（通信与信息系统专业论文）长途光纤传输网的网络优化设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着电信的拆分，电信、移动、联通、网通、铁通等电信运营商之间的竞争曰 益激烈，为了获得竞争上的主动，各运营商都投入大量的人力物力建设自己的光纤 传输网络，如何有效地、综合地、充分地利用传输网络资源，使之能发挥最大的效 益，降低运营管理成本，提高服务质量和业务质量，成了网络建设和网络维护着重 考虑的问题。由此，传输网络优化的重要性日渐突出起来。 本论文首先对近几年来长途光纤传输网的发展作了一个简单介绍，然后通过对 传输网络进行参数采集和数据分析，发现传输网中存在的问题，找出影响网络质量 的原因，如资源使用不均衡，利用率低，在业务保护方面存在着大量的长链结构无 保护配置，线路安全性能较低等等。然后从传输网的角度，从网络节点、网络线路、 网络拓扑、网络容量、网络安全、业务需求等各个方面，分析了传输网从p d h ( 准 同步数字传输序列) 传输网，到s d h ( 同步数字传输序列) 传输网，再到d w d m ( 密 集波分复用) 传输网的网络优化技术，特别是d w d m 网络中的关键技术，如e d f a ( 掺铒光纤放大器) 技术，f e c ( 前向纠错编码) 技术，动态均衡技术等等，作了详细 的分析。最后运用这些传输新技术，对长途光纤传输网的优化提出了自己的见解。 并根据网络特点，设计了环状网，网格形网等多种优化方案，实施不同的保护方法 对业务进行保护。并运用这些优化设计，参与了湖北省长途光纤传输网的优化工作。 传输网优化后，网络的传输容量、传输质量、资源利用率都得到了显著的提高，证 明优化的设计方案是可行而有效的，完全满足网络业务发展的要求。 在论文的最后，展望了下一代传输网络智能光网络( a s o n ) 的技术特点， 对如何从现有网络优化过度到下一代传输网络，提出了自己的见解。 关键词：网络优化；光纤通信；长途传输网络；密集波分复用；智能光网络 i 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e o l dc h i n at e l e c o mc o r p o r a t i o n s p l i c e d ，t h e c o n t e s ti sf u r i o u s m o r ea n dm o r ea m o n gt h en e wc h i n a t e l e c o m ，c h i n a m o b i l e ，c h i n a u n i c o m ，c h i n a n e t c o m a n dc h i n a r a i l c o m f o rt h es a k eo ft a k i n gt h e i n i t i a t i v eo nt h em a r k e t a b l ec o n t e s t ，e a c h c o r p o r a t i o nh a sp u tt h ep l e n t i f u lm a n p o w e ra n dm a t e r i a l r e s o u r c e st ob u i l dt h e i ro w n f i b e r o p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r k s 。h o w t om a k eu s eo f t r a n s m i s s i o nn e t w o r k sr e s o u r c e s e f f e c t i v e l ya n ds y n t h e t i c a l l y , m a k en e t w o r k se x e r ti t sm a x i m a lb e n e f i t ，r e d u c et h ec o s to f t h en e t w o r km a i n t m 】a n c ea n da d m i n i s t r a t i o n i m p r o v et h es e r v i c ea n do p e r a t i o nq u n i t y , h a v eb e c o m et h e i m p o r t a n tp r o b l e m o ft h en e t w o r kc o n s t r u c t i o na n dm a i n t e n a n c e t h e r e o u t ，t h ee s s e n t i a l i t y o fn e t w o r k o p t i m i z a t i o n w a s p o p e d o u t i nt h e o p t i c a l t r a n s i m i s s i o nn e t w o r k i nt h i sp a p e r ，t h ea u t h o rg a v eas i m p l ei n t r o d u c et ot h