第8章未来的全光网络

1、 光纤通信光纤通信 原理与应用原理与应用 第 8 章 未来的全光网络 第第8 8章章 未来的全光网络未来的全光网络 8.1 8.1 全光网络（全光网络（AONAON）的基本概念）的基本概念 8.1.1 通信网发展过程通信网发展过程 第一代通信网纯电型通信网 特点：用铜线作为传输介质； 各项信号处理都是在电域进行 第二代通信网光电混合型通信网 特点：用光纤作为传输介质； 各项信号处理都是在电域进行 第三代通信网未来的全光型光纤通信网即全光网络 (AON) 特点：用光纤作为传输介质； 各项信号处理都是在光域进行 三代通信网比较三代通信网比较第一代通信网第一代通信网 第二代通信网第二代通信网第三代通

2、信网第三代通信网名名 称称纯电型通信网光电混合型通信网全光型通信网传输介质传输介质铜线光纤光纤信息传输的载体信息传输的载体 电信号光信号光信号信息发送、接收信息发送、接收、复用、中继、复用、中继、交换、监控的设交换、监控的设备备纯电子设备 光电型设备 纯光学设备 全部信号处理全部信号处理在电域进行在电域进行在光域进行通信效率通信效率 低高，但有光电转换瓶颈使通信速率受到限制 极高，无光电转换瓶颈能最大发挥光纤带宽优势8.1.2 全光通信网的基本特点 采用波分复用（WDM或DWDM）方式 能够提供巨大的网络传输带宽 采用纯光域处理方式，去掉了庞大的光/电/光转换设备 能够提高网络交换速度，降低成

3、本，有利于提高可靠性。 采用光路交换方式 允许采用不同的速率和协议的信号，有利于网络应用的灵活性。注意：目前研究开发的全光网络，实质上是指光信息流在传输和交换过程中始终以光波的形式进行，但接入部分基本上仍用电路方法来实现（目前正在研究的光纤接入网中有许多并非全光化），而监控部分则完全用电路方法来实现。 8.1.3 全光通信网关键技术概述1波分复用技术 1）光纤技术的研究 (减小衰减、色散和非线性效应 ) 2）光纤放大器技术的研究 (减小增益偏差，改进实时 监控技术) 3）波分复用和解复用器件的研究 (提高性能指标)2光分插复用和光交叉连接技术 光分插复用器（OADM）：用于网络用户节点光信号的

4、上、下路 光交叉连接器（OXC）：用于网络交换节点光信号的交叉连接 3高速远距离光传输技术 1）色散补偿光纤（DCF）补偿 2）自相位调制（SPM）补偿 3）预啁啾补偿（PCC） 4光集成技术 1）介质光集成器件（介质光波导、波导型合波/分波器、 光隔离器、波导型调制器和光波导开关矩阵等 ） 2）半导体光集成器件（光子集成线路、光电子集成线路)8.2 光交叉连接器（OXC）8.2.1 光交叉连接器的基本概念1光交叉连接器分类光交叉连接器分类 图8-2 光交叉连接器的种类 1）光纤交叉连接器（FXC） 是以一根光纤内的所有波长信道的总体为单位来进行交叉连接 2）波长选择交叉连接器（WSXC） 是

5、将一根光纤内的任意波长信道交叉连接到使用相同波长的任意光纤中去 3）波长变换交叉连接器（WIXC） 是将一根光纤内的任意波长信道交叉连接到使用不 同波长的任意光纤中中2光交叉连接器的实现输入接口输入接口 光交叉光交叉连接矩阵连接矩阵 输出接口输出接口 管理控制单元管理控制单元 光纤光纤光纤光纤光交叉连接矩阵所用技术：光交换技术和波长变换技术 8.2.2 光交换技术 空分光交换（已实用化）波分光交换（已实用化）时分光交换（在研究中）光交换1空分光交换（SDOS ） 功能：在空间域上完成光传输通路的改变 空分光交换器件： 光开关机械型光开关晶体型光开关 电光型磁光型声光型等 插入损耗、隔离度、偏振

6、敏感性：机械型优开关速度 、器件尺寸：晶体型优 晶体型光开关分为波导型和非波导型光开关 波导型光开关的主要类型： 1）波导型耦合器光开关 图8-3 波导型耦合器光开关（俯视图）2）波导型M-Z干涉仪光开关图8-4 波导型M-Z干涉仪光开关波导型M-Z干涉仪输出端的合成光强直通输出端内两束相干光波总的相位差为直通 = L + 交叉输出端内两束相干光波总的相位差为 交叉 = L在直通或交叉输出端内两束相干光波的合成光强为I合成 =I0cos2( /2)式中， =直通或交叉 20 cos ( /2)I=20 cos ( /2)I=结论如下：满足“L =奇数”关系的波长可以进入直通输出端，而不能进入交

