（无线电物理专业论文）光路保护系统的设计与开发.pdf

一_，。争 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：么盛 日 期：丛应：垒：! 厂 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名夕垄垄盎。导师签名：弛i 期：边 ! ：鱼，厂 j p 呜 山东大学硕士学位论文 目录 中文摘要1 a b s t r a c t ：! 缩略名词索引4 第一章引言5 1 1 光纤通信的发展历程5 1 2 光纤线路在实际运行中的状况6 1 3 本文的研究内容和结构安排7 第二章光路保护方案8 2 1 理论基础和研究状况8 2 1 1光网路的应用技术8 2 1 2 光网络的拓扑结构9 2 1 3 研究状况1 1 2 2 现行方案1 l 2 2 1自愈环保护1 2 2 2 2 光路分流保护1 3 2 2 3 人工调度保护1 3 2 2 4 光路自动切换保护1 4 2 3 本文方案15 2 3 1 方案原理1 5 2 3 2 主要光器件1 7 2 4 本章小结2 2 第三章光路保护系统的软硬件设计2 3 3 1硬件设计2 3 3 1 1 总体结构2 3 3 1 2 基板模块2 3 3 1 3以太网通信模块2 6 3 1 4 通信协议与接口2 8 山东大学硕士学位论文 3 2 软件设计2 9 3 2 1开发环境2 9 3 2 2 基板单片机流程3l 3 2 - 3以太网单片机流程3 3 3 2 4 远程控制界面及程序设计3 6 3 3 本章小结4 0 第四章光功率检测4 l 4 1 测试设备与流程4 l 4 2 数据拟合4 3 4 2 1 数据拟合准则4 3 4 2 2 数据拟合方法4 4 4 3 结果分析4 5 4 4 本章小结4 8 第五章总结及展望4 9 参考文献5 l 致 射5 6 攻读硕士学位期间发表的学术论文5 7 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t 1 a b s t r a c t 2 a b b r e v i a t i o n s 4 c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 5 1 1 d e v e l o p m e n to fo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n 5 1 2 r u n n i n g s t a t e so f o p t i c a lc a b l e 6 1 3c o n t e n t s & o u t l i n eo f t h i st h e s i s 7 c h a p t e r2o p t i c a lf i b e rp r o t e c t i o ns c h e m e s 8 2 1c u r r e n ts c h e m e sa n dr e s e a r c h e s 8 2 1 1 a p p l i c a t i o nt e c h n i q u e so f o p ! ：i c a ln e t w o r k s 一8 2 1 2 t o p o l o g yo f o p t i c a ln e t w o r k s 9 2 1 3r e s e a r c h e s ll 2 2c l j n e n ts c h e m e s 1l 2 2 1 s e l f - h e a l i n gr i n gp r o t e c t i o n 一1 2 2 2 2 o p t i c a ls e r v i c es h u n tp r o t e c t i o n 1 3 2 2 3m a n u a ls c h e d u l ep r o t e c t i o n l3 2 2 4 o p t i c a lf i b e ra u t o m a t i cs w i t c h i n gp r o t e c t i o n 1 4 2 3s c h e m ei nt h i st h e s i s 15 2 3 1 p r i n c i p l e s 一1 5 2 ：；2m a i no p t i c a ld e v i c e s 17 2 4 s u m m a r y 2 2 c h a p t e r 3 s o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g nf o ro p t i c a lf i b e rp r o t e c t i o ns y s t e m 2 3 ：；1h a r d w a r ed e s i g n 2 3 ：；1 1g e n e r a ls t r u c t u r e 2 3 ：；1 2t h em a i nb o a r dm o d u l e 2 3 3 1 3t h ee t h e r n e tc o m m u n i c a t i o nm o d u l