ed e v e l o p m e n to ft h eo p t i c a l t r a n s i m i s s i o nn e t w o r ki nt h en e a ry e a r s ，a n dt h e n ，b yc o l l e c t i n gt h en e t w o r kp a r a m e t e r a n da n a l y s i n gt h en e t w o r kd a t a , f o u n do u tt h ep r o b l e m si nt h en e t w o r k sw h i c hi n f l u e n c e d t h en e t w o r kq u a n l i t y , s u c ha st h er e s o u r c e su t i l i z a t i o nw a sn o te q u i l i b r i a ，p l e n t yo fl o n g c h a i nf r a n a e w o r kw i t h o u tp r o t e c t i o nc o n f i g u r a t i o n i nw e r ei nt h en e t w o r k ，t h ep e r f o r m a n c e o ft h el i n e s e c u r i t yw a sl o wa n ds oo n a f t e r w a r d s ，f r o mt h ep o i n to ft r a n s m i s s i o n n e t w o r kn o d e ，n e t w o r kl i n e ，n e t w o r kt o p o l o g y , n e t w o r kc a p a c i t y , n e t w o r ks a f e t ya n d n e t w o r kc o n s u m e rr e q u i r e m e n t ，a u t h o ra n a l y s e dt h et r a n s m i s s i o nn e t w o r ko p t i m i z a t i o n t e c t m o l o g yt h r o u g ht h ep d hn e t w o r k ，s d hn e t w o r ka n dd w d mn e t w o r k e s p e c m i y ， m a d et h ep a r t i c u l a r a n a l y s i s a b o u tk e yt e c h n o l o g yi nt h ed w d m n e t w o r k ，s u c ha s e d f a ( e r b i u m d o p e do p t i c a l f i b e r a m p l i f e r ) , f e c ( f o r w a r d e r r o r c o r r e c t i o n ) a n d d y n a m i ce q u l i b r i at e c h n o l o g y a u t h o rb r o u g h to u tt h eo p i n i o nt ot h el o n g d i s t a n c eo p t i c a l t r a n s m i s s i o nn e t w o r kw i t ht h en e wt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g ya n dd e s i g n e dt h en e t w o r k o p t i m i z a t i o np r o j e c t w i t hr i n g t o p o l o g ya n dm e s h w o r kt o p o l o g yb a s e dt h en e t w o r k c h a r a c t e r i s t i c a n d j o i n e dt h eo p t i m i z a t i o n j o bo f t h e h u b e ip r o v i n c el o n g - d i s t a n c e o p t i c a l t r a n s m i s s i o nn e t w o r k a f t e ro p t i m i z e d ，t h en e t w o r kc a p a c i t yt r a n s m i s s i o nq u a l i t ya n d r e s o u c eu t i l i z eh a di m p r o v e de v i d e n t l y ，i tp r o v e dt h a tt h eo p t i m i z a t i o nd e s i g np r o j e c tw a s i