Ch6-光交换等技术-201205-Ver02.pdf

光纤通信光纤通信 孙 咏 梅孙 咏 梅 Tel 62282172 611 E mail ymsun 信息与通信工程学院信息与通信工程学院 光交换技术 光城域与接入技术光交换技术 光城域与接入技术 3 主要内容主要内容 6 1光网络的发展与演变光网络的发展与演变 6 2 光交换网络光交换网络 6 3 分组传送网络分组传送网络 6 4 城域与接入光网络城域与接入光网络 6 5 光时分复用网络光时分复用网络 6 6 量子通信网络量子通信网络 4 光波分复用光波分复用WDM Wavelength Division Multiplexing 光波分复用技术是在一根光纤中同 时传输多波长信号的一项技术 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 5 WDM是有效的扩大传输容量的方法 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 6 波分复用频带 密集波分复用 DWDM 的复用频带 1480 1520 nm region called S band 1530 1565 nm region called C band 1570 1610 nm region called L band 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 7 光信道光信道 中心波长中心波长 中心频率中心频率 1 1548 51 nm 193 6 THz 2 1549 32 nm 193 5 THz 3 1550 12 nm 193 4 THz 4 1550 92 nm 193 3 THz 5 1551 72 nm 193 2 THz 6 1552 52 nm 193 1 THz 7 1553 33 nm 193 0 THz 8 1554 13 nm 192 9 THz 9 1554 94 nm 192 8 THz 10 1555 75 nm 192 7 THz 11 1556 55 nm 192 6 THz 12 1557 36 nm 192 5 THz 13 1558 17 nm 192 4 THz 14 1558 98 nm 192 3 THz 15 1559 79 nm 192 2 THz 16 1560 61 nm 192 1 THz DWDM系统的标准波长 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 8 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 9 光交换的发展催生出多种光网络体系光交换的发展催生出多种光网络体系 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 电路交换 波长路由 电路交换 波长路由 光分组光分组 突发交换突发交换 分组传送网 分组传送网 PTN 基于通用多协议标签交换 基于通用多协议标签交换 GMPLS 的光标记交换光标记交换 光分组交换 光分组交换 OPS 光突发交换 光突发交换 OBS 光传送网 光传送网 OTN 自动交换光网络 自动交换光网络 ASON 10 光传送网络 OTN 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 OTN 是一种以波分复用与光通信技术为核心的 新型通信网络传送体系 它由 OTN 是一种以波分复用与光通信技术为核心的 新型通信网络传送体系 它由光分插复用光分插复用 光交光交 叉连接叉连接 光放大光放大等网络设备组成 具有超大传送等网络设备组成 具有超大传送 容量 对承载信号语义透明及在光层面上实现保 护和路由的功能 是光互连网络的基础结构 容量 对承载信号语义透明及在光层面上实现保 护和路由的功能 是光互连网络的基础结构 11 6 1 光网络的发展与演变光网络的发展与演变 自动交换光网络 ASON 在OTN基础上增加了网络的智 能 通过控制平面的路由和信令机制实现邻居和业务的自 动发现 连接的自动建立和删除 成为光网络发展新方向 分组传送网 PTN 是为了适应数据流量的迅猛发展而生 的 PTN采用面向连接的分组交换技术进行组网 同时引 入传送网强大的运行 维护和管理 OAM 功能 优良的 生存性机制和QoS保证 形成一种电信级分组传送网架构 通用多协议标签交换 GMPLS 是将MPLS 第3层IP路 由技术和第2层ATM转发技术结合的产物 与光网络技术 结合起来 