从光纤通信技术本身的发展来看 PPT讲稿.ppt

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1、从光纤通信技术本身的发展来看 第1页，共68页，编辑于2022年，星期四第7章 光 网 络v从光纤通信技术本身的发展来看，光网络可以分为三代。从光纤通信技术本身的发展来看，光网络可以分为三代。v第一代光网络中，光只是用来实现大容量传输，所有的交换、路由和其他智能控制都是在第一代光网络中，光只是用来实现大容量传输，所有的交换、路由和其他智能控制都是在电层面上实现的，电层面上实现的，SONET/SDH就是第一代的光网络。就是第一代的光网络。v光传送网光传送网(OTN)和全光网络和全光网络(AON)可以分别认为是第二代光网络和第三代光网可以分别认为是第二代光网络和第三代光网络。络。v本章首先介绍本章

2、首先介绍SONET/SDH作为理解光网络的基础，然后讲解属于第三代网络技术作为理解光网络的基础，然后讲解属于第三代网络技术的光突发交换技术和智能光网络。的光突发交换技术和智能光网络。第2页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1 SONET/SDHv1985年，年，Bellcore提出了同步光纤网提出了同步光纤网(Synchronous Optical Network,SONET)标准，美国国家标准协会标准，美国国家标准协会(ANSI)通过了一系列有关通过了一系列有关SONET的标准。的标准。v1989年，国际电报电话咨询委员会年，国际电报电话咨询委员会CCITT接受了接受了SONET概念并

3、制定了同步数字系列概念并制定了同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)标准，使之成为不仅适合于光纤也适合于微标准，使之成为不仅适合于光纤也适合于微波和卫星传输的通用技术体制。波和卫星传输的通用技术体制。第3页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1 SONET/SDHv与与SONET有细微差别，有细微差别，SDH/SONET定义了一组在光纤上传输光信号的速率和格式，定义了一组在光纤上传输光信号的速率和格式，通常统称为光同步数字传输网，是宽带综合数字网通常统称为光同步数字传输网，是宽带综合数字网B-ISDN的基础之一。的基础之一。vSDH/SONET都

4、采用了时分复用都采用了时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)技术，是同技术，是同步系统，由主时钟控制。两者都用于骨干网传输，是对沿袭应用的准同步数字系列步系统，由主时钟控制。两者都用于骨干网传输，是对沿袭应用的准同步数字系列(Pseudo-synchronous Digital Hierarchy,PDH)的一次革命。的一次革命。vSDH多用于中国和欧洲，而多用于中国和欧洲，而SONET多用于北美和日本。多用于北美和日本。第4页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.1 SONET的物理配置v在在SONET标准中，按照设备的功能和它们之间连接的关系，把连接

5、分为了段标准中，按照设备的功能和它们之间连接的关系，把连接分为了段(Section)、线路、线路(Line)和通道和通道(Path)。v“段段”指的是直接连接相邻设备的连接关系，即点到点的链路，如再生器与指的是直接连接相邻设备的连接关系，即点到点的链路，如再生器与同步传输信号同步传输信号(Synchronous Transport Signal,STS)复用器、再生器与再生器、复用器、再生器与再生器、添加添加/丢弃复用器与再生器之间的连接属于段连接；丢弃复用器与再生器之间的连接属于段连接；v“线路线路”是指连接两个是指连接两个SONET复用器设备之间的连接，如复用器设备之间的连接，如STS复用

6、器与添加复用器与添加/丢弃复丢弃复用器之间的连接；用器之间的连接；第5页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.1 SONET的物理配置v而而“通道通道”则是指两个则是指两个STS复用器之间的端到端的连接，如图复用器之间的端到端的连接，如图7.1所示。所示。v对于只由两个对于只由两个STS复用器直接连接构成的复用器直接连接构成的SONET系统，段、线路和通道是相同的。系统，段、线路和通道是相同的。图图7.1 SONET系统系统第6页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.1 SONET的物理配置vSONET系统主要包括三种设备：再生器系统主要包括三种设备：再生器(Regenerator

