1、第4讲光纤传输体系与光网络 第4讲 光纤传输体系与光网络 1光纤准同步数字传输体系光纤准同步数字传输体系 2光纤同步数字传输体系光纤同步数字传输体系 3光纤通信复用技术光纤通信复用技术 4光纤传输网络光纤传输网络 5光纤接入网光纤接入网 6光纤有线电视系统光纤有线电视系统 第4讲光纤传输体系与光网络 1光纤准同步数字传输体系光纤准同步数字传输体系 1.1复接的基本概念复接的基本概念1.PCM复用与数字复用复用与数字复用数字通信系统中，扩大系统的通信容量，通常采用两种方法来实现。第一种：是基群采用的对各路信号分别进行抽样、量化、编码的方法，在这个过程进行合路，达到多路复用的目的。第二种：采用数字
2、复用的方法，将几个经PCM复用后的信号进行时隙叠加合成。叠加后的信号数码率提高，但对每一个话路的编码速度没有提高。第4讲光纤传输体系与光网络 2.数字复接系统的构成数字复接系统的构成由复接器（DM）和分接器（DDM）两部分组成。数字复接器：把两路或两路以上的低次群数字信号，按时分复用方式，合并成一路高次群数字信号。数字分接器：把已合并的高次群数字信号分解成原来的低次群数字信号。数字信号的复接通常有三种情况。一是几个低次群信号用一个高稳定度的主时钟来控制，数码率统一在主时钟的频率上，各低次群支路信号的频率相位完全确定，其码元经压缩、移相后，复接时不会产生重叠和错位。第4讲光纤传输体系与光网络 二
3、是几个低次群信号是由各自的时钟源产生的，它们的标称数码率相同。在各低次群复接之前，必须对各低次群信号进行码速调整，使它们相互同步，同时使数码率符合高次群帧结构的要求。三是复接的各低次群信号不仅使用异源时钟，而且速率各不相同。在复接前，要使被复接的信号速率与传输信道的速率相适配，同时要进行码速调整，以获得同步。低次群复接到高次群时，必须采取适当的措施来调整低次群系统的码速使其同步。这种系统与系统间的时钟同步叫做系统同步。第4讲光纤传输体系与光网络 系统同步有同步复接和异步复接两种 同步复接：用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使它们同步。系统的主时钟一旦发生故障，相关的通信系统将全部中
4、断，只限于在局部地区内使用。异步复接：各低次群使用各自的时钟进行复接。复接前要进行速率的适配和调整，使各低次群信号获得同步。第4讲光纤传输体系与光网络 3.数字复接方式数字复接方式按照各复接支路码字排列的规律，数字信号的复接可分为按位复接、按字复接和按帧复接三种方式。1）按位复接）按位复接又叫做比特位复接，每次每个支路依次复接一位码形成高次群。优点：设备简单，要求码速调整电路的存储容量小，较易实现，在准同步数字体系(PDH)中被广泛采用。缺点：破坏了一个字节的完整性，不利于以字节为单位的信号的处理和交换。第4讲光纤传输体系与光网络 2）按字复接是每次轮流复接每个支路的一个码字，即8位码，形成高
5、次群。缺点：要求缓存器有较大的存储容量 优点：保证了一个码字的完整性，有利于以字节为单位的信号的处理和交换。同步数字体系(SDH)多采用这种方法。3）按帧复接每次轮流复接每个支路的一个帧。要求码速调整电路中的缓冲存储器有更大的存储容量，电路复杂，不易实现，用得很少。第4讲光纤传输体系与光网络 1.2准同步数字复接体系准同步数字复接体系(PDH)1.准同步数字复接体系类型及速率准同步数字复接体系类型及速率在实际使用时，根据信号传输的需要，不同话路数和不同速率的信号由低向高逐级复接形成一个体系(或等级)，称为数字复接体系。表 4.l 数字复接系列 一次群（基群）二次群 三次群 四次群 五次群 日本
6、 24 路 1.544bit/s 96 路（244）6.312bit/s 480 路（965）32.064bit/s 1140 路（4803）97.728bit/s 5760 路（11404）397.200bit/s 北美 24 路 1.544bit/s 96 路（244）6.312bit/s 672 路（967）44.736bit/s 4032 路（6726）274.176bit/s 欧洲 中国 30 路 2.048bit/s 120 路（304）8.448bit/s 480 路（1204）34.368bit/s 1920 路（4804）139.264bit/s 7680（19204）564
