光纤通信论文

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 摘 要

                                       

光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。近几年来,随着技术的进步,电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放,光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面,本文旨在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。

本文首先介绍了光纤通信发展的历史,通过对光纤基本构成:光纤、光源、光检测器特点的介绍,表明光纤通信技术的发展是离不开光器件的发展的,全文围绕光纤通信的容量和速率以及实际应用的几个发展趋势作了详细的介绍,并对世界较前沿的通信技术作了简单的介绍。

通过对光纤通信几个发展趋势进行的学习以及实际工作的了解,发现传统的通信网络无论从业务量设计、容量安排、组网方式,以及交换方式上来讲都已无法适应这些新的发展趋势,各大公司都在设计未来网络的蓝图,诸如可持续发展的网络、一体化网和新的公用网等等,其基本思路都是相同的,即具有统一的通信协议和巨大的传输容量,能以最经济的成本,灵活可靠持续地支持一切已有和将有的业务和信号。

关键词:DWDM  MSTP  TMN  SDH/SONET  智能  ASON  FTTH

 

 

 

                  ABSTRACT

The birth and development of optical fiber communication is a major revolution in telecommunications history. In recent years, advances in technology, telecommunications management system reform and full liberalization of the telecommunications market gradually, the development of optical fiber communication flourish once again presents a new situation, this article seeks to optical fiber communications for a major development focus Description and Prospect.
This paper describes the historical development of optical fiber communication, optical fiber through the basic components: fiber, light source, light detector characteristics of the introduction, that the development of optical communication technology is inseparable from the development of optical devices, and text around the capacity and speed optical fiber communication and the practical application of several trends are described in detail, and the world a more cutting-edge communications technology are introduced briefly.
Optical fiber communications by learning a few trends and practical understanding of the work, found that the traditional communication network design in terms of traffic, capacity arrangements, networking mode, and the way in terms of exchange have been unable to adapt to these new trends major companies in the design of a blueprint for future networks, such as sustainable development, networks, integrated network and the new public network, etc. The basic idea is the same, that is a unified communication protocols and huge transmission capacity, can the most economical cost, flexible and reliable support for all existing and ongoing business and signals to others.

 

Keywords: DWDM  MSTP  TMN  SDH/SONET  ASON  FTTH

 

 

 

 

             

                目录

 

摘 要............................................................................................ 1

ABSTRACT................................................................................... 1

前  言........................................................................................... 1

第1章 概述.................................................................................. 2

    1.1 光纤通信概念................................................................................................ 2

    1.2 光纤通信发展史............................................................................................ 2

第2章 光纤通信向大容量、宽带化、超长距离发展....................... 3

    2.1 大容量、宽带化的发展................................................................................ 3

    2.2 DWDM的发展............................................................................................... 3

第3章 多种业务接入MSTP.......................................................... 6

    3.1  MSTP的应用............................................................................................... 6

第4章 统一的网络管理平台.......................................................... 7

    4.1  统一的网络管理平台.................................................................................. 7

    4.2  TMN............................................................................................................. 7

第5章 网络保护机制和传输体制................................................... 8

    5.1 网络保护机制................................................................................................ 8

    5.2  SDH/SONET体制....................................................................................... 9

第6章 通信网络向智能化........................................................... 11

    6.1 智能化光网络.............................................................................................. 11

    6.2 全光网络的组成   .................................................................................... 12

第7章 光纤到家庭FTTH的发展................................................. 13

    7.1 FTTH............................................................................................................. 13

总结............................................................................................ 15

参考文献..................................................................................... 16

 

 

前 

电信世界正逐步形成充满竞争和挑战的局面,电信和数据通信融合为信息通信的时代已经成为现实,新的有竞争力的公司以更低的价格引入新的服务。随着新技术的不断出现,政府条例的不断放宽,信息产业正在迅速的全球化。今天,有效的信息传输已成为竞争的关键因素之一。因特网的应用和光技术的快速发展使网络发生了根本变化,动态波长和快速波长提供需求是光网络的主要趋势之一。随着这种转变的继续,目前采用波长路由方式承载突发的因特网业务将存在电路交换网络同样的种种缺陷。未来电信级光网络仍然是基于电路的假设驱动了以前的研究。光网络的规模在迅速扩展,光传送网的角色从原来的大容量带宽传送转变为提供端到端的服务连接。

本文第一章介绍了光纤通信的基本概念、发展史和优点、基本本构成及发展前景;

第二章介绍了光纤通信向大容量、宽带宽、超长距离发展的趋势,重点介绍了DWDM技术的应用和超长距离传送的几个关键技术;

第三章首先介绍了多业务接入MSTP在网络中的应用情况,然后详细介绍了MSTP技术的发展历史和现况;

