光网络基础概论文史星期二PPT课件.pptx

何永琪北京大学电子学系Tel 62756700 Mobilemail heyongqi 概论 光网络基础 大纲 概述典型通信示例光传输技术概述光传送网概述智能光网络概述授课方式与要求 通信应用无处不在 远程教育 远程医疗 电子政务 企业信息化 家庭信息化 数据通信 个人信息化 移动办公 智能交通 图像通信 语音通信 工业信息化 军队信息化 农业信息化 电子商务 如何实现通信 通信系统 如何实现通信 通信网络 水平观点 垂直观点 里程碑 古代通信 声音 击鼓 鸣锣 礼炮 土电话动物 鸽子 狗器械 风筝人力 马拉松长跑烽火台 狼烟 驿邮通信塔 里程碑 电报通信 1837年 美国人艺术家兼发明家莫尔斯 SamuelFinleyBreeseMorse 成功研制电报机1844年 华盛顿 巴尔的摩 WashingtontoBaltimore 电报线路开通 里程碑 电话通信 1876年 美国发明家贝尔 AlexanderGrahamBell 发明电话机 里程碑 发现电磁波 1865年 英国物理学家麦克斯韦 JamesClerkMaxwell 预言电磁波存在1888年 德国物理学家赫兹 HeinrichRudolfHertz 验证电磁波存在 JamesClerkMaxwell HeinrichRudolfHertz 里程碑 无线通信 无线电报 1895年 意大利发明家马可尼 GuglielmoMarcheseMarconi 和俄国物理学家波波夫 同时发明无线电波1899年 马可尼成功地发了第一封无线电报 英国至法国 里程碑 无线通信 广播 1920年 美国匹兹堡KDKA电台开播 里程碑 无线通信 对讲机 1938年 美国贝尔实验室为美国军方成功研制世界上第一部移动电话 对讲机 1942年 对讲机应用于二战 里程碑 无线通信 微波通信 1931年 英国多佛尔和法国加来之间在建立世界上第一条超短波接力线路1950年 成功研制微波接力通信 里程碑 无线通信 卫星通信 1945年 英国人克拉克提出利用地球静止轨道卫星进行通信设想1957年 苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星1958年 美国发射了世界上第一颗通信卫星 里程碑 光纤通信 1966年 英国标准电信研究所高锟 K C Kao 博士和霍克哈姆 G A HocKham 博士发表关于传输介质新概念论文 指出利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径 奠定了现代光纤通信基础 通信技术发展传统原动力 军事应用技术驱动 光传输技术演进 网络技术演进 APPANet 阿帕网ASCII 美国信息互换标准代码ATM 异步传递模式CCITT 国际电报电话委员会TCP IP 传输控制协议 IPIEEE 美国电气和电子工程师协会IETF 互联网工程任务组ITU 国际电信联盟MPLS TP 传送多协议标记交换USENet 新闻组网络WWW 万维网 大纲 概述典型通信示例光传输技术概述光传送网概述智能光网络概述授课方式与要求 电话通信 基本架构 交换机 实现任意两个用户之间通话中继 延伸任意两个通话用户之间的距离信令 对用户通话过程进行控制固定电话网 语音通信 语音信号数字化 频率范围 300 3400Hz抽样频率 8kHz抽样间隔 125 s 量化类型 13折线近似量化器位数 8位话路编码速率 64kbit s 语音通信 信号交换 语音通信 信号汇聚 语音通信 信号复用 解复用 1 2 语音通信 信号复用 解复用 2 2 语音通信 信号传输 语音通信 信号传送 语音通信 信号续接 DC1 一级长途交换中心DC2 二级长途交换中心DTm 本地汇接局DL 本地端局PABX 专用自动用户交换机 固话骨干网三级结构 固话本地网二级结构 语音通信 信号汇接 固话大城市本地网分区双汇接 