《全光通信网》课件全光通信网（总复习）.pptx

1、复复 习习 串串 讲讲全光通信网全光通信网内容内容提要提要一一.概述概述光网络的基本概念光网络的基本概念 代表由光纤提供的大容量、长距离、高可靠的链路传输手段。网络 强调在上述媒质基础上，利用先进的电或光交换技术，引入控制和管理机制，实现多节点间的联网，以及针对资源与业务的灵活配置。光网络（ON，Optical Network）全光网络（全光网络（AON，All Optical Network）业务信号的上传、下载及交换过程均以光波的业务信号的上传、下载及交换过程均以光波的形式进行，而没有任何的光电及电光转换，形式进行，而没有任何的光电及电光转换，全部过程都在光域范围内完成。全部过程都在光域范

2、围内完成。不受检测器、调制器等不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限光电器件响应速度的限制，对比特速率和调制制，对比特速率和调制方式透明，可以大大提方式透明，可以大大提高整个网络的传输容量高整个网络的传输容量和交换节点的吞吐量。和交换节点的吞吐量。光传送网络(OTN，Optical Transport Network)在现有的传送网在现有的传送网中加入光层，提中加入光层，提供光交叉连接和供光交叉连接和分插复用功能，分插复用功能，提供有关客户层提供有关客户层信号的传送、复信号的传送、复用、选路、管理、用、选路、管理、监控和生存性功监控和生存性功能。能。子网内全光透明，而在子网边界处采用子网内全

3、光透明，而在子网边界处采用O/E/O技术。技术。2023-5-14全光通信网全光通信网2.光网络的热点研究问题和发展方向光网络的热点研究问题和发展方向一一.概述概述3.光网络的发展历程光网络的发展历程一一.概述概述ADMADMADMADMADMADMSDH/SONET环网SDH/SONET环网链路传输采用光技术，而交换采用电技术；交换粒度：一般为STM-1（155Mb/s），可对E1 （2Mb/s）分插复用。第一代光网络：第一代光网络：SDH/SONET环网环网OXC，OADM+DXC，ADM驱动力：光传输容量急剧提高，节点处交换量大增 （Tb/s至Pb/s）ADMADMADMOADMADMO

4、ADMADMOADMADMOADM第二代光网络：第二代光网络：OTNrouterrouterrouterOADMrouterOADMrouterOADMrouterOADMOXC，OADM+router驱动力：动态带宽分配，集成的智能控制层面。第三代光网络：智能光网络第三代光网络：智能光网络WDM技术的出现波分复用波分复用(WDM:Wavelength Division Multiplexing)在一根在一根光纤光纤中用中用不同波长不同波长的光载波同时传输若干个信道的信号的光载波同时传输若干个信道的信号4.WDM系统的工作原理系统的工作原理一一.概述概述合波器分波器 1 2 3n 1 2 3n

5、 利用波分复用器（合波器）在发送端将不同波长的信息利用波分复用器（合波器）在发送端将不同波长的信息光载波合并在一起送入一根光纤进行传输，在接收端，再由光载波合并在一起送入一根光纤进行传输，在接收端，再由另一波分复用器（分波器）将不同的光载波分开。另一波分复用器（分波器）将不同的光载波分开。二二.全光通信网组网关键网元全光通信网组网关键网元1.光开关光开关光开关应用范围、分类光开关应用范围、分类1.光开关光开关光开关主要性能指标光开关主要性能指标1.光开关光开关单个单个光开关光开关的性能参数的性能参数MEMS光开关工作原理光开关工作原理1.光开关光开关二维MEMS光开关示意图二维二维MEMS开关

6、需要开关需要N2个微镜来完成个微镜来完成NN自由空间光交叉连接自由空间光交叉连接 1.光开关光开关3dB定向耦合器定向耦合器I2I1O1(不加热不加热)O2(加热加热)热光移相器热光移相器(薄膜加热薄膜加热)Ln 1，2 1 1(p p)1,2(-p p)2(-(-p p/2)1(-p p/2/2),2(-p p/2/2)1(p p),2(-p p)1(p p/2),2(-p p/2/2)不加热时为交叉连接不加热时为交叉连接加热时为平行连接加热时为平行连接120sin()(2outinPTPTp直通臂）220cos()2outinPTPTp（交叉臂）0TTp为相位的变化为相位的变化.MZI型热

