全光通信网(总复习).ppt

复习串讲 全光通信网 内容提要 概述全光通信网组网关键网元光交换技术光传送网技术IPoverWDM自动交换光网络 一 概述 理解全光网络的概念 特点理解光网络的热点研究问题 组成和技术发展方向掌握波分复用系统的工作原理 光网络的基本概念 光 光网络 ON OpticalNetwork 全光网络 AON AllOpticalNetwork 光传送网络 OTN OpticalTransportNetwork 2020 3 16 全光通信网 2 光网络的热点研究问题和发展方向 热点研究问题 全光网络组网技术 包括组网设备光开关 OXC和OADM 光交换技术 光传送网技术 光互联网技术 智能光网络技术等 光网络组成 光传输系统 在光域内进行交换 选路的光节点 技术发展方向 IP层和光层的智能融合 即光网络与数据网的融合及光网络向智能化的发展 一 概述 3 光网络的发展历程 第一代光网络以SDH为代表 点到点WDM传输 光仅用来实现大容量传输 交换和选路在电层实现 第二代光网络以OTN为代表 在光层实现交换 选路等功能 第三代光网络以ASON为代表 引入控制平面 实现动态连接及基于信令和策略驱动的智能控制 一 概述 链路传输采用光技术 而交换采用电技术 交换粒度 一般为STM 1 155Mb s 可对E1 2Mb s 分插复用 第一代光网络 SDH SONET环网 OXC OADM DXC ADM驱动力 光传输容量急剧提高 节点处交换量大增 Tb s至Pb s 第二代光网络 OTN OXC OADM router驱动力 动态带宽分配 集成的智能控制层面 第三代光网络 智能光网络 WDM技术的出现 波分复用 WDM WavelengthDivisionMultiplexing 在一根光纤中用不同波长的光载波同时传输若干个信道的信号 4 WDM系统的工作原理 一 概述 利用波分复用器 合波器 在发送端将不同波长的信息光载波合并在一起送入一根光纤进行传输 在接收端 再由另一波分复用器 分波器 将不同的光载波分开 二 全光通信网组网关键网元 光开关光交叉连接设备光分插复用器 1 光开关 了解光开关应用范围 分类和主要性能指标理解MEMS光开关工作原理理解MZI型热光开关工作原理 光开关应用范围 分类 应用范围 光网络的保护倒换系统 光纤测试中的光源控制 光器件的测试 构建OXC设备的交换核心 光分插复用器 光传感系统 光学测试 分类 按工作原理不同分为机械式和非机械式 机械式光开关 依靠光纤或光学元件的移动 使光路断开或关闭 非机械式光开关 依靠电光效应 磁光效应 声光效应和热光效应来改变波导折射率使光路发生改变 完成开关功能 1 光开关 光开关主要性能指标 常见的光开关 MEMS 热光开关 声光开关 液晶光开关 喷墨气泡光开关 全息光开关 液体光栅光开关 SOA光开关等 开关矩阵的性能指标 交换矩阵的大小 交换速度 损耗 交换粒度 无阻塞特性 升级能力和可靠性 1 光开关 单个光开关的性能参数 MEMS光开关工作原理 在硅晶上可出若干微小的镜片 通过静电力或电磁力的作用 使可以活动的微镜产生升降 旋转或移动 从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能 1 光开关 二维MEMS光开关示意图 二维MEMS开关需要N2个微镜来完成N N自由空间光交叉连接 1 光开关 3dB定向耦合器 1 2 1 1 p 1 2 p 2 p 2 1 p 2 2 p 2 1 p 2 p 1 p 2 2 p 2 不加热时为交叉连接加热时为平行连接 为相位的变化 MZI型热光开关工作原理 1 光开关 设信号从I1端输入 则从O1端与O2端输出的透射率分别为 双MZI型热光开关 2 光交叉连接设备 理解OXC的主要功能理解OXC的基本结构和工作原理理解OXC的主要性能理解几种主要的OXC结构 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 光开关 OXC的主要功能 2 光交叉连接设备 光交叉连接 分插复用和带宽管理 保护和恢复 由输入部分 光交叉连接部分 输出部分 控制和管理部分以及本地上下业务接口5个功能模块构成 输入部分包括放大器EDFA和波长解复用DMUX 将每根光纤上的光信号放大 分离后送交叉连接矩阵 输出部分 均功器的作用是对受到不同衰减的光波长信号进行功率均衡 以减小不同光波长间的干扰 控制和管理部分属于电子设施 