全光网基础知识精品文稿.ppt

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1、全光网基础知识全光网基础知识第1页，本讲稿共83页一、全光网络系统一、全光网络系统 全光通信网是真正的宽带通信网，是通信网发展的目标。关于光的优越性，主要是光载波巨大的传输容量，人们利用光纤作为通信的传输媒质构成大容量光纤传输系统，这样，最终目标的实现首先从光纤传送网做起。即分两个阶段发展：全光传送网络(用户一用户)完整的全光网络（端端的光传输、交换、处理等)第2页，本讲稿共83页二、全光网概念二、全光网概念 全光光纤网(简称全光网)意指在光域上实现传输和交换的网络 全光核心网的发展过程 第3页，本讲稿共83页全光网相对于传统的光纤网的突出特点是没有“电子瓶颈”对信号的传输和交换都是在光域上进

2、行，实现从源节点到目的地节点的端到端的全光的传输和交换具有好的透明性、存活性、可重构性、可扩展性和对现有系统的兼容性。第4页，本讲稿共83页三、全光网的性能三、全光网的性能 1.透明性(transparency)光传送网的节点OADM和OXC不对光信号进行光电、电光处理，因此，它的工作与光信号的内容无关，对于信息的调制方式，传送模式和传输速率透明。第5页，本讲稿共83页2.存活性(survivability)全光网通过OXC可以灵活地实现光信道的动态重构功能，根据网络中业务流量的动态变化和需要，动态地调整光层中的资源和光纤路径资源配置，使网络资源得到最有效的利用。第6页，本讲稿共83页3.可扩

3、展性(scalability)全光网具有分区分层的拓扑结构，OADM及OXC节点采用模块化设计，在原有网络结构和OXC结构基础上，就能方便地增加网络的光信道复用数、路径数和节点数，实现网络的扩充。第7页，本讲稿共83页 4.兼容性(compatibility)全光网和传统网络应是完全兼容的。光层作为新的网络层加到传统网的结构中，对IP、SDH、ATM等业务，均可将其融合进光层，而呈现出巨大的包容性，从而满足各种速率、各种媒体宽带综合业务服务的需求。第8页，本讲稿共83页四、全光网类型四、全光网类型 按照网络的多址方式的不同进行分类：1.光波分多址全光网 光波分多址(WDMA)全光网利用不同的光

4、载频，实现光信道的多路复用和多址组网，利用密集波分复用技术和光放大技术实现网络链路的全光传输。第9页，本讲稿共83页优点：容量大，可成倍地扩展；传输速率高，可运作在10Gbits和更高的速率信道上；兼容性好，适用于ATM、SONET、IP、FR以及其他信息制式；具有对传输和交换的速率、波长和协议的透明性；网络的抗毁恢复性能好；网络易于升级，可扩展性好。第10页，本讲稿共83页2.光时分多址全光网 光时分多址是将光信道在时间上化分成若干时隙，将时隙作为地址，不同用户分配给不同的时隙，进行复用和组网。特点：可以将低速信道转换为高速信道，多址性能好，第11页，本讲稿共83页3.光码分多址全光网 光码

5、分多址全光网是通过给不同的用户分配不同的地址码来实现多路信道复用和组网的。基于扩频通信、码分多址接入和全光网络技术，具有抗干扰能力强、保密性好、实现多址连接灵活方便、动态分配带宽、网络易于扩展，并直接进行光编码和光解码。第12页，本讲稿共83页按照网络的功能与作用的不同进行分类：1.全光核心网 全光核心网络用作长途骨干网，是当前研究的主流，重点解决多媒体全业务信息的超大容量、超高速的全光传输和交换，基于光放大技术、光调制技术、光多路复用技术、光交换技术，以及新型光纤及色散补偿等技术，构成多种类型的全光网络。第13页，本讲稿共83页2.全光接入网 全光接入网是最终实现光纤到家(FTTH)的网络形