7、)、添加、添加/丢弃复用器丢弃复用器(Add-Drop Multilexer,ADM)和和STS复用器。复用器。v其中，其中，再生器再生器就是转发器，接收光信号，整形后转发出去。就是转发器，接收光信号，整形后转发出去。v添加添加/丢弃复用器丢弃复用器也称分插复用器，其主要功能是向通道中添加信号，并可以也称分插复用器，其主要功能是向通道中添加信号，并可以从通道中提取出需要的信号。从通道中提取出需要的信号。vSTS复用器复用器在在SONET系统中的位置处于边缘，有两个功能：实现电信号与光信系统中的位置处于边缘，有两个功能：实现电信号与光信号的相互转换和信号的复用号的相互转换和信号的复用/解复用。解

8、复用。第7页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.2 传输格式和速率v图图7.2给出了给出了SONET的基本帧结构。这是一个由的基本帧结构。这是一个由9行、行、90列字节构成的二维结构。列字节构成的二维结构。基本基本SONET帧的周期为帧的周期为125 s，因此基本，因此基本SONET信号的传输速率为：信号的传输速率为：STS-1=(90字节字节/行行)(9行行/帧帧)(8比特比特/字节字节)(125 s/帧帧)=51.84 Mb/s。图图7.2 SONET中中STS-1的基本帧格式的基本帧格式第8页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.2 传输格式和速率v该信号称为该信号称为ST

9、S-1信号，所有的信号，所有的SONET信号都是信号都是STS-1信号速率的整数倍，信号速率的整数倍，STS-N信号的比特速率是信号的比特速率是51.84 Mb/s的的N倍。倍。v当采用当采用STS-N信号调制光源时，先对逻辑信号调制光源时，先对逻辑STS-N信号进行扰码以减少长连信号进行扰码以减少长连0和长连和长连1，便于在接收机中进行时钟恢复。经过电光变换后的物理层光信号称为光载波，便于在接收机中进行时钟恢复。经过电光变换后的物理层光信号称为光载波(Optical Carry,OC-N)。v实际上采用实际上采用OC-N链路表示链路表示SONET链路更为普遍。链路更为普遍。N值在值在1 25

10、5之间变化的生成之间变化的生成算法都已提出，但算法都已提出，但ANSI T1.105标准认可的标准认可的N仅为仅为1,3,12,24,48和和192。第9页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.2 传输格式和速率v在在SDH中基本速率等于中基本速率等于STS-3，即，即155.22 Mb/s，称为同步传输模式，称为同步传输模式(Synchronous Transport Mode,STM-1)，更高的速率表示为，更高的速率表示为STM-M。vITU-T建议支持的建议支持的M值为值为1,4,14和和64，它们相当于，它们相当于SONET的的OC-N信号。信号。v类似于类似于SONET，SD

11、H也先对逻辑信号进行扰码，但不同的是，也先对逻辑信号进行扰码，但不同的是，SDH不区分逻辑电信不区分逻辑电信号（如号（如SONET中的中的STS-N）和物理光信号（如）和物理光信号（如OC-N），这些信号都标记为），这些信号都标记为STM-M。第10页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.2 传输格式和速率v表表7.1给出了常用的给出了常用的OC-N与与STM-M值和对应关系。值和对应关系。表表7.1 常用的常用的SONET和和SDH传输速率传输速率v SONET等级等级电电 等等 级级线路速率线路速率(Mb/s)相应的相应的SDHOC-1STS-154.84OC-3STS-3155.5

12、2STM-1OC-12STS-12622.08STM-4OC-24STS-241244.16STM-8OC-48STS-482488.32STM-16OC-96STS-964976.64STM-32OC-192STS-1929953.28STM-64第11页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.2 传输格式和速率v如图如图7.2所示，帧结构中的前所示，帧结构中的前3列传输的开销字节承载了网管信息，剩下的列传输的开销字节承载了网管信息，剩下的87列承载列承载了用户数据，称为同步有效载荷封装了用户数据，称为同步有效载荷封装(Synchronous Payload Envelope,SPE)和

13、和9个字节的通道开销个字节的通道开销(Path OverHead,POH)。POH支持性能监视、统计、信号标支持性能监视、统计、信号标记、寻迹功能和一个用户通道。记、寻迹功能和一个用户通道。v这这9个通道开销字节总是排成个通道开销字节总是排成1列，它们可以出现在列，它们可以出现在SPE中的任何位置。中的任何位置。v值得注意的是，值得注意的是，SONET/SDH的同步字节间插复用特性，可以实现光网络中信的同步字节间插复用特性，可以实现光网络中信息通道的分插复用。息通道的分插复用。第12页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.2 传输格式和速率v当当N值大于值大于1时，帧结构的列数是原来的时