第四章简单介绍了目前光纤通信网管系统的不足和统一网管的要求,最后表明了光纤通信网管系统的发展方向——TMN,及其在通信网络中的应用情况;

第五章对光纤通信中的各种保护机制进行了简单介绍,并介绍了光纤通信中的传输体制SDH/SONET最新的发展:支持集成通用组帧程序(GFP)、链路容量调节方案(LCAS)和自动交换光网络(ASON)标准;

第六章介绍光通信网络向智能网络发展的趋势,ASON技术在智能网络中的应用及实现全光网络技术的意义。

第七章表明FTTH是光纤接入的最终形式,本章还介绍了实现FTTH的几种技术,以及FTTH光纤接入技术必然在中国取得很大的发展,FTTH的规模商用给中国FTTH产业一个正名机会。

 

 

 

            

                   第1章 概述

1.1 光纤通信概念

    所谓光纤通信,就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使光波成为携带信息的载体,必须对之进行调制,在接收端再把信息从光波中检测出来。然而,由于目前技术水平所限,对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内,尚未达到实用化水平,因此目前大都采用强度调制与直接检波方式(IM-DD)。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重,所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。

1.2 光纤通信发展史

80年代一项最重要的技术发展是光纤通信成为一个主要的国际性产业。用光纤敷设的总长度可以表明其发展的程度。据估计,截止2001年底,全世界敷设的光纤总长度就达3.81亿英里。

1955年,英国科学家卡帕尼,发明了玻璃光导纤维。1960年被称为光纤之父的华人高锟等人首先提出了用低吸收的光纤做光通信。1970年,美国的柯林公司做出了每公里20分贝的低损耗光纤,贝尔实验室研制成功室温连续运转的半导体激光器,这奠定了光纤通信的基础。七八年以后,美国在芝加哥市首先开辟了第一条光纤通信线路。再过10年左右,1.55微米波长的光纤损耗率低到0.2个分贝每公里,这样低的损耗就可以传输很远。在同年,英国的南安普敦大学,发明了掺铒光纤放大器。

1989年美国首次进行了波分复用的光通信实验,是四个频道的,四个通道。1998年,美国实现了密集波分复用的长途光通信,它的传输速率达到每秒一个太比特,从此,我们就进入了这样一个高速的时代,太比特的时代。
   中国光通信的历史是在20世纪80年代的上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年代投资的武汉邮电研究院,研制光纤的器件和光纤本身,现在也成为光纤器件的一个最大的研究单位。1995年到1998年,上海交大完成了九五项目,四个节点的全光城域网、实验网。20世纪90年代起,全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路,截止到2004年底,全国敷设光纤总长度已超过350万公里。 2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网;2001年完成了863项目,中国高速示范网;2000年,国家自然科学基金资助了一个项目,中国高速互联研究实验网。现在,我们国内有很多的公司可以批量生产光纤通信的系统和器件。

 

  2章 光纤通信向大容量、宽带化、超长距离发展

2.1 大容量、宽带化的发展

在世界网络带宽保持了50%-100%的年增长速率的同时,中国的干线业务量和带宽需求的实际年增长率均超过了200%。根据美国跨大西洋Internet干线流量统计,中国近几年国内干线数据业务量年增长260%。国际Internet带宽能力年增长245%,五年累增大约100倍。传统的光纤通信发展始终在按照电信号的时分复用(TDM)方式进行,每当传输速率提高4倍,传输每个比特的成本大约下降30%~40%,因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。

单路波长的传输速率受限于集成电路材料的电子和空穴的迁移率;还受限于传输媒质的色散和极化模色散;最后受限于系统的性能价格比。Lucent朗讯科技公司宣布实现了单信道160Gbit/s的传输速率,而目前商用系统从45Mb/s增加到10Gb/s,可以携带12万条话路,其速率在20年时间里提高了2000倍,比同期的微电子技术的集成度增长速度还要快得多。高速系统的出现增加了业务传输容量,而且也为各种各样的新业务,特别是宽带业务和多媒体业务提供了实现的可能。目前,10Gbit/s系统已大批量装备网络,40Gbit/s系统已经商品化进入实用阶段。从网络应用看,带10Gbit/s接口的路由器已经大量应用,带40Gbit/s接口的路由器也已经进入大量应用阶段,为了提高核心网的效率和功能,核心网的单波长速率向40Gbit/s发展是合乎逻辑的。