7、光开关工作原理型热光开关工作原理1.光开关光开关设信号从设信号从I1端输入，则从端输入，则从O1端与端与O2端输出的透射率分别为：端输出的透射率分别为：不通电流加热：不通电流加热：1 2，2 1 通电流加热：通电流加热：1 1，2 22.光交叉连接设备光交叉连接设备 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4光开关光开关 1 1OXC的主要功能的主要功能2.光交叉连接设备光交叉连接设备由输入部分、光交叉连由输入部分、光交叉连接部分、输出部分、控接部分、输出部分、控制和管理部分以及本地制和管理部分以及本地上下业务接口上下业务接口5个功能个功能模

8、块构成。模块构成。输入部分包括放大器输入部分包括放大器EDFA和波长解复用和波长解复用DMUX，将每根光纤上，将每根光纤上的光信号放大、分离后的光信号放大、分离后送交叉连接矩阵。送交叉连接矩阵。输出部分，均功器的输出部分，均功器的作用是对受到不同衰作用是对受到不同衰减的光波长信号进行减的光波长信号进行功率均衡，以减小不功率均衡，以减小不同光波长间的干扰。同光波长间的干扰。控制和管理部分属于电控制和管理部分属于电子设施，通过信令协议子设施，通过信令协议接收用户及网管系统请接收用户及网管系统请求，完成自动保护倒换、求，完成自动保护倒换、连接指配、波长选路等连接指配、波长选路等功能。功能。OXC的基

9、本结构和原理的基本结构和原理OXC的主要性能指标的主要性能指标2.光交叉连接设备光交叉连接设备 光纤光纤交叉连接交叉连接波长交叉连接波长交叉连接子波交叉连接子波交叉连接F1FnF1Fn输入输入FODUk输出输出几种主要的几种主要的OXC结构结构2.光交叉连接设备光交叉连接设备几种主要的几种主要的OXC结构结构2.光交叉连接设备光交叉连接设备 NN接收模块OXC NN NN波分复用器波分复用器空间光开关矩阵空间光开关矩阵波分解复用器波分解复用器12Nf21M21发送模块Nf几种主要的几种主要的OXC结构结构2.光交叉连接设备光交叉连接设备 NN接收模块OXC NN NN星型星型耦合器耦合器空间光

10、空间光开关矩阵开关矩阵可调谐可调谐滤波器滤波器星型星型耦合器耦合器12Nf21MNf21发送模块3.光分插复用器光分插复用器ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37Input portSingle wavelength add portsSingle wavelength drop portsOutput portch353.光分插复用器光分插复用器OADM的主要功能的主要功能OADM的主要指标的主要指标几种常用的几种常用的OADM光开关光开关输出信号输出信号输入信号输入信号解解复复用用器器复复用用器器上路波长上路波长下路波长下路波长1550nm信号信号1510nm信号信号ED

11、FAMUX/DEMUXMUX/DEMUXEDFA光保护版光保护版OPU光保护版光保护版OPU1510nm信号信号分插分插模块模块上上下下传输速率传输速率2048kb/s几种常用的几种常用的OADMInputOutputAWG SW SW SWDropAdd几种常用的几种常用的OADM三、光交换技术三、光交换技术三三.光交换技术光交换技术1.光交换技术的分类和发展光交换技术的分类和发展Choose capacityand path/next-hop以分组为单位进行交换、传输以分组为单位进行交换、传输AB1234567813645728282812345678457123123123123(a)C

12、ross-Connect(1000 by 1000,ms switching time)123123123123(b)Packet-Switch(64x64,with ns switching time)22434311光路交换与光分组交换光路交换与光分组交换光路交换与光分组交换光路交换与光分组交换2.空分光交换空分光交换三三.光交换技术光交换技术几种空分光交换网络几种空分光交换网络 绝对无阻塞型：绝对无阻塞型：不需特殊的交换算法就能将任何入不需特殊的交换算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线。线连接至任何未占用的出线。广义无阻塞型：广义无阻塞型：利用特殊的交换算法就能将任何入利用特殊的交换

