传输网技术讲义

传输网技术第一节传输网介绍一、光传送网络的概念光纤通信网就是以光纤通信为基本传输手段的通信网络。光纤通信网是整个通信网络的重要组成部分。目前光纤通信网主要应用的技术有SDH技术、WDM技术、PTN技术、OTN技术、SPN技术等。（一）SDH技术SDH是什么呢？SDH全称叫做同步数字传输体制（SynchronousDigitalHierarchy），由此可见SDH是一种传输的体制（协议），就象PDH（PlesynchronousDigitalHierarchy）准同步数字传输体制一样，SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。SDH的优点是灵活的组网能力、强大的运维管理能力OAM；缺点是刚性管道，传输效率低。（二）WDM技术什么是WDM呢？WDM是WavelengthDivisionMultiplexing的缩写称为波分复用。波分复用（WDM）是实现在单根光纤内同时传送多个不同波长的光信号的一种技术。这项技术具有很大的优势：1、可以充分利用光纤的巨大带宽资源；2、大大节省了光纤资源；3、显著降低通信系统单位通信容量的建设成本；4、促进了STM-64甚至STM-256传输系统的实用化；5、具有对不同速率、不同业务类型、不同系列的信号透明性；6、适应未来全光网的需要。WDM通过衰耗补偿、色散补偿和光分插复用技术，实现长距离的无电中继传输，为今后的全光网络创造了必要条件。WDM系统根据复用的波长间隔的大小，可分为CWDM（粗波分复用）和DWDM（密集波分复用）。（三）PTN技术PTN是分组传送网（PacketTransportNetwork）的简称，基于分组的交换核心是PTN技术最本质的特点。PTN是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。简单来讲，可以将PTN理解为是一种以分组为传送单位，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM、ATM和快速以太网等业务的综合传送技术。（四）OTN技术OTN（光传送网，OpticalTransportNetwork），是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。从技术本质上而言，OTN技术是对己有的SDH/DWDM技术的传统优势进行了更为有效的继承和组合，既可以像DWDM网络那样提供超大容量的带宽，又可以像SDH传输网那样可运营、可管理:并考虑了大颗粒传送和端到端维护等新的需求，将业务信号的处理和传送分别在电域和光域内进行;同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能。从设备类型上来看，OTN设备相当于将SDH/DWDM传输网设备融合为一种设备，同时拓展了原有设备类型的优势功能。（五）SPN技术SPN（SlicingPacketNetwork，切片分组网）是面向5G传输提出的创新技术体系，是以以太网内核为基础的新一代融合传输网，融合SDH时分复用技术，提供刚性管道切片功能，可实现大带宽、低时延、高效率的综合业务传输。SPN传输的业务包括：无线业务、家庭业务、企业业务、DC互联业务等。第二节光传输网络的原理所谓光传输网络，就是利用光纤以及各种光传输技术传送携带信息的光波以达到通信之目的网络。基本的光传输网络由光纤、光发射机、光接收机三部分组成。一、光纤的结构光纤呈圆柱形，由纤芯、包层和涂层三部分组成，如图所示：纤芯主要采用高纯度二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂，用以提高纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度二氧化硅，也掺杂一些掺杂剂，主要是降低包层的光折射率n2；涂层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。光缆是多根光纤放在一个松套管内，内冲石油膏和钢丝形成的。海底光缆内还有电源线，主要为中继站的放大器等提供电源。二、光纤的传输原理为了保证光信号在光纤中能进行远距离传输，一定要使光信号在光纤中反复进行全反射，才能保证衰减及色散最小，到达远端。实现全反射需要两个条件：1、纤芯的折射率n1大于包层的折射率n2；2、入射角θ大于临界角θc。如图所示，光线2入射时，反射角刚好为90度，此时入射光线的角度即为临界角θc。当入射角小于θc（图中光线1），光会发生反射和折射，有一部分进入包层被衰减掉，无法远距离传输。当入射角大于θc（图中光线3），光在光纤和包层的交界面内发生全反射，形成光波导，传输衰减较小，适用远距离传输。第三节光纤通信光纤通信以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波，以达到通信的目的。光纤通信主要由光发射机、光纤与光接收机组成。在发射端，电端机把模拟信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调制发射机中的光源器件（一般是半导体激光器LD），则光源器件就会发出携带信息的光波。如当数字信号为“1”时，光源器件发射一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发射一个“空号”（不发光）。光波经光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数/模转换，恢复成原来的模拟信息。就这样完成了一次通信的全过程。如图所示。