（通信与信息系统专业论文）基于tl1协议的cwdm网管系统的研究.pdf

摘要 m j i iii i i l l ) i l li l l l ir p l ir l l l f y 19 9 6 6 5 9 随着全球互联网( i n t e m e t ) 的迅猛发展，波分复用( w d m ) 技术已经成为光传 送网的主流技术，在光通信系统中得到广泛的应用。特别是波分复用技术中的粗 波分复用技术，由于其低成本、低功率消耗和设备尺寸小等特点，被广泛的投入 到城域网的建设中。本文主要研究c w d m 设备中基于t l l 协议的网管代理的设 计和实现方法。 由于本文是研究应用于c w d m 设备上的基于t l l 协议的网管代理，本文第 一章介绍了c w d m 技术的发展情况，并说明了选用基于t l l 协议的网管代理对 c w d m 进行管理的意义。第二章简单论述了c w d m 技术的特点以及其中的关键 技术。第三章简单介绍了c w d m 设备的应用情况和本文中研究的c w d m 设备的 特点。第四章介绍了c w d m 设备的网管中涉及到的协议，并特别重点介绍了t l l 协议的特点，阐述了t l l 协议中规定的命令格式。第五章阐述了设计中选用的开 发平台的特点以及采用的接口函数。第六章首先提出了基于t l l 协议的要求设计 的t l l 网管代理的框架模块，阐述了模块之间的关系以及基于框架设计所能实现 的功能指标。然后，对本设计中的具体功能模块的开发设计进行了详细的分析。 最后，本文简要描述了用户端通过t l l 代理与设备的交互过程。第七章对全文的 工作进行了总结，并指出工作中存在的不足。 关键词：t l l ；c w d m ；代理 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t ，w d mh a sb e c o m et h ek e yt e c h n i q u eo f o p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e ta n di ti sd e p l o y e dw i d e l yi no p t i c a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s c w d m ( c o a r s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) i sp a r t i c u l a r l yu s e di nt h em a n ( m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) t h i sp a p e rf o c u s e so nt h er e s e a r c ho ft h ed e s i g na n dt h e i m p l e m e n t a t i o no ft h em a n a g e m e n to fc w d me q u i p m e n tt h r o u g haa g e n tb a s e do nt l1 ( t r a n s a c t i o nl a n g u a g e - 1 ) p r o t o c 0 1 a st h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ea g e n ta p p l i e di nc w d me q u i p m e n t ，t h ec h a p t e r1 i n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fc w d m ，a n di l l u m i n a t e st h es i g n i f i c a t i o no fm a n a g e m e n t o fc w d me q u i p m e n tu s i n ga l l a g e n t b a s e do nt l 1 c h a p t e r 2d i s c u s s e st h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ek e yt e c h n o l o g yo fc w d m c h a p t e r3i n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o n o fc w d me q u i p m e n ti nt h i sr e s e a r c h c h a p t e r4i n t r o d u c e st h ep r o t o c o l su s e di nt h e m a n a g e m e n ts y s t e mo fc w d m ，e s p e c i a l l yt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft l lp r o t o c 0 1 f o r m a t o ft l1c o m m a n d si sa l s od e s c r