7、.992bit/s 第4讲光纤传输体系与光网络 2.准同步数字复接体系的优点准同步数字复接体系的优点（1）易于构成通信网，便于支路信号的分支与插入，并且复用倍数适中，传输效率较高。（2）电视信号、可视电话信号和频分制载波信号能与某个高次群相适应。（3）传输速率能与对称和同轴电缆、微波、波导和光纤等传输媒介的传输容量相匹配。第4讲光纤传输体系与光网络 3.准同步数字复接体系的缺点准同步数字复接体系的缺点（1）PDH为语音业务设计，不适应现代通信宽带化、智能化和个人化的发展趋势。（2）PDH传输线路主要是点对点连接。（3）标准不统一。（4）采用异步复用技术，结构复杂，不灵活，硬件数量大，成本高。（
8、5）无统一的光接口标准。（6）缺乏强大的网络管理功能。第4讲光纤传输体系与光网络 2光纤同步数字传输体系光纤同步数字传输体系2.1SDH的基本概念的基本概念 SDH是一种可靠性高、具有自愈功能的传输技术，是将复接、线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统操作的高速大容量信息传送网络，是目前宽带网络骨干网。SDH技术采用全球统一的接口实现多厂家环境的兼容，全程全网范围实现高效的、协调一致的管理和操作，可进行灵活的组网与业务调度，实现高可靠的网络自愈，大大地提高网络资源的利用率，显著地降低管理和维护费用。第4讲光纤传输体系与光网络 2.2SDH的速率和帧结构的速率和帧结构1.SDH传输速率传输
9、速率SDH的基本速率为155.520Mb/s，用STM1表示，称为同步传递模块STM(SynchronousTransportModule)。更高等级的STMN(N为整数)信号是通过基本模块STM1按同步复用后的结果，如用4个STM1同步复用成一个STM4，传输速率为4155.520Mb/s=622.080Mb/s，用16个STM1（或4个STM4）同步复用成一个STM16，传输速率为2488.320Mb/s，依此类推。我国和欧洲均采用SDH标准。美国国家标准规定的SONET称为同步光网络，其基本模块信号为STS（SynchronousTransportSignal），称同步传递信号STS，其
10、光信号载体OC(OpticalCarrierLevel)的基本比特率是51.840Mb/s。SDH有5种等级结构划分，SONET有9种，如表2所示。第4讲光纤传输体系与光网络 表表2SDH与与SONET的标准速率的标准速率 SDH SONET 等级 速度（Mbit/s）速度（Mbit/s）等级 51.840 STS-1 OC-1 STM-1 155.520 155.520 STS-3 OC-3 466.560 STS-9 OC-9 STM-4 622.080 622.080 STS-12 OC-12 933.120 STS-18 OC-18 1244.160 STS-24 OC-24 1866
11、.240 STS-36 OC-36 STM-16 2488.320 2488.320 STS-48 OC-48 STM-24 9953.280 9953.280 STS-192 OC-192 第4讲光纤传输体系与光网络 2.SDH的帧结构的帧结构理想的SDH结构应能适应同步数字复用、交叉连接和交换的功能，同时又能使支路信号在一帧内分布均匀、规则和可控，便于接入和取出。SDH中数据传输是以帧为单位进行的，帧时间长度叫帧周期(或帧长)，以字节为最小单元(每个字节含8bit)。它由9行和270N字节组成块状帧结构，如图1所示。发送顺序为从左至右，从上至下。块状帧结构的传送方向上SDH一帧的长度为12
12、5US，即每秒传1/(125106)=8000帧，传送STMN模块的速率为89270N8000bit/s。对于STM1模块而言，一帧的长度为2430(=9270)字节，相当于24308bit=19440bit，传输速率为9270818000bit/s=155.520Mb/s。第4讲光纤传输体系与光网络 图1STMN帧结构 第4讲光纤传输体系与光网络 2.3同步复用和映射方法同步复用和映射方法1.SDH的复用结构的复用结构 2.复用单元复用单元SDH的基本复用单元包括标准容器(C)、虚容器(VC)、支路单元(TU)、支路单元组(TUG)和管理单元组(AUG)。第4讲光纤传输体系与光网络 图2G.