13、算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线。线连接至任何未占用的出线。可重构无阻塞型：可重构无阻塞型：将目前存在的连接重新调整后可将目前存在的连接重新调整后可以能将任何入线连接至任何未占用的出线。以能将任何入线连接至任何未占用的出线。有阻塞型：有阻塞型：虽然入线和出线都空闲，但是由于交换虽然入线和出线都空闲，但是由于交换网络内部结构问题，在它们之间无法建立连接。网络内部结构问题，在它们之间无法建立连接。10320输入输入输出输出123不需特殊的交换算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线不需特殊的交换算法就能将任何入线连接至任何未占用的出线 以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能。以时分复

14、用为基础，用时隙互换原理实现交换功能。即在时间轴上将复用的光信号的时间位置即在时间轴上将复用的光信号的时间位置t1t1转换成另一个转换成另一个时间位置时间位置t2t2。时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N N个时隙，个时隙，并分配给并分配给N N路信号，再把路信号，再把N N路信号复接到一条光纤上，在接路信号复接到一条光纤上，在接收端用分接器恢复各路原始信号。收端用分接器恢复各路原始信号。时分时分光光交换原理图交换原理图保护保护时隙时隙保护保护时隙时隙保护保护时隙时隙路由标记路由标记载荷同步比特载荷同步比特分组头同步比特分组头同步比特时隙时隙 T:1.64

15、6s=128byte(分组头为分组头为622Mbit/s)5字节字节14字节字节2字节字节102字节字节5字节字节分组头分组头180ns64.3ns26ns64.3ns载载 荷荷1311ns时间时间保护时隙保护时隙用来补偿光器件的交换时间、净荷在节点处可能的抖动以及在网络节点用来补偿光器件的交换时间、净荷在节点处可能的抖动以及在网络节点接口处同步单元的有限的冲突解决能力。接口处同步单元的有限的冲突解决能力。载荷比特率在一定程度上是透明的载荷比特率在一定程度上是透明的(比特比特率可变率可变)。光分组的固定时隙长度可简化同步操作。光分组的固定时隙长度可简化同步操作。2.5-10G4.光分组交换光分

16、组交换 光分组的预放大和光分组的预放大和同步、净荷定位和同步、净荷定位和缓存、信头提取等缓存、信头提取等 负责冲突解决、负责冲突解决、信头插入、输出信头插入、输出同步、信号放大同步、信号放大负责光分组路由、上负责光分组路由、上/下下路、解决冲突等，路、解决冲突等，决定决定了节点的交换速率、吞了节点的交换速率、吞吐 量、可 扩 展 性 等吐 量、可 扩 展 性 等分析、判断报头信息，发出同步、交换路由分析、判断报头信息，发出同步、交换路由的控制信号去控制输入模块和交换矩阵，再的控制信号去控制输入模块和交换矩阵，再产生新报头信息输入到输出模块中产生新报头信息输入到输出模块中三三.光交换技术光交换技

17、术5.光突发交换光突发交换2023-5-14全光通信网全光通信网OBS的的BDP和和BCP传输示意传输示意OBS网络数据和控制分离网络数据和控制分离OBS基本思想是数据分组基本思想是数据分组与控制分组的传输相分离，与控制分组的传输相分离，提前发送控制分组，为随提前发送控制分组，为随后的数据分组预留资源和后的数据分组预留资源和建立传输通路。建立传输通路。OBS边缘路由器负责数据边缘路由器负责数据分组的汇集和分发，检测分组的汇集和分发，检测数据分组的源数据分组的源/目的地址和目的地址和服务等级，分类组装成突服务等级，分类组装成突发分组发分组BDP，产生相应的，产生相应的控制分组控制分组BCP。OB

18、S核心节点由交叉连接和核心节点由交叉连接和控制机构两部分组成，控制控制机构两部分组成，控制机构负责收发机构负责收发BCP消息，依消息，依照照BCP内容协同交叉连接机内容协同交叉连接机构预留资源为随后将至的构预留资源为随后将至的BDP建立光突发连接通路。建立光突发连接通路。OBS网络的入口边缘路由器功能结构网络的入口边缘路由器功能结构 Packet(a)vs.Burst(b)Switching Incoming fibers Fixed-length(but unaligned)FDLs Synchronizer Header Payload Setup Header recognition,p

19、rocessing,and generation Switch 1 B C D New headers 2 1 2 2 1(a)A Switch 2 1 1 2(b)O/E/O Control packet processing (setup/bandwidth reservation)2 2 1 1 Control packets Data bursts Control wavelengths A B C D Data wavelengths Offset time 三三.光交换技术光交换技术四、光传送网技术四、光传送网技术OTNOTN即光传送网，即光传送网，Optical Transpor