i 华中科技大学硕士学位论文 i nt h ee n do ft h i sp a p e r , a u t h o rp r o s p e c t e dt h et e c h n o l o g yc h a r a c t e r i s t i co ft h en e x t g e n e r a t i o no fo p t i c a ln e t w o r k 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 ， a n db r o u g h to u t a u t h o r so w no p i n i o na b o u th o wt og ot h r o u 曲t ot h en e x tg e n e r a t i o no ft r a n s m i s s i o n n e t w o r k k e y w o r d s ：n e t w o r ko p t i m i z a t i o nf i b e r o p t i c a lc o m m u n i c a t i o m l o n g d i s t a n c et r a n s m i s s i o nn e t w o r k ；d w d m ；a s o n i l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：分豇勇 日期：2 0 0 v 年峰月o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并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。本人授权华中科技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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于j 不保密自。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：参誊勇 日期：厶。弘年v 月钿日 指导捌雠蝴奴 日期：知4 年月2 f 日 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1 网络优化的定义和目的 我们生活在网络社会，如何最大限度地发挥网络能力，使网络资源获得最佳效 益，在各行各业已经越来越受到重视，而这个问题，实际就是网络优化的问题。网 络优化，它是一门管理上的科学，在数学上可以将这个问题演算成( 最) 优化 ( o p t i m i z a t i o n ) 问题。因此，我们可以将网络优化定义为：针对某种存在的网络， 如交通运输网、物质分配网、电力网、电信网等等，从若干可能的安排或方案中寻 求网络在某种意义下的最优安排或方案。 目前，市场的竞争日趋激烈，一个大型企业，如何维护好自己的网络，已经成 为关键问题。通常，一个网络的发展，从网络结构、用户分布到使用要求等都是在 不断变化的，要维护和管理好一个网络，就必需根据市场要求，持续不断地对自身 网络进行优化，以适应各种变化，因此，实现网络资源的合理配置，提高网络的服 务质量，从而使企业获得最大回报，在激烈的市场竞争中，获得一席之地，才是网 络优化的目的。 1 2网络优化在传输网络中的重要性 毫无疑问，在目前的通信领域，传输网络作为承载各类业务的基础，各大电信 运营商都在积极的进行建设。如何更好地利用传输网络资源、提供质量更好的服务、 降低运营成本，已成为立足于竞争市场的关键。长途传输网络，作为骨干网络，每 年都有数以百亿计的资金投入其中，发展速度惊人，网络需求日益增长，网络规模 不断扩大，基于网络的各种应用也越来越丰富，如何最大限度的利用已有和在建网 络的问题，让其发挥最大的经济价值，已经成为一个重要的课题。目前，传输网络 的优化工作，大致可以分为两个方面，一是对已投入运行的网络进行参数采集、数 据分析，找出影响网络质量的原因，通过各种技术手段调整，使网络达到最佳运行 状态的方法，从而最大限度地发挥网络能力，使网络资源获得最佳效益。二是通过 了解网络的发展趋势，从安全性、利用率等角度出发，在网络优化技术的指导下， 一 1 华中科技大学硕士学位论文 为网络扩容或新建提供最优方案。而且，优化过程是一个长期的过程，它贯穿于网 络发展的全过程。因此，只要有网络存在，只要网络不断发展，网络优化就永远存 在。只有这样，才能不断提高网络的质量，才能最终使用户获益。 1 3 长途光纤传输网络的发展状况 目前，中国电信经过十多年的努力，现己拥有一个覆盖全国所有县以上城市， 技术先进的传输网络。采用毙纤传输为主，加上微波、卫星等多种传输技术，组成 立体交叉的网状网结构。构成了一个数字化、大容量、多手段、多路由的能承载各 种业务的现代化传输网。下面就具体介绍光传输网的发展情况。 从1 9 8 6 年武汉黄石、南昌九江光缆建设开始，中国电信开始了以光纤传输为 主的骨干通信网的建设。到1 9 9 5 年年底完成了”八五建设规划”的建设任务，共敷设 长途一、二级光缆约1 1 万公里。