光纤通信网络

1、光交换技术光交换的来源以电子技术为基础的交换方式，交换容量都要受到“电子瓶颈”的限制，难以完成增长的高速宽带信号交换的要求光交换则具有光开关速度快(10-15秒)、电磁兼容性好、频宽、低损耗和串扰小、互连能力强、简单、低成本等光交换是实现大容量宽带高速交换功能的重要手段第一步进行电控光交换，即信号交换在全光水平上，而光器件的控制仍电子电路完成 第二步为全光交换技术，即逻辑、控制和交换均由光子完成。目前距离商用还很早 光交换的类型光交换技术可以分成光路交换和分组交换光路交换方式又可分成三种交换网络，即空分(SD)、时分(TD)和波分/频分(WD/FD)光交换网络，以及由这些交换网组合而成的结合型

2、光分组交换中，异步转移模式(ATM)是近来广泛研究的一种光交换方式，它的特征是对叫做信元的短脉冲串进行硬件交换 空分交换构成一个光交换系统的最简单方法是用光开关 ，这是空分交换耦合波导开关的结构和工作模式 在铌酸锂基片上进行铌扩散以形成两个相距很近的光通路，通过这两条波导的光束将发生能量交换 在控制端不加电压时在两个通道上的光信号都会完全耦合接另一个通道上去，从而形成光信号的交叉连接状态当控制端加上适当的电压后，耦合接另一个通道上的光信号会再次耦合回原来的通道，从而相当于光信号的平行连接状态 在同一个基片上配置多个此种类型的耦合元件，就可组成一个开关阵列 时分交换时分交换是基于时隙互换的原理实

3、现的。所谓时隙互换，是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置 对于光时分交换，它是采用光技术来完成时隙互换的。但是，不是使用存储器，而是使用光延迟器件 把时分复用信号经过分路器，使它的每条出线上同时都只有某一个时隙的信号 把这些信号分别经过不同的光延迟线器件，使其获得不同的时间延迟 再把这些信号经过一个复用器重新复合起来，时隙互换就完成了 光信号的延迟是让光信号经过不同长度的光纤来完成的 图7.32时分光交换(a) 时分复用原理； (b) 时隙互换原理； (c) 等效的空分交换波分交换由波分复用构成一个多路复用信号，然后再由各个输出线上的处理部件从这个多路复用信号中选出各个单路信号来，从

4、而完成交换处理 数据输入数据输出 图7.33波分交换的原理框图(a) 波长选择法交换； (b) 波长变换法交换 光纤通信网络WDM光网络WDM光网络WDM提高了光纤的传输容量，但对电交换节点的压力增大很多。因此电交换节点可能成为网络的瓶颈在交换节点引入光交换，发展基于WDM的光网络是未来技术发展的热点WDM光网络是在现有传送网上增加光层，其关键技术是光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）由于光层的引入，光传送网的分层结构有了新的发展光传送网的分层结构物理层(光纤)再生段层复用段层通道层电路层1.SDH网络物理层(光纤)光层复用段层通道层电路层2.WDM网络物理层(光纤)光传输段层 O

5、TS光复用段层 OMS光通道层 OCh电复用段层SDH通道层电路层虚通道虚通道3.电层和光层分解WDM光网络中的段和通道在WDM光网络中，可将网络进行分层：光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）和光通道层（OCH）三个层面光复用段为多波长光信号的提供网络功能，包括多波长复用、开销处理、监控等。涉及光复用段终端（OTM、OADM、OXC）之间的端到端信息传递光传输段为光信号在光媒质上传输提供功能，包括对光放大器的监控光通道提供光通道端到端网络透明传送SDH、PDH、ATM、IP等，包括光通道连接、适配、开销和监控等功能，光通道层与SDH的再生段层等效WDM光网络中的段和通道光复用器光复用器光

6、交叉连接#OA光传输段光传输段光复用段光通道（OCH）SDHIPIP光复用段光传输段光网络的网元光终端复用器（OTM）和光放大器（OA）是WDM传统的网元，也是光网络的基本网元光网络的特点是波长通道的灵活分插、交叉连接，波长路由的安排，网络层面上的保护、恢复，因此需要具有强大波长和光信号处理的网元：光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）光网络基本结构各种网络元件应用在各种网络场合，如点到点、链型、环型ADM和OADM在SDH中，采用分插复用器(ADM)可以按照帧结构和复用路径直接一次分插出2Mb/s支路信号，十分简单和方便必须将传输光纤线路上的光信号先转变成电信号，这种分插复用(AD

7、M)的过程都是对电信号进行处理在光波分复用系统中，为了取出话路必须先分出携带有该话路的光信道，即光波长。同样，为了把本站发往其他各站的话路插入，也必须把该话路调制到与下话路波长相同的光波长上。这就是光的分插复用(OADM)OADM功能是从传输设备中选择性地下路或上路，或仅仅通过某个波长信号OADM原理(a)电分插复用(b)光分插复用OADM类型波长的分插复用(OADM) 固定式 灵活式背靠背WDM器件 声光可调谐滤波器(AOTF)环形器和光栅 WDM器件+光开关 光栅和光开关InOutDropInOutAddWDMWDMDropAdd* 没有重新配置的业务不应该受重新配置过程的影响固定波长上下