6、式，利用全光多址接入和抗多址干扰技术，实现全业务服务。实现AllOptical PON，以及IP over Optical。第14页，本讲稿共83页3.全光互联网 全光互联网基于各类全光网之间的光互联以及IP技术，构成全透明的AllOptical Internet，实现任何人、在任何地方、在任何时候都可以与任何人进行任何方式的实时的、无阻塞的通信，并可以享用全光互联网平台上的信息资源。第15页，本讲稿共83页全光网类型全光网类型 按照网络的工作方式的不同进行分类：1.广播和选择网络 广播和选择网络具有广播和组播功能，所需播送的信息可以到达网上的全部用户或指定的一组用户，用户可以对播送来的信息有

7、选择地接收和使用。星型和线型网多采用这种工作方式。第16页，本讲稿共83页2.路由寻径网 在路由寻径网中，单跳网的信息传递按照所给定的地址直接从信源送到信宿，多跳网的信息传递要经多个节点，每个节点按照所给定的地址选择路由，逐段传送和交换，最终将信息从信源送到信宿。网状网型多采用这种方式。第17页，本讲稿共83页五、全光网的构成五、全光网的构成全光网由光节点、光链路、光网络管理单元等构成 第18页，本讲稿共83页1.光节点光节点是重要的网元，主要有两种类型:光接入节点:具有光信道的选择特性光交换节点:适用于作为网状型网的光节点 及两个环形网之间的连接节点第19页，本讲稿共83页(1)光接入节点功

8、能：1)光信道进入网络和从网络下路。2)非本地信息直接旁路，不在本地节点上进行处理，贯通而过。第20页，本讲稿共83页3)光信道的性能监测、故障检测、保护和恢复。4)对网络的管理和控制。5)具有好的透明性，适应不同种类的、不同格式的、不同传输速率的本地信息，畅通地进出网络。第21页，本讲稿共83页 光分插复用器可以作为全光网络的接入节点，由光复用器、光解复用器、光信道监控等部分组成。注注注注第22页，本讲稿共83页(2)光交换节点基本功能是：1)路由选择。2)按其所选择的路由，建立各输入端和输出端之间的全光连接，将输入端的光信号在所建立的全光通道上无阻塞地达到所指定的任意输出端。3)可实现光信

9、号交换功能。第23页，本讲稿共83页4)可以进行光信号的放大、处理。5)光信道的性能监测、故障检测、保护及 恢复。6)控制、管理。第24页，本讲稿共83页光交换节点由光输入接口、光输出接口、光交换单元、控制及管理单元组成 第25页，本讲稿共83页光交换节点可以是光交叉连接(Optical Cross-Connect,OXC)光路由器(Optical Router，OR)光交换机(Optical Switching，OS)第26页，本讲稿共83页光路由器/光交换机具有光路由和光交换功能在光分插复用器和光交叉连接器中具有少量的路由和光信道交换功能。对于大规模网络，如网状型网，用光路由器光交换机作为

10、光节点是一种可选方案，特别是运作IP数据包的全光网络。第27页，本讲稿共83页光交叉连接根据不同的工作机理有多种连接方式 1)光波长交叉连接：实现波长交换，不同波长的光信号，通过波长光交叉连接选择不同的网络通道，由波长开关进行交换。波长光交叉连接由波分复用器解复用器、波长选择空间开关和波长变换器(波长开关)组成。2)光时隙交叉连接:实现光时分交换功能，可以与 光传输系统很好配合构成全光网。第28页，本讲稿共83页3)光码交叉连接：利用光码字的变换，可以构成 光码的光交叉连接，由光编解码器阵列、光 交换控制单元、光延时及检测部分构成。完成光通道的交叉连接以及对网络的路由、监 控、保护和恢复等，输

11、入的光码分复用信号，经可调的光解码器进行解码，将解码后得到的 光信号(光窄脉冲)，再按照交换控制单元给出 的新的地址码，重新进行光编码，送至输出，从而实现光码分多址的光交叉连接。第29页，本讲稿共83页2.光链路 光链路一般指光纤链路。光纤链路中可设置光放大器，用以提高链路性能。采用空间光信道作为全光网的光链路。第30页，本讲稿共83页3.光网络管理单元光网络管理系统是全光网络的头脑和指挥系统，具有性能管理、设备管理、故障管理等功能，还应包括网络的安全体系、安全管理，确保网络的存活性、可靠性和安全性，以及计费管理等实用化功能。第31页，本讲稿共83页六、全光网的分层结构六、全光网的分层结构1分