形成了以p d h1 4 0m b i t s 系统为骨干的光纤传输网 络：到2 0 0 0 年9 月，随着广北昆成光缆干线建成投产，又全面完成了”九五建设规 划”的任务。共敷设长途一二级干线约2 3 万公里，其中一级光缆干线约8 万公里。 形成了以s d h 2 5g n u s 为主的”八纵八横”的省级光纤传输网络。所谓”八纵”即：牡 丹江一上海一广州、齐齐哈尔一北京一三亚、呼和浩特一太原一北海、哈尔滨天津。上海、北 京九江广州、呼和浩特西安昆明、兰抽f - 西宁拉萨、兰州一贵阳南宁；”八横”即： 天津呼和浩特兰州、青岛一石家庄。银川、上海一南京西安、连云港乌鲁木齐伊宁、 上海一武汉重庆、杭州一长沙一成都、广州一南宁昆明、上海广州昆明。目前中国电信 省级光缆干线连通了中国所有的省会级城市( 除台湾外) ，除拉萨外，各省会均有两 个以上的干线光缆出口，并且上述所有干线均采用s d h 系统传输。随着1 9 9 8 年开 始建设的1 6 波d w d m 系统工程开始到2 0 0 0 年扩波工程结束，在沈阳、天津、北京、 武汉、西安、成都、南京、上海、广州等东话部主要城市间均增加了1 6 x 2 5g b i t s d v 、, q g m 系统，使主要光缆干线方向上的每对光纤的传输容量达到了8 0o b i t s ，在上 海至武汉段还采用了3 2 1 0g b i t s 技术，传输容量达到了3 2 0g b i t s 。随着i p 业务的 与日俱增，电信业的增长点以电话为代表的通信服务向以数据为代表的信息服务转 移，中国电信提出加大传输网、互连网、接入网的建设来满足社会信息化发展的需 2 华中科技大学硕士学位论文 要，又新建骨干传输网光缆工程：北京。南京、北京一武汉一广州、上海一广州、北京 沈阳一哈尔滨、北京一阜新一齐齐哈尔哈尔滨、郑州西安、上海南京杭州、南京武汉； 西安一成都、西安一兰州、武汉一重庆等。所有新建的干线光缆均采用g 6 5 5 光纤，同 时敷设硅芯塑料管以便于今后扩容的需要。传输设备方面在全国2 7 个主要节点安装 d x c4 4 ( 数字交叉连接) 设备，并在相关节点安装d x c4 4 1 设备。建设武汉北 京沈阳一天津一南京武汉、武汉南京一上海一广州一武汉、武汉重庆一成都一西安武汉3 个高速环网，西南、西北2 个高速环网及省际间d w d m 系统。高速环网均采用3 2 1 0 g b i d s 以上的技术，省际d w d m 采用3 2 1 0g b i t s 或3 2 2 5g b i t s 的技术。通过上 述项目的建设，使中国电信在骨干传输网上利用环保护和格形网保护几乎覆盖所有 省会城市。传输带宽成倍提高，对于承载的各种业务更加稳定可靠。目前对国际、 数据等重要电路已经采用了d x c 的保护方式，同时s d h 技术的自愈环保护方式也 被广泛应用在网络保护技术上。 湖北长途电信传输网经过多年的建设和发展已初具规模，在9 0 年代后期，光缆 已纵贯全省东、西、西南、东南、北五个方向，除省际光缆干线汉渝、宁汉、京汉 广、沪汉、汉西外，省内长途光缆干线，汉樊、汉宜、樊宜、东环，省内光传输设 备通达2 0 个本地网中心局，组成了1 个sd h2 5gbi t s 两纤双向通道保 护环和1 个sdh 2 5gbit s 链路，3 个sdh6 2 2 mb i t s 链路。 2 0 0 0 年，为缓解湖北省内各地市至武汉、地市之间通信紧张的局面，给各类业务的 迅速发展提供大容量且又安全可靠的传输通道，全省范围内对原有的s d h 传输网进 行了一次优化扩容，一共兴建了十二个线路速率为2 5 g b s 的子网，北到襄樊，南 到温泉，西到宜昌，东到黄石，覆盖了全省共3 1 个地市州局。极大地满足了当时业 务的需求。同时在五个业务量较大的局站，汉口、襄樊、荆门、荆州、宜昌安装了 同步数字交叉连接设备( d x c ) ，并通过这5 个d x c 节点将这些子网连接起来，形 成了一个具有自我保护功能的s d h 传输网。有效地支撑了各种电信业务。近几年， 以t p 业务为典型代表的数据业务高速发展，光缆传输网在带宽供给、网络可靠性、 网络服务质量、业务适应性等方面已逐渐不能满足新业务快速增长的需求，建设适 合高速i p 业务的新一代传输网已成当务之急。在利用原有传输网络的光缆纤芯和局 一 3 华中科技大学硕士学位论文 站，采用先进的大容量、高速率波分复用技术，建设了湖北省内d w d m 高速宽带传 送网省高速东环、西环，和四个链状网，从而进一步优化了传输网络。省高速 环在d w d m 层面上采用双路由的方式实现物理路由的保护，在s d h 层面上组成了 以四纤双向复用段保护环来实现业务的保护。其中，高速西环工程采用北电公司的 l h l 6 0 0 g 的d w d m 传输设备，覆盖荆州、襄樊、汉1 2 1 、宜昌、武昌、孝感、潜江、 仙桃、随州、荆门、当阳、宜称、安陆。高速东环选用华为公司的o p t i xb w s 3 2 0 g 的d w d m 设备，覆盖武昌、汉1 2 1 、新洲、黄岗、浠水、黄石。四个链状子网，覆盖 湖北省周边地区：襄樊、老河口、丹江口、武当山、十堰，老河口、黄石、鄂洲、 温泉、宜昌、林区、十堰等地区。