wavelength Interchanging Crossconnect)。 光纖

47、交叉連接器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，交換的基本單位是一路光纖，并不對多波長信號進行解復用，而是直接對波分復用光信號進行交叉連接。 這種交叉連接器在WDM光網絡中不能發揮多波長通道的靈活性，不能實現波長選路，因而很少在WDM網絡結點中單獨使用。光纖1光纖2光纖MMM開關光纖1光纖2光纖M圖圖8.17 光纖交叉連接光纖交叉連接 波長固定交叉波長固定交叉連接的典型結構如圖8.18 所示，多路光纖中的光信號分別接入各自的波分解復用器，解復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

48、別進入各自輸出口的復用器，最后復用后從各輸出光纖輸出。 在這種結構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，但是這種結構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。 圖圖 8.18 波長固定交叉連接波長固定交叉連接 DMUXM M開關開關l l1MUXDMUXM M開關開關l l2MUXDMUXM M開關lNMUXl l1l l2l lNl l1l l2l lNl l1l l2l lN光纖光纖2光纖光纖 1光纖光纖 M光纖光纖2光纖光纖 1光纖光纖M3. 波長可變交叉連接波長可

49、變交叉連接 在波長可變交叉連接器中，使用波長變換器波長變換器(Wavelength Converter)對光信號進行波長變換，因而各路光信號可以實現完全靈活的交叉連接，不會產生波長阻塞。 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帶專用波長變換器的波長可變交叉連接器(WIXC： With dedicated Wavelength Converters)結構。這種結構中每一個波長經過空分交換后都配備有波長變換器。 設輸入輸出光纖數為M，每根光纖中波長數為N， 若要實現交叉連接則共需

50、要MN個波長變換器。 在這種結構中，每根輸入光纖中每個波長都可以連接轉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，因而這種結構的波長變換器的利用率不高，很不經濟。圖圖 8.19 專用波長變換器的波長可變交叉連接專用波長變換器的波長可變交叉連接 l l1l l2l lNDMUXl l1l l2l lNDMUXl l1l l2l lNDMUXl l1l l2l lNMUXl l1l l2l lNMUXl l1l l2l lNMUX光纖光纖1光纖光纖2光纖光纖M光纖光纖1光纖光纖2光纖光纖M波長變換器波長變換器空間光開關矩陣空間光開關矩陣 若

51、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所有輸入波長共用一組波長變換器情況。器情況。 需要進行變換的波長由光開關交換后進入共用的波長變換器，經過變換的波長再次進入光開關與其它波長一起交換到所要輸出的光纖中去。 圖圖 8.20 共享波長變換器的波長可變交叉連接器共享波長變換器的波長可變交叉連接器l l1l l2l lNDMUXl l1l l2l lNDMUXl l1l l2l lNDMUXl l1l l2l lNMUXl l1l l2l lNMUXl l1l l2l lNMUX光纖光纖1光纖光纖2光纖光纖M光纖光纖1光纖光纖2光纖

52、光纖M波長變換器波長變換器空間光開關矩陣空間光開關矩陣 4. 交叉連接的多層結構交叉連接的多層結構 在實際應用中并不是所有的交叉連接都要在波長級上進行。 當業務量很大時，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用與復用。圖 8.21 所示為交叉連接的多層結構， 最上層是電的交叉連接交叉連接(EXC) 中間層是波長交叉連接波長交叉連接，可以是波長固定交叉連接波長固定交叉連接(WSXC)， 也可以是波長可變交叉連接波長可變交叉連接(WIXC) 底層是光纖交叉連接光纖交叉連接(FXC) 在FXC層， 輸入光纖中有需要作波長級交叉連接的光纖經FXC交叉連接后到上

53、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： 經波長復用后連接至經波長復用后連接至FXC層層 直接連接到直接連接到EXC層進行電的交叉連接和交換層進行電的交叉連接和交換FXC: 光纖交叉連接光纖交叉連接; WSXC: 波長固定交叉連接；波長固定交叉連接； WIXC: 波長可變交叉連接；波長可變交叉連接； EXC: 電的交叉連接電的交叉連接 圖圖 8.21交叉連接的多層結構交叉連接的多層結構本地光纖插入光纖入(自網絡)本地