i b e di nt h ec h a p t e r4 c h a p t e r5i l l u m i n a t e st h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ed e l t ap l a t f o r ma n dt h ef u n c t i o ni n t e r f a c e t h ec o m p l e t ed e s i g n o ft l1 a g e n ta n dt h ed e t a i lo ft h em o d u l e si sg i v e ni nc h a p t e r6 t h el a s tc h a p t e r s u m m a r i z e st h er e s e a r c ha n di n s u f f i c i e n c yi nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：t l l ( t r a n s a c t i o nl a n g u a g e 1 ) ；c w d m ( c o a r s ew a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) ；a g e n t 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 1 1 问题的提出 第1 章绪论 波分复用( w d m ) 技术已经成为光传送网的主流技术，在光通信系统中得到广 泛的应用。密集波分复用( d w d m ) 技术广泛应用于长途干线和骨干网络，较好的 解决了当前的带宽需求。网络的带宽瓶颈逐渐转移到了城域网，城域网的建设成为当 前的网络建设的热点。c w d m 技术以其独特的优势在城域网的建设中越来越受到重 视。 波分复用( w d m ) 是将两种或多种不同波长的光载波信号( 携带各种信息) 在 发送端经复用器( 亦称合波器，m u l t i p l e x e r ) 汇合在一起，并耦合到光线路的同一根 光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器( 亦称分波器，d e m u l t i p l e x e r ) 将各 种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光 纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。通信系统的设计 不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，w d m 可以细分为 密集波分复用( d w d m ) 和稀疏波分复用( c w d m ) 【l 】。 密集波分复用( d w d m ) 技术进一步挖掘了光纤的频带资源，单纤传输容量在 实际网络应用中已达到t b i f f s 数量级，在全世界的电信网上得到了规模应用。在长途 传输中，由于d w d m 采用了e d f a ( 掺铒光纤放大器) 将光信号直接放大，节省了 大量的电中继设备，从而大大节约了成本。但由于e d f a 平坦增益带宽较窄和它本身 某些增益特性的限制，人们不得不采用高波长稳定度的激光器和密集波分复用器和解 复用器，并且在整个线路上进行光功率均衡；此外，由于电中继传输距离加长，对激 光器的色散容限和啁啾特性也提出了很高的要求。这些技术的应用又提高了系统成 本。尽管这些高性能的器件和部件价格昂贵，由于广域网传输距离很长，d w d m 系 统中多个波长通道共用光纤和放大器，仍然可以大幅度降低成本。而在城域网由于传 输距离短( 一般1 0 0 公里以内) ，不需要使用放大器，增加一根光纤成本也不高，如果 简单采用和广域网一样的d w d m 设备，无疑将得不偿失【2 】。因此，各大运营商希望 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 以较低的成本享用波分复用的技术。面对这一需求，粗波分复用( d w d m ) 应运而 生。 稀疏波分复用，顾名思义也是一种波分复用技术。从原理上讲，c w d m 就是利 用光复用器将不同波长的光信号复用到一根光纤进行传输，在链路的接收端，利用光 解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。与 d w d m 技术相比，c w d m 的波长间隔较大，可达2 0 n m ，正是这一特点给c w d m 在城域网中的应用带来了明显的技术优势。城域c w d m 网既能延续d w d m 的技术 优势，还具有d w d m 技术所不具备的低成本、低功率消耗和设备尺寸小等优点。正 是由于具有成本低、容量大、业务透明性和易扩展性等特点，c w d m 技术非常适用 于光城域网汇聚层，实现局域网到城域网之间或城域网内部的互连，能较好地解决局 域网与城域网之间的带宽瓶颈问题3 】【4 】。 1 2 国内外研究现状和研究的意义 1 2 1 国内外研究现状 粗波分复用技术的首次商用是在上个世纪8 0 年代初，在多模光纤上传输数字视 频信号。q u a n t e 公司推出了一种工作在8 5 0 n m 窗口、每信道传输的信号速率为 1 4 0 m b s 的四波系统。