四个链状网均采用华为公司的o p t i xb w s3 2 0 g 的 d w d m 设备。该d w d m 传输平台建成后，极大的增强了湖北电信在省内传输带宽 的供给能力，提高了传送网的业务适应性以及网络可靠性，适应了目前和将来全网 通信发展的需要。 1 4 传输网络存在的问题及需优化的方面 任何一个网络，都有其不足，需要优化的地方，传输网络也是如此。对传输网 络而言，总会存在一些问题，如有些设备老化，传输质量和传输速率都无法满足业 务需求；网络拓扑不科学，网络维护困难，不能满足业务的安全性要求；网络资源 利用率低；网络管理手段还有待加强等等。所以，传输网络的优化，可以从以下几 个方面着手： 1 ) 优化网络传输技术。 2 ) 优化网络拓扑结构。 3 ) 优化网络资源。 1 5 作者的主要工作 在论文工作中，作者所做的主要工作是： 1 、从传输网的角度，从网络节点、网络线路、网络拓扑、网络容量、网络安全、 业务需求等各个方面，分析了传输网从p d h ( 准同步数子传输序列) 传输网，到s d h 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 同步数子传输序列) 传输网，再到d w d m ( 密集波分复用) 传输网的网络优化技 术，特别是d w d m 网络中的关键技术，如e d f a ( 掺铒光纤放大器) 技术，f e c ( 前 向纠错) 技术，动态均衡技术等进行了理论分析。 2 、然后通过对传输网络进行参数采集和数据分析，发现传输网中存在的问题， 找出影响网络质量的原因。 3 、运用这些传输新技术，对长途光纤传输网的优化提出了自己的见解。并根据 网络特点，设计了环状网，网格形网等多种优化方案，实施不同的保护方法对业务 进行保护。并运用这些优化设计，参与了湖北省长途光纤传输网的三次优化工作。 1 ) 第次优化，通过研究论证，利用s d h 和d x c 技术，参与设计了湖北省 s d h 网格形网络，网络优化后，网络安全、网络质量、网络容量得到大幅提高。 2 ) 第二次优化，是针对第一次优化后网络存在资源利用率不均衡的问题，通过 调整资源配置，使网络资源利用率大大提高。 3 ) 第三次优化，是基于数据业务爆炸式增长，对传输网络的容量进行优化，采 用d w d m ，e d f a ，f e c ，色散补偿技术，动态均衡技术等先进技术，设计了d w d m 环网方案，舒对网络安全性，采用s d h 四纤双向复用段保护环技术，对于d w d m 波分设备或光纤障碍，可在s d h 层面进行s p a n ( 段) 或s p r i n g ( 环) 倒换，网上通道可 实现1 0 0 的保护和恢复，确保网络安全可靠。 传输网优化后，光纾传输网络的传输容量、传输质量、资源利用率都得到了显 著的提高，证明了优化的设计方案是可行而有效的，完全满足网络业务发展的要求。 5 华中科技大学硕士学位论文 2 光纤传输网络优化的关键技术 谈到网络优化技术，首先要严格定义网络的概念。而了解网络的概念，首先要 了解图的定义。图的定义如下： 一个图( g r a p h ) g 是由一个非空有限集合坎g ) 和坎g ) 中某些元素的有序对集 合爿( g ) 构成的二元组，记为图g = ( 坎6 3 ，一( g ) ) 其中h 回称为图g 的顶点集( v e r t e x s e 0 或节点集( n o d es e 0 ，h g ) 中的每一个元素称为该图的一个顶点( v e r t e x ) 或节点 ( n o d e ) ；爿( g ) 称为图g 的弧集( a r cs e t ) ，4 ( g ) 中的每一个元素( 即h 6 3 中某两个元素 的有序或无序对) 称为该图的一条弧( a r c ) 在不引起混淆的情况下，记号h g ) 和 爿( g 1 中也可以省略g ，即分别记顶点集、弧集为v 和4 ，而记图g = ( 以a ) “。 网络的定义是在图的定义上的延伸，即：如果对图g 中的每条弧赋予一个或多 个实数，得到的图称为赋权图，简称为网络( n e t w o r k ) 如图2 1 图2 1 网络的定义 21网络节点的优化 在传输网络里，节点的就是传输机房。节点的优化，主要指的是机房内设备的 6 华中科技大学硕士学位论文 优化。前面已经提到，由于用户所要求的电路质量和传输速率越来越高，一些老的 设备已经无法满足要求，设备的优化更新是一个必然的过程。传输设备的优化更新 经历p d h ，s d h ，d w d m 三个大的阶段。每一次设备的优化更新，都使传输网络 发生了巨大的变化。 2 1 1p d h 技术 p d h ，即“准同步数字系列”( p 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 ) 。准同步，是指 p d h 设备不能从线路上提取时钟，只能在数字通信网的每个节点上都分别设置高精 度的时钟，尽管这些时钟的信号都具有统一的标准速率，而且精度都很高，但总还 是有一些微小的差别。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，只能叫做“准 同步”。 