8、OADM采用复用/解复用技术解复用复用1，2，n1，2，n2n1. 基于OMU/ODU和光开关的OADM光环行器光纤光栅2. 基于光栅和光开关的OADM可变波长OADMOXCOXC是全光网的核心器件，结构完善、功能齐全的OXC节点能灵活有效地管理光传输网络，使网络具有很大的灵活性、可扩展性以及动态重构和自愈功能，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段其主要功能光路层的带宽管理。光纤、波长两个层次光网络的保护和恢复OXC与DXC(数字交叉连接)在网络中的作用相同，但功能和实现的方法不同OXC节点的结构主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等模块组成光层次的波长管理

9、 波长交换与路由OXC原理1，2，n1，2，n1，2，n1，2，n1111nnnn光纤2光纤4光纤3光纤1采用OXC的光网络采用OXC的光网络示意在网络中要解决光通道交叉连接、波长重用、网络生存性等问题 OXC的分类光纤交叉连接(FXC)：自动光纤配线架结构简单，容量粒度最大，可提供最简单的配置和网络恢复能力对于光纤切断大故障，FXC是一种可行的解决方案无波长选路波长选择交叉连接(WSXC)：将输入光纤中任意波长交叉连接到使用相同波长的输出光纤波长级业务量疏导和波长业务业务恢复灵活性存在波长阻塞波长交换交叉连接(WIXC)：具有波长变换能力的WSXC在组网、业务提供和恢复方面最大的灵活性缺点是

10、实施技术复杂成本较高 光纤交叉连接MM开关光纤 1光纤2 光纤M光纤 1光纤2 光纤M交换的单位是一路光纤，并不对多波长信号进行解复用无多波长通道的灵活性波长选择交叉连接交换的单位是波长通道多波长信号进行解复用后相同波长的光信号进行交换N x NN x NN x N两根以上光纤中相同波长光信号进入同一根输出光纤，将出现波长阻塞波长可变交叉连接使用波长变换器（WC）对光信号进行波长变换，解决了波长阻塞。每个波长经过交换后均经过波长变换。MNxMN开关矩阵分/合波器分/合波器波长转换器未来光网络目标结构模型ADMOXCADMOXCADMOADMOXCADMOADMOXC波长转换特点：* 使用DWD

11、M和线路放大器优点：* 低成本增加带宽OADMOADMOADM I P ATM SDH I P oxcOADMOADMOADMOADMOADMWDMWDM1n1n特点：* 基于波长的自愈环优点：* 快速保护的OADM环*直接连接其他业务网络降低成本特点：* 使用OXC优点：* 更为灵活的配置网络目前点-到-点下一步单WDM自愈环将来-全光网络多个WDM自愈环WDM网络的演变-结构变化oxcWDMSDHOADM I P ATM I P WDMSDHATMWDMoxcATMOADMOADMOADM I P I P SDH I P WDMWDMoxcWDMWDMWDMWDMWDMWDMSDHWDMW

12、DMSDH I P 双向波长通道保护环未来光网络的应用123321 2313211 2 3123123121 212光分插复用OADM波长转换WC波长路由器WR光交叉连接ODXC光分组OP光交换OS123全光层光电层SMDSHSCSFRATM/IPBAE1E3STM-NSTM-1STM-4STM-16STM-64光波广播WDXCBDXCWXDC卫星电层ISDN话音数据交换的数据话机通道库多煤体DSUCSU交换PBX光网络分层结构光网络的保护保护考虑业务信号的保护SDH层保护光层保护复用段层、光通道层SDH层保护ADMmADMADMADM2纤自愈环nADMmADMADMADM4纤自愈环mmmnm

13、nmnm光层保护：光通道层保护（一）SDH控制单元G.957传输设备侧WDM设备侧OCP (optical channel protection)光通道保护盘To：Tx OTUTo：Tx OTUG.957From: DemuxFrom: Demux输入输出光层保护：光通道层保护（一）链路应用OCPOMODOCPSDHSDH并发mnmn选收OCPOMODOCPOMODSDHSDHmnmn并发选收mnm=nmnSDH1 TXTX OTU1TX OTU1SDH1 RXRX OTU1RX OTU1RX OTU1TX OTU1TX OTU1RX OTU1环网应用光层保护：光通道层保护（二）光层保护：复用段层保护TM1l1TM2l2TM7l7TM8l8保护主通道工作主通道穧 穧 穧TM1l1TM2l2TM7l7TM8l8穧 穧 穧OADM环型保护方式线路共享保护环通道保护环CAACACBCD失效状态CA保护光纤工作光纤AC2纤共享保护环（OMS/SPRINGs）CDACCA工作1N/2保护N/2N（i）（k）光纤1工作1N/2保护N/2N（i）（k）光纤2BAC无失效状态光纤1光纤2ACCA2纤环光纤断CDACCA工作1N/2保护N