14、，帧结构的列数是原来的N倍，而行数仍然为倍，而行数仍然为9行，如图行，如图7.3所示。所示。图图7.3 SONET的的STS-N帧的基本结构帧的基本结构第13页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.3 光接口v为了保证不同制造商的设备能够互联，为了保证不同制造商的设备能够互联，SONET和和SDH规范提出了光源特性、接收规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传输距离的特征。表灵敏度以及不同类型光纤传输距离的特征。表7.2给出了标准定义的给出了标准定义的6种传输距种传输距离，它们在离，它们在SONET和和SDH中所用的称谓各不相同。中所用的称谓各不相同。表表7.2 SONET和和S

15、DH规范和称谓规范和称谓传传 输输 距距 离离SONET称谓称谓SDH称谓称谓光光 纤纤 种种 类类2 km短距离短距离局间局间渐变折射率光纤渐变折射率光纤15 km中距离中距离短途短途常规非色散位移单模光纤常规非色散位移单模光纤40 km（1310 nm）长距离长距离长途长途色散位移光纤色散位移光纤第14页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.3 光接口vSONET和和SDH规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传输距离的特规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传输距离的特征。标准定义的征。标准定义的6种传输距离，它们在种传输距离，它们在SONET和和SDH中所用的称谓

16、各不相同。中所用的称谓各不相同。（续）（续）表表7.2 SONET和和SDH规范和称谓规范和称谓传传 输输 距距 离离SONET称谓称谓SDH称谓称谓光光 纤纤 种种 类类80 km（1550 nm）长距离长距离长途长途色散位移光纤色散位移光纤120 km（1550 nm）长距离长距离甚长途甚长途色散位移光纤色散位移光纤160 km（1550 nm）长距离长距离超长途超长途色散位移光纤色散位移光纤第15页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.3 光接口v针对于表针对于表7.3中不同等级的损耗和色散特性，可以采用的光源包括发光二极管中不同等级的损耗和色散特性，可以采用的光源包括发光二极管(

17、LED)、多横纵模、多横纵模(Multiple Longitudinal Mode,MLM)激光器和单纵模激光器和单纵模(Single Longitudinal Mode,SLM)激光器。在激光器。在ANSI T1.105.06和和ITU-T G.957中给中给出了光源的各种谱参数。出了光源的各种谱参数。表表7.3 波长范围和光纤损耗波长范围和光纤损耗传传 输输 距距 离离1310 nm窗口窗口1550 nm窗口窗口1310 nm处损耗处损耗1550 nm处损耗处损耗15 km1260 1360 nm1430 1580 nm3.5 dB/km未规定未规定40 km1260 1360 nm143

18、0 1580 nm0.8 dB/km0.5 dB/km80 km1280 1335 nm1480 1580 nm0.5 dB/km0.3 dB/km第16页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.3 光接口v表表7.4给出了传输速率从基群到给出了传输速率从基群到OC-48或或STM-16（传输速率为（传输速率为2.5Gb/s）的光功率。）的光功率。v系统的误码率指标在速率低于系统的误码率指标在速率低于1 Gb/s时不超过时不超过10-10，而当速率更高或系统性能要，而当速率更高或系统性能要求更高时不超过求更高时不超过10-12，该性能的链路功率损伤不大于，该性能的链路功率损伤不大于1dB。

19、v具体表具体表7.4见书中见书中134页给出的数值。页给出的数值。第17页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络vSONET和和SDH通常配置成环状拓扑。当设备或链路发生故障时，可以采用环回分集实现通常配置成环状拓扑。当设备或链路发生故障时，可以采用环回分集实现不中断业务保护。不中断业务保护。SONET/SDH环也称为自愈环环也称为自愈环(Self Healing Ring)。vSONET/SDH环可以分为环可以分为8种可能的类型，而每一种类型均有两种可以互换的结构。种可能的类型，而每一种类型均有两种可以互换的结构。它们具有三个主要特征：它们具有三个主要特征：