12、层结构全光网采用分层结构，将应用层直接接入光层，形成两层结构，即光层和IP层，减少了网络层次，IP业务在光域上实现传输和交换。第32页，本讲稿共83页全光网与现有的传统网络应具有好的开放性和兼容性，允许以多种方式接入，如SDH、ATM等 第33页，本讲稿共83页2.光层结构光层应能为实现全光传输和交换构建相应的结构。光层的功能包括：1)光信道，以传递业务信息。2)多路光信道的信息进行复用，以获得更有效率的传输和交换。3)实现在光域上的信息传输和交换。第34页，本讲稿共83页光层的结构可以根据光层应完成的功能来确定，其结构应具备三个子层，即光信道层，光复用层和光传输层。第35页，本讲稿共83页光

13、信道层：为来自用户的电信号分配波长、安排路由选择和光连接、提供检测、管理功能，以及实现保护倒换和网络恢复。光复用层：将多个光信道复用，保证多信道复用的光信号完整地传输，提供网络功能，选路、重新安排光复用段功能，适配信息的复用段开销，以及光复用段的检测和管理功能。第36页，本讲稿共83页光传输层：提供在不同类型的光纤传输媒质上的光传输功能，以及光放大、光中继、检测和控制功能。第37页，本讲稿共83页七、光分插复用七、光分插复用(OADM)技术技术光分插复用系统是在光域实现支路信号的分插和复用。主要实现技术有WDM、O-CDMA、OTDM。基于WDM技术的OADM系统的功能、节点结构及其产品和应用

14、，其分插复用的支路信号以波长为单位，称为光通道。第38页，本讲稿共83页OADM的基本功能：是从WDM传输线路上选择性地分插和复用某些光通道，而不影响其它光通道的透明传输。第39页，本讲稿共83页固定波长OADM：选择某个或某些固定的波长通道进行分插复用。可配置OADM：分插复用的波长通道是可配置的。半可配置OADM：前两种情况的综合。第40页，本讲稿共83页VOA为通道功率均衡单元 第41页，本讲稿共83页完整的OADM系统具有以下附加功能：1.线路（或称复用段）及通道保护倒换功能。支持各种自愈环，包括二纤单向复用段保护环、二纤单向通道保护环、二纤双向复用段保护环、二纤双向通道保护环、四纤双

15、向复用段保护环，和链型组网等。第42页，本讲稿共83页2.光中继放大和均衡功能。每个OADM节点根据需要可具有光功率放大功能，以弥补光线路和OADM节点本身带来的光功率损耗，使OADM节点设备适应不同跨距的应用；同时OADM节点也可根据需要配置光功率均衡功能（包括线路光功率均衡和通道光功率均衡），以提高传输系统的性能。第43页，本讲稿共83页3.上路光通道波长指配、下路光通道端口指配功能。具有这种功能的OADM可以使某一上路信号以不同的波长接入光网络，相当于接入OTU具有可调偕波长变换功能；而下路信号可以指配到不同的光纤端口；具有这一功能可以极大地扩展OADM在实际组网应用中地灵活性。第44页

16、，本讲稿共83页4.多业务接入功能。如STM-N系列SDH信号的接入和千兆以太网信号的接入。第45页，本讲稿共83页八、光交叉连接技术八、光交叉连接技术光交叉连接设备相当于一个模块，它具有多个标准的光纤接口，它可以把输入端的任一光纤信号(或其各波长信号)可控地连接到输出端的任一光纤(或其各波长)中去，并且这一过程是完全在光域中进行的。第46页，本讲稿共83页OXC的特点及应用1.OXC的特点OXC与DXC在网络中的作用相同，但功能和实现的方法不同。主要的不同点是：（1）OXC是对光信号交叉连接，DXC是对电信号交叉连接。第47页，本讲稿共83页（2）OXC具有透明的传输代码格式和比特率，可以对