固话中等城市汇接局全覆盖 DTm 本地汇接局DL 本地端局 电话通信 不同运营网关口局设置 IP通信 开放式系统互联 OSI 模型 OSI层功能应用层 用户信息语义表示表示层 代码 数据格式转换会话层 负责会话进程的建立 控制和终止传输层 端到端控制网络层 路由控制数据链路层 数据链路的建立 控制和拆除物理层 物理连接的建立 控制和拆除 IP通信 TCP IP模型与OSI模型 OSI模型TCP IP模型 IP通信 层间信息传递 大纲 概述典型通信示例光传输技术概述光传送网概述智能光网络概述授课方式与要求 当代通信技术发展驱动力 民口应用 市场驱动 军口应用 技术驱动 五大通信技术 通信网络划分区域细分骨干网城域网本地网接入网功能细分传输网支撑网业务细分电话网电视网数据网多媒体网 光纤通信移动通信无线通信卫星通信微波通信 通信信号频段 光通信 传输媒介 材料 石英玻璃 SiO2 波段 850 1310 1550nm带宽 50THz损耗 0 2dB km 1550nm0 35dB km 1310nm3dB km 850nm光源 LDLED探测器 PINAPD 光纤通信 传输系统 模拟传输 数字传输 光传输技术 光复用概念 光复用技术分类光波复用 波分复用 WDM 和空分复用 SDM 光信号复用 光时分复用 OTDM 光频分复用 OFDM 和光码分复用 OCDMA 光波复用WDM 将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号 在发射端经复用器汇合 将其耦合到同一根光纤中进行传输 在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离 然后由光接收机做进一步的处理 使原信号复原 这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统 同时也适用于单向或双向传输SDM 利用空间分割 根据需要构成不同的信道进行光复用光信号复用OFDM 相邻光载波的波长间隔小于0 1nmOTDM 将多路高速电调制信号分别转换为等速率的光信号 在光层上利用超窄光脉冲进行时域复用 形成一路光信号 即每路光信道占用一个时隙OCDMA 每个光信道以一个特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息 光传输技术 WDM传输系统 大纲 概述典型通信示例光传输技术概述光传送网概述智能光网络概述授课方式与要求 通信网络架构 传输网 在不同地点之间传递用户信息的网络的物理资源 即基础物理实体的集合传送网 G 805定义 在不同地点之间传递用户信息的网络的功能资源 即逻辑功能的集合传输是从信息信号通过具体物理媒质传输的物理过程来描述 因而传输网通常指由设备组成的实际网络传送是从信息传递的功能角度来描述 因而传送网指逻辑功能意义上的网络 即网络逻辑功能的集合 交换设备 网络节点传输设备 网络链路终端设备 网络终端 光传送网 概念 光传送网 OTN 作为多协议业务综合传送平台 为客户层信号提供光域处理的传送网络作用 为客户信号提供有效和可靠的传输功能 传送 复用 选路 监视 网络生存性等对象 光波长工作方式客户层业务以光波长方式在网络中复用 传输 放大客户层业务在光域中分插复用和交叉连接业务类型 IP 以太网 ATM 帧中继 光纤分布式数据接口 FDDI SDH SONET等业务传送模式电路交换式网络 业务经适配后以固定连接方式传送包交换式网络 业务适配到数据包或信元上 以动态 分布式搜索路由方式传送 OTN拓扑结构 概述 拓扑分类物理拓扑 表征网络节点的物理结构 为网络节点与光纤链路的集合逻辑拓扑 虚拓扑 表征网络节点间业务分布 其以物理拓扑为基础 但结构可有不同层次模型物理拓扑 位于传输媒介层逻辑拓扑 位于光通道层 利用光通道概念 使逻辑拓扑与节点之间业务分布相关 