20、（1）环上连接结点的光纤可以是二纤，也可以是四纤；）环上连接结点的光纤可以是二纤，也可以是四纤；（2）数据流可以沿顺时针单方向传输，也可以沿两个方向传输；）数据流可以沿顺时针单方向传输，也可以沿两个方向传输；（3）保护切换既可以采用线路切换，也可以采用通道切换方案。）保护切换既可以采用线路切换，也可以采用通道切换方案。v在在8种可能的环类型组合中，种可能的环类型组合中，SONET和和SDH网络中最普遍的两种结构是：网络中最普遍的两种结构是：二纤单二纤单向线路切换环向线路切换环(UPSR)和二纤和二纤/四纤双向线路切换环四纤双向线路切换环(BLSR)第18页，共68页，编辑于2022年，星期四7

21、.1.4 SONET/SDH环网络v如图如图 7.4(a)所示，在双纤单向自愈环配置中包括两个通道，即主用通道（简称主通道，所示，在双纤单向自愈环配置中包括两个通道，即主用通道（简称主通道，图图 7.4(a)中用实线表示）和保护通道（也称为副通道或备用通道，图中用实线表示）和保护通道（也称为副通道或备用通道，图 7.4(a)中用中用虚线表示）。虚线表示）。v一般情况下，单向环中数据流沿主通道顺时针方向传输。例如，从结点一般情况下，单向环中数据流沿主通道顺时针方向传输。例如，从结点1到结点到结点 3的连接使用了链路的连接使用了链路 1和链路和链路 2，而从结点，而从结点 3到结点到结点 1的数据

22、流则通过链路的数据流则通过链路 3和链和链路路 4传输。因此，两个结点间的通信利用了环的整个周长方向上特定的带宽容量。传输。因此，两个结点间的通信利用了环的整个周长方向上特定的带宽容量。若结点若结点 1和结点和结点 3在在 OC-12环上以环上以 OC-3速率交换信息，则它们只使用了环中主通道容速率交换信息，则它们只使用了环中主通道容量的量的 1/4。在单向环中，逆时针通道作为可变路由，以便在链路或结点出现故障时保。在单向环中，逆时针通道作为可变路由，以便在链路或结点出现故障时保护通道。护通道。第19页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络v为了实现保护，从发

23、送结点发出的光信号同时输入主通道光纤和副通道光纤，为了实现保护，从发送结点发出的光信号同时输入主通道光纤和副通道光纤，这样就建立了一个指定的保护通道，数据流在保护通道中逆时针传输，如图这样就建立了一个指定的保护通道，数据流在保护通道中逆时针传输，如图 7.4(b)所示，称为通过链路所示，称为通过链路 5和链路和链路 6的的1,3结点之间通道保护。结点之间通道保护。v如图如图 7.4(b)所示，从某个结点发出的同样的信号以不同的方向和传输延时到达目的地。所示，从某个结点发出的同样的信号以不同的方向和传输延时到达目的地。接收机通常选择来自主通道的信号，当然它也在不断比较两个方向信号的正确性，在出现

24、接收机通常选择来自主通道的信号，当然它也在不断比较两个方向信号的正确性，在出现一个通道信号丢失或性能劣化时马上选择另一路信号。因此，每一个通道都是基于信号性一个通道信号丢失或性能劣化时马上选择另一路信号。因此，每一个通道都是基于信号性能而独立切换的。例如，一旦链路能而独立切换的。例如，一旦链路 2中断或是结点中断或是结点 2出现设备故障，则结点出现设备故障，则结点 3将切换到将切换到保护通道，以接收来自结点保护通道，以接收来自结点 1的信号。的信号。第20页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络v(a)双纤单向通道与逆向保护通道双纤单向通道与逆向保护通道 (b

25、)结点结点1到结点到结点3主副通道数据流主副通道数据流 图图7.4 双纤单向自愈环原理图双纤单向自愈环原理图第21页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络v图图7.5 给出了四纤双向自愈环原理图。给出了四纤双向自愈环原理图。v其中，两个主用光纤环（标注为其中，两个主用光纤环（标注为1 p 到到 8 p）用于常规双向通信，而另外两个辅）用于常规双向通信，而另外两个辅助光纤环用于保护的备用环路（标注为助光纤环用于保护的备用环路（标注为1 s 到到 8 s）。）。v与二纤单向自愈环不同，四纤双向自愈环在容量上占有优势，因为它使用了与二纤单向自愈环不同，四纤双向自愈环