p d h 传输设备，是最先商用的光纤数字传输设备，是传输网络从模拟传输时代 进入数字时代的重要标志，相比较以前的模拟系统，p d h 传输网具有容量大，质量 好的优点，承载了九十年代中期大量的话音、数据、图像等业务，在长途通信网中 发挥了重要作用，但随着光纤传输技术的发展，人们发现p d h 光纤传输技术有许多 不足之处。第一，p d h 设备的复用方式，是字节间插的时分复用方式，难于实现高 速系统，从而不能利用光纤潜在的巨大传输能力，网络传输容量低。第二，干线沿 途上下电路点需使用背对背的复分用器，上下电路不灵活，致使网络组网不灵活。 第三，帧结构中开销少，网络维护管理功能弱。第四，p d h 高速率的光纤传输系统 缺乏标准依据，造成在设备制式、接口、性能等各方面的混乱，特别是没有规范统 一的光接口，因此光传输系统不是一种开放互连系统，不同厂家的设备在光路上无 法互通，网络的扩容和互通都存在问题。而这第四点，正是制约光纤传输网络发展 得最大因素。因此，基于p d h 技术的网络，网络结构只能是简单的点到点和链状， 如图2 2 所示。而这样的网络结构，使网络上业务没有保护，一旦发生光缆或设备故 障，通信就会中断，会给用户造成极大的损失，负面影响面很大，而且，随着数字 业务的发展，数据、图像所要求的电路速率和电路质量越来越高，因此，p d h 系统 在九十年代后期逐渐不能适应时代的要求。而此时，s d h 技术迅速发展起来，弥补 了p d h 技术的不足。 一 7 华中科技大学硕士学位论文 弋驴 图2 2 ( a ) 点到点的网络拓扑图2 2 ( b ) 链状的网络拓扑 21 - 2s d h 技术 相对p d h 技术，s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字序列) 技术是 一种完整严密的传输技术体制，种技术体制从诞生就获得了广泛的支持，s d h 网络是 一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传 送网络，是由c c i t t ( 国际电报电话咨询委员会，现改组为i t u t ，即国际电联标 准化组织) 命名，可实现网络有效管理、开业务时的性能监视、动态网络维护、不 同厂商设备间的互通等多项功能；能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费 用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。可以这么说，s d h 传输技术完全弥补 了p d h 传输技术的不足，使网络功能大大增强。s d h 网络与p d h 网络相比，网络 性能得到以下极大的优化1 3 j ： 1 ) 统一的比特率，统一的接口标准，使得不同厂家的产品可以在光接口上实现 互联，实现横向兼容。从而使网络的延伸性大大增强。 2 ) s d h 技术提供丰富的冗余字节，从而使网络的管理能力大大加强。 3 ) s d h 技术提出了自愈环的新概念。用s d h 设备能组成带有自愈保护能力的 环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，网上业务可以自动通过自愈环恢复正 常通信，从而使网络的安全性大大提高。 4 ) s d h 技术采用的复接技术，采用一套标准化的信息结构等级，称之为同步 传送模块s t m - n ( 其中n = i ，4 ，1 6 ，6 4 ，s ) ，在传输时，按照规定将各种信息组装 起来，利用传输媒质送到目的地，使网络中上下支路信号变得十分简单。从而减轻 了网络的维护量，实际上也就降低了维护成本，降低了网络成本。 5 ) s d h 技术使传输速率大大提高，目前最高速率为1 0 g b s 的产品已经广泛 使用，相比p d h ，它大大利用了光纤带宽宽的特性，较充分的利用了网络的线路 资源。 6 ) s d h 在组网时采用大量的软件功能进行网络管理、控制及配置，因此网络 8 华中科技大学硕士学位论文 有很强的可扩充性和可维护性。 可见，基于s d h 技术的传输网络，才是真正的网络。它具有全世界统一的网络 节点接口，从而使国际间的数字通信网的组建成为现实。才真正使网络的巨大作用 得以发挥。 2 1 3d x c 技术 在全国骨干网八纵八横的建设的带动下，s d h 传输网络的进入了大发展阶段， 国内外s d h 厂家如雨后春笋般出现，争抢中国巨大的电信市场。跨国公司5 0 0 强中 登陆中国的以有4 0 0 多家，正是由于厂家太多，设备之间网管不能互联，它们之间 业务的连接多为2 m ，1 5 5 m 人工转接，调度不方便 4 】。随着技术的发展，代替人工 转按的电子转接设备应运而生，这就是数字交叉连接设备( d x c ) 。d x c 是现代数字 通信网中非常重要的设备之一，它的核心是一个交叉连接矩阵，兼有复用、配线、 保护、监控和网管等多种功能。它能代替配线架，对业务进行交叉连接。动态调整 网络，实现半永久连接；还能对业务进行集散：在输入端对业务进行集中，可以提 高线路利用率，在输出端可进行业务分离，如分开国内和国外业务，本地和长途业 务以及租用和公用业务，这些功能使网络可灵活处理各种业务，提高了网络效率。 