近年来,能够普遍应用的基于单波道的最高传输容量一直停留在SDH 10Gb/s。40Gb/s的应用需求仍然存在,但它在节点技术、网络应用和系统的性能价格比等方面存在的问题仍然没有很好地得到解决。另外,由于存在具有部分可替代性的解决方案(如DWDM),这也在一定程度上进一步影响了40Gb/sSDH系统大范围走向商用的步伐。对于短距离传输,无须色散补偿、光放大器和外调制器,40Gbit/s系统具有最低的单位比特成本,上述问题不是障碍。40Gbit/s的应用已经由短距离互联应用开始,包括端局内路由器、交换机和传输设备间的互联,乃至扩展至城域网范围和短距离长途应用。

2.2 DWDM的发展

光通信系统可以按照不同的方式进行分类如果按照信号的复用方式来进行分类可分为频分复用系统FDM-Frequency Division Multiplexing、时分复用系统TDM-Time Division Multiplexing、波分复用系统WDM Wavelength Division Multiplexing和空分复用系统SDM-Space Division Multiplexing。传统的光纤传输一般在一个波长信道上进行,如果忽略激光器的线宽和啁啾效应,则对应1550nm处的高斯脉冲,即使采用光时分复用(OTDM)技术使信号速率达100Gbit/s,其所用带宽也仅为光纤带宽的一小部分,考虑到EDFA技术可以在1550nm的光纤低损耗窗口约35nm宽度的窗口提供增益,为了利用这些资源,采用光学分光元件分离波长,利用了一根光纤同时传输多个不同波长的光载波的特点,把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段,每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号,光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用OFDM,从而使光纤的传输容量大幅度增加。为了区分以前在1310nm和1550nms所进行波长复用传输,将这项技术称为密集波分复用(DWDM)技术。近来波分复用技术的大量应用,使光传输速率已在向每秒太比特的数量级进军。

密集波分复用DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性采用多个波长作为载波,允许各载波信道在光纤内同时传输与通用的单信道系统相比密集,ITU-T G.692建议DWDM 系统的绝对参考频率为193.1THz,对应的波长为1552.52nm。不同波长的频率间隔应为100GHz的整数倍,对应波长间隔约为0.8nm的整数倍。DWDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量,充分利用了光纤的带宽,而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点,特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。

1999年Nortel北电公司在Telecom'99上宣布总容量6.4Tbit/s的最高记录。但这两个记录刚刚宣布不久,在11月份的新发明展示会上,Lucent宣布实现了DWDM16Tbit/s的传输实验记录。而近几年来波分复用系统技术发展十分迅猛,目前1.6Tbit/s的波分复用WDM系统已经开始大量商用,2001年日本NEC和法国阿尔卡特公司分别在100km距离上实现了总容量为10.9Tbit/s(273×40Gbit/s)和总容量为10.2Tbit/s(256×40Gbit/s)的传输容量记录,北电又宣布将在2001年提供能在一根光纤上传输64Tb/S的DWDM商用系统。此系统最初将可以从40到80Gb/S向上进行扩展,最高达到64Tb/S。此系统使得北电在Teecom 99上独占光通信的鳌头。这几年,光传输系统容量基本上在几十Tbit/s量级徘徊,新记录主要表现在采用各种不同传输新技术和获得更长无电中继距离方面。
2.3 超长距离光纤通信的发展

光纤通信自从问世以来,一直向着两个目标不断发展。一是延长中继距离,二是提高传输速率(容量)。光纤的色散、色散斜率、偏振模色散、非线性效应(四波混频交叉相位调制等)等性能对超长距离光纤通信提出了新的严格要求。由于光纤的吸收和散射会导致光信号的衰减,光纤的色散将使光脉冲发生畸变,导致误码率增高,信号传输质量降低,限制了通信距离。为了满足长距离传输的需要,必须在光纤线路上加入中继器,以补偿光信号的衰减和对畸变信号进行整形。光纤放大器的出现,尤其在拉曼光纤放大器实用之后,为增大无再生中继距离创造了条件。同时,采用有利于长距离传送的线路编码,如RZ或CS-RZ码;采用FEC、EFEC或SFEC等技术提高接收灵敏度;用色散补偿和PMD补偿技术解决光通道代价和选用合适的光纤及光器件等措施,已经可以实现超过STM-64或基于10Gbit/s的DWDM系统,4000km无电再生中继器的超长距离传输。利用光孤子在一定条件(光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大)下,能够长距离不变形地在光纤中传输的特性,完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制,其传输容量比当今最好的通信系统高出1~2个数量级,中继距离可达几百km。它被认为是下一代最有发展前途的传输方式之一。

2.3.1 超长距离传输(Ultra long haul,ULH)

  OFC-2003报导的最长传输距离也是11000km,传输容量为3.73Tb/s。另外,OFC-2003报导的最高传输速率6.4Tb/s系统的传输距离长达3200km。2004年初武汉邮电科学研究院承担的“863”ULH项目顺利通过了863专家组的验收。此项目是在该院已投入商用的1.6Tb/s DWDM系统的平台上,实现了在5000多公里实际G.652/655光纤上的ULH传输,其中某些关键技术已经应用于国内一级干线工程。