26、在容量上占有优势，因为它使用了两倍于前者的光纤，而且两个结点之间的业务仅在环的一部分中传输。两倍于前者的光纤，而且两个结点之间的业务仅在环的一部分中传输。第22页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络v首先看一下结点首先看一下结点1和结点和结点3之间的连接情况，从结点之间的连接情况，从结点1到结点到结点3的数据流按顺时针方的数据流按顺时针方向沿链路向沿链路1p和和2p传输，而从结点传输，而从结点3到结点到结点1的返回路径上，数据流是按逆时针方向沿的返回路径上，数据流是按逆时针方向沿链路链路7p和和8p传输的。因此，结点传输的。因此，结点1和结点和结点3之间的信

27、息交换不会占用另一半环中的之间的信息交换不会占用另一半环中的主用通道的带宽资源，从而提高了带宽利用率。主用通道的带宽资源，从而提高了带宽利用率。图图7.5 四纤双向自愈环原理图四纤双向自愈环原理图第23页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络v为了了解四纤双向自愈环中备用链路的功能及其通用性，首先考虑一下主环为了了解四纤双向自愈环中备用链路的功能及其通用性，首先考虑一下主环上结点上结点3与结点与结点4中某个发送或接收电路板失效的情况。此时，受影响的结点中某个发送或接收电路板失效的情况。此时，受影响的结点检测到无光后，将与之相连的两根主通道光纤切换到备用通道光纤

28、，如图检测到无光后，将与之相连的两根主通道光纤切换到备用通道光纤，如图7.6所示。因此，结点所示。因此，结点3与结点与结点4之间的保护段也成为了主用双向环的一部分。之间的保护段也成为了主用双向环的一部分。图图7.6 收发器或线路故障时四纤双向自愈环再配置过程收发器或线路故障时四纤双向自愈环再配置过程第24页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.4 SONET/SDH环网络v现在假设一个结点完全失效，或是某一路中所有的主通道光纤都失效，这是有可现在假设一个结点完全失效，或是某一路中所有的主通道光纤都失效，这是有可能发生在两个结点之间所有光纤位于相同的光缆护套中的情况。此时，失效段两能发生在

29、两个结点之间所有光纤位于相同的光缆护套中的情况。此时，失效段两端的结点都将其收发设备从主通道切换到备用通道，从而将数据流反向传输到目端的结点都将其收发设备从主通道切换到备用通道，从而将数据流反向传输到目的地，结果再一次形成封闭的环，而不会影响正常的数据传输，但此时主通道和的地，结果再一次形成封闭的环，而不会影响正常的数据传输，但此时主通道和备用通道的光纤都使用了，如图备用通道的光纤都使用了，如图7.7所示。所示。图图7.7 在结点失效或光缆故障时四纤双向自愈环再配置在结点失效或光缆故障时四纤双向自愈环再配置第25页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.5 SONET/SDH网络v利用利用

30、SONET/SDH设备可以构成不同的网络结构，如图设备可以构成不同的网络结构，如图7.8所示。例如，配置成点对点所示。例如，配置成点对点链路、总线型拓扑、单向自愈环、双向自愈环和环际互联。链路、总线型拓扑、单向自愈环、双向自愈环和环际互联。图图7.8 SONET/SDH网络结构原理图网络结构原理图第26页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.5 SONET/SDH网络v分插复用器是一个重要的分插复用器是一个重要的SONET/SDH网络设备。它是一个完全同步的、面向字网络设备。它是一个完全同步的、面向字节的复用器，可以分接和插入节的复用器，可以分接和插入OC-N信号中的子信道。图信号中的子

31、信道。图7.9从概念上阐述了从概念上阐述了ADM的功能。若干个的功能。若干个OC-12和和OC-3信道复用到一个信道复用到一个OC-48信道。信道。图图7.9 ADM的功能的功能第27页，共68页，编辑于2022年，星期四7.1.5 SONET/SDH网络vONET/SDH结构也可以采用结构也可以采用WDM。如图。如图7.10所示，一个所示，一个DWDM系统由系统由n个不同波个不同波长的长的OC-192主干环构成。从每一个主干环构成。从每一个OC-192发送机输出的不同波长光波，首先通发送机输出的不同波长光波，首先通过衰减器进行功率均衡，然后送入过衰减器进行功率均衡，然后送入WDM复用器，通过