13、709建议的SDH复用结构 第4讲光纤传输体系与光网络 （1）标准容器(C)。标准容器（C）用来装载各种不同速率业务信号的信息结构，主要完成适配功能，即码速调整。（2）虚容器(VC)。虚容器（VC）用来支持SDH通道层连接的信息结构。它由容器输出的信息净负荷和通道开销(POH)组成。VC在SDH网传输中可作为一个独立的实体在通道中任一点取出或插入，进行同步复用和交叉连接处理。第4讲光纤传输体系与光网络 （3）支路单元(AU)。支路单元（AU）提供低阶通道层和高阶通道层之间的适配功能的信息结构，即负责将低阶虚容器经支路单元组装进高阶虚容器，可表示为TU-n(n=11，12，2，3)。（4）支路单
14、元组(TUG)。TUG由在高阶VC净负荷中占据固定的位置的一个或多个在支路单元组成。如1个TUG2可以由1个TU2或3个TU12或4个TU11按字节间插组合而成；1个VC4可容纳3个TUG3，1个VC3可容纳7个TUG2。第4讲光纤传输体系与光网络 （5）管理单元(AU)。提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构，即负责将高阶虚容器组装进管理单元组(AUG)。AU可表示为AU-n(n=3，4)。（6）管理单元组(AUG)。AUG由在STMN中占据固定的位置的一个或多个管理单元组成。1个AUG由1个AU4或3个AU3按字节间插组合而成。（7）同步传输模块(STMN)。在N个AUG的基础上加上段
15、开销(SOH)形成STMN复用结构。第4讲光纤传输体系与光网络 3.复用映射步骤复用映射步骤将各种业务信号装入SDH的帧结构净负荷区，需要映射、定位和复用三个步骤。1）映射(mapping)在SDH网络边界处，把各速率的G.703支路信号分别经过码速调整适配装入相应的标准容器后再装入虚容器的过程为映射。有三种映射方法。（1）异步映射：对业务类型和内容无任何限制，不需要有帧结构，也不需要与网络同步，但需要采用正码速调整解决各支路信号之间的频差和相差，接口最简单，适合于大批同步和异步的一次群信号的传送与交叉连接，是目前应用最广的映射方式。第4讲光纤传输体系与光网络 （2）比特同步映射：对映射信号的
16、帧结构无限制，但要求与网络同步，无需码速调整，但要有滑动缓存器实现同步。接口比字节同步映射简单，但目前还没有实际应用。（3）字节同步映射：要求映射信号具有帧结构的映射方式，还要求与网络同步，无需任何速率调整就可将信息字节装入VC规定位置的映射方式。这种映射方式主要处理64kb/s或N64kb/s业务的支路信号的映射。字节同步映射是最佳的映射方式。第4讲光纤传输体系与光网络 2）定位(alignment)定位指当支路单元或管路单元适配到支持层的帧结构时，帧偏移信息随之转移的过程。SDH中指针的作用如下：（1）网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准。（2）当网络失去同步时，指针用
17、作频率和相位校准；当网络处于异步工作时，指针用作频率跟踪校准。(3)指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和偏移。第4讲光纤传输体系与光网络 3）复用(multiplex)复用是使多个低阶通道层信号适配高阶通道层或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程，其基本方式是字节间插。第4讲光纤传输体系与光网络 3光纤通信复用技术光纤通信复用技术 3.1光空分复用光空分复用(OSDM)空分复用指利用不同空间位置传输不同信号的复用方式，如利用多芯光缆传输多路信号就是空分复用方式。光空分复用(OSDM)是指对光缆芯线的复用，可以为各种宽带(高速率)业务提供经济的传输和交换手段。OSDM原理图如图3所示。第4
18、讲光纤传输体系与光网络 图3光空分复用原理示意图 第4讲光纤传输体系与光网络 3.2光波分复用光波分复用(OWDM)光波分复用是将不同波长的光载波信号在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到同一根光纤中传输；在接收端经分波器(亦称解复用器)将各种波长的光载波分离后由光接收机相应的处理而恢复原信号，如图4所示。还有一种密集波分复用(DWDM)技术，信道间隔更小，各个波长之间的间隔为1.6nm、0.8nm或更低，可以将光纤的传输容量提高几十倍。第4讲光纤传输体系与光网络 图4光波分复用原理示意图 第4讲光纤传输体系与光网络 3.3光频分复用光频分复用(OFDM)OFDM与OWDM本质上没有太大的区别，