通过软件配置实现设计原则物理拓扑 在保证网络传输能力前提下 选择节点位置和可用部件 使建设成本最小逻辑拓扑 在物理拓扑基础上 结合节点业务分布情况 选择光通道构成方案 使信息传送性能达到最佳 传输网分层结构 传送网功能 通信基础网称为传送网 通信基础网是一个以光纤 微波接力和卫星传输为主的传输网络 在传送网基础上 根据业务节点设备类型的不同 可以构建成不同类型的业务网 通信基础网结构 1 3 通信基础网 传输媒介 传输系统 电缆 地面微波接力通信 卫星通信 光纤 传输设备 将携带信息的基带信号转换为适合在传输媒介上进行传输的信号 如光 电等信号 收发信机 光端机等 传输复用设备 将多路信息进行复用和解复用 以便在媒介中传输多路信息 传送网节点设备 配线架 主配线架 数字配线架和光配线架 MDF DDF ODF 数字交叉连接设备 DXC 实现基础网传输电路的电路调度 故障切换和分离业务 通信基础网结构 2 3 传输媒介 传输系统 传送网节点设备 传输媒介 传输系统 通信基础网结构 3 3 ODF STM 4TM MDF DDF 电话交换机 ATM交换机 配线架 配线架 配线架 传输设备 业务节点设备 DDF 622Mb s光纤线 622Mb s光纤环路 电话用户线 宽带业务线 STM 4ADM 622Mb s 622Mb s 155Mb s 155Mb s分支电路 155Mb s转换电路 155Mb s N 2Mb s DXC 电信网宏观构成 电信网 传送网 通道层 媒质层 核心网 接入网 业务网 PSTN PSDN ISDN CATV 支撑网 信令网 同步网 管理网 传送网 电信网组成 水平观点 CPN 接入网 XNI NNI NNI CPN 接入网 XNI 核心网 CPN 用户驻地网XNI 用户网络接口NNI 网络节点接口 电信网组成 垂直观点 传送网 业务网 应用层 E mail 远程教学 家庭购物 会议电视 文件传送 通道层物理层 PSTN CATV ISDN B ISDN PSDN 计算机网 传送网络演进趋势 交换节点 传输节点 传输链路 传输通道 传送网 传输网 大纲 概述典型通信示例光传输技术概述光传送网概述智能光网络概述授课方式与要求 智能光网络提出 传统电信网络分为业务层网络和光传送层网络 光传送网络包括SDH和DWDM SDH提供基于2M的TDM业务 DWDM提供波长业务传统光传送网络以提供传输通道为主要功能 DWDM系统的应用解决了传输容量的问题 但传统光传送网是静态的网络 与业务层是分离的 通道配置必须在网络设计和电路分配期间完成 物理拓扑和容量一经确定很难更改 因此 限制了网络的灵活性 不能充分发挥传输的带宽潜力 难以适应业务发展的需要数据业务具有不确定性和突发性等特点 静态网络无法满足数据业务的动态带宽需求 数据业务还具有跨地域大范围的特点 传统光传送网络在大地域内提供传输通道费时费力 低效率造成低效益 传统光传送网依靠人工配置与维护 对庞大的网络既低效又困难传统光传送网引入更多的灵活性 实现网络智能化和全光化 满足业务层的发展对光传送网提出的要求 智能光网络的概念就应运而生网络发展的重心将从注重传输容量转移到注重网络容量 并逐渐转向注重核心传送网络与网络边际之间的 面向业务层的协调 智能光网络主要特点 智能光网络通过控制平面来实现配置连接管理 即采用信令网实现光网络连接 自动交换功能等功能智能光网络提供端到端通道动态连接 把网络智能引入光域 即在光域内创建 配置和管理光通道智能光网络包括光硬件平台和软件平台光硬件平台主要完成光传送功能软件系统引入对光信号的智能控制 智能信令和软件算法 智能光网络具有复杂的光通路选路和交换功能 提供不同等级业务的端到端连接与传送 光交换设备之间的状态相互开放 使业务提供者可以在光网上配置光通道 并依靠不同的保护与恢复技术 提供不同的业务等级QoS基于IP的光选路和控制算法可实现智能光网络光通路的配置 