32、可选的后置光放大器进行放大复用器，通过可选的后置光放大器进行放大后，送入光纤传输。后，送入光纤传输。图图7.10 由由n个波长的个波长的OC-192主干环构成的主干环构成的DWDM设备设备第28页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2 光交换系统v光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。v光交换技术也是光交换技术也是一种光纤通信技术，它是指不经过任何光一种光纤通信技术，它是指不经过任何光/电转换，在光域直接电转换，在光域直接将输入的光信号交换到不同的输出端。将输入的光信号交换到不同的输出端。v光交换技术可分成光路光交换和分组光

33、交换两种类型。光交换技术可分成光路光交换和分组光交换两种类型。v随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。第29页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.1 成熟的光交换技术v研究得最多、最成熟的是研究得最多、最成熟的是光路交换光路交换(Optical Circuit Switching,OCS)，它是，它是一种面向连接的交换技术，网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的端一种面向连接的交换技术，网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的端的光路（每一个链路上均需要分配一个专用波长）。的光路（每一个链路上均需要

34、分配一个专用波长）。v交换过程共分三个阶段：交换过程共分三个阶段：(1)链路建立阶段链路建立阶段(2)链路保持阶段链路保持阶段(3)链路拆除阶段。链路拆除阶段。v光路交换系统所涉及的技术可分为光路交换系统所涉及的技术可分为:交换技术交换技术(TDPS)、空分交换技术、空分交换技术(SDPS)、波分、波分/频分交换技术频分交换技术(W/FDPS)、码分交换技术、码分交换技术(CDPS)和复合型交换技术。和复合型交换技术。第30页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.1 成熟的光交换技术1时分光交换技术时分光交换技术v时分光交换系统采用光器件或光电器件作为时隙交换器，通过光读时分光交换系统采

35、用光器件或光电器件作为时隙交换器，通过光读/写门对光存写门对光存储器的受控有序读储器的受控有序读/写操作完成交换动作，如图写操作完成交换动作，如图7.11所示。所示。图图7.11 时分光交换原理图时分光交换原理图第31页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.1 成熟的光交换技术2空分光交换技术空分光交换技术 v空分光交换是空分光交换是由开关矩阵实现的，开关矩阵结点可以由机械、电或光进行控制，由开关矩阵实现的，开关矩阵结点可以由机械、电或光进行控制，按要求建立物理通道，使输入端任一信道与输出端任一信道相连，完成信息的交按要求建立物理通道，使输入端任一信道与输出端任一信道相连，完成信息的交换

36、。换。v各种机械、电或光控制的相关器件均可以构成空分光交换。构成光矩阵的开各种机械、电或光控制的相关器件均可以构成空分光交换。构成光矩阵的开关有铌酸锂定向耦合器、微机电系统关有铌酸锂定向耦合器、微机电系统MEMS等。等。vSDPS的基本原理是：的基本原理是：将光交换组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在将光交换组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路，如图任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路，如图7.12所示为两路输入、两路所示为两路输入、两路输出的空分光交换。输出的空分光交换。第32页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.1 成

37、熟的光交换技术v在铌酸锂交换单元中，以铌酸锂为基片，在基片上进行钛扩散，形成折射率逐渐在铌酸锂交换单元中，以铌酸锂为基片，在基片上进行钛扩散，形成折射率逐渐增加的光波导，即光通路，再焊上电极后便可以将它作为光交换元件使用了。增加的光波导，即光通路，再焊上电极后便可以将它作为光交换元件使用了。v通过控制电极上的电压，就可以得到平行和交叉两种交换状态。通过控制电极上的电压，就可以得到平行和交叉两种交换状态。图图7.12 空分光交换原理图空分光交换原理图第33页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.1 成熟的光交换技术 3波分光交换波分光交换 v波分交换即信号通过不同的波长，选择不同的网络通路

38、来实现，由波长开关进行波分交换即信号通过不同的波长，选择不同的网络通路来实现，由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用器交换。波分光交换网络由波长复用器/去复用器、波长选择空间开关和波长互换器去复用器、波长选择空间开关和波长互换器（波长开关）组成，其原理如图（波长开关）组成，其原理如图7.13所示。所示。图图7.13 波分光交换原理图波分光交换原理图第34页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.2 光分组交换v从长远来看，全光的分组交换从长远来看，全光的分组交换OPSOPS是光交换的发展方向。是光交换的发展方向。vOPSOPS是一种面向非连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传