19、因为电磁波的基本参数：频率、波长与速度，三者间存在着“速度=频率波长”的固有关系。从某种意义上讲，OWDM只是粗分，每个波道的宽度目前工程上仅做到0.4nm，在实验室也不过做到0.10.2nm左右；OFDM是细分，甚至一个光频就是一个光载波波道。在实际应用上，当相邻两峰值波长的间隔小于1nm时，就可称之为光频分复用技术。第4讲光纤传输体系与光网络 OFDM的光载波间隔很密，用传统的OWDM器件技术已很难将光载波区分开，需要用分辨率更高的技术来选取各个光载波。目前所采用的主要是可调谐的光滤波器和相干光通信技术等，如图5所示。第4讲光纤传输体系与光网络 图5光频分复用原理示意图第4讲光纤传输体系与
20、光网络 3.4光时分复用光时分复用(OTDM)在光纤通信系统中有两种时分复用技术：一是在电信号上进行的时分复用，是指发送端各支路的电信号通过电复合设备，再进行电/光变换后馈入光纤，在接收端光信号先进行光/电变换，输出的电信号再经过分路设备分离出各支路信号，此复用方式的速率一般比较低，要做到40Gb/s相当困难；二是在光信号上进行的时分复用，是指在发送端将来自各支路的电信号，分别经过一个相同波长的激光器转变为支路光信号，各支路的光信号分别经过延时调整后，经合路器合成一路高速光复用信号并馈入光纤，在接收端收到的光复用信号首先经过光分路器分解为支路光信号，各支路的光信号再分送到各支路的光接收机转换为
21、各支路电信号，这种方式的复用速率较高，一般可达100Gb/s。第4讲光纤传输体系与光网络 OTDM的复接可分为两种，即以比特为单位进行逐比特交错复接和以比特组为单位的逐组交错复接。由于复接的速率比较高，要求在OTDM系统中采用的复接信息流，其信号脉冲的宽度与比特间隔相比必须足够窄，其宽度要小于ps量级。这样窄的光脉冲可用锁模激光器产生。在传输过程中，因色散会导致脉冲展宽，所以需要采用光孤子脉冲，使之长距离传输而无脉冲展宽现象。第4讲光纤传输体系与光网络 3.5光码分复用光码分复用(OCDM)光码分复用技术是给系统中的每个用户分配一个唯一的光正交码的码字作为该用户的地址码。在发送端，对要发送的数
22、据的地址码进行正交编码，然后进行信道复用；在接收端，用与发送端相同的地址码进行正交解码。光码分复用技术通过光编码和光解码实现光信道的复用、解复用及信号交换，在光通信中前景看好。该技术的优势就在于：提高了网络的容量和信噪比，改善了系统的性能，增强了保密性和网络的灵活性，降低了系统对同步的要求，可随机接入，信道共享。从目前情况看，由于技术方面的原因，光码分复用技术并不成熟，距实用化还有一段较长的路程要走。其原理如图6所示。第4讲光纤传输体系与光网络 图6光码分复用原理示意图 第4讲光纤传输体系与光网络 3.6光副载波复用光副载波复用(OSCM)OSCM技术不同于OWDM和OFDM技术，OSCM是电
23、的频分复用技术与光的调制技术的结合。在OSCM中，首先将多路基带信号调制到不同频率的射频波上，然后将多路射频信号复用后，再去调制一个光载波。在接收端同样也需要两步解调，首先利用光探测器从光信号中得到多路射频信号，然后再用电子学的方法从各射频波中恢复出多路基带信号。在OSCM光纤传输系统中，第一次调制的载波称为副载波。副载波可以是射频信号，也可以是微波信号，传输的信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，或者是模拟和数字混合信号。各信道的调制方式也彼此独立。OSCM原理图如图7所示。第4讲光纤传输体系与光网络 图7光副载波复用原理示意图 第4讲光纤传输体系与光网络 3.7时间压缩复用时间压缩复用(T