7、叉输出端；满足“L =偶数”关系的波长可以进入交叉输出端，而不能进入直通输出端。2波分光交换（WDOS ）功能: 利用波长选择或波长变换的方法改变光传输通路 1）波长选择光交换（图8-6 ） 来自不同上游光纤的同一波长光信号只允许来自不同上游光纤的同一波长光信号只允许分别复用到不同的下游光纤中进行传输分别复用到不同的下游光纤中进行传输 2）波长变换光交换（图8-7 ）每一根上游光纤中的每一个波长都可以转换成每一根上游光纤中的每一个波长都可以转换成任意一根下游光纤中的任意一个波长任意一根下游光纤中的任意一个波长 8.2.3 波长变换技术 功能：将信息从一个光载波转换到另一个不同波长(符合ITU-

8、T G.692规定的WDM使用的标准波长)的光载波上1光-电-光型波长变换器 方法：在电域进行 优点：技术成熟 ，能整形再生再生 缺点：造成带宽甁颈 2全光型波长变换器方法：在光域进行优点：不造成带宽甁颈缺点：不能整形再生再生 全光型波长变换器的主要类型 1）SOA-XGM（半导体光放大器交叉增益调制）型 波长变换器 2）SOA-XPM（半导体光放大器交差相位调制）型 波长变换器 3）SOA-FWM（半导体光放大器四波混频）型 波长变换器图8-8 SOA交叉增益调制型波长变换器原理图 图8-9 SOA交叉相位调制型波长变换器原理图图8-10 SOA四波混频型波长变换器原理图 8.3 光分插复用

9、器（OADM）8.3.1 光分插复用器基本概念功能：在波分复用光路中有选择性地对某些波长信道进行上、下路的操作，这个操作对其他波长信道不能产生影响。OADM 的类型： 光-电-光型OADM（在电域进行分插操作，不适合全光网） 全光型OADM（在光域进行分插操作，适合全光网）。典型结构有分波/合波器+光开关，多层介质膜滤波器+光开关+光环行器，光纤光栅+光环行器+分波/合波器 8.3.2 分波/合波器+光开关组合图8-11 基于分波/合波器的光分插复用器（参见教材）8.3.3 多层介质膜滤波器+光开关+光环行器组合图8-12 多层介质膜滤波器加上光开关及光环行器构成的OADM8.3.4 光纤光栅

10、+光环行器+分波/合波器组合图8-13 光纤布拉格光栅加上光环行器及分波/合波器构成的OADM8.4 光传送网（OTN）的基本形式目前研究开发的全光网络，其信息流在传输和交换过程中以光波的形式进行，而用户接入和监控部分基本上仍用电路方法实现，整个网络并非全部光学化，所以只是一个准全光网络。根据这个现实情况，ITU-T于1998年提出光传送网（OTN）的概念，用来取代过去全光网的称谓。 8.4.1 光传送网的分层体系结构1电层是电域内的处理过程，其中： 电路层提供各种数字业务信号 电通道层包括PDH通道、SDH通道和ATM通道等 2光层是光域内的处理过程，其中：光信道层提供路由交换和分配波长的功

11、能 光复用段层提供同步和复用功能 光传输段层为光中继段信号提供传输放大和监控功能 3光纤介质层8.4.2 光层的基本拓扑结构1光传输链路的基本结构（图8-15）2光层网络的主要拓扑结构图8-16 格形光网络图图8-17 环形光网络环形光网络8.4.3 光传送网的应用IP光网1基本概念 承载IP业务信号的WDM光传送网，即IP over WDM 或 IP over Optical，称为IP光网 其分层模型为： 各层功能各层功能1）IP层提供用户需要的各种IP数据信息（包括IPv4和 IPv6）；2）IP适配层提供IP多协议封装、分组定界、差错检测 以及QoS控制等功能；3）光信道层提供电/光和光

12、/电转换、选路、监控和带宽 管理等功能；4）光复用段层提供复用、保护倒换以及其他维护功能；5）光传输段层提供远距离高速传输等功能；6）光纤介质层提供光传输的物理介质。 2IP光网的实现方式 IP over ATM over SDH over WDM, IP over ATM over WDM, IP over SDH over WDM, IP over GbE over WDM（GbE表示千兆位以太网）的实现方式 以上几种方式的层次结构是简单拼盘式的组合结构，缺少统一管理电层与光层并使光层功能最大发挥的协议，以致在许多IP光网中路由寻址仍在电层，而在光域只有点到点的传输和复用功能，因而节点处理和转发数据的速度慢，影响网络的吞吐量。 IP with MPLS over WDM的实现方式 该方式使IP网络成为受控的有QoS保证的网络。但该方式在光域进行传输和复用，而路由寻址和转发交换是在电域进行的。所以，节点处理也要耗费一些时间。 IP with MP/LS over WDM的实现方式 该方式在光域除了能进行波长选路外，还支持各种流量工程和提供多种多样的保护恢复能力，能够灵活地管理和分配网络资源，有效地实现网络的保护和恢复。该方式在IP层和光网络层实现了单一的网络管理和操作控制模式，简化了网络管理体系，为最终在IP路由