39、输前是一种面向非连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由、分配资源。相比不需要建立路由、分配资源。相比OCSOCS，OPSOPS有着很高的资源利用率和很强的适应有着很高的资源利用率和很强的适应突发数据的能力。突发数据的能力。v光分组交换系统根据对控制包头处理及交换粒度的不同，又可以分为光分组交换技术、光光分组交换系统根据对控制包头处理及交换粒度的不同，又可以分为光分组交换技术、光突发交换技术和光标记分组交换技术。突发交换技术和光标记分组交换技术。第35页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.2 光分组交换 1光分组交换技术光分组交换技术v它以光分组作为最小的交换颗

40、粒，数据包的格式为固定长度的光分组头、净荷（用户它以光分组作为最小的交换颗粒，数据包的格式为固定长度的光分组头、净荷（用户数据部分）和保护时间三部分。数据部分）和保护时间三部分。2光突发交换技术光突发交换技术v它的特点是数据分组和控制分组独立传送，在时间上和信道上都是分离的，它采它的特点是数据分组和控制分组独立传送，在时间上和信道上都是分离的，它采用单向资源预留机制，以光突发作为最小的交换单元。用单向资源预留机制，以光突发作为最小的交换单元。3光标记分组交换技术光标记分组交换技术v光标记分组交换技术也称为多协议波长交换光标记分组交换技术也称为多协议波长交换(MPS或或MPLmS)，它是，它是M

41、PLS技术技术与光网络技术的结合。与光网络技术的结合。第36页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术v光分组交换技术与电分组技术相比，光分组交换技术经历了近十年的研究，光分组交换技术与电分组技术相比，光分组交换技术经历了近十年的研究，却还没有达到实用化，却还没有达到实用化，主要有两大原因：主要有两大原因：(1)缺乏深度和快速光记忆器件，在光域难以实现与电路由器相同的光路由器；缺乏深度和快速光记忆器件，在光域难以实现与电路由器相同的光路由器；(2)相对于成熟的硅工业而言，光分组交换的集成度很低，相对于成熟的硅工业而言，光分组交换的集成度很低，v1997年，由年，由Chun

42、ming Qiao和和J.S Tunnor分别提出的一种分别提出的一种新的光交换技术新的光交换技术光突发交换，光突发交换，作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术，通过增加信令的复作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术，通过增加信令的复杂性来避开光同步和光存储的困难，并且结合了电路交换和分组交换两者的优点杂性来避开光同步和光存储的困难，并且结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点。且克服了两者的部分缺点。第37页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术1光突发交换基本概念光突发交换基本概念v突发突发(Burst)的最初定义是指语音的一次进发或者一段数据信息。

43、突发交换就是交换粒度的最初定义是指语音的一次进发或者一段数据信息。突发交换就是交换粒度介于电路交换和分组交换之间的一种交机制。介于电路交换和分组交换之间的一种交机制。v1997年提出的一种光交换方式，既结合了光电路交换和光分组交换的优点，年提出的一种光交换方式，既结合了光电路交换和光分组交换的优点，又克服了两者的不足，并且易于实现，能很好地支持突发数据流。又克服了两者的不足，并且易于实现，能很好地支持突发数据流。v在光突发交换中，突发为一些在光突发交换中，突发为一些IP包组成的超长包组成的超长IP包，这些包，这些IP包可以来自传统包可以来自传统IP网中不同的电网中不同的电IP路由器。路由器。v

44、光突发交换中的突发控制分组光突发交换中的突发控制分组(Burst Control Packet,BCP)作用相当于分组交换的作用相当于分组交换的分组头，但网络对该头信息的传递路径与对净荷数据的传送路径在物理信道分组头，但网络对该头信息的传递路径与对净荷数据的传送路径在物理信道上是相互分离的，每一个突发对应一个控制分组。上是相互分离的，每一个突发对应一个控制分组。第38页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术v在在OBS中，突发数据从源结点到目的结点始终在光域内传输，而控制信息在每一个中，突发数据从源结点到目的结点始终在光域内传输，而控制信息在每一个结点都需要光结点都需要