一、光纤通信的优点光纤通信之所以受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性。（一）通信容量大光纤通信技术先后经历了155M、2.5G、10G等发展阶段，目前的主流骨干网络为10Gbit/s,40Gbit/s和100Gbit/s技术。传输容量比传统的同轴电缆、微波等要高出几千乃至几十万倍以上。（二）中继距离长由于光纤具有极低的衰减系数（目前已达0.25dB/km以下），若配以适当的光发射、光接收设备以及光放大器，可使其中继距离达数百公里以上甚至数千公里。这是传统的电缆（1.5km）、微波（50km）等根本无法与之相比拟的。（三）保密性能好光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本没有光“泄漏”出去，因此保密性能极好。（四）适应能力强适应能力强是指它不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀、可挠性强（弯曲半径大于250毫米时其性能不受影响）等。（五）体积小、重量轻、便于施工和维护光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底或架空敷设。（六）原材料来源丰富，潜在价格低廉制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的，因此其潜在价格是十分低廉的。二、光纤的基本特性（一）衰减系数光纤的损耗主要包括吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种，在弯曲半径较大的情况下，弯曲损耗对光纤衰减系数的影响不大，决定光纤衰减系数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，是光纤中过量金属杂质和氢氧根离子OH-吸收光而产生的光功率损耗。散射损耗通常是由于光纤材料密度的微观变化，以及所含SiO2、GeO2和P2O5等成分的浓度不均匀，使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗；或者在制造光纤的过程中，在纤芯和包层交界面上出现某些缺陷、残留一些气泡和气痕等。这些结构上有缺陷的几何尺寸远大于光波，引起与波长无关的散射损耗，并且将整个光纤损耗谱曲线上移，但这种散射损耗相对前一种散射损耗而言要小得多。综合以上几个方面的损耗，单模光纤的衰减系数一般分别为0.3～0.4dB/km（1310nm区域）和0.17～0.25dB/km（1550nm区域）。ITU-TG.652建议规定光纤在1310nm和1550nm的衰减系数应分别小于0.5dB/km和0.4dB/km。（二）色散系数光纤的色散指光纤中携带信号能量的各种模式成分或信号自身的不同频率成分因群速度不同，在传播过程中互相散开，从而引起信号失真的物理现象。一般光纤存在三种色散：模式色散：光纤中携带同一个频率信号能量的各种模式成分，在传输过程中由于不同模式的时间延迟不同而引起的色散。材料色散：由于光纤纤芯材料的折射率随频率变化，使得光纤中不同频率的信号分量具有不同的传播速度而引起的色散。波导色散：光纤中具有同一个模式但携带不同频率的信号，因为不同的传播群速度而引起的色散。第四节典型光传送网网络结构网络的拓扑结构泛指网络的形状，即网络节点（网元）和传输线路的几何排列。网络的有效性（通道利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形，如图所示。一、链形网此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。这种拓扑的特点是较经济，主要用于SDH、PTN、PON等网络的接入层，链形组网安全性差，在实际组网中尽可能避免该类型组网。二、星形网星形网也称为辐射网，它将网中某一网元作为辐射点，该点与其他节点均有线路相连，其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个中心节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过中心节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽，节约成本，但存在中心节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。中心节点一旦出现故障会造成星形网瘫痪。中心节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于用户接入网。三、树形网此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑的结合，其节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行。树形网也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈，主要用于用户接入网，以及主从网同步方式中的时钟分配网中。四、环形网环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式。这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即自愈功能较强。环形网是目前光传送网的主流结构，广泛用于OTN、PTN、SDH、SPN等网络。五、网孔形网将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠更强