20、t NetworkOptical Transport NetworkWDMWDM的大容量传送机制的大容量传送机制SDHSDH的电层处理机制的电层处理机制OTN复用复用传送传送点对点点对点WDM复用、传送、组网复用、传送、组网保护、交换保护、交换同步、管理同步、管理WDM网络网络OTN分层结构分层结构 将整个光层细分为：将整个光层细分为：光信道层(OCh)、光复用段层(OMS)、光传输段层(OTS)光信道层又分为三个电域子层：光信道层又分为三个电域子层：光信道净荷单元(OPU)、光信道数据单元(ODU)、光信道传送单元(OUT)Optical Channel layer networkOptic

21、al Channel layer network光信道层（光信道层（OChOCh）Optical Multiplex SectionOptical Multiplex Sectionlayer networklayer network光复用段层（光复用段层（OMSOMS）Optical Transmission SectionOptical Transmission Sectionlayer networklayer network光传输段层（光传输段层（OTSOTS）客户层客户层光层光层光信道净菏单元（光信道净菏单元（OPUOPU）光信道数据单元（光信道数据单元（ODUODU）光信道传送单元

22、（光信道传送单元（OTUOTU）光信道光信道OChOCh光域光域3 3个电域子层个电域子层IPIP、ETHERNETETHERNET、ATMATM、SDH/SONETSDH/SONET1.光传送网的分层结构光传送网的分层结构 再生段再生段TM REGADMTM再生段再生段复用段复用段复用段复用段通通 道道光缆光缆光缆光缆光缆光缆OTN的分层结构与实际设备连接关系示意图的分层结构与实际设备连接关系示意图 SDHNESDHNEOTSOCh电通信信道电通信信道NE:网元终端网元终端 OXC:光交叉连接器光交叉连接器 OADM：光分插复用器：光分插复用器OA:光光放大器放大器 OCh:光通道光通道 O

23、MS:光复用段光复用段 OTS:光传输段光传输段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM光通道数字包封器的帧结构光通道数字包封器的帧结构(25516字节）字节）2.数字包封技术数字包封技术OMSnOTSnOTM-n.mFullfunctionalityOChOTUkVOTUkV只能和自己的设备相连，用到只能和自己的设备相连，用到了一些自己的技术了一些自己的技术OTUkODUkClients(e.g.STM-N,ATM,IP,Ethernet)OPUkODUkP：端到端通道监测：端到端通道监测ODUkT：串联连接监测：串联连接监测OPSnOTM-0.mOTM-nr.mReduc

24、edfunctionalityOChrOChsubstructureOTUk用于和其他厂家的设备互连，用于和其他厂家的设备互连，信号格式有确定的标准信号格式有确定的标准m：接口所能支持的信号速率类型或组合：接口所能支持的信号速率类型或组合OTUkV对复帧、对复帧、ODU同同步映射及步映射及FEC的支持是的支持是可选的可选的客户信号的映射复用、客户信号的映射复用、OTN开销的插入开销的插入OTUk/OTUkV：完全：完全/功功能标准化光通路传送单元能标准化光通路传送单元OCh/OChr：全功能：全功能/简化简化功能光通道功能光通道G.709定义的光传送模块定义的光传送模块OTM-n的结构的结构透

25、明域透明域内接口内接口透明域透明域间接口间接口n：接口传送系统允许的：接口传送系统允许的最低速率信号时所能支持最低速率信号时所能支持的最多光波长数目的最多光波长数目OTM-0.m:物理接口只是物理接口只是单个无特定频率的光波，单个无特定频率的光波，不支持光监控通道不支持光监控通道电域电域TDM光域光域WDM光信号的复用、放大光信号的复用、放大及光监控通道的加入及光监控通道的加入k=1对应对应2.5Gbit/sk=2对应对应10Gbit/sk=3对应对应40Gbit/sOTN的复用和映射的复用和映射各种不同的业务信号各种不同的业务信号映射映射光通道层（光通道层（OCh）？+OPUk 开销开销OP