另外，d x c 还有一个更重要的功能，就是利用d x c 的自动配置功能可以构成具有 恢复功能的s d h 传输网，在网络出现故障后自动重选路由，利用d x c 的快速交叉 连接功能迅速地将业务交叉连接到一条替代路由上，从而恢复业务。因此，d x c 技 术在长途传输网络的优化中得到了充分的应用 5 】。 2 1 4d w d m 技术 随着数据通信的迅速发展，特别是i n t e m e t 业务量呈爆炸性增长，对数据传输 网带宽的需求越来越高，原有的s d h 传输网络在以数据占主导地位的传输网中难 以继续发挥核心作用 “，据有关专家预测，每6 9 个月，i n t e r n e t 骨干链路的带宽 需求就增长一倍，比著名的c p u 性能进展的摩尔定律( 约1 8 个月翻一倍) 还要侠 2 3 倍，而且至今没有减缓的迹象 7 1 。这种传输网信息容量需求的快速增长，带来 的直接后果是所谓的“光纤耗尽”的现象，即现有的光纤都用完了。如何提高网络 9 华中科技大学硕士学位论文 的传输带宽以适应时代的发展成为了电信运营商急需解决的问题。在光纤传输网络 新技术中，密集波分复用技术( d w d m ) 越来越引起了人们的重视。因为就网络的 建设资金而言，光纤通信系统的初期投资是非常巨大的，这主要是光缆线路的铺设 费用很高，因此利用现有的光缆系统进行有效的扩容就显得非常重要。而波分复用 技术可以在不敷设新光缆的情况下，对通信网络进行容量的扩展，所以近几年来发 展非常迅速。 波分复用技术，是一种增加光纤传递信息能力的技术，它在同一根光纤上以不 同的波长( 或色彩) 同时传递多个信号。波道间距( c h a n n e ls p a c i n g ) 大于l n m 且波道 总数低于8 以下，称之为w d m 系统，反之，若波道间距小于l n m 且波道总数大于 8 以上者，即称之为密集w d m ( d w d m ) 系统。波分复用技术充分利用了光纤的带 宽资源，增加了系统的传输容量，提高了系统的经济效益。波分复用技术的使用， 使光纤传输网络的性能再次提升，如下所述： 1 ) 充分利用光纤带宽资源，使单纤传输容量增加几倍至几十倍，节约了网络线 路资源。目前，世界上几个大的通信公司生产的d w d m 设备的线路速率已经达到 t b i t s 的级别，如法国阿尔法特公司的2 5 6 波4 0 g 系统，速率达到1 0 2 4 t b i t s ，日本 n e c 公司的2 7 4 波x 4 0 g 系统，速率达到1 0 9 6 t b i t s ，德国西门子公司的1 7 0 波4 0 g 系统，速率达到7 0 4 t b i t j s 8 1 ，国内的技术水平也达到1 6 0 波4 0 g 系统，速率达到 1 6 t b i f f s t 9 1 。 2 ) 波分复用通道各波长相互独立并对数据格式透明，可同时承载多种格式的业 务信号，如s d h 、p d h 、a t m 、i f 等，有着极灵活的网络传输能力。 3 1 e d f a ( 掺铒光纤放大器，e r b i u m - d o p e d f i b e r a m p l i f i e r ) 等光器件技术的逐 渐成熟，使无电中继距离大大延长，减少了s d h 中继器的数目，使网络延伸能力大 大加强，大大降低了网络成本。 通过以上的分析，我们可以清晰地看到，光纤传输技术的提高，促使网络的性 能不断的优化。( 表2 1 列出了分别使用三种传输技术的网络性能对比) 因此，在传 输网络的优化的中，选取何种传输技术，采用何种传输设备，才能既达到预期目的， 又经济合算，是我们要考虑的问题。 一 1 0 华中科技大学硕士学位论文 表2 1 三种传输系统的技术对比 l性能 p d hs d hd w d m l 网络接口是否标准 否是 待统一 网络管理能力弱强强 网络自愈能力 无强强 网络上下电路能力弱强强 网络最高传输速率6 2 2 m b s 4 0 g b s1 0 2 4 t b s 网络扩充性弱 强强 2 2网络线路的优化技术 2 2 1光纤技术 自从1 9 7 0 年美国贝尔实验室，根据英籍华人高锟提出的利用光导纤维可以通 信的理论，成功的研制出用于通信的光纤以来，光纤光缆便迅速发展起来，3 0 年来， 光纤新产品层出不穷，在世界各国通信行业得到广泛的应用【1 0 】。在我国，随着国民 经济信息化的发展，通信行业的开放，西部开发和i n t e r n e t 电子商务的普及，以及光纤 到路边，光纤进家庭各项计划的实施，我国的光纤通信产业以1 5 2 0 的速度高速发 展【1 。 光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输网络的带宽和传输距 离，因此，光纤的选型在长途网中尤为重要，其主要考虑的因素是光纤衰耗、色散和非 线性效应 1 2 】。小的衰耗，适当的色散，非线性效应的有效抑制，可以使系统承载大 功率的光信号，更多的波长通道数目、更低的误码率、更长的放大间距和更少的放 大器。而所有这一切都意味着网络拥有更大的容量和更低的建设成本。这三项技术 的发展，使光纤在传输网络中的作用越来越重要。目前，应用在传输网络上的光纤， 主要有g 6 5 2 与g 6 5 5 光纤。在构建网络时，应根据光纤不同特点，选用不同的光 纤。 