2.3.2 拉曼光纤放大器(distributed Raman amplification)

受激拉曼散射(SRS)将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上;如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内,弱信号光即可以得到放大。近年来光纤拉曼放大器成为研制开发的热点,它具有许多优点:(1)增益介质为普通传输光纤,与光纤系统具有良好的兼容性;(2)增益波长由泵浦光波长决定,不受其它因素的限制,理论上只要泵浦源的波长适当,就可以放大任意波长的信号光;(3)增益高、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度稳定性好。

2.3.3 光孤子(soliton)

  孤子又称孤立波(Solitary wave),是一种特殊形式的超短脉冲,或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。在光纤通信中的频移时,由于折射率的非线性变化与群色散效应相平衡,光脉冲会形成一种基本孤子--光孤子,光孤子能在光纤中传播的长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。利用光孤子特性可以实现超长距离、超大容量的光通信。 光孤子通信系统实验已达到传输速率10~20Gbit/s,传输距离13000~20000公里的水平。实际的光孤子通信存在许多技术难题,但目前已取得的突破性进展使我们相信,光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中,尤其在海底光通信系统中广泛应用。

          

           3章 多种业务接入MSTP

3.1  MSTP的应用

     多业务传送平台(MSTP)——国外称为多业务提供平台(MSPP)或下一代SONET/SDH——是指基于SDH技术,同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送,提供统一网管的多业务节点,其核心处理仍然是基于SDH VC通道的。MSTP是基础传输网络顺应业务网发展需求而提出的综合解决方案的概念,融合了ITU-T及其他标准化组织定义的多种关键技术。

    数据业务的迅速增加,不同的业务采用不同的组网方式,随着SDH/DWDM与ATM/IP技术日趋融合,光传送网络必须具备更强的IP、ATM、TDM综合传送能力,以承载DSLAM、NGN、3G等新型主业务。光网络成为统一的多业务传送平台,在一个物理环路上同时实现RPR环、SDH环、ATM VP环三个逻辑环路,提供环网带宽共享,实现全环网带宽统计复用。

 

图3.1.1 光网络的多业务传送平台示意图

   
   

 

 

 

 

 

 

 

 

SDH Ring

VP    Ring

RP   Ring

MSTP光网络

NGN

综合接入

L2/L3

IP/ATM

DSLAM

 

BTS

Node B

PSTN

接入设备

业务接入

PSTN

GSM

ATM

GSR

NGN软交换

3G

核心交换

业务传送

图3.1.2 MSTP光网络业务传送示意图

\* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT \* MERGEFORMAT      数据网需要MSTP提供更高等级的以太网业务来满足高级别大客户专线的需要;数据网需要MSTP提供端到端的全业务覆盖,而这种覆盖可以通过MSTP的基础SDH已经具备或者即将具备的全覆盖来实现;数据网需要MSTP提供末梢远距离组网和安全保证。基于广覆盖的SDH网络的MSTP技术(在运营商已经存在密度比较大的SDH网上,增加单板可以直接升级到MSTP)能够提供更快捷和可靠的端到端延伸,显然是一种完善当前数据网络延伸层的一个好方法

 

 

 

 

 

 

             第4章 统一的网络管理平台

4.1  统一的网络管理平台

目前网管的状况是:实行分层分级管理,层次多、设备多( DXC、ADM、DWDM等设备网管不统一);网络扩展性差;不能实现端到端(跨多环)的保护要求;不能实现实时管理;网络拓扑的变化不能实时反映到网管。

电信网络正在朝着综合化、全球化、智能化、个人化的方向发展。实现统一的传输网监控并顺利地纳入TMN是光纤网发展的目标之一,而目前的设备不具有这一能力。PDH的网管帧结构中的管理比特少、网管能力差;SDH增强了网管的能力,在帧结构中增加了丰富的管理、维护用开销比特,因此SDH以其丰富的管理开销和特有的复用结构为TMN的应用提供了充分的舞台。然而由于各厂商的信息模型不同,使得不同厂商的网管系统实际上不能互通,其关键在于接口上不可以互通,在短期内SDH还不能达到多厂商的运行环境。WDM系统在操作、管理、维护和配置等功能上都在不断增强,WDM系统设置了重要的网管监控通路,以传输WDM系统的网管信息,其网管更接近TMN模式。

4.2  TMN

电信管理网TMN(Telecommunications Management Network)由ITU-T提出,现已是全球接受的电信管理框架,且许多其他组织也确认了TMN标准TMN是一系列的标准, TMN是一种开放的网络结构,TMN是一个提供管理型业务的专业网,TMN是一种研究和开放网管系统的技术,TMN提供了网管系统平滑过渡的技术手段,TMN提供了一种软件重用的机制。