这些系统首先应用在有线电视的广播链路。二十世纪8 0 年代 末我们曾在l a n 上使用普通l d 、l e d 和p i n ，利用多模光纤8 5 0 n m 和1 3 0 0 n m 窗 口传送视频、话音和数据信号，其系统对器件要求不严，成本极低，这就是最早的粗 波分的设想与应用，而电信运营商并未对c w d m 技术产生明显的兴趣。近年来，由 于城域网及接入网的发展应用，需要寻求更加经济有效扩展带宽，这种情况才发生了 改变。 1 9 9 8 年3 月1 5 日在美国加州m r vc o m m u n i c a t i o n s 实验室里，美籍华人詹裕恒 博士与马克汉布可( m a r k h e i m b u c h ) 博士利用无致冷半导体激光器以及其他无源器 件设计出粗波分复用器，如此一来可以制造较廉价的通信系统应用到短途的城域网及 接入网。利用c w d m 无致冷激光器及相应无源器件组装成第一套四波段c w d m 模 块很快研制成功。1 9 9 9 年4 月1 4 日，m r v 又推出了第一台结合c w d m 与g i g a b i t 超 2 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 高速以太网的开关路由器( g f s 3 0 1 6 g i g a b i t s w i t c h r o u t e r ) ，打入韩国城域网的应用市 场。2 0 0 0 年2 月由于c w d m 开发成功，m r v 的光纤器件部以及上诠光纤同意合并 成立新公司专攻c w d m 在城域网及接入网上的应用市场。合并后3 月3 0 日即宣布 推出第一个由c w d m 组成的1 0g b i t s 的收发器( t r a n s c e i v e r ) 模块。目前又有很多公 司生产出c w d m 系统产品在城域网和接入网的应用【5 】。 在局域网中，8 5 0 n m 的c w d m 系统正走向实用，利用8 5 0 n mv c s e l 激光器在 已铺设的传统6 2 5 岬多模光纤可实现4 x 1 0 g b s 的传输，传输距离超过1 0 0 m 。而利 用新型高带宽5 0 “m 多模光纤，可实现4 x 1 0 g b s 信号的传输距离超过3 1 0 m 1 6 1 。1 3 0 0 n m 和1 5 5 0 n m 的v c s e l 技术正在进步，传输距离还可再延长。 国际电联通信标准部门( i t u t ) 针对波分复用的技术发展，在2 0 0 1 年对其作了 新的分类。将通道间隔1 0 0 0g h z 的称为d e n s ew d m ，并使用统一的缩写d w d m 。 将通道间隔 5 0 n m 的称为c o a r s ew d m ，并使用统一的缩写c w d m 。将通道间隔3 5 0 a m 的称为w i d ew d m ，并使用统一的缩写w w d m 。2 0 0 2 年5 月，i t u t 第1 5 研究 组通过了g 6 9 4 2 建议，将c w d m 的中心频率定在1 2 7 0 n m - - 1 6 1 0 n m 的1 8 个波长上， 波长间隔为2 0 n m l 6 。而涉及到c w d m 设备光1 2 指标的建议g c a p p 在2 0 0 3 年1 0 月 的会议上会通过。 1 2 2 研究的意义 随着i t u t 加速c w d m 标准化进程，大大促进c w d m 产品普遍在城域网及接 入网的应用发展。国内外各设备厂商先后推出c w d m 设备并选用了不同的网管协议 管理该设备，其中，最为常用是s n m p 协议。s n m p 协议是简单网络管理协议，利 用s n m p 可以从设备上远程收集数据和远程配置设备。而本文中涉及到的t l l 协议 是电信领域( 尤其是在北美) 广泛使用的一种管理协议。t l l 得以在世界范围流行的 主要原因是：和其他的协议相比，它很容易实现和维护。t l l 报文有一种很好的，甚 至用户和操作者都能设计和理解的结构化格式。在早些日子，传统命令行接口c l i ( c o m m a n dl i n ei n t e r f a c e ) 成为大多数设备( 网络设备或电信设备) 厂商必须提供的 完整的接口。管理这些设备的唯一方法就是通过串口连接，发送命令t 这使得t l i 更加流行，并且c l i 在电信领域成为首选。由此，本文提出了一个基于t l l 协议管 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 理c w d m 设备的方案，设计出一套t l l 网管代理系统，使开发的c w d m 设备能与 国际应用相接轨。 1 3 本文研究内容和安排 本文将对基于t l l 协议的c w d m 网管软件进行研究。本文研究的主要内容和具 体工作大致如下： 第一章将介绍c w d m 技术的发展情况以及国内外对c w d m 设备的研究现状， 以及使用基于t l l 协议的网管代理管理c w d m 设备的应用背景。第二章介绍c w d m 中的关键技术，对比分析c w d m 与d w d m 技术，指明c w d m 设备开发的意义。 第三章首先介绍了c w d m 设备的开发状况，将几个厂家的设备进行对比，接下来介 绍本文设计中的c w d m 设备的特点、原理以及主要应用。