通常，g ，6 5 2 单模光纤在c 波段1 5 3 0 1 5 6 5 n m 和l 波段1 5 6 5 1 6 2 5 n m 的色散 较大，一般为17 2 2 p s n ”k m 。在开通高速率系统如10 g b s 和4 0 g b s 及基于单通 华中科技大学硕士学位论文 路高速率的w d m 系统时，可采用色散补偿光纤来进行色散补偿，色散补偿光纤d c f 具有负色散斜率，可补偿长距离传输引起的色散，使整个线路上1 5 5 0 r i m 处的色散大 大减小，使o 6 5 2 光纤既可满足单通道1 0 g b s 、4 0 g b s 的t d m 信号，又可满足 d w d m 的传输要求。但d c f 同时引入较大的衰减，因此它常与光放大器一起工作， 置于e d f a 两级放大之间，这样才不会占用线路上的功率余度。d w d m 波长范围越 宽，补偿困难越大，当位于频段中心的波长补偿好时，频段低端的波长过补偿，高 端的波长则欠补偿，目前一些设备厂商正在研制色散斜率补偿，这种补偿方式就会 使得一定波长范围内的光信号都得到均匀的补偿，对于多通路的w d m 系统有很大 好处。 g 6 5 5 光纤的基本设计思想是在1 5 5 0 n m 窗口工作波长区具有合理的较低的色 散，足以支持1 0 g b s 的长距离传输而无需色散补偿，从而节省了色散补偿器及其附 加光放大器的成本。同时，其色散值又保持非零特性，具有一起码的最小数值，足 以抑制非线性影响，适宜开通具有足够多波长的w d m 系统。初步研究结果表明， 对于以1 0 g b s 为基础的w d m 系统，尽管g 6 5 5 光缆的初始成本是g 6 5 2 光缆的 1 5 2 倍，但由于色散补偿成本远低于g 6 5 2 光纤，因而采用g 6 5 5 光缆的系统总 成本大约可以比采用g 6 5 2 光缆的系统总成本低3 0 5 0 。第二代的g 6 5 5 光纤 大有效面积的光纤和小色散斜率光纤也已经大规模应用，前者具有较大的有效 面积，可以更有效地克服光纤非线性的影响；后者具有更合理的色散规范值，简化 了色散补偿，更适合于l 波段的应用。两者均适合于以1 0 0 b s 为基础的高密集波分 复用系统。综合这两种光纤应用的成本来看，采用o 6 5 2 光纤开通基于2 5 g b s 的 w d m 系统是最经济的选择，对于基于1 0 g b s 的w d m 系统需要进行色散补偿，常 用的方法是使用色散补偿光纤，这不可避免地要增加系统成本，而g 6 5 5 光纤开通 基于1 0 g b s 的w d m 系统时也需要进行少量的色散补偿，但色散补偿成本相对较低。 对于新一代光纤的选型，需进一步考虑技术优势、光纤成本及色散补偿成本等方面 的综合因素，以便根据不同的应用选用最佳的光纤种类。因此，我们不难得出以下 结论：对于基于2 5 0 b s 及其以下速率的w d m 系统，g 6 5 2 光纤是一种最佳选择； 对于基于1 0 g b s 及更高速率的w d m 系统，g 6 5 5 是一种最佳选择”。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 2 2 2 掺铒光纤放大器( e d f a ) 技术 在光纤的传输过程中，光信号沿着光纤传输时会出现光功率线性减小，即信号 衰减的现象。长距离传输时克服信号衰减的办法是通过设置光放大器，实现再生光 信号强度。但随着放大次数的增加，附加在光信号上的噪声也相应地增加，最终限 制了没有电再生条件下的传输距离。在以前的光纤传输网络中，为了使光信号能传 输远的距离，都是在线路中增加光中继机，而光中继机采用的都是光一电一光中继模式， 成本较高，从而限制了传输网络的发展。1 9 8 7 年英国人m e a r s 在国际上首次报导掺 铒光纤放大器( e d f a ) 后【1 4 1 ，到9 0 年代，e d f a 开始实际应用，并迅速发展，大大推 动了d w d m 网络建设【1 5 】。可以这么说，e d f a 掺铒光纤放大器( e d f a ) 的诞生给光 通信带来了一场革命。它在1 5 5 0 n m 窗口既可以将数字光信号、也可以将模拟光信号 进行全光的放大，对码型和速率都是透明的。具有高增益、高输出功率、低噪声、 宽带宽、与偏振无关等优点，成为现代光纤通信系统中不可缺少的关键部件。e d f a 工作原理如图2 3 所示。 光输入 |、 号 图2 3e d f a 工作原理 e d f a 主要由光隔离器、光耦合器、掺铒光纤、光滤波器等组成。光输入信号经 光隔离器，光隔离器抑制光反射，确保光放大器工作稳定，光耦合器将光输入信号与 泵浦激光器信号合在一起，当较弱的光输入信号与较强的泵浦光信号一起进入掺铒光 纤( e d f ) 时，泵浦光激活e d f 中的铒粒子，在信号光子的感应下，铒粒子产生受激 辐射，跃迁到基态，将相同的光子注入信号光中，完成放大作用，放大信号经光隔离 器、光滤波器输出。 掺铒光纤放大器( e d f a ) 增益特性如图2 4 所示。 1 3 嚣 华中科技大学硕士学位论文 i i 厂， 一一x 、 2 6 2 4 2 2 一 1 5 2 01 5 3 01 5 4 01 5 5 01 5 6 01 5 7 0n