选路和恢复功能智能光交换使网络更具弹性 易于升级 解决传统网络人工配置问题智能光网络将把网络智能从核心网扩展到边缘网 为业务提供者提供更加灵活的网络功能智能光网络将使长途骨干传送网和城域网演变成动态交换光网络 为业务提供者提供一个面向业务的传送平台 大大降低传送网运营费用 智能光网络主要优势 利用流量工程 实现网络资源动态分配采用控制协议 而不是网管协议具有可扩展的信令能力集支持多厂家环境下的连接控制具有快速的业务提供和拓展能力简化了网管系统采用分布式网络恢复 实现快速业务恢复功能便于引入按需带宽业务 波长批发 波长出租 光拨号业务 动态路由分配 闭合用户群 OVPN等新的业务类型提供各种不同业务级别传送的QoS 降低业务传送成本 自动交换光网络 概念 ASON整体结构引入多层多域概念 可以根据具体条件限制和策略要求设计ASON结构 不同域之间的相互关系通过标准抽象接口来实现 抽象接口映射到具体协议即可实现物理接口 多个抽象接口可以同时复用到同一个物理接口上域概念的引入 使ASON具有良好的规模性和可扩展性 保证网络的平滑升级标准接口的引入使多厂商设备互联互通成为可能E NNI和I NNI引入使ASON具有良好层次性结构E NNI接口使网络满足不同域之间消息互通的要求I NNI接口能屏蔽层内具体消息 保证网络安全性需求标准UNI接口引入使用户具有统一的接入方式 自动交换光网络 功能结构 引入控制平面 传送平面的功能仍是业务传送 传送平面的功能通过控制平面和管理面和控制面来实现 控制平面和管理平面的功能是对传送平面资源的监控 通过与传送平面之间的接口来实现 管理平面侧重于高层管理 由控制平面管理器 传送平面管理器和资源管理器组成 这三个管理器是实现管理平面功能的代理 控制平面和其它平面之间有不同的接口 通过这些接口可实现与管理平面之间功能的协调和对传送平面资源的管理与控制 ISI 内部信令接口 自动交换光网络 与SDH OTN的关系 ASON控制平面 概述 控制平面基本功能资源发现 提供网络可用资源信息 包括端口 带宽和复用能力等 路由控制 提供路由能力 拓扑发现和流量工程等功能连接管理 通过上述管理实现端到端的业务配置 具体包括连接建立 连接删除 连接修改和连接查询等功能连接恢复 提供额外的网络保护能力控制平面功能要求基本功能 呼叫控制 呼叫许可控制 连接管理与控制 连接许可控制 用户网络接口 UNI 与网管系统的关系 多归属环境中的连接管理 支持路由分集连接的连接管理 补充业务支持简化传送网内快速和有效的连接配置 支持交换连接和软永久交换连接 支持对已建立呼叫连接的重配置或修改 实施恢复功能提供快速和可靠呼叫建立 有效控制网络控制面具有可靠的 可扩展的和高效的特点 兼容SDH OTN等不同技术 满足不同业务需要和不同功能分布的要求控制平面服务要求端到端连接是一种由控制平面提供的最基本的服务引入控制平面的光网络能在多厂家环境下提供传统网络所难以提供的服务 端到端连接 自动流量工程 网络保护与恢复 光虚拟专用网业务 ASON控制平面 功能结构 控制平面由独立的或分布于网元设备中若干控制节点组成控制节点由路由 信令 资源管理 自动发现等功能模块组成控制节点通过信令通道来连接 连接控制器 CC 负责链路资源管理器 路由控制器以及对等的或下一级的连接控制器之间的协调工作 以便实现连接建立和释放 现有的连接参数修改管理和监控等功能 路由控制器 RC 响应来自连接控制器对建立连接所需路由信息的请求 所需信息可以是端到端的 如源选路 也可以是下一跳信息 响应用于网管的拓扑信息请求 链路资源管理器 LRM 负责SNPP Sub NetworkPointPool 链路的管理 包括SNP Sub NetworkPoint 链路连接的分配和去分配 提供拓扑和状态信息 目前使用两种LRM元件 即A端链路资源管理器 LRMA 和Z端链路资源管理器 LRMZ SNPP链路由一对LRMA和LRMZ元件来管理 