第四章简单介绍了在 c w d m 设备管理中使用到的协议，重点介绍了t l l 协议的特点及其命令格式，为 c w d m 网管的实现方式打下基础。第五章阐述了本设计中选用的开发平台的特点， 以及开发中使用到的接口函数和结构。第六章提出了基于t l l 协议的网管代理的框 架结构，并阐述了各个模块实现的功能，对各个模块的开发设计进行了详细的分析， 最后简要描述了基于t l i 协议的网管代理与设备交互的过程。第七章将对全文的工 作进行总结。 4 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 2 1 概述 第2 章c w d m 技术 c w d m ( c o a r s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 粗波分复用技术，其原理与 d w d m 大致相同，即通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤 中传输来实现，在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤， 接到不同的接收机。c w d m 的信道间隔为2 0 n m ，而d w d m 的信道间隔从0 2 n m 到 1 2 n m 不等，所以相对于d w d m ，c w d m 称为粗波分复用技术【7 l 。 c w d m 和d w d m 的区别主要有两点【2 】：( d c w d m 载波通道间距较宽，因此， 同一根光纤上只能复用2 1 6 个左右波长的光波，“稀疏 与“密集”称谓的差别由 此而来；( 至) c w d m 调制激光采用非冷却激光，而d w d m 采用的是冷却激光。由于 在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本 也很高。c w d m 避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个c w d m 系统成本只 有d w d m 的3 0 。 在光纤中传输两个不同波长之间的间距是区分d w d m 和c w d m 的主要参数( 不 是一些厂家宣传的波长数量) 。d w d m 系统的波长间隔一般为1 0 0 g h z ( 0 8 n m ) 或 5 0 g h z ( 0 4 n m ) ，将来的系统中可能会有更窄的间距( 但这样会影响光孤子的使用，因 此尚不确定) 【2 1 。过去的d w d m 受e d f a 放大波段的影响，不仅需要在全线路段进 行增益均衡，同时由于采用d f b 激光器作为光源，温度漂移系数为0 0 8 n m * c ，因此 需要采用冷却技术来稳定波长，以避免因温度变化波长漂移到复用器和解复用器的滤 波器通带之外。而如果城域间距离偏短，不使用e d f a 进行组网，c w d m 就可以将 相邻波长间隔放宽到1 0 n m 或2 0 n m ，将波长范围扩展到整个传输窗口：从 1 2 0 0 n m 1 7 0 0 n m 。而且带来一系列的技术简化从激光器( 对温度已不再敏感，因为 信道带宽能够保证漂移后的波长不受影响) 、分波合波器、o a d m 直到o x c ，为运 营商带来大量的投资盈余【2 1 。 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 2 2c w d m 技术的优点 c w d m 的结构基本上d w d m 系统相类似，从纯技术角度来讲，c w d m 技术存 在着明显的劣势。c w d m 系统单纤总传输容量与d w d m 系统相差甚远。然而，市 场并非只受技术驱动，成本同样也是相当重要的考虑因素。成本效益与信道间隔密切 相关。c w d m 产品具有低成本、低功耗和小尺寸等优势，能有效降低系统的建设和 运营成本f 1 1 。 1 器件成本低 d w d m 的收发设备要比c w d m 系统的同类产品贵四、五倍，这与激光器的许 多因素相关。d w d m 系统采用d f b 激光器作为光源，温度漂移系数为a x 1 0 ( n m c ) ， 它需要采用冷却技术来稳定波长，以防止由于温度变化波长漂移到复用器和解复用器 的滤波器通带之外，d w d m 激光器的波长容差的典型值为士0 1 n m 。c w d m 系统采用 的d f b 激光器不需要冷却，温度漂移系数为0 0 8 n m c ，c w d m 激光器的波长容差 高达+ 2 一- 3 n m 。另外，激光片的成品率低也增加了d w d m 激光器的造价。此外，带 p e l t i e r 冷却设备和热敏电阻的蝶形封装d w d m 激光器要比无冷却的同轴封装c w d m 激光器贵得多。 在复用器和解服用器方面d w d m 和c w d m 的造价差别主要是由于c w d m 的 滤波器包含的层数少，故c w d m 滤波器的成本比d w d m 滤波器的成本低，如d w d m 系统中使用的1 0 0 g h z 滤波器大约有1 5 0 层，而c w d m 系统的2 0 n m 滤波器大约有 5 0 层。