e 2 6 3 1 4c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sa n di n t e r f a c e s 2 8 3 2s o f t w a r ed e s i g n 2 9 3 2 1 d e v e l o p m e n tt o o l s 2 9 3 2 2w 6 f kf l o wo f t h em a i nb o a r dm c u 3 1 3 2 3w o r kf l o wo f t h ee t h e r n e tm c u 3 3 3 2 4r e m o t ec o n t r o li n t e r f a c e p r o g r a md e s i g n 3 6 3 3 s u m m a r y 4 0 c h a p t e r4o p t i c a lp o w e r m e a s u r e m e n t 4 1 4 1 t e s t i n gd e v i c e s & o p e r a t i o n f l o w ”4 1 4 2d a t af i t t i n g 4 3 4 2 1 d a t af i t t i n gp r i n c i p l e s 4 3 4 2 2d a t af i t t i n gm e t h o d s 4 4 4 3r e s u l t sa n a l y s i s 4 5 4 4 s u m m a r y 4 8 c h a p t e r5 c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 4 9 r e f e r e n c e s “5 l a c k n o w l e d g e m e n t ”5 6 l i s to f p u l l i c a t i o n s 5 7 山东大学硕士学位论文 中文摘要 从上世纪光纤和优良激光器的诞生，到近些年来海底光缆和普通光纤作为信 息主干道的广泛应用，人类逐步跨入了光纤通信时代。光纤以其通信容量大、可 靠性高、传输损耗小等优点为当前的信息时代所接受。一方面，光纤通信技术迎 合了人们对大容量信息传输的需求；另一方面，人们在追求信息化所带来的便利 的同时，也进一步推动了光纤通信技术的进一步发展。然而，在追求传输容量的 同时，人们正逐渐地更看重传输质量。当前，光纤通信系统的传输状况不甚乐观。 除光器件本身发生故障外，光缆线路因为施工挖掘、鼠害、火灾和射击等因素而 时常中断也是引发的光路中断的重要原因。 为了解决光通信中光路中断的问题，本文主要探讨了光路保护系统的方案和 组成。光路保护方案通过提供备用光路或者查询其它可用链路提供冗余保护。及 时选通未损光路可避免不必要的损失，而其关键点在于切换凭据的可靠性，即： 在线监测光缆线路所得到的光功率值的准确度与灵敏度。当前应用较多的方案在 检测光功率值方面存在许多弊端，如准确度不高、不够灵敏、检测范围过小，且 一旦设定切换阈值后就无法更改等等。 针对以上弊端，本文在“1 + 1 ”光路保护方案的基础上，采用对数放大器、微 处理芯片和光器件，设计和开发出一套大范围、高精度的光路自动保护系统。而 且增加了网络通信模块，通过向微处理器移植u l p 协议，实现了远程微机终端与在 线控制模块的通信。此外，为了提高光功率值的准确性，本文对测试结果进行了 分析并根据结果对系统进行了拟合和修正。经过实际运行与测试，本文所设计系 统的光功率检测范围在6 0 4 d b m ，光路切换时间在m s 量级。较之与终端远程通 信后做出响应的时间，系统自动切换的响应时间更短，满足i t u t 对于光缆保护 线路的切换要求。 本文提出了一种光纤线路自动保护方案，并进行了设计和实现。结果表明， 该系统运行稳定、可靠，灵敏度和测量范围等各项工作指标均优于当前所应用的 方案，对于提高光通信网络的可靠性具有重要意义。 关键词：光路保护；光路切换；光功率检测；对数放大器 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t f r o ml a s tc e n t u r yw h e nf i b e ra n dl a s e rw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c ew e r ei n v e n t e d t ot h er e c e n ty e a r sw h e ns u b m a r i n eo p t i c a lf i b e rc a b l ea n do r d i n a r yf i b e ra r e b e i n gu s e d a st h em a i nc h a n n e lo fi n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o nw i d e l y , t h eh u m a nh a se n t e r e dt h ee r a o