通过信令协议接收用户及网管系统请求 完成自动保护倒换 连接指配 波长选路等功能 OXC的基本结构和原理 OXC的主要性能指标 交叉连接容量通道特性阻塞性模块性连接时间广播能力成本 2 光交叉连接设备 OXC的主要性能 交叉连接容量 大小取决于OXC的端口数 MEMS 1296 1296个端口 每端口40个波长 每波长40Gbit s 则总交叉容量为1296 40 40Gbit s 2 07Pbit s 通道特性 指只支持波长通道还是可支持虚波长通道 反映OXC的连接能力 阻塞性交叉连接结构的构成可有 严格无阻塞 可重构无阻塞和有阻塞三种 模块性 指当业务量增加时 在不改动现有OXC结构连接的情况下 只需增加模块就可实现节点吞吐量的扩容 链路模块性 除增加新模块外 不需改动现有的OXC结构 就能增加节点的输入 输出链路数 波长模块性 除增加新模块外 不需改动现有OXC结构 就能增加每条链路中复用的波长数 光纤交叉连接 波长交叉连接 子波交叉连接 F1 Fn F1 Fn 输入 F ODUk 输出 具有多层多粒度的OXC结构 子波长 波长 光纤级交叉连接 几种主要的OXC结构 2 光交叉连接设备 几种主要的OXC结构 具有空间光交换型的OXC结构 无波长变换功能的OXC 具有波长变换功能的OXC 共享波长变换器的OXC结构 2 光交叉连接设备 几种主要的OXC结构 基于可调谐滤波器的OXC结构 2 光交叉连接设备 3 光分插复用器 理解OADM的主要功能理解OADM的主要指标理解几种常用的OADM结构知道几种主要的ROADM 3 光分插复用器 OADM的主要功能 OADM的主要指标 容量大小业务接入及汇聚能力多种粒度的业务调度能力模块性支持保护倒换的能力色散管理能力网管能力 几种常用的OADM 光开关型OADM 利用光开关动态地选择上 下路波长 光开关型OADM节点工作原理图 几种常用的OADM 阵列波导光栅型OADM 先利用AWG的复用和解复用功能 再加上光开关 可实现任意一个或几个波长上 下路 几种常用的OADM 光纤光栅和光环形器的OADM 利用光纤光栅的波长选择阻断作用 只能任意选择一个波长上 下路 基于FBG及MZI光开关的OADM 基于MZI FBG的OADM 基于FBG的新型4波OADM结构 三 光交换技术 知道目前光交换技术的分类和发展理解并掌握空分光交换 时分光交换知道波分光交换的原理理解OPS OBS的基本概念 原理了解OPS OBS关键技术 光交换 指不经过任何光电转换 在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端 不受检测器 调制器等光电器件速度的限制 极大地提高了交换节点的吞吐量 不需要经过光 电 光转换 降低了交换节点成本 对比特率 调制方式和通信协议都具有透明性 有良好的升级能力 三 光交换技术 1 光交换技术的分类和发展 工作原理 光路交换和光分组交换 OPS技术 OBS技术和OMPLS GMPLS技术 复用方式 空分光交换 时分光交换 波分光交换 码分光交换和复合型光交换 由光路交换向光分组交换发展 由电控光交换向全光交换发展 光路交换 传送数据之前需要建立好光连接通路 独占的一条光纤线路或光复用线上的一个信道 优点 控制相对简单 不必为每个IP包寻找路由 而且光通路建立后 其业务的时延小 丢包率很低 能保证业务的QoS要求 Choosecapacityandpath next hop 光分组交换 以分组为单位进行交换 传输 用户信息经过光调制形成一串光脉冲 它被分割成一个个同一文本的分组 每个分组被贴上光标记 分组报头 说明它的源地址 目的地址及其序号等 通过逐个查对分组报头的标记 获得路由信息并寻找空闲的路由 将它们发送到目的地 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 a Cross Connect 1000by1000 msswitchingtime 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 b Packet Switch 64x64 withnsswitchingtime 2 2 4 3 4 3 光路交换与光分组交换 光路交换与光分组交换 fivesrc destpairscircuit switching wavelengthrouting 3lsifwithoutl