因此c w d m 滤波器的成本比d w d m 滤波器的成本要少5 0 ；此外，在c w d m 系统中，相邻波长通道的间隔放宽到2 0 n m ，这就有可能将各个部件的容错范围放大， 因此可以使用廉价的复用器、解复用器等，以降低c w d m 系统的成本【1 1 。 由于器件成本和系统要求的降低，使得c w d m 系统的造价比d w d m 系统有大 幅下降。 2 功耗低 光传输系统的运营成本取决于系统的维护和系统消耗的功率。即使c w d m 系统 的维护成本都可以接受，但d w d m 系统的功耗要比c w d m 系统的功耗高得多。例 如，d w d m 激光器采用的冷却器及其控制电路每波长要消耗大约4 w 的功率；而没 6 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 有冷却器的c w d m 激光器仅消耗0 5 w 的功率。四波c w d m 光传输系统大约消耗 1 0 - 一, 1 5 w 的功率，而类似的d w d m 系统却要消耗高达3 0 w 的功率【8 】。在d w d m 系 统中随着复用的波长总数的增加以及单信道传输速率的增加，功率损耗及其温度管理 变成了电路板设计的关键问题。此外，c w d m 系统中采用不带冷却器的激光器，系 统功耗低，减少电源备用蓄电池，降低了成本。 3 体积小 c w d m 激光器要比d w d m 激光器小得多，不带冷却器的激光器一般是由激光 片和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二级管构成的。d w d m 激光发射 机的尺寸大约是c w d m 激光发射机体积的五倍；也就是说，如果d w d m 激光发射 机的体积为l o o c m 2 ，那么没有冷却器的c w d m 激光器体积仅仅为2 0 c m 2 羽。由于 c w d m 激光器结构和简单的控制电路，单个模块可以实现多路光收发，目前商用器 件已经做到4 路t r a n s c e i v e r 集成在一个尺寸仅为1 6 c m * 9 c m * 1 6 5 c m 的模块【8 1 ，相当于 一路d w d m 系统光转发器大小。c w d m 系统不使用光放大器，因此有可能设计成 结构紧凑的台式或者是盒式设备，非常方便安装和维护。 4 结构简单 c w d m 系统不包含o l a ，即光线路放大单元。图2 1 t l o l 为d w d m 的系统示意 图。在波分复用系统终端机上，光转发单元把承载的业务信号的波长转换为d w d m 系统选定的1 6 个特定波长的光信号。光波分复用单元把输入的1 6 个不同波长的光信 号合路到一根光纤中，再把复用后的含有1 6 个波长的光信号输入到光放大器，光放 大器把1 6 个特定波长的光信号放大到足够大的功率后再发送到光纤段中，传输到下 一个光放大器中继站，或o a d m ( 光分插复用器) 设备，或光波分复用系统终端机。 7 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 o m t i l a o m t _ o t u i 阻 j l 一 o l a o 一 k - n 玎可而鸿 o ha d s nn广1 1 nnn 婴t 一 ： m彬甜 1 1 譬划 i 匦y 7d l l 门 u i 。k ； uo b a o s d _ 一一 i o 咎一卜一卜_ 1 l r 虿葡南与 凹已生+ _ _ q s c r ji 一 九o sk o s 叫q 型! h l k o mn m o 匝亘驴- 7 + h 卜一 幕u n l x o s l d _ k 卜卜 m l uo p a o l a o b au山o t 。u np k 一 l e m u o u t ：光转发盘o m u ：光分波盘o b a ：光功率放大单元 o p a ：光前置放大单元o l a ：光线路放大单元o s c ：光监控信道 o m t ：波分复用终端i l a ：光线路放大o w u ：公务单元 图2 1 开放式d w d m 系统 。 图2 2 为c w d m 系统示意图【1 0 1 。光转发单元o t u 把承载的业务信号的波长转 换为c w d m 系统选定的特定波长的光信号，光波分复用单元o m u 把输入的不同波 长的光信号合到一根光纤中，传输到接收端，经过光解复用单元o d u ，将信号分离 出来送到相应的网络设备。 另外，由于c w d m 信道间隔比较大，所以相对于d w d m 而言，不需要考虑功 率均衡。 o m t o m t a1 一 “- iq ：! ：堕! p 0 i n t e m e t o 一k 叫o t u 2 阻 m 0 d i o - io t u n uu k b oo叫q 型! 卜址 d n j 陶o t u 2 卜l m ； k 一 uu 占代南n 图2 2 开放式c w d m 系统 8 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 5 传输介质要求低 d w d m 在运行1 0 g 以上业务的时候，需要采用g 6 5 5 光纤，而c w d m 对光纤 没有特殊要求，g 6 5 2 、g 6 5 3 、g 6 5 5 光纤均可采用，因此可以大量利用以前铺设的 l e t 光缆。 6 业务接口灵活 c w d m 系统主要应用于城域网，提供多业务的透明传输，客户侧业务接口灵活， 可支持以下业务【1 1 1 ： ( 1 ) s d h 业务：支持i t u tg 7 0 7 建议规范的s t m ? ( ? = l 、4 和1 6 ) 的s d h 业 务。 ( 2 ) 以太网业务：支持1 0 m 1 0 0 m 和千兆以太网业务。 ( 3 ) a t m 业务：支持采用i t u tg 7 0 7 建议规范的s t m ? ( ? = l 、4 和1 6 ) 的 a t m 业务。 ( 4 ) 未来可能广泛应用的其他业务( 如：f i b e rc h a n n e l 、e s c o n 、f i c o n 、d i g i t a l v i d e o 、1 0 g e 等等) 。 ( 5 ) 8 3 4 1 4 0 m b s 的p d h 业务。， 2 3c w d m 关键技术 1 c w d m 的波长选择 g 6 9 4 2 定义了1 8 个从1 2 7 0 - 一1 6 1 0 n mc w d m 标称波长，如表2 1 所利3 1 ，波长 间隔为2 0 n m ，这种间隔允许在使用无致冷光源条件下，各个波长的同时传输，c w d m 波长涵盖了单模光纤系统的o 、e 、s 、c 、l 等五个波段。 无致冷激光器通常工作温度( 管壳温度) 范围为0 c - - 7 0 ，其热漂移系数约为 0 0 8 n m c 。标称中心波长值是指在常温下即2 3 激光器输出波长。无源器件滤波特 性( 如复用器) 几乎不随温度变化，一般认为无源器件标称中心波长应该对准激光器 3 5 时的输出信号波长，因为3 5 在整个工作温度范围的中间。也就是说，无源器 件标称中心波长应该是a o 加上激光器输出从2 3 到3 5 的波长漂移值，即 + 0 0 8 n m c x ( 3 5 c 2 3 ) = 2 0 + l n m 。为解决激光器波长标称温度与实际工作温度不 同造成的波长差异问题，i t u 将g 6 9 4 2 波长上移l n m ( 即改为 9 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 1 2 7 1 n m 1 2 9 1 n m 1 6 1l n m ) ，从而使激光器波长在实际环境刚好工作在( 1 2 7 0 n m 1 2 9 0 n m 1 6 l o n m ) 。 表2 1c w d m 系统标称中心波长 标称中心波长i：n m ) 序号 o 波段e 波段s 波段c 波段l 波段 l1 2 7 11 3 7 11 4 7 11 5 3 l1 5 7 l 2 1 2 9 l1 3 9 l 1 4 9 1 1 5 5 l1 5 9 1 31 3 1 11 4 l l1 5 1 l1 6 1 1 4 1 3 3 l1 4 3 l 5 1 3 5 l1 4 5 l 实际应用中，c w d m 产品主要有两种形式，8 波长系统和1 6 波长系统。其中， 8 波长系统是目前应用比较多的系统。从理论上讲，从i t u 给出的1 8 个波长选择中 任意选择8 个都可以作为工作波长。但是考虑到已经敷设光纤的类型和损耗特性，8 波长一般选在1 4 6 0 - 1 6 2 0 n m ，也就是s + c + l 波段，避开了光纤水峰e 波段和损耗较 大的o 波段，不需要对光纤提出额外要求。1 6 波长的系统将对光纤的类型提出要求， 也就是必须采用损耗平坦的“全波光纤，而目前此类光纤应用很少 9 1 。c w d m 主 要用于光纤缺乏的接入区域，8 波的容量大部分可以满足系统要求。 2 波长间隔 根据目前激光器制造技术，无致冷激光器在工作条件下及其整个寿命期内，其波 长变化应在6 - - 7 n m 之内。考虑到足够的相邻通道隔离度和一定的的保护带( 一般 为最小通道间隔约三分之一) ，g 6 9 4 2 选取2 0 n m 为c w d m 系统的通道间隔。 c w d m 系统采用的d f b 激光器不需要冷却，当c w d m 系统工作在o 7 0 的 温度范围内，其激光器的波长一般会有6 n m 左右的漂移。这个波长漂移再加上激光 器生产过程造成的波长偏差约士3 r i m ，总共大约有：1 2 n m 的变化 s l 。这样就要求光滤 波器的通带和激光器相邻通道间波长间隔都必须足够宽，以满足无致冷激光器波长偏 移的要求，如图2 3 所示i s j 。 l o 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 乏 褂 督 装 1 5 4 71 5 4 8 1 5 4 91 5 5 01 5 5 l1 5 5 2 1 5 5 3 波长n m 图2 3 无制冷激光器输出波长随温度变化 带宽 通常c w d m 系统通道间隔为2 0 n m ，而滤波器通带宽度为1 3 n m 左右。激光器 中心波长偏移必须考虑与滤波器通带宽度相一致，必须确保激光器输出波长在滤波器 通带范围以内。 、 3 光纤选型 城域内敷设的大部分都是常规g 6 5 2 光纤，也就是1 3 8 5 n m 为水峰的光纤，在 1 3 8 5 n m 窗口的损耗在l d b 左右，无法正常工作。这种光纤可以开通8 波的c w d m 系统，工作在波长区( 1 4 6 0 - - 1 6 2 5 ) n n l ，不能开通1 6 波c w d m 系统。只有采用损 耗平坦的新型g 6 5 2 c “全波 光纤，才能开通1 6 波长的c w d m 系统。 