fo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s o p t i c a lf i b e ri sa c c e p t e db yo u ri n f o r m a t i o ns o c i e t y m a i n l yb e c a u s eo fi t sl a r g e rt r a n s m i s s i o nc a p a c i t y , h i g h e rr e l i a b i l i t ya n dl o w e r t r a n s m i s s i o nl o s s o no n es i d e ，t h eo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u em e e t so u r h u m a n sr e q u i r e m e n tf o ri n f o r m a t i o nw i t hl a r g ec a p a c i t y o nt h eo t h e rs i d e t h eo p t i c a l f i b e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u ei sa l s op r o p e l l e db yo u rh u m a n sn e e d s h o w e v e r , w e h a v et r a n s f e r r e do u ra t t e n t i o nt ot h eq u a l i t yo fo p t i c a lf i b e ri n s t e a do fo n l ys t a r i n ga tt h e c a p a c i t y n o w , t h et r a n s m i s s i o ns i t u a t i o ni sn o ti d e a lf o ro p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s y s t e m b e s i d et h ed a m a g eo fo p t i c a ld e v i c e s ，t h eo p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ni sa l w a y s c u td o w nb yo p t i c a lf i b e r sb r e a kc a u s e db y e a r t h w o r k ，r o d e n t s ，f i r e ，s h o o t i n ga n ds oo n t h i st h e s i sm a i n l yd i s c u s s e st h ep r i n c i p l e sa n dc o m p o s i t i o n so ft h ef i b e rp r o t e c t i o n s y s t e m ，j u s tt oo v e r c o m et h ep r o b l e m sc a u s e db yo p t i c a lf i b e r sb r e a k t h ef i b e r p r o t e c t i o ns y s t e mp r o v i d e sr e d u n d a n c yp r o t e c t i o nb yp r o v i d i n gb a c k u pl i n e so r s e a r c h i n ga v a i l a b l el i n e s u n n e c e s s a r yl o s s e sc o u l db ea v o i d e di fb a c k u pl i n e sb e s e l e c t e di nt i m e a n dt h ek e yp o i n ti st og e tar e l i a b l es w i t c h i n gs t a n d a r dw h i c h c o n c e r n sa b o u tt h ea c c u r a c ya n ds e n s i t i v i t yf o rt h eo p t i c a lp o w e rf r o mo p t i c a lf i b e r c a b l e r i g h tn o w , t h e r ea r em a n yd i s a d v a n t a g e sf o rf i b e rp r o t e c t i o np r i n c i p l e sb e i n g u s e d ，j u s tl i k el o wa c c u r a c y , l e s ss e n s i t i v i t y , s m a l ld e t e c t i n gr a n g e ，f i