17、不同传输代码格式和不同比特速率等级的信号进行交叉，设备型号少。DXC设备针对不同传输代码格式和不同比特速率等级的信号要进行不同的处理，第48页，本讲稿共83页（3）OXC交叉容量、交叉连接速率和接入速率高，交叉总容量可达到petabit/s 级别，交叉连接速率和接入速率范围宽。（4）OXC无需进行时钟同步和开销处理；DXC必须进行时钟同步和开销处理。第49页，本讲稿共83页（5）0XC易于网络升级，网络升级时一般无需更换；DXC在网络升级时需要随之更换。（6）0XC设备型号少，监控维护参数少，易于标准化；DXC设备型号多，监控维护参数多，标准化难度较大。第50页，本讲稿共83页（7）OXC适用

18、于高比特率信号的交叉连接；DXC能够对信号进行更细致的处理，适用于低比特率信号的交叉连接。（8）OXC一般用于替代现有的光总配线架；DXC一般用于替代现有的数字配线架。第51页，本讲稿共83页虽然OXC和DXC在网络中的作用相同，但由于两者的功能和实现的方法不同，因此它们各有不同的应用范围。理想的方式是将传输节点分为光层和数字层，光层的OXC和数字层的DXC配合使用。第52页，本讲稿共83页OXC的结构及其工作原理如图所示，OXC主要由输入部分(放大器EDFA，解复用DMUX)，光交叉连接部分(光交叉连接矩阵)，输出部分(波长变换器OUT，均功器，复用器)，控制和管理部分及其分插复用这五大部分

19、组成。第53页，本讲稿共83页注注注注第54页，本讲稿共83页假设图中输入输出OXC设备的光纤数为M，每条光纤复用N个波长。这些波分复用光信号首先进入放大器EDFA放大，然后经解复用器DMUX把每一条光纤中的复用光信号分解为单波长信号(1-N),M条光纤就分解为M*N个单波长光信号。第55页，本讲稿共83页所以信号通过(M*N)*(M*N)的光交叉连接矩阵，在控制和管理单元的操作下进行波长配置，交叉连接。由于每条光纤不能同时传输两个相同波长的信号(即波长争用)，所以为了防止出现这种情况，实现无阻塞交叉连接，在连接矩阵的输出端每波长通道光信号还需要经过波长变换器OTU进行波长变换。第56页，本讲

20、稿共83页然后再进入均功器把各波长通道的光信号功率控制在可允许的范围内，防止非均衡增益经EDFA放大导致比较严重的非线性效应。最后光信号经复用器MUX把相应的波长复用到同一光纤中，经EDFA放大到线路所需的功率完成信号的汇接。第57页，本讲稿共83页光交叉连接矩阵的结构光交叉连接矩阵是0XC的核心，是技术的关键，要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠，并且要具有单向、双向和广播形式的连接功能。第58页，本讲稿共83页对光信号进行交叉连接比较成熟的技术是波分复用技术和空分技术。如果将波分复用技术和空分技术相结合，就大大提高了交叉连接矩阵的容量和灵活性。如图所示第59页，本讲稿共83页第60页，本讲稿共

21、83页OXC的3种实现方式：光纤交叉连接、波长交叉连接、波长变换交叉连接。（1）光纤交叉连接以一根光纤上所有波长的总容量为基础进行交叉连接，容量大但不灵活。第61页，本讲稿共83页（2）波长交叉连接可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长的任何光纤上。比如，波长(l)、(2)、(3)和(4)从输入端1号纤输入，波长交叉连接可以将这4个波长选路到输出端口的1、2、3和4号纤上去。第62页，本讲稿共83页现在也有人将这种波长交叉连接称为无源光路由器，它的波长可以通过空间分割实现重用，波长的选路路由由内部交叉矩阵决定，一个N(N的交叉矩阵可以同时建立 N2条路由。它的其他几个别名是拉丁路由器（