45、光/电电/光的变换以及电处理。光的变换以及电处理。v另外，另外，OBS可以通过合理设置突发数据流与控制分组之间的偏置时间可以通过合理设置突发数据流与控制分组之间的偏置时间(Offset Time)，而执行，而执行QoS功能。控制分组和数据流都不需要执行光同步和光存储。功能。控制分组和数据流都不需要执行光同步和光存储。v可以看出，这种突发交换技术充分发挥了现有的光子技术和电子技术的特长，可以看出，这种突发交换技术充分发挥了现有的光子技术和电子技术的特长，实现成本相对较低，非常适合于在承载未来的具有高突发性的数据流的局域实现成本相对较低，非常适合于在承载未来的具有高突发性的数据流的局域网网(LAN

46、)中应用。中应用。第39页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术2光突发交换系统结构和网络模型光突发交换系统结构和网络模型(1)光突发交换系统结构光突发交换系统结构vOBS的概念起源于以前的电子突发交换网。的概念起源于以前的电子突发交换网。vOBS的主要特点包括：的主要特点包括：v采用带外信令方式，即数据信道与控制信道在物理上分离；采用带外信令方式，即数据信道与控制信道在物理上分离；v数据在数据在OBS网中保持为光信号，而控制信号必须采用电子方式处理，即经过每一个结点网中保持为光信号，而控制信号必须采用电子方式处理，即经过每一个结点控制信号都必须经历光控制信号都必须经历

47、光/电电/光的转换；光的转换；v通常采用单向无应答的预约方式；突发长度可变；通常采用单向无应答的预约方式；突发长度可变；v在交换结点上并非一定要使用光缓存器等。在交换结点上并非一定要使用光缓存器等。第40页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术v图图7.14示出了光突发交换系统中的结点和网络结构。示出了光突发交换系统中的结点和网络结构。图图7.14 7.14 光突发交换系统的结构和各结点单元的功能光突发交换系统的结构和各结点单元的功能第41页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术vOBS体系结构包含三层：核心光突发交换层（核心光层）、光突发聚集层

48、（边体系结构包含三层：核心光突发交换层（核心光层）、光突发聚集层（边缘分配光层）和接入层。缘分配光层）和接入层。v核心光层核心光层由全光核心路由器构成，完成光分组数据的传送、路由和由全光核心路由器构成，完成光分组数据的传送、路由和OBS网络网络管理，核心网络的核心管理，核心网络的核心OBS结点无需任何处理，就可以进行突发数据的透明交换。结点无需任何处理，就可以进行突发数据的透明交换。v边缘分配光层边缘分配光层由光由光/电的边缘路由器构成，负责来自或发送接入层数据的分发服务，电的边缘路由器构成，负责来自或发送接入层数据的分发服务，它们之间由它们之间由WDM链路相连；在边缘结点收集来自接入网的数据

49、流，并汇聚成链路相连；在边缘结点收集来自接入网的数据流，并汇聚成较大的数据单元（即突发包）。较大的数据单元（即突发包）。v接入层接入层是是OBS层的用户层，可以为目前存在的各种网络，如层的用户层，可以为目前存在的各种网络，如IP,ATM,SDH等，也等，也可以是终端用户。可以是终端用户。第42页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术(2)光突发交换网络的分层参考模型光突发交换网络的分层参考模型vOBS网络的分层参考模型如图网络的分层参考模型如图7.15所示。所示。光突发交换网络的分层参考模型分为电光突发交换网络的分层参考模型分为电接入层、接入层、OBS层和物理层。层和物

50、理层。vOBS层可以分为数据汇聚子层、网络子层、链路子层和波长汇聚子层。层可以分为数据汇聚子层、网络子层、链路子层和波长汇聚子层。图图7.15 OBS网络的分层参考模型网络的分层参考模型第43页，共68页，编辑于2022年，星期四7.2.3 光突发交换技术v各层的功能如下：各层的功能如下：v数据汇聚子层的功能是数据汇聚子层的功能是电接入层和光层间比特率的适配，包括上层数据的汇聚、分类电接入层和光层间比特率的适配，包括上层数据的汇聚、分类和整形，以及突发数据分组的组装和拆卸；和整形，以及突发数据分组的组装和拆卸；v网络子层的功能是网络子层的功能是突发分组的路由，主要包括控制分组的生成与偏置时间的