x e dt h r e s h o l do n c e s e ta n ds oo n t os o l v et h e s ed r a w b a c k sa b o v e ，t h i st h e s i sd e s i g n sa n dd e v e l o p san e wf i b e r a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns y s t e mw i t hl a g e rd e t e c t i n gr a n g ea n dh i g h e ra c c u r a c y u s i n g l o g a r i t h m i ca m p l i f i e r , m i c r o - p r o c e s s i n gc h i p sa n do p t i c a ld e v i c e so nt h eb a s i so f 1 + 1 f i b e rp r o t e c t i o ns y s t e m a d d i t i o n a l l y , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nm o d u l ei sa d d e dt o r e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h er e m o t ec o m p u t e ra n dt h e0 n l i n e d e t e c t i n g 2 山东大学硕士学位论文 m o d u l eb yt r a n s p l a n t i n gu i pt om i c r o - p r o c e s s i n gc h i p s w h a t sm o r e ，t h i sp a p e r a n a l y s e sa n df i t st h et e s td a t aa n dt h e na m e n d st h es y s t e mi no r d e rt oi m p r o v et h e a c c u r a c y a f t e rr u n n i n ga n dt e s t i n g , t h eo p t i c a lp o w e r o ft h es y s t e md e s i g n e dc a nr e a c h ar a n g eo f 一6 0 - 4 d b m ，a n dt h es w i t c h i n gt i m ei sa tt h el e v e ro fm a n ym i c r o - s e c o n d s c o m p a r e dw i t hw o r k i n gb yc o m m u n i c a t i n gw i t hr e m o t ec o m p u t e r , i tn e e d sl e s st i m e t o r e s p o n s ew i t hf a u l t sj u s tw o r k i n ga l o n e a n dt h es w i t c h i n gt i m er e a c h e si t u - t s s t a n d a r d s a no p t i c a lf i b e ra u t o m a t i cp r o t e c t i o ns c h e m ei sp r o p o s e di nt h i st h e s i s ，a n di tw a s d e s i g n e da n dr e a l i z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es y s t e mr a ns t a b l ya n dr e l i a b l y , w i t h b e t t e rp e r f o r m a n c ei ns e n s i t i v i t ya n dl a r g e rm e a s u r e m e n tr a n g et h a nc u r r e n ts c h e m e s b e i n gu s e dn o w s ot h ew o r ki sv e r yi m p o r t a n tf o ri m p r o v i n gt h er e l i a b i l i t yo fo p t i c a l c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s k e yw o r d s ：o p t i c a lf i b e rp r o t e c t i o n ；o p t i c a l f i b e rs w i t c h i n g ；o p t i c a lp o w e r d e t e c t i