26、UkOTUk映射映射映射映射光通道层（光通道层（OCh或或OChr）客户层信号客户层信号如如IP、Ethernet和和STM-N信号信号+ODUk 开销开销ODUk映射映射+OTUk 开销开销调制调制光通道载波（光通道载波（OCC或或OCCr）调制调制光通道传送单元（光通道传送单元（OTUk）光传送模块光传送模块OTM-n.m？光通道层（光通道层（OCh）信号）信号调制调制光通道载波光通道载波（OCC)光通道载波开销光通道载波开销（OCCo）光通道载波净荷光通道载波净荷（OCCp）n波分复用波分复用光通道层载波组光通道层载波组（OCG-n.m）映射映射光传送模块（光传送模块（OTM-n.m）+

27、光监控信道光监控信道光复用单元光复用单元(OMU-n.m)+OMSn开销开销ClientClient数字包封数字包封ODUODUk kFECFECOHOHOPUOPUk kOHOH随路开销随路开销ClientClientOHOH电层电层ClientClientODUODUk kFECFECOHOHOPUOPUk kOHOHClientClientOHOHO OCh PayloadCh PayloadE/OE/OE/OE/OOPS0OPS0OPSnOPSnOMSnOMSnOTSnOTSnOTM-OTM-nr.mnr.mOTM-OTM-0.m0.mOTM-n.mOTM-n.m非随路开销非随路开销O

28、OSOOSOSCOSCOHOHOHOHOHOHO OCh PayloadCh PayloadOCCOCCOCCOCCOCCOCC光层光层客户侧信号客户侧信号OTUkOTUkODUkODUkOPUkOPUk4.OTN的信息结构的信息结构五、五、IP over WDM1.IP over SDH基本原理基本原理五、五、IP over WDM把把IPIP数据包映射进数据包映射进SDHSDH帧分帧分3 3步：步：1）把）把IP数据数据包包映射进映射进PPP帧中帧中的净荷信息字段的净荷信息字段2）把）把PPP帧映射帧映射进进SDH同步净荷同步净荷中中3）SDH同步净同步净荷加上段开销和荷加上段开销和通道开

29、销形成通道开销形成SDH帧帧2.IP over WDM五、五、IP over WDM六、自动交换光网络六、自动交换光网络 通过能提供通过能提供自动发现自动发现和和动态连接动态连接建立功建立功能的能的分布式分布式（或部分分布式）（或部分分布式）控制平面控制平面，在，在OTN或或SDH网络之上，实现动态的、基于网络之上，实现动态的、基于信信令令和策略驱动控制的一种网络。和策略驱动控制的一种网络。ASON：由用户或网管动态发起业务请求，网元：由用户或网管动态发起业务请求，网元自动计算和选择路径，并通过信令控制实现自动自动计算和选择路径，并通过信令控制实现自动发现和连接的建立、修改、拆除等功能，融交换

30、、发现和连接的建立、修改、拆除等功能，融交换、传送为一体的新一代光网络。传送为一体的新一代光网络。六、自动交换光网络六、自动交换光网络ASON体系结构体系结构ASON体系结构体系结构永久连接永久连接(PC)软永久连接软永久连接(SPC)交换连接交换连接(SC)连接控制接口连接控制接口(CCI)网络管理网络管理A接口接口(NMI-A)网络管理网络管理T接口接口(NMI-T)控制平面控制平面(CP)管理平面管理平面(MP)传递平面传递平面(TP)传送平面传送平面传送通道传送通道管理通道管理通道管理平面管理平面网络设备网络设备ASON的实现原理的实现原理三个平面的功能特点三个平面的功能特点控制通道控

31、制通道控制网元控制网元控制平面控制平面控制平面信令信令模块模块路由路由模块模块资源管理资源管理模块模块路由信息扩展、收集、路径计算连接的建立、删除与维护邻居发现、故障定位、资源发现最佳业务路径路径请求链路资源信息连接建立、拆除请求故障定位信息、控制链路信息控制平面的工作过程控制平面的工作过程PCSPCSC连接发起/拆除连接配置连接建立方式连接建立速度业务调用方式适应业务的特点重路由能力三种连接比较三种连接比较管理平面管理平面管理平面管理平面管理平面管理平面控制平面控制平面控制平面控制平面控制平面控制平面指配连接指配连接混合连接混合连接信令连接信令连接业务提供者发起业务提供者发起用户发起用户发起较慢较慢快快很快很快不支持不支持支持支持支持支持对实时性要求不高对实时性要求不高业务存在时间较长业务存在时间较长突发性强、业务突发性强、业务持续时间不长持续时间不长ASON智能光传送节点技术智能光传送节点技术