TU-T TMN标准未来的发展将在很大程度上受到各方面因素的影响,如新的电信技术与相关的管理需求,支持分布式管理的新的计算与通信技术,以及有关TMN的论坛及国际组织所从事的活动。TMN标准化工作第4研究组(SG4) I为迎接这种挑战,SG4采取了一种双轨策略,即以现有技术满足今天的需求,又接纳不断涌现的计算与通信技术,为明天的需求做准备。这种策略产生的最显著影响了TMN 的原则与结构、规范TMN需求与信息模型建立技术,以及建立信息模型等几方面。TMN标准核心是在TMN 实体之间的接口上进行信息通信。目前已经制定出相当数量的标准,用来对交换、信令、ISDN、SDH、ATM/BISDN和GSM进行管理。TMN的原则和结构,主要目标是支持多种通信技术,尤其是分布式管理模式。未来TMN标准规范的发展将取决于ITUT与其它论坛和国际组织(如网管论坛、ATM论坛和对象管理组织等)的伙伴关系, 以及分布处理概念和计算机技术。

 

          第5章 网络保护机制和传输体制

5.1 网络保护机制

   现在的社会对信息的依赖性越来越强,通信网络一旦出错或失效,将会给社会造成极大的损失,因此要确保网络的生存性。网络生存性泛指网络在经受各种故障、甚至灾难性大故障后仍能维持可接受的业务质量的能力,它属于网络完整性的一部分。保护机制是指采用预先规划的方法分配网络资源,用硬件冗余的办法来保证网络对故障的恢复,故失效恢复时间短。在光纤通信中,多种网络保护方式并存,网络保护的方式可以分为两大类,即:路径保护和子网连接保护。路径保护包括线性系统的复用段保护、环网的复用段保护和环网的通道保护等等,都已得到了广泛的应用。但子网连接保护(SNCP:Sub-network Connection Protection)更具组网灵活的特点,再加上各设备厂家对该保护方式都在不断地完善,因而也正在得到越来越多的关注。

5.1.1通道保护PP(Path Protection)

通道保护环的业务保护是以通道为基础的,是否进行保护倒换要根据出、入环的个别通道信号质量的优劣来决定。通道保护环一般采用1+1保护方式,即工作通道与保护通道在发送端永久性地桥接在一起,接收端则从中选取质量好的信号作为工作信号。在进行通道保护倒换时只需在接收端把开关从工作通道倒换到保护通道上,所以不需要使用APS倒换协议,其保护倒换时间小于50ms。常用的通道保护环有二纤单向通道保护环和二纤双向通道保护环两种。
5.1.2复用段保护MSP (Multiplex Section Protection)

复用段共享保护环的工作通道传送业务,其保护通道则留作业务信号的保护之用,复用段共享保护环需要使用APS协议,其保护倒换时间为50ms,分为二纤双向复用段共享保护环和四纤双向复用段共享保护环两种保护方式。复用段共享保护环多用于STM-16和STM-64干线网以及中继网。它的主要优点是:在业务量呈均匀分布的情况下有些容量可重复利用,这种情况下,同样的保护容量适用于不同的故障情况,故复用段共享保护环保护方式能提供高容量使用效率。另一方面,复用段共享保护环只能用于环形网络拓扑结构,而且节点数最多不能超过16个,同时网络中环的容量用满时,就要增加一个新环。目前,复用段共享保护环已被确定用来保护环上的所有传输容量。
5.1.3子网连接保护SNCP (SubNetwork Connection Protection)

子网连接保护是指对某一子网连接预先安排专用的保护路由,这样一旦子网发生故障,专用保护路由便取代子网担当在整个网络中的传送任务。是ITU-T建议中的一个保护功能,采用1+1单端倒换的保护设置,主要用于实现对跨子网业务的进行保护,举用双发选收的特点,不需协议,保护的所有监测、倒换动作都是单站完成,具有很大的灵活性和稳定性。可以提供环带链,环相切,环相交,两环DNI连接防节点失效等组网形式的保护。子网连接保护(SNCP)是唯一的可适用各种网络拓扑结构且倒换速度快的业务保护方式,是一种专用的保护机理,可用于任何物理结构(如网状网、环、或混合结构)的电信传输网及分层中的任何通道层,可以作为保护通道的一部分,也可作为整个端到端的通道。子网连接保护包括利用固有监测的子网连接保护(SNC/I)和利用非介入式监测的子网连接保护(SNC/N)。固有监测是指利用网络的固有可用信息如连接状态、性能数据等,来间接地检测连接情况,能防止服务层故障。非介入式监测是指利用对原来特征信息的只听监测(非介入)来直接地监测连接情况,能防止连接性故障。