n g ；l o g a r i t h m i ca m p l i f i e r 3 山东大学硕士学位论文 缩略名词索引 a s o n a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k 自动交换光网络 d x c d i g i t a lc r o s sc o n n e c t数字交叉连接设备 d w d md e n 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 密集波分复用 f a p sf i b e ra u t o m a t i cp r o t e c t i o ns y s t e m 光纤自动保护系统 i s d n i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k综合业务数字网 l t u i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n国际电信联盟 o a d m o p t i c a la d d - d r o pm u l t i p l e x e r o l p o p t i c a ll i n ep r o t e c t i o n 光分插复用器 光线路保护 o t d r o p t i c a lt i m ed o m a i nr e f l e c t o m e t e r光时域反射仪 p d hp l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s d h s y n c h r o n o u sd i 百t a lh i e r a r c h y s o n e t s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k 准同步数字系列 同步数字系列 簟 同步光网络 w d m w 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波分复用 4 山东大学硕士学位论文 1 1光纤通信的发展历程 第一章引言 1 9 6 6 年，英籍华裔科学家高锟与合作者ga h o c k h a m 共同发表了论文 d i e l e c t r i c f i b e rs u r f a c ew a v e g u i d e sf o ro p t i c a lf f e q u e n c i e s t ，提出了利用光纤作为传 输介质的可行性和技术途径，并指明了通过原材料的提纯制造出适合于长距离通 信使用的低损耗介质( 即光纤) 的发展方向。随后，1 9 7 0 年，美国c o m i n g 公司 采用改进型化学气相沉积法【2 】( m c v d m o d i f i e dc h e m i c f lv a p o rd e p o s i t i o n ) 成功 研制出损耗为2 0 d b k m 的石英光纤。在接下来的几十年中，伴随着激光器的发明 和改良、光纤在生产工艺上的突破以及多种组网方式的提出和应用等等，光纤通 信技术不断地迎接技术挑战，并且在不断地突破技术难题中得以发展和成剥3 1 。 光纤作为大容量信息传输介质，其优势是很明显的。具体体现在【4 5 】：允许频 带宽，传输容量大，又由于波分复用技术的引入，更提升了光纤传输信息的能力； 极低的传输损耗。中继距离长；信道串扰小，抗电磁干扰；不产生串话，保密性 好；光缆尺寸小、重量轻；节省有色金属和能源，有利于资源合理利用；光纤不 会锈蚀、使用寿命长；光纤接头不产生放电，没有电火花；基于这些优势，光纤 通信迎合了新时代对高速率、高带宽的需求，同时这种需求也促进了光纤通信的 发展。 上世纪末，在全球信息化爆炸的大趋势下，我国的光通信事业取得了一定的 成效。我国在“八五”期间已建成了2 6 条( 共3 7 万千米) 国家一级线路；“九五” 期间建成了“八纵八横”骨干光缆网；此外，光纤本地网也得到了迅速发展。截 止1 9 9 9 年，全国长途一、二级通信光缆干线已达2 0 多万千米，本地网的光缆中 继线和农话线遍布全国1 0 0 0 多个县市，加上有线电视网、各专用网所用的光缆， 估计全国光缆的总长度达1 6 8 万千米，光纤的总长度达2 2 4 0 万千米。已经形成了 一个遍布全国的复杂通信线路网络【6 1 。尽管在2 0 0 3 年左右遭受到“i t 泡沫”破灭 的重创，但是光通信经过适当的调整后又迎来了新的发展机遇。当下，伴随着人 们对i n t e m e t 网络资源需求的越来越大，大容量的网络传输介质也需要同臻完善。 为了充分且合理地进行资源配置，政府也在积极倡导电信网、广播电视网和互联 5 山东大学硕士学位论文 网的“三网合一 。此外，自动交换光网络a s o n 作为新型智能光网络的主流解决 方向也在不断地发展与推广【7 1 。基于这种形势，传送和接入线路对信息容量的承载 能力依然有着很大的上升空间和需求期望。最明显的例子就是“光纤到户 、“光 进铜退”正逐步实施和推广。所以，目前我国的光纤通信产业正面临着前所未有 的机遇与挑战。 