g 6 5 5 a 光纤由于截止波长在1 4 3 0 n m 左右( l e a f 光纤的截止波长在1 4 7 0 n m ， 根本无法在1 4 6 0 n m 工作。) 因此满足8 波系统的要求都都有困难。g 6 5 5 b 光纤截 止波长低一些，可以开通8 波系统，因此g 6 5 5 光纤最多开通8 波c w d m 系统。 考虑到成本、开通系统速率、传输距离等各方面因素，城域网内多数敷设的都是 g 6 5 2 光纤。因此都可以正常开通8 波c w d m 系统。对于采用全频带全波g 6 5 2 c 光纤，则可以开通1 6 波c w d m 系统9 1 。 4 c w d m 与d w d m 比较 城域d w d m 来源于长途d w d m 技术，技术成熟，传输距离远，波长数多( 3 2 4 0 ) ， 可以组建比较大的o a d m 环网( 2 0 0 k m ) ，适用于城域网核心层。c w d m 是针对网 络边缘需求产生的技术，设备体积小，功耗低，价格便宜。适用于城域网接入层，解 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 决光纤短缺的问题，运营商在竞争区域可以租用单根光纤传送多种业务。 c w d m 系承载客户速率一般在2 5 g b i t s 以下、波长数目为8 个或1 6 个，考虑 到成本一般没有放大器( 并且覆盖c w d m 如此宽频段的光放大器尚没有商用化) ， 功率预算小，传输距离短，一般小于2 0 k m 。而d w d m 系统在城域网核心层采用的 可能性更大，核心层的速率高( 一般在1 0 g b i t s ) ，传输距离远( 4 0 k m 以上) ，承 载业务量大( 波长数量多) ，而这要求系统有更大的功率预算，需要高功率的光放大 器。 d w d m 系统组网一般为环网拓扑，节点采用的都是有保护功能的o a d m ，而且 具有网管系统可配置的波长上下能力，网管系统比较完善。而c w d m 系统则有可能 采用背对背复用器解复用器结构，不采用o a d m 节点。即使采用o a d m 节点，也 基本上为全部上下波长或单一波长上下的简单结构，系统对波长的配置能力比较差， 网管系统非常简单。 从保护方式上，城域d w d m 系统一般为环网拓扑，采用光复用段保护或光通道 保护环系统，对所有业务都进行保护，以提高系统可靠性。而c w d m 一般为点到点 线性或环形拓扑，线性系统一般没有保护，环网多选用简单的光通道保护，根据各波 长承载业务重要性选择是否保护1 9 】。 2 4c w d m 标准化情况 2 0 0 3 年l o 月i t u tg 6 9 5 建议规定了c w d m 系统应用的光接口参数。建议针 对当前c w d m 系统的两种应用方式( 单纤单向和单纤双向) 的光接口参数规范了“黑 盒子( b l a c kb o x ) 和黑链路( b l a c k 1 i n k ) 两种方式，见图2 4 和图2 5 【1 3 】【1 4 1 。 “b a l c kb o x ”方式可以理解为c w d m 网元包括一个合波单元和光发射机或者一 个分波单元和光接收机。这种方式只要求对c w d m 网元的群路光接口m p i s m 、 m p i r m 和c w d m 网元对外的单个通路光接口s s 、黜进行规范，而对其内部所有接 口都不进行规范，也就是实现c w d m 网元群路光接口和支路光接口的横向兼容性。 图2 4 给出“黑盒子 应用方式( 单向) 的示意图，图中m p i s m 是多通道汇聚输出 参考点，m p i r m 是多通道汇聚输入参考点。 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 i i 。l o t ) ； 匝亟卜 i i ) “b i s mm p i 式 一l l l l 匝函卜恒星习 c w d m 网元c w d m 网元 图2 4 单纤单向以黑盒子 方式 而“b l a c kl i n k 方式可以理解为c w d m 网元仅仅包括一个合波单元或者一个 分波单元。在这种方式中，c w d m 系统中合波单元和分波单元来自同一个厂商，而 光发射机和光接收机有可能来自不同的厂商，所以要求在s s 、砥进行规范，也就是 实现支路( 单通道) 光接口的横向兼容性，而对于多通道传输链路，只给出光纤链路 参数，如最大衰耗、色度色散、偏振模色散，而不对链路汇聚输出和输入的参考点进 行规范。图2 5 给出“黑链路”应用方式( 单向) 的示意图，图中s s 是单通道支路输 入参考点，是单通道支路输出参考点，r p s 是链路汇聚输出参考点，r p r 是链路汇 聚输入参考点【1 3 】【14 1 。 s s黜 li li ii li s s p li ji o mi lo d lr l i1 s s r p s r p r 黜 ii c w d m 网元对 il j ll r c w d m 链路 图2 5 单纤单向“黑链路刀方式 另外，作为c w d m 的其他应用，i t u tg 6 9 5 增加了单纤双向系统的应用代码 以及“b l a c kb o x ”和“b l a c kl i n k 两种方式光接口参数的定义1 3 1 1 4 1 ，见图2 6 和图 2 7 所示。 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 口里习呻 m p i - s mm 吐r m 。 