24、CM)时间压缩复用又称“光乒乓传输”。在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用技术，每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，然后每个方向在不同的时间间隔内发送到单根光纤上。接收端收到时间上压缩的信息在接收缓存中解除压缩。在任一时刻仅有一个方向的光信号在光纤上，不受近端串扰的影响。第4讲光纤传输体系与光网络 4光纤传输网络光纤传输网络1光纤光纤SDH网络网络1.SDH网络结构网络结构1)SDH网的物理拓扑网络的物理拓扑是指网络节点和传输线路的几何排列。网络的效能、可靠性和经济性都与网络拓扑的类型有关。SDH网络常见的物理拓扑有线形结构、星形结构、树形结构、环形结构、网形结构或者以上结构的组合。第4讲光
25、纤传输体系与光网络 2)我国SDH网络结构我国SDH网络结构如图8所示，从高到低依次分为一级干线网、二级干线网、中继网和用户网4级。(1)一级干线网。一级干线网设于主要省会城市及业务量较大的汇接节点城市，配置有交叉连接设备(DXC4/4)和高速光纤链路STM4/STM16。它是一个容量大、可靠性高的网形骨干网结构，并辅以少量线形网。DXC4/4接口为140/155Mb/s，内部交叉连接速率为VC4，因而原有的PDH的140Mb/s和565Mb/s系统也能纳入到DXC4/4统一管理的长途一级干线网中。第4讲光纤传输体系与光网络 （2）二级干线网。二级干线网设于省内汇接点，在主要汇接点装有DXC4
26、/4或DXC4/1，其由STM1或STM4组成，形成省内网状或环形骨干网结构，并辅以少量线形结构。由于DXC4/1设备允许所有1、2、3、4次群信号和STM1信号接入和进行交叉连接，因而原来的PDH系统的2Mb/s、34Mb/s或140Mb/s信号也能纳入统一管理的二级干线网。第4讲光纤传输体系与光网络 （3）中继网。中继网即长途端局与市话端局之间及市话端局与市话端局之间的部分。配置有ADM（分插复用器）和DXC4/1，使用STM1/STM4速率。可以按区域划分为若干个环，由ADM组成速率为STM1/STM4的自愈环，也可以是路由备用方式的两节点环。环间由DXC4/1来沟通。网与网之间的沟通由
27、DXC4/1来完成，DXC4/1也可以作为长途网与中继网之间或用户网与用户网之间的网关或接口，还可作为PDH与SDH之间的网关。第4讲光纤传输体系与光网络 （4）用户网(接入网)。用户网又称接入网，是最低层面，处于网络的边界处。业务容量要求低，且大部分业务量汇集于一个节点(端局)上。配置的设备有ADM和OLC(光用户环路)，速率为STM1/STM4。用户网适合使用通道倒换环和星形网。用户网有下列接口：STM1光电接口；PDH体系的2Mb/s、34Mb/s、140Mb/s接口；普通电话用户接口；小交换机接口；2B+D或30B+D接口；城域网接口。第4讲光纤传输体系与光网络 图8我国SDH网络结构
28、 第4讲光纤传输体系与光网络 2.SDH网络主要设备网络主要设备（1）STM1/STM4/STM16线路复用设备或线路再生设备，光接口速率为155Mb/s、622Mb/s或2.5Gb/s，线路复用设备的支路接口主要为2Mb/s、140/155Mb/s电接口或155Mb/s光接口。它既可作终端复用器，又可作为分插复用器。STM4/STM16线路复用设备也可只配置140/155Mb/s电接口或155Mb/s光接口。第4讲光纤传输体系与光网络 （2）数字交叉连接设备，一种是长途网用的DXC4/4，接口速率为140/155Mb/s，内部交叉连接速率为VC4，采用空分交换网络；另一种是DXC4/1，接口
29、速率为140/155Mb/s、34Mb/s、2Mb/s，内部交叉连接速率通常为VC12/VC3/VC4等级，最大拥有不少于32个140/155Mb/s端口或等效2Mb/s端口。（3）光用户环路载波系统，光接口速率为155Mb/s或622Mb/s，用户接口能适应多种业务，包括电话、用户小交换机、2Mb/s、34Mb/s、140Mb/s、155Mb/s、2B+D、30B+D、基带数据以及城域网等。（4）网络管理系统，包括能管理普通SDH网络单元的单元管理系统、专门管理DXC的网络管理系统以及管理全网的网络管理系统。第4讲光纤传输体系与光网络 3.自愈网自愈网1)自愈网的概念所谓自愈网，是指当网络中