1 2 光纤线路在实际运行中的状况 伴随着以语音业务为主体的传统电信业向以数据业务为主的现代电信业过 渡，人们除了对通信容量要求增大外，也对通信的质量有了很大的提升。现代社 会对光网络的依赖性越来越大。然而，由于光纤的自身原因以及各种外在因素， 光路的运行状况不甚理想。就物理特性角度，光纤质地脆弱、机械强度低，在加 工过程中需要比较好的切割及连接技术，而且分割和耦合都比较麻烦。光纤在这 些特性上的缺陷导致在施工或运行过程中光路中断现象时有发生。以我国为例， 由于我国幅员辽阔，地形地貌和气候差异很大，对光缆线路可能造成的各种危险 因素很多。这包括各种自然因素和认为破坏导致的光缆线路损毁等。特别是近几 年随着国家经济的迅速发展，全国各地的基础设施建设大量开工，使得施工造成 的光缆线路障碍频频发生。另外，现有光纤传输网属于模数混合网，因此智能化 程度不高。网络的节点是以固定方式连接的，许多地方传输通路群的调度、转换 仍然是靠人工来实施的，已形成的传输网在关键地方没有组成环状自愈网、每条 光缆线路都是直接引入大中城市，经不住非常情况下的冲击，各条光缆线路干线 之间无自动倒换功能，每条光缆线路干线的传输系统也无足够的冗余量。从我国 光缆线路干线获得的数据来分析，障碍的发生竟达到每1 0 0 k r n 每年0 5 1 次的程 度【8 】，这给光缆线路干线的可靠性造成了极大地威胁。国外也有类似情形。美国 b e l l e o r e 与电信经营公司配合对运行的光纤通信系统所发生的障碍进行了全面统 计调查。得到的调查报告显示光纤通信系统中使通信中断的主要原因是光缆障碍， 它约占统计障碍的2 3 。在光缆障碍中，由于挖掘原因引起的障碍约占一半以上。 而光缆障碍产生的原因则与光缆的敷设方式有关，敷设形式主要有地下( 直埋和 管道) 和架空两种。地下光缆受挖掘的影响很大；而架空光缆线路受车辆、射击 6 山东大学硕士学位论文 和火灾等因素的伤害尤为严重。 为了确保光网络在国民生产中发挥最大的作用，避免由光路中断引发的损失、 提高光网络的可靠性与安全性具有颇为重要的意义。因此，设计与开发出完善的 光路保护系统势在必行。 1 3 本文的研究内容和结构安排 本文探讨了当前光纤线路保护的几种方案。在此基础上，利用对数放大器和 以太网芯片，完善了“1 + 1 光路保护方案，实现了大范围动态光功率测量以及与 远端控制台的实时通信。文章的具体安排如下： 第一章，引言。简要叙述了光纤通信的发展过程和优势，光纤通信在我国的 发展情况，光缆线路的运行状态以及引发光缆故障的原因。阐明了研究光路保护 系统的必要性。 第二章，光路保护方案。介绍了光纤通信网的基本知识，并系统阐述了光路 保护的研究状况以及实际应用中的各种方案，包括其原理与构成等。介绍了本文 所，f ：发系统的结构和原理，以及所涉及光器件的原理和指标等。 第三章，硬件和软件设计。详细阐述了所设计和开发系统的硬件电路构成和 软件流程等。简要附带了所用器件的性能参数和指标，以及软件环境等。 第四章，光功率检测。介绍了所用到的测试仪器，阐述了数据拟合的准则和 方法等，并对所测数据进行了拟合与修正。 第五章，总结和展望。总结了本文所做的具体工作，并指出了以后需要改进 的地方。 7 山东大学硕士学位论文 第二章光路保护方案 为了提高光纤通信网的鲁棒性，国内外研究者提出了许多种光路保护方案。 部分方案处于理论论证阶段，较为成熟的方案已经或者正在付诸实施。 2 1 理论基础和研究状况 光纤通信的实现建立在光网络的正常运行之上，而在运行时所采用的应用技 术上主要有p d h 、s d h 、s o n e t 和w d m d w d m 等。 2 1 1 光网路的应用技术 1 p d h p d h 的出现是为了提高原有低速信道的传输速率，将原有的模拟传输升级为 数字传输。该技术规定了各信道比特流之间的等级速率标称值和容差范围，所达 到的效果是比特率有偏差但是几乎是同步的。国际上有三种p d h 体制，分别为欧 洲、北美和日本所制定【9 1 。 尽管p d h 的出现具有变革性的意义，但是其缺陷也限制了它的发展。比如， 地区性的速率标准不统一、时钟不统一、设备光接口不统一、复用结构复杂进而 限制了传输速率、网络管理开销严重缺乏、组网结构单一等。 2 s d h p d h 的缺陷催生了s d h 。i t u - t 对s d h 的种种指标都提出了相关标准建议。 s d h 1 0 ，1 1 1 传输体制的基本特点是采用了全球统一的标准传输速率等级。其最基本 的模块成为s t m 1 ，传输速率为1 5 5 5 2 0 m b p s ；各网元的光接口有严格的标准规范， 有利于建立统一的通信网络；采用数字同步复用技术后，简化了复接分接的实现 设备；采用了数字交叉连接设备d x c ，可以对各端口速率进行可控的连接配置， 对网络资源进行自动化的调度和管理，提高了网络的灵活性及对各种业务变化的 适应能力，能充分满足近期和远期运营商和客户的需求。 相比于p d h ，s d h 具有传输速率高、传输容量大、设备兼容性及自愈能力强、 上下电路灵活、测试和管理灵活等特点，所以目前的光纤大容量数字传输多采用 8 囊 s d h 传输体制。 