分别管理链路的每一端 申请分配SNP链路连接的请求仅指向LRMA 业务量策略控制器 TP 流量监管元件是策略端口的子集 其角色是检查输入用户连接是否正在按照约定的参数发送业务流 当连接违背约定的参数时 TP可以采取措施来纠正上述情况 需要注意在连续比特流传送网中 由于业务流只能按照事先分配的规定带宽通道传送 因而上述流量监管功能是不需要的 呼叫控制器 呼叫是利用呼叫控制器实现控制的 呼叫控制器元件包括主叫 被叫方呼叫控制器 它与呼叫结束有关 可以与末端系统共处一地或者处于远端 其作用是作为末端系统的代理 既可以扮演主叫或被叫方呼叫控制器的角色 又可以同时扮演两者的角色 和网络呼叫控制器 既支持主叫方 又支持被叫方 其主要功能有输入呼叫请求的处理 输出呼叫请求的生成 呼叫终结请求的生成 呼叫终结请求的处理 基于确认呼叫参数 用户权利和接入网络资源策略的呼叫许可控制以及呼叫状态管理等 ASON控制平面 核心思路 引入交换连接 SC 概念 能按用户需求动态智能地分配光通道ASON的连接不全是由管理控制实现的固定连接 具有三种连接类型 即交换连接 永久连接 PC 和软永久性 SPC 这三种连接的差异是对连接建立起主控作用的部件不同永久连接的发起和维护都是由管理面来完成的 并且传送面中为具体业务建立通道的路由消息和信令消息都是由管理面发出的 控制面在永久性连接中并不起作用交换连接与PC相反 该连接的发起和维护都是由控制面来完成的 控制面通过UNI接口接收到用户方面传来的请求 在经过控制面的处理过后在传送面中为这个客户请求提供一条具体的可满足用户需求的光通道 并且把结果报告给管理面 管理面在这种连接的建立过程中并不直接起作用 它只是接收从控制面传来的连接建立的消息软永久连接介于SC和PC之间 该连接的建立 拆除请求由管理面发出 但对传送面中具体资源的配置和动作是由控制面发出的指令来完成交换连接的引入使ASON网络成为真正的交换式智能网络 能够根据用户需求建立所需的光通道能力 ASON控制平面 交换连接 SC SC是根据各网元的直接需要由控制平面以信令消息方式实现动态协议消息交换所建立的连接 其发起与维护均由控制平面来完成 控制平面通过UNI接口接收用户请求 经控制平面处理后在传送平面中为该请求提供可满足其需求的光通道 同时把结果报告管理平面管理平面对SC的建立不起直接作用 只接收从控制平面传来的连接建立消息SC涉及控制平面的信令单元间动态交换信令信息 需要具有统一的标准网络命名 寻址方案和控制面协议SC建立的责任在终端用户 ASON控制平面 永久连接 PC PC是通道沿途的每个网元按需配置建立端到端连接 其发起与维护均由管理平面来完成 建立业务通道的路由消息和信令消息均由管理平面发出和控制PC的指配过程由管理平面或人工干预来完成 控制平面对PC的建立不起直接作用PC适用于需要路由分集的某些连接和业务PC建立的责任在网络运营商 ASON控制平面 软永久连接 SPC SPC是利用SC在网络边缘的PC间建立端到端的连接 通过网络产生的选路和信令协议来建立SPC的建立与拆除请求由管理平面发出 对传送平面具体资源的配置由控制平面发出指令来控制 它取决于UNI规定 不能由用户建立SPC介于PC和SC之间 其指配过程只在边缘连接才需要 ASON控制平面 接口 接口用于控制平面实体之间的逻辑关系 由跨越实体之间的信息流来规定 以灵活地实现实体的分布式部署 支持不同的设备配置和网络结构用户网络接口 UNI UNI是用户和网络之间的接口 它规范了每个用户端点的连接建立请求速率 连接请求参数 光通路端点的寻址方案 光通路客户的命名方案 保护需求的规范 安全参数和响应时间等跨越UNI参考点的信息流应至少支持呼叫控制 资源发现 连接控制和连接选择等四项基本功能 通常不支持选路功能UNI接口参考点应具有呼叫安全和认证 增强的号码业务等功能外部网络节点接口 E NNI E NNI是属于不同管理域的 无托管关系的控制平面