conversiononly2lsotherwisepacket switchingonly1lneededwithstatisticalmuxing 2 空分光交换 功能 使光信号的传输通路在空间上发生改变 基本原理 用光开关组成门阵列开关 通过控制开关矩阵的状态使输入端的任一信道与输出端的任一信道接通或断开 主要性能指标 基本光开关数和可集成度 阻塞性 光路损耗 信噪比 三 光交换技术 几种空分光交换网络 绝对无阻塞型 不需特殊的交换算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线 广义无阻塞型 利用特殊的交换算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线 可重构无阻塞型 将目前存在的连接重新调整后可以能将任何入线连接至任何未占用的出线 有阻塞型 虽然入线和出线都空闲 但是由于交换网络内部结构问题 在它们之间无法建立连接 严格无阻塞型空分光交换网络 不需特殊的交换算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线 时分光交换 以时分复用为基础 用时隙互换原理实现交换功能 即在时间轴上将复用的光信号的时间位置t1转换成另一个时间位置t2 时分复用是把时间划分成帧 每帧划分成N个时隙 并分配给N路信号 再把N路信号复接到一条光纤上 在接收端用分接器恢复各路原始信号 时隙互换 即把时分复用帧中各个时隙的信号互换位置 首先使时分复用信号经过分接器 在同一时间内 分接器每条出线上依次传输某一个时隙的信号 然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件 获得不同的延迟时间 最后用复接器把这些信号重新组合起来 时分光交换原理图 保护时隙 保护时隙 保护时隙 路由标记 载荷同步比特 分组头同步比特 时隙T 1 646 s 128byte 分组头为622Mbit s 5字节 14字节 2字节 102字节 5字节 分组头180ns 64 3ns 26ns 64 3ns 载荷1311ns 时间 保护时隙用来补偿光器件的交换时间 净荷在节点处可能的抖动以及在网络节点接口处同步单元的有限的冲突解决能力 载荷比特率在一定程度上是透明的 比特率可变 光分组的固定时隙长度可简化同步操作 2 5 10G 透明光分组的帧格式 4 光分组交换 光分组的预放大和同步 净荷定位和缓存 信头提取等 负责冲突解决 信头插入 输出同步 信号放大 负责光分组路由 上 下路 解决冲突等 决定了节点的交换速率 吞吐量 可扩展性等 分析 判断报头信息 发出同步 交换路由的控制信号去控制输入模块和交换矩阵 再产生新报头信息输入到输出模块中 三 光交换技术 在OBS中 首先在控制波长上发送控制分组 连接建立 然后在另一个不同的波长上发送突发数据 突发数据从源节点到目的节点始终在光域内传输 而控制分组在每个节点都需要进行光 电 光的变换以及电处理 5 光突发交换 2020 3 16 全光通信网 OBS的BDP和BCP传输示意 OBS网络数据和控制分离 OBS基本思想是数据分组与控制分组的传输相分离 提前发送控制分组 为随后的数据分组预留资源和建立传输通路 OBS边缘路由器负责数据分组的汇集和分发 检测数据分组的源 目的地址和服务等级 分类组装成突发分组BDP 产生相应的控制分组BCP OBS核心节点由交叉连接和控制机构两部分组成 控制机构负责收发BCP消息 依照BCP内容协同交叉连接机构预留资源为随后将至的BDP建立光突发连接通路 OBS网络的入口边缘路由器功能结构 OBS网核心路由器的结构 Packet a vs Burst b Switching 三 光交换技术 1 粒度适中 OBS的粒度介于OCS和OPS之间 它比OCS粒度细 比OPS粒度粗 它的交换粒度 即突发长度 通常为毫秒量级 实现交换对光开关的要求易于满足 2 BCP与BDP在信道上分离 OBS的BCP与BDP分离传送与处理 降低了中间交换节点的复杂度及对光器件的要求 且便于OBS的实用 OBS与OCS及OPS的比较 3 对光器件的要求降低OBS之所以比OPS更易于实现 不仅在于其交换的颗粒度更大 而且在于光突发交换网对于分组同步的要求大大降低 因此大大降低了对光开关和光缓存等光器件的要求 技术上易于实现 5 透明传输 BCP 通过配置 交换 为BDP在每个中间节点建立全光路径 即BDP是完全透明的 