5.1.4 双节点互联保护DNI(double network internal)

环网间的环间互通业务可分为SNI(单节点互通连接)方式和DNI(双节点互通连接)方式,对于前者,可以采用线路保护的方式对其进行保护,但这种方式只能对光纤和光发送/接收端口进行保护,在互通节点失效的情况下无法进行保护。在后一种方式下,G.842建议对环间业务的保护方式作出了具体的规定,由于该建议规定了一个环上的两个互通节点分别在复用段共享环和通道环工作方式下的保护方式,因此采用该建议规定的保护方式,可实现不同厂家设备、不同保护方式组成的两个环网间互通业务的保护,且对光纤失效、节点失效均可进行保护。

5.1.5 虚拟环

共享光路,就是低速环网借用高速环网的物理通道作为自己的逻辑通道来实现逻辑上的业务成环。设备引入逻辑子系统,采用专有的共享光纤虚拟路径保护技术,可将一根物理光纤等效为多根逻辑光纤,在一根光纤中可同时支持多种保护方式,支持上述保护方式在同一光纤上组合,保护级别可按VC-12或VC-4级别设置,实现业务分类保护和复杂网络的保护。

5.2  SDH/SONET体制

SDH/SONET是电信网的主导传送体制。然而,由于WDM的出现和发展,SDH的作用和角色有了很大转变。在长途干线网上,SDH的作用已经降低为WDM层的客户层,其角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的客户层信号特点,SDH必须从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台,即融合的多业务节点。其出发点是充分利用大家所信任的SDH技术,特别是其保护恢复能力和确保的延时性能,加以改造以适应多业务应用,支持层2乃至层3的数据智能,构成业务层和传送层一体化的多业务传送平台(MSTP)。
    近几年,随着网络中数据业务份量的持续加重,SDH/SONET多业务平台正逐渐从简单地支持数据业务的固定封装和透传的方式向更加灵活有效支持数据业务的下一代SDH系统演进和发展。最新的发展是支持集成通用组帧程序(GFP)、链路容量调节方案(LCAS)和自动交换光网络(ASON)标准。
5.2.1 GFP  

是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的通用标准信号适配映射技术,简单灵活,开销低,效率高,有利于多厂家设备互联互通,能够对用户数据实施统计复用,还有QoS机制。此外,利用简化任意字节块每次的处理过程,GFP降低了对数据链路映射和去映射过程的处理要求。利用现代光通信的低误码特性,GFP还进一步降低了接收机实施复杂性、设备尺寸和成本,使GFP特别适合于高速传输链路应用,例如点到点SDH链路、OTN中的波长通路以及暗光纤应用。
5.2.2 LCAS   

定义了一种可以平滑地改变传送网中虚级联信号带宽的方法,以自动适应有效业务带宽,信令传输由普通的SDH网元和网管系统完成。采用LCAS的最大优点在于有效净负荷可以自动映射到可用的VC上,这意味着带宽的调整是连续的,不仅提高了带宽指配速度,对业务无损伤,而且当系统出现故障时,可以动态调整系统带宽,无须人工介入,还可以在保证服务质量的前提下明显提高网络利用率。

5.2.3 ASON  

可以动态地实施连接建立和管理,使网络具有自动选路和指配功能。若下一代的SDH多业务平台能将上述VC级联,GFP,LCAS和ASON几种标准功能集成在一起,再配合核心智能光网络的自动选路和指配功能,则不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力,而且可以将核心智能光网络的智能扩展到网络边缘,增强网络的智能范围和效率。

 

 

 

 

             第6章 通信网络向智能化

6.1 智能化光网络

自动交换光网络,也被称为智能光网络,在ITU-T的标准中,指通过引入控制层面,使网络具有自动的连接建立和修改功能,以及提供连接恢复能力的光传送网络。控制层面本身能够支持不同的技术,不同的业务需求以及不同的功能组合。ITU-T的标准把与底层无关的智能传送网络称为自动交换传送网(ASTN),而底层为光传送网(OTN)的ASTN称为自动交换光网络(ASON)。

智能光网络的应用使光网络从仅提供传输通道变为提供光业务解决方案。从而能提供多种高质量的带宽应用与服务。包括:

 1、OVPN ;2、业务SLA;3、流量工程;4、带宽出租、带宽批发、 带宽贸易、实时计费;5、分布式恢复;6、SPC(软永久连接)/SC(交换连接)/PC(永久连接)