将MPLS思想应用到TDM时隙 光波长 光波 带和光纤等交换领域 成为多粒度交换网络 并将控制平 面和传送平面分离 通过控制平面的信令和路由机制实现 网络的智能 12 Optical circuit switching OCS Granularity wavelength wavelength band fiber Two way signaling Optical packet switching OPS Granularity packet Store and forward optical RAM Optical logic processing Optical burst switching OBS Granularity Burst Separation of transmission and control Generally one way signaling Optical SwitchingBandwidth Utilization Latency set up Optical BufferProc Sync Overhead Adaptivity traffic 降低了维护运营成本 高可靠性 局端至远端用户之间无有源器件 使可靠性较有源光接入网大大提高 网络布放灵活 无需机房和电源 适合广播业务 不对称业务 拓扑结构适合接入网环境 理想的光纤接入网 升级性好 PON特点特点 82 APON ATM PON BPON EPON Ethernet PON GPON Gigabit PON PON的发展演变的发展演变 83 PON中的多址接入技术中的多址接入技术 TDMA 时分多址接入 测距 上行方向突发发射和突发接收 媒质接入控制 动态带宽分配 O LT O N U 1 O N U 2 O N U 3 S C 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 Distance up to 20kmDistance up to 20km 84 WDMA 波分多址接入 OBDWDM 上行信道 1 2 N ONULD ONU ONULD ONU ONULD ONU 1 2 n 1 2 n PD PD PD 1 2 N n OLT PON中的多址接入技术中的多址接入技术 85 CDMA 码分多址接入 PDOBD LD LD LD 上行信道 ONU ONU ONU 1 2 N A1码 A2码 An码 OLT 1 2 N A1码 A2码 An码 A1A1 A2总和 P f PON中的多址接入技术中的多址接入技术 86 SCMA 副载波多址接入 鉴相带通滤波器 鉴相带通滤波器 鉴相带通滤波器 PDOBD LDM LDM LDM 上行信道 ONU ONU ONU f1 f2 fN 1 2 N 1 2 N OLT f f1f2 fN f1 f2 fN PON中的多址接入技术中的多址接入技术 87 SDM 空分复用 空分复用 WDM 波分复用 波分复用 TCM 时间压缩复用 时间压缩复用 SCM 副载波复用 副载波复用 CDM 码分复用 码分复用 PON中的双工技术中的双工技术 88 混合光纤混合光纤 同轴电缆接入同轴电缆接入 HFC Hybrid Fiber Coax 调制器I 调制器II电 光变换光节点 解调器I UPS 话音 前端 数字图像 模拟图像 双向线路 延伸放大器 路边 抽头 用户墙 话音 模拟图像 解调器II 解码器 数字图像 远端节点 89 优势 能利用现有的覆盖率相当高的有线电视网资源 开通率高 同时提供电视和数据业务 一般支持几百Kb s到几Mb s 的数据接入 不足之处 有线电视网进行双向改造 只适用于居民用户而不适用于企业用户 可升级性较差 HFC特点特点 90 FTTx技术技术 FTTP 光纤到驻地 FTTC 光纤到路边 FTTZ 光纤到小区 FTTB 光纤到大楼 FTTH 光纤到户 FTTD 光纤到桌面 91 6 5 光时分复用网络光时分复用网络 OTDM是采用超短光脉冲在时间上间插复用的方法来 提高单个波长的传输速率 其速率可达几百Gb s OTDM是采用超短光脉冲在时间上间插复用的方法来 提高单个波长的传输速率 其速率可达几百Gb s OTDM是光域中的时分复用和解复用 它把各个支路 光信号变换成高速率 窄超短脉冲信号 然后间插到 复用信道中已分配好的时隙上 OTDM是光域中的时分复用和解复用 它把各个支路 光信号变换成高速率 窄超短脉冲信号 然后间插到 复用信道中已分配好的时隙上 复用方式 比特间插复用 时隙间插复用复用方式 比特间插复用 时隙间插复用 整个复用过程和接收端的解复用过程都是在光域中完 