3 s o n e t 同步光纤网络( s o n e t ) 和同步数字层级( s d h ) 相似，是一组涉及光纤信 道上的同步数据传输的标准协议，常用于物理层构架和同步机制。s o n e t 是由美 国国家标准化组织( a n s i ) 颁布的美国标准版本，主要在美国、加拿大和日本应 用。而如前所述，s d h 是由国际电信同盟( i t u ) 颁布的国际标准颁布，主要在除 美、加、日以外的其他国家应用。 s o n e t 的主时钟非常精确。其第一级同步传送信号s t s 1 ( s t s 表示 s y n c h r o n o u st r a n s p o r ts i g n a l ) 传输速率为5 1 8 4 m b p s ，对应的第一级光载波用o c 一1 ( o c 表示o p t i c a lc a r r i e r ) 表示。第n 级的传输速率为n x 5 1 8 4 m b p s 。各级严格 按照主时钟频率，保证了整个系统的同步传输而且便于复用。 4 w d m d w d m w d m 技术即波分复用技术【旧】，是指在发送端利用合波器将特定的不同波长的 信号合并起来在一根光纤中进行传输，在接收端再利用分波器将其分开，从而提 高了原有光纤网络的传输容量。随着信息业务的膨胀和技术的进步，可复用波长 的数量有了很大增长，相应的w d m 技术就成为d w d m ( 密集波分复用) 技术【1 2 】。 波分复用技术系统的基本结构主要有两种：其一为双纤单向传输，所有光信 号同时在一根光纤上沿同一方向传送，反方向则通过另一根光纤传输；其二为单 纤双向传输，所有光信号在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，所有波长相 互分开，以实现双向通信的目的。 该技术极大地提高了光纤传输容量的利用率，降低了长途传输的成本，且可 以较为灵活地改变传输业务量等。但是，波分复用器件的引入增加了传输损耗， 而且对激光光源的要求也变得更为苛刻。 2 1 2 光网络的拓扑结构 光网络的基本网元类型可分为三种，复用型、中继型和交叉连接型。复用型 网元分为终端复用器( t m ) 和分插复用器( a d m ) 。t m 在终端位置，用于将低 速信号复用成同一高速信号；a d m 有两个不同方向的接口，可直接从高速信号中 9 山东大学硕士学位论文 分出或插入低速信号。中继型网元通过放大、整形等方式实现长途通信中的信号 接力。交叉连接型网元提供大量端口，用于实现信号间的交叉互联，典型的设备 为d x c 设备。 在三种网元的基础上，光网络的拓扑结构可以分为以下几种，点对点型、线 型、环型、星型、树型和网型。见图2 1 所示。点对点型和线型网属于较为简单的 组网方式，生存性较差；环型网生存性很高；星型网成本较低，但是对中枢的抗 故障能力要求很高；树型网适合业务的接入、汇聚和分级，但存在瓶颈；网型最 为灵活，适合业务量大而且业务分配均匀的场合，但是成本较高。 臣 卜佃 点对点型 环型 树型 线型 星型 图2 1光网络拓扑结构 网型 此外，为了对光网络便于管理和优化，h u t 将光网络划分为了三层：光通道 层( o p t i c a lc h a n n e ll a y e r ) 、光复用段层( o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o nl a y e r ) 、光传 输段层( o p t i c a lt r a n s m i s s i o ns e c t i o nl a y e r ) 。三层的功能详见i t ug 8 7 2 t 1 3 1 。三者 向下连接光层，向上连接应用层。光层即物理光纤线路，应用层的服务类型因场 合不同而异。 l o 蕾 山东大学硕士学位论文 2 1 3 研究状况 在提高光网络可靠性的研究上，学者们做了很多研究。由于光通道层、光复 用段层和光传输段层已经由i t u t 作了标准化，所以研究主要集中在了两个方面： 在光层上的研究和在应用层上的研究。 应用层根据应用类型主要分a t m 、i p 、s o n e t s d h 和w d m d w d m 等。基 于a t m 的光保护技术在上世纪未研究较多【1 4 1 5 】，目前正在逐步被i p 技术所替代， 而s o n e t s d h 技术己相对成熟。基于i p 技术的光网络( 如i p o v e r - w d m ) 保护 研究是热点问题。m a i e r 针对光网络弹性分组网中传统的两种保护策略提出改进方 梨1 6 】；a w a d 研究了d i f f s e r v ( 区分服务体系结构) 和或d i f l p r o t e c t ( 区分保护体 系结构) 在i p 混合光网络中对网络可靠性所能起到的作用【1 7 1 8 】；k i m 等人提出了 流保护机制的优化算法，提高了光网络出现故障后的修复速度，同时也降低了成 本【1 9 】；c h o i 和c o r r e i a 分别提出了g m p l s ( 广义多协议标记交换) 在光网络恢复 中的优势和作用【2 0 , 2 1 】。此外，w d m d w d m 应用领域的修复机制研究成果同样