6.1.1光虚拟专用网OVPN    

使运营商将光网络分成多块提供给多个客户,并且提供监控功能,提供更具灵活性和多功能的波长业务,具有共享的经济性、灵活性、可靠性、安全性和可扩展性等优异特征。运营商的客户将有能力控制自己的光网络资源。OVPN业务基于用户接口,业务基本单元是一对用户边缘设备(CE)之间的一个光连接或者时分复用(TMD)连接;一个用户接口可连接到多个远端CE接口。同一CE接口中的多个通道共享相同的特征参数,而不同CE接口中的通道特征参数不必相同。用户侧具有: 独立的地址机制,受限连接机制,按需连接机制,灵活的控制机制等特点。

6.1.2服务等级协定(SLA)

解决用户和服务提供商之间有关保证服务质量的问题,是服务提供商和用户双方之间,在服务品质、优先权和责任义务等方面达成的协议,是一种电信服务评估标准。通过实际的系统应用使用户明确自己的需求,帮助服务提供商了解用户需求及用户使用网络的情况,从而制订相应的服务质量管理发展规划,优化服务,提升核心竞争力。通用的SLA管理系统功能框架由SLA数据管理、SLA问题管理和SLA管理3个部分组成。

6.1.3流量工程 

将业务流映射到网络的物理拓扑上的任务被称作流量工程。流量工程可以平衡网络中不同的链路、路由器和交换机之间业务负荷,有效利用整个网络的资源。未来的网络流量工程结构最新的技术发展使Internet骨干网路由器具有高速链路接口和优良的交换转发性能,使得基于路由器的核心网用一套设备即可实现流量工程的功能。目前最有希望的技术是多协议标记交换(MPLS,Multi-Protocol Label  Switch)技术。MPLS的流量工程结构包括4个基本组成部分:包转发单元、信息发布单元、路径选择单元和信令单元。
6.1.4 分布式恢复 

网络规模的增大和复杂程度的提高给现有的集中式故障恢复策略的实施带来了困难,而分布式恢复策略可以有效地减少网络规模与故障恢复之间的相关性,业务的恢复可独立于中心网管,在设备层完成,因而恢复速度更快,代表今后的发展方向。现有的分布式网络恢复协议除了Grover的SHN(自愈网)算法,还有Bellcore的FITNESS对算法、RREACT算法、Komine算法、双向算法和Trans算法等,

6.1.5 SPC(软永久连接)/SC(交换连接)/PC(永久连接)  

PC和SPC连接都是由管理平面发起的对连接的管理。PC和SPC的区别在于光网络内建立连接是利用网管命令还是实时信令,这两种方式都是由运营商发起建立的业务连接。SC连接通过UNI信令接口发起,用户的业务请求通过控制平面(包括信令代理)的UNI发送给运营商,即由用户直接发起建立业务连接。

6.2 全光网络的组成    

随着光网络需求和技术的发展,全光网络的结构从功能上将由两层组成:光核心网络和光边缘网络。光核心网络主要由以下网络单元组成:光传送系统,混合ADM/宽带数字交叉连接系统,光分插复用器(OADM)和光交叉连接器(OXC),智能光交换系统,太比特路由器。光传送系统通过光纤分离的光通道传送多种信号;混合ADM/宽带数字交叉连接系统存在于边缘网络和核心网络的边界,是宽带数字交叉连接和SDH的集成,但增加了TDM和包交换/疏导的功能,提供SONET/SDH层到光层的直接过渡;光网络中的光分插复用器(OADM)和光交叉连接器(OXC)节点直接分插交叉光通道,无须进行信号的光电转换,在基于DWDM的网络激增的年代,消除了带宽瓶颈,容量可望大幅度扩展,随之带来的透明性还可以使其支持各种客户层信号,功耗较小,具有更长远的技术寿命;智能光交换系统作为一种网络单元,把光交换器件的功能和SDH ADM、宽带数字交叉连接系统和数据交换系统的部分特征结合在一起,用于运营商骨干网络的主要节点。光边缘网络中DWDM的作用是提供业务层到光层的桥梁。

 

        第7章 光纤到家庭FTTH的发展

7.1 FTTH

FTTH 是光纤接入网发展的一种最终形式,光纤接入网(统称FTTx)以光网络单元(ONU) 的位置所在,分为FTTH、光纤到大楼(FTTB)、光纤到驻地(FTTP)和光纤到路边(FTTC)等几种情况。

现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务有一定优势。与FTTH相比价格便宜利用原有铜线网使工程建设简单,对于目前1Mbps-500kbps影视节目的传输可满足需求。对于不久的将来要发展的宽带业务,如:网上教育,网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视,上下行传输不对称的业务,ADSL就难以满足。尤其是HDTV,目前其传输速率需19.2Mbps。通常认为对QoS有所保证的ADSL的最高传输速率是2Mbps,难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时,非FTTH不可。