54、波長插入本地電信號插入本地電信號分出到EXC的波長到WSXC / WIXC的光纖光纖出(去網絡)EXCWSXC / WIXCFXC8.3.4 WDM光網絡示例光網絡示例 為了加深對WDM光網絡的了解，我們簡單地介紹一下美國的MONET網。 MONET是“多波長光網絡多波長光網絡”的簡稱，該項目是由AT&T、 Bellcore和朗訊科技發起的，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試驗網包括三個部分： MONET New Jersey網 Washington, D.C.網 連接兩個地區的多波長長

55、途光纖鏈路 如圖8.22所示。在New Jersey是以AT&T Bell Labs為中心的星形網，在Washington, D.C.是三結點的環形網。 該網絡在1560 nm附近復用了20個WDM信道，單信道速率有3種，即1.2 Gb/s，2.5 Gb/s和10 Gb/s。在網絡中還使用了可調諧激光器和可調諧波長轉換器等單元器件。 MONET Testbeds & Field DemonstrationTO Demonstrate:Transparent,WDM Optical NetworkingSeamless Operation over Local & Wid

56、e AreasReconfiguration via WDM Cross-ConnectsSeamless Network Management & ControlCivillan and Defense ApplicationsBellcore,Morristown,NJAT&T Bell Labs,Holmdel,NJX-Connect FacilityBellcore,Red Bank,NJLocal-Exchange TestbedAT&T Bell Labs,Crawford Hllls,NJLong-Distance TestbedBell Atlantic

57、 Central Office,Silver Spring,MDNational Security Agency,Fort Meade,MDNaval Research Laboratory,Washington,D.C.WVMDVADENJPAAT&TLong-DistanceNetwork圖圖8.22 美國的美國的MONET 該網絡的試驗目標是把網絡結構、先進技術、網絡管理和網絡經濟結合在一起，實現一種高性能的、 經濟的和可靠的多波長網絡，最后將該網擴展為全國網。 支持MONET觀點的人認為，未來的通信網是分層的。基礎層是基于WDM的光層，用于支持電層的業務傳送，該層由透明的、 可

58、以重新配置的和完全受網管控制的光網絡單元構成；光層之上的層是電層， 可能是SDH或ATM等電傳送信號； 最上層是應用層。 為此，MONET項目定義和開發了一組MONET網絡單元，例如，WTM(波長終端復用器)、 WADM(波長分插復用器，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 光接入網光接入網 8.4.1 光接入網概述光接入網概述 1. 接入網的概念接入網的概念 電信網電信網包含了為在不同地方的用戶提供各種電信業務的所有傳輸及復用設備、交換設備及各種線路設施等。接入網接入網是電信網的重要組成部分，負責將電信業務透明地傳送

59、到用戶。 ITUT的G.902建議(參看圖8.23)對接入網給出如下定義： 接入網由業務結點接口業務結點接口(SNI)和用戶網絡接口用戶網絡接口(UNI)之間的一系列傳送實體(如線路設施和傳輸設施)組成，為供給電信業務而提供所需的傳送承載能力，可經由網絡管理接口(Q3)配置和管理。原則上對接入網可以實現的UNI和SNI的類型和數目沒有限制。接入網不解釋信令。 圖圖 8.23 接入網的界定接入網的界定電信管理網電信管理網(TMN)接入網接入網(AN)業務結點接口業務結點接口(SNI)業務結點業務結點(SN)Q3接口接口Q3接口接口用戶網絡用戶網絡接口接口(UNI)2. 光接入網的參考配置光接入網

60、的參考配置 光接入網光接入網(OAN)為共享相同網絡側接口并由光傳輸系統所支持的接入鏈路群，有時稱之為光纖環路系統光纖環路系統(FITL)。從系統配置上可以分為無源光網絡無源光網絡(PON)和有源光網絡有源光網絡(AON)，如圖8.24所示。 ODN: 光分配網絡，是OLT和ONU之間的光傳輸媒質，由無源光器件組成。 OLT： 光線路終端，提供OAN網絡側接口，并且連接一個或多個ODN。 ODT： 光遠程終端，由光有源設備組成。 ONU： 光網絡單元，提供OAN用戶側接口，并且連接到一個ODN或ODT。 圖圖 8.24 光接入網的參考配置光接入網的參考配置ONUONUODNOLTAFaS/RR/ST業務結業務結點功能點功能ONUONUODTOLTAF