不经过任何光电 电光转换 避免了电子瓶颈 6 统计复用 BDP从不同源节点到不同目的节点的传输采用统计复用方式 从而有效利用链路相同波长的带宽 具有较高的带宽利用率 4 单向预留 BDP的发送不需要等待应答信号 这与光路交换相比大大减少等待时延 OBS与OCS及OPS的比较 OBS与OCS及OPS的比较 四 光传送网技术 知道光传送网的分层结构理解G 709数字包封技术的光通道层理解OTN的复用和映射结构理解OTN的网络节点接口的信息结构 OTN即光传送网 OpticalTransportNetwork OTN的概念 OTN是在现有的传送网中加入光层 提供光交叉连接和分插复用功能 提供有关客户层信号的传送 复用 选路 管理 监控和生存性功能 OTN在点对点WDM线路系统基础上 增强节点汇聚和交叉能力 组网保护和OAM管理能力 OTN分层结构 将整个光层细分为 光信道层 OCh 光复用段层 OMS 光传输段层 OTS 光信道层又分为三个电域子层 光信道净荷单元 OPU 光信道数据单元 ODU 光信道传送单元 OUT OpticalChannellayernetwork光信道层 OCh OpticalMultiplexSectionlayernetwork光复用段层 OMS OpticalTransmissionSectionlayernetwork光传输段层 OTS 客户层 光层 光信道净菏单元 OPU 光信道数据单元 ODU 光信道传送单元 OTU 光信道OCh 光域 3个电域子层 IP ETHERNET ATM SDH SONET 1 光传送网的分层结构 再生段 是指两个相邻再生站之间 再生站与相邻ADM站或TM站之间的部分复用段 是指二个相邻ADM站或TM站的部分通道 它是针对信息而言 指两个ADM 或TM 之间的所有部分 SDH的分层结构 OTN的分层结构与实际设备连接关系示意图 光通道层提供光的端到端服务 是由一个或多个光复用段层组成 光复用段层是由多个光传输段层组成 OTN的分层结构 数字包封技术 采用随路方式传送光通道层开销的实现方式 其定义了一种特殊的帧格式 将客户信号封装入帧的载荷单元 在头部提供用于运营 管理 监测和保护的开销字节 并在帧尾提供了前向纠错 FEC 字节 光通道数字包封器的帧结构 255 16字节 2 数字包封技术 m 接口所能支持的信号速率类型或组合 OTUkV对复帧 ODU同步映射及FEC的支持是可选的 客户信号的映射复用 OTN开销的插入 OTUk OTUkV 完全 功能标准化光通路传送单元OCh OChr 全功能 简化功能光通道 G 709定义的光传送模块OTM n的结构 透明域内接口 透明域间接口 n 接口传送系统允许的最低速率信号时所能支持的最多光波长数目OTM 0 m 物理接口只是单个无特定频率的光波 不支持光监控通道 电域TDM 光域WDM 光信号的复用 放大及光监控通道的加入 OTN的复用和映射 k 1对应2 5Gbit s k 2对应10Gbit s k 3对应40Gbit s OTN的复用和映射 各种不同的业务信号 映射 光通道层 OCh OPUk开销 OPUk OTUk 映射 映射 光通道层 OCh或OChr ODUk开销 ODUk 映射 OTUk开销 调制 光通道载波 OCC或OCCr OTN的复用和映射 调制 光通道传送单元 OTUk 光传送模块OTM n m 光通道层 OCh 信号 调制 光通道载波 OCC 光通道载波开销 OCCo 光通道载波净荷 OCCp n 波分复用 光通道层载波组 OCG n m 映射 光传送模块 OTM n m 光监控信道 光复用单元 OMU n m OMSn开销 OTN的复用和映射 客户侧信号 OTUk ODUk OPUk 4 OTN的信息结构 五 IPoverWDM 知道IPoverSDH基本原理知道IPoverSDH网络结构知道IPoverWDM 1 IPoverSDH基本原理 定义 以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络 基本原理 使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装 把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段 再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SD