光纤接入网的正式名称是光纤用户环路(FITL , Fiber inthe loop),各种光纤接入技术都可能用作FTTH 的解决方案。根据技术体制,则可分为PDH 光接入技术、SDH 光接入技术、ATM 光接入技术和以太网光接入技术等。对于住宅或者建筑物来讲,用光纤连接用户,主要有两种方式:一种是用光纤直接连接每个家庭或大楼;另一种是采用无源光网络( PON) 技术,用分光器把光信号进行分支,一根光纤为多个用户提供服务。有源光网络技术和产品有初期的SLIC (SubscriberLine Interface Circuit)和后来的DLC(Digital LoopCarrier)、IDLC (Integrated Digital Loop Carrier)等,国际电信联盟提出的基于PDH的灵活复用和基于SDH的灵活复用也属于有源光接入技术。现在也有把波分复用(WDM)技术用于光接入网的。实际上,包括目前应用较广泛的点到点(PTP)的MC,都属于有源光纤接入。

近来无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,复盖范围达100米以上,目前已可商用。采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,形成光纤到家庭+无线接入(FTTH +无线接入)的家庭网络。因PON无上行信号,不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX(IEEE802.16)复盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势, 但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。

7.1.1 点到点PTP 

从中心局到每个用户都用一根光纤.点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。另外上行的全部带宽可被一个终端所用,这非常有利于带宽的扩展. 但这些优点远不能抵消它在器件和光纤成本方面的劣势。

7.1.2 EPON(ethernet PON)

以以太网为载体,采用点到多点结构、无源光纤传输方式,下行速率目前可达到10 Gbit/s ,上行以突发的以太网包方式发送数据流;消除ATM和SDH层,降低初始成本和运行成本;大量采用以太网技术成熟的芯片,实现较简单,提供一定的运行维护和管理(OAM)功能及多层安全机制。EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性。而且EPON 还可以轻松实现带宽到10 Gbit/s的平滑升级。新发展的服务质量(QoS)技术使以太网对语音、数据和图像业务的支持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级(p802. lp )和虚拟局域网(VLAN)、VPN、闭合用户群。

7.1.3 GPON (gigabit PON)    

GPON支持高速率,高效率支持多种业务,提供丰富的OAM&P功能和良好的扩展性。大多数先进国家运营商的代表,提出一整套“吉比特业务需求”( GSR) 文档,在GSR 文档中要求 :(1) 支持全方位服务 (2) 物理覆盖至少20 km ,协定内逻辑支持范围60 km(3) 支持同一种协定下的多种速率模式 (4) 针对点对点的服务管理需提供OAM&P(Operation、Administ ration、Provisioning) 的能力。(5) 针对PON 下行流量是以广播传送之特点,提供协定层的安全保护机制。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                总结

21世纪以来,光通信技术取得了长足的进步,但这些进步的取得,是包括光传输媒质、光电器件、光通信系统,以及网络应用等多方面技术共同进步的结果。随着光通信技术进一步发展,必将对21世纪通信行业的进步,乃至整个社会经济的发展产生巨大影响。21世纪是知识经济时代,信息产业则是知识经济时代的支柱产业,信息产业的发展与光电子技术的发展有着紧密的联系。刚刚过去的20世纪是微电子的时代,微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展,随着信息技术的发展,大容量光纤通信网络的建设,光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出:“90年代,全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展,谁在光电子产业方面取得主动权,谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论:“21世纪具有代表意义的主导产业,第一是光电子产业,第二是信息通信产业,第三是健康和福利产业……”,可以断言,光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。有专家预测,21世纪将是“光子世纪”,十年内,光子产业可能会全面取代传统电子工业,形成50000亿美元的产值,成为本世纪最大的产业。如此巨大的市场吸引了众多的商家以及政府机构的极大兴趣和关注,必然引来光纤通信技术更大的发展。

 

 

 

 

 

 

             参考文献

[1]、杨世平,张引发等.SDH光同步数字传输设备与工程应用.人民邮电出版社.2005年4月

[2]、韦乐平,李英灏.SDH及其新应用.人民邮电出版社.2005年2 月

[3]、韦乐平.光同步数字传送网.人民邮电出版社,2005

[4]、纪越峰等.现代通信技术.北京邮电大学出版社.2002年3月

[5]、杨淑雯.全光光纤通信网.科学出版社.2004年1月

[6]、顾生华.光纤通信技术.北京邮电大学出版社.2005年1月

[7]、金明晔、张智江.DWDM技术原理与应用.电子工业出版社.2004年1月

[8]、纪越峰.接入网. 人民邮电出版社.2006年3月

[9]、张杰.自动交换光网络ASON.人民邮电出版社.2004年2月



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