啼口里口 匝亟习_ o m i ii i o m 啼叵函 i ji | o d1 1 -l - l l u d ； 呕亟五卜 u 一- 匝盔习 m p i r mm p i - s m 匝函正卜-一匝团 c w d m 网元c w d m 网元 图2 6 单纤双向“黑盒子 方式 s s 产s r广f = t 1i 、 广产= = t 1 i s 。1 i r l , r s r l ! 竺zl i 啦ic o - ) 掣? o m il o m i o d i 赢1 冲i s o d i s sl 阿c - 1 一r s i ：s s ：i d 、，】l 一l i ：! 坌：! 凸 j i c w d m 网元对 l l c w d m 链路 图2 7 单纤双向“黑链路一方式 1 4 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第3 章c w d m 设备的应用和前景 由于数据业务的飞速发展，网络融合的速度在加快，城域网正成为当前网络建设 的热点，而且市场竞争的压力使得电信运营商对网络的成本( 包括建设成本和运维成 本) 更加敏感。针对市场的这种需求，低成本的城域网c w d m 产品应运而生。 随着全光谱c w d m 联盟( f c a ) 对c w d m 技术的有力推动和i t u - t 对c w d m 的标准化使得c w d m 技术成为设备制造商和运营商关注的重点。市场需求的增长和 c w d m 技术的迅速标准化，使得国内外的很多通信设备制造商都开发了相关产品并 在市场上获得了比较广泛的应用。 3 1c w d m 设备的开发应用前景 c w d m 由于具有器件成本低、设备体积小、功耗低、可靠性高的优点，在城域 网、接入网、光纤区域存储网中得到青睐。它的传输距离短、复用波长少的缺点在这 些应用环境中变得可以接受。特别是在城域网中，它与密集波分复用技术互相补充， 能提供性价比很高的建网方案。从2 0 0 1 年开始，不断有设备制造商推出c w d m 设 备，并在相关行业得到应用。国外的l 眦i n e m ，o n i ，s o r r e n t o ，t r a n s m o d e ，l u x n ， a f c 等公司在2 0 0 1 年就推出c w d m 产品。n o r t e l 、c i s c o 等在2 0 0 2 年也有产品推 出，或在其设备中增加c w d m 接口和功能。国内烽火通讯公司的c w d m 系统在2 0 0 2 、 2 0 0 3 年已在国内几个地方开通了实验工程。表3 1 是有代表性的几加国内外公司的产 品对比【6 l ： 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 表3 1 几个厂商的c w i ) m 设备对比 烽火网络 t r a n s m o d em r vc i e n a 设备型号c 1 5 0 0 9 c 1 5 1 0 0 l d 8 0 0 l d l6 0 0o n l i n e t m e d g ep l a t f o r m 容量( 通道)4 8881 6 c w d m 波长 1 4 7 0 - 1 6 1 0 n m1 4 7 0 - 1 6 1 0 n m1 4 7 0 1 6 1 0 r i m1 2 7 0 一1 6 1 0 n m 10 0 m b p s - - 。 10 0 m b p s 10 0 m b p s -10 0 m b p s - - 。 数据速率 2 5 g b p s2 5 g b p s2 s g b p s2 5 g b p s 多业务接口 -t 双向汇聚、双向汇聚、双向汇聚、双向汇聚、 工作方式 分插复用分插复用分插复用分插复用 点到点、链路、点到点、链路、点到点、链路、点到点、链路、 应用方式 环路环路环路环路 保护方式1 + 1 通道保护无1 + 1 链路保护1 + 1 通道保护 传输距离 8 0 k m8 0 k m8 0 k m8 0 k m 模块热插拔 s n m p , h ms n m p , h 丁mc o r b a ，s n m p , 网管协议 s n 伊 t e l n e tt e l n e tt e l n e t 厂t l1 由表3 1 可以看出目前的c w d m 产品具有如下几个主要特点【6 】： ( 1 ) 由于目前的e 波段的光收发模块的技术尚不成熟，目前已铺设的光纤多数是常规 的g 6 5 2 光纤，在1 3 8 5 n m 附近存在水吸峰。所以绝大部分c w d m 设备采用从 1 4 7 0 - - - 1 6 1 0 n m 的8 个波长作为工作波长。由于c w d m 技术定位于城域的边缘层， 所以相关产品均设计成盒式产品，并且可通过级联方便的进行扩展。 ( 2 ) c w d m 支持点到点、链形、环形、环带链、单纤双向等多种组网方式，可根据 需求灵活使用。 ( 3 ) 一般支持m u x 线路侧双发选收的1 + 1 光线路保护，也有通过特殊的保护板，进 行o t u 层的1 + 1 光通道保护。 ( 4 ) 由于城域网业务种类众多，如g e 、s d h 、f e 、e s c o n 、f i c o n 、f c 等，而且 1 6 武汉邮电科学研究院硕士学位论文