成的 不需要光电变换 因而消除了电子瓶颈 即避 开了电子设备的速率限制 整个复用过程和接收端的解复用过程都是在光域中完 成的 不需要光电变换 因而消除了电子瓶颈 即避 开了电子设备的速率限制 92 OTDM系统系统 93 OTDM关键技术关键技术 超短光脉冲发生技术超短光脉冲发生技术 全光复用全光复用 解复用技术解复用技术 超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术 全光时钟提取技术全光时钟提取技术 帧同步及路序确定技术帧同步及路序确定技术 94 超短光脉冲发生技术超短光脉冲发生技术 光源需产生高重复率 高稳定性 占 空比相当小的超窄光脉冲 其重复率 和振荡波长应可调谐以便于信号同步 和传输性能优化 光源需产生高重复率 高稳定性 占 空比相当小的超窄光脉冲 其重复率 和振荡波长应可调谐以便于信号同步 和传输性能优化 要求脉宽至少小于要求脉宽至少小于1 3码元周期 脉宽 越窄可以复用的路数越多 频宽也就 越宽 码元周期 脉宽 越窄可以复用的路数越多 频宽也就 越宽 95 全光复用全光复用 解复用技术解复用技术 96 全光复用全光复用 解复用技术解复用技术 97 具有很高的速率带宽比 可以有效地利用光纤 的带宽资源 具有很高的速率带宽比 可以有效地利用光纤 的带宽资源 与与WDM兼容 二者相结合可以实现超长距离 超大容量的光纤传输 兼容 二者相结合可以实现超长距离 超大容量的光纤传输 可以克服可以克服WDM中的一些固有的限制中的一些固有的限制 能够提供从能够提供从MHz到到THz任意速率等级的业务接 入 对数据速率和业务种类具有完全的透明性 和可扩展性 任意速率等级的业务接 入 对数据速率和业务种类具有完全的透明性 和可扩展性 OTDM主要优势主要优势 98 光时分复用网络光时分复用网络 采用采用OTDM和和WDM结合的方案来对广域网扩容 采用结合的方案来对广域网扩容 采用 OTDM高速干线连接多个高速干线连接多个WDM子网 或高速子网 或高速OTDM局 域网 局 域网 OTDM LAN 或具有大容量数据传送的用户 在 或具有大容量数据传送的用户 在OTDM广域网的主节点可设置广域网的主节点可设置OADM和和OXC来负责业 务数据的上下路 疏导和保护等功能 来负责业 务数据的上下路 疏导和保护等功能 99 6 6 量子通信网络 光既有粒子性又有波动性 即波粒二象性 可以利用光的量子性进行通信 量子通信 量子理论和信息科学相结合的产物 利用光在微观上的粒子特性 通过光子或纠缠的光子对作为信息 载体 特点是在理论上可实现超大容量的信息传递 并能生成理论上无 法破译的密钥 100 量子通信的理论基础 量子信息 用量子态表示信息 量子态的演变遵从薛定 谔方程 信息传输就是量子态在量子通道中 的传送 信息处理是量子态的幺正变换 用 量子态表示的量子信息单元称为量子比特 是两个逻辑态的相干叠加 a和b是复数 0 和 b 表示一对意义相反的 逻辑态 选择适当的a和b 可在一个量子比 特上对应无穷多的信息码 01ab 101 量子纠缠 有着共同来源的两个粒子之间有某种 纠缠 关系 不管它们被分开多远 其中一个粒子的状态变化能影 响到另一个粒子 即处于纠缠态的两个粒子无论相距 多远 都可以感知和影响对方的状态 量子通信的典型方式 直接传递量子态的通信方式 将信息转换到粒子的量 子态上 通过量子信道直接将粒子传递到对端 通过量子纠缠态的间接通信方式 在通信的双方共享 一对处于量子纠缠状态的粒子 通过需发送的信息改 变发送端的粒子状态 进而影响和改变在接收端的另 一个粒子的状态 于是实现信息的传递 102 量子通信的实现方案 1 基于准单光子信道的量子通信 基于准单光子信道的量子通信 直接将含有量子信息的粒子传递到对端 以光子为量子信息的载体 利用光子的偏振状态 相位或频 率等物理量来携带量子信息和通信密钥 以光纤或自由空间 为物理信道 进而实现信息传递 此外 还需要通过经典信 道来配合进行量子态测量方法的协商和码序列的验证 2 基于光子纠缠的量子通信 基于光子纠缠的量子通信 在经典信道中传递的仅是量子态 而不是粒子本身 量子隐形传态的方案 将原物的未知量子态的信息分为经典 信息和量子信息两部分 分别由经典信道和量子信道传送给 接收者 经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的 量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息 103 量子通信的特点 效率高 在经典信道下 根据香农定理 传统