22、Latin routers）、波导光栅路由器（WGR）和波长路由器（WR）。第63页，本讲稿共83页（3）波长变换交叉连接可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用不同波长的任何光纤上，具有最高的灵活性。它和波长交叉连接的区别是可以进行波长转换。第64页，本讲稿共83页OXC在网络中的应用 第65页，本讲稿共83页朗讯公司已研制了1296*1296端口的MEMS。其单端口传送容量为1.6Tb/s(单纤复用40个信道，每路信道传送40Gb/s信号)，总传送容量达到2.07Petabit/s。具有严格无阻塞特性，介入损耗为5.1dB，串扰(最坏情况)为38dB。使光开关的交换总容量达到新的数量级。(1

23、.6*1296=2070Tbit/s)第66页，本讲稿共83页九、光交换技术九、光交换技术1.光交换技术光交换技术具有交换速度快的特点，故很适合于高速、宽带通信系统，而且还具有许多电交换不能比拟的优点。第67页，本讲稿共83页特点：1)光电子器件的开关速率比电子器件要高得多，理论上可以达到0.1ps。2)除了提供大的带宽，快速交换以外，采用光交换技术还能够实现透明系统，便于扩展业务，另外，由于省去了中间的光/电、电/光转换设备，可以使系统变的更加简单。第68页，本讲稿共83页编码译码复用器分离器E/OO/E编码译码编码译码编码译码写入14光波导开关阵读出41光波导开关阵光交换程序控制器控制开关

24、指令、复位指令总线阵列门闩阵列门闩数据存储器驱动器光 双稳D1#2#3#4#CCCCVVVV注：阵列门闩第69页，本讲稿共83页全光网络器件全光网络器件 光无源器件光无源器件 第70页，本讲稿共83页全光网络器件全光网络器件 光有源器件现在常用光通信用光源主要有1300nm和1550nm的半导体激光器及组件、1550nm分布反馈激光器及组件、1550nm分布反馈激光器阵列及组件、可调谐分布反馈激光器及组件、多波长或波长可选择的分布反馈激光器及集成组件等。第71页，本讲稿共83页全光接入网全光接入网 全光接入网是下一代的新型接入网波分复用无源光网络(WDMPON)波分/码分多址无源光网络(WDM

25、OCDMAPON)第72页，本讲稿共83页WDMPON 第73页，本讲稿共83页WDMOCDMAPON WDMWDMOCDMA-PONOCDMA-PON是正在探索中的新一代的是正在探索中的新一代的全光接入网，主要研究适合接入网特点的全光接入网，主要研究适合接入网特点的低成本低成本DWDMDWDM理论与技术，理论与技术，O OECDMAECDMAOCDMAOCDMA光多址接入，微光节点与全光节点，光多址接入，微光节点与全光节点，宽带光接入系统网络拓扑和灵活网络构成宽带光接入系统网络拓扑和灵活网络构成理论和技术及有关宽带光接入系统网络管理论和技术及有关宽带光接入系统网络管理理论与技术，以及全业务宽

26、带光接入网理理论与技术，以及全业务宽带光接入网的模型等。的模型等。第74页，本讲稿共83页第75页，本讲稿共83页半导体激光器（LD）图例红光点状光斑激光器工作参数输出波长：635nm 650nm 670nm出光功率：075mw光斑直径：工作电压：3V 4.5V 5V 6V 图 3.1第76页，本讲稿共83页发光二极管图例 圆形发光二极管工作参数波长：470nm发光强度：10004000mcd正向电压；3.4v 图 3.2第77页，本讲稿共83页光电检测器图例光电检测器图例图 3.3 插拔式光电二极管图3.4 APD雪崩光电二极管第78页，本讲稿共83页光连接器光连接器第79页，本讲稿共83页其他图片其他图片第80页，本讲稿共83页ONU设备与设备与ODN第81页，本讲稿共83页第82页，本讲稿共83页第83页，本讲稿共83页