30、出现意外故障时，无需人为干预，即可在极短的时间内从失效故障中自动恢复工作，使用户感觉不到网络出现故障的一种网络形式。其基本原理就是使网络具备发现故障并能找到替换传送路由的能力，在较短时限内重新建立通信。第4讲光纤传输体系与光网络 2)线路保护倒换最简单的自愈网形式是自动线路保护倒换，原理是当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将主信号自动倒换到备用光纤系统传输，从而使接收端仍能接收到正常的信号，感觉不到网络已出了故障。其结构有两种保护方式，即1+1和1 N。第4讲光纤传输体系与光网络 3）环形网保护自愈环可以分为两大类，即通道倒换环和复用段倒换环。通常，通道倒换环只工作在单向二
31、纤方式，复用段倒换环可工作在单向、双向、二纤、四纤方式。自愈环是指采用分插复用器(ADM)组成环形网实现自愈的一种保护方式。自愈环按结构分为通道倒换环和复用段倒换环。通道倒换环其业务量保护是以通道为基础的，它利用通道报警指示信号（AIS）来决定是否应进行倒换。复用段倒换环其业务量的保护以复用段为基础，它以每对节点的复用段信号质量的优劣来决定是否进行倒换。通道倒换环属专用保护，保护时隙为整个环专用，在正常情况下保护段往往也传业务信号。复用段保护环属于共享保护，即保护时隙由每一个复用段共享，正常情况下保护段往往是空闲的。按一对节点间使用光纤的数量分为二纤环和四纤环；按每个节点接收和发送信号的传输方
32、向分为单向环和双向环。第4讲光纤传输体系与光网络 （1）二纤单向通道保护环。二纤单向通道保护环如图9所示，其中一根光纤用于传送业务信号，称W1光纤，另一根用于保护，称P1光纤。采用1+1的保护方式(首端桥接，末端倒换)，Wl光纤与P1光纤分别在顺时针、逆时针方向传输相同的信号。每个节点均从两方向接收到相同的信号并选择两个方向来的信号中最好的一个，每根光纤在环上信号的传输方式是单向的。正常工作时如图9(a)所示。当B、C节点间光缆被切断时，如图9(b)所示。在C节点接收端的倒换开关将由收W1光纤转向收P1光纤，倒换为接收从A节点经P1光纤按逆时针方向送来的信号，而C发向A的信息仍经W1光纤按顺时
33、针方向传送。因此尽管B、C节点的通路失效，但它们之间的业务信号仍然正常传输。故障排除后，开关返回原来的位置。第4讲光纤传输体系与光网络 图9二纤单向通道保护环(a)正常工作;(b)光纤断裂 第4讲光纤传输体系与光网络 (2)二纤双向通道保护环。二纤双向通道保护环仍采用两根光纤，并可分为1+1和1 1两种方式。图10所示为二纤双向通道保护环1+1方式。正常工作时，如图10(a)所示；当B、C节点间光缆被切断时，如图10(b)所示。从A节点传送到C节点的信号，只有光纤P1中的信号到达C节点，所以C节点的倒换开关倒向P1节点。而从C节点传送到A节点的信号只有通过光纤P2到达A节点，因此A点的倒换开关
34、倒向P2，从P2上提取信号。二纤双向通道保护环的优点是利用相关设备在保护环或将同样ADM设备应用于线形场合下，具有通道再利用的功能，从而增加总的分插业务量。二纤双向通道保护环1 1方式只在主光纤上传送信号，在保护通道中可传送额外业务，只有当出现故障时，才从工作通道转向保护通道。第4讲光纤传输体系与光网络 图10二纤双向通道保护环(a)正常工作;(b)光纤断裂 第4讲光纤传输体系与光网络 (3)四纤双向复用段共享保护环。四纤双向复用段共享保护环如图11所示，在每个区段(节点间)采用两根工作光纤(一发一收，W1和W2)和两根保护光纤(一发一收，P1和P2)。其中，W1和W2分别沿顺时针和逆时针双向
35、传输业务信号，而P1和P2分别形成对W1和W2的两个方向的保护环。在每个节点上都有相应的倒换开关作为保护倒换之用，这种结构的最大业务容量可达单个ADM容量的K倍(K为节点数)，即KSTMN。第4讲光纤传输体系与光网络 图11四纤双向复用段共享保护环(a)正常工作；(b)光纤断裂 第4讲光纤传输体系与光网络 (4)二纤双向复用段共享保护环。二纤双向复用段共享保护环如图12所示，采用了时隙交换(TSI)技术，在一根光纤中同时载有工作通路W1和保护通路P2，在另一根光纤中同时载有工作通路W2和保护通路P1。每条光纤上将一半容量分配给业务通路W，另一半容量分配给保护通路P。因此，可将二纤双向复用段倒换
36、光纤环看做与实际四纤环结构相当的逻辑四纤双向复用段共享保护环。第4讲光纤传输体系与光网络 图12二纤双向复用段共享保护环(a)正常工作；(b)光纤断裂 第4讲光纤传输体系与光网络 2光纤光纤ATM网络网络1.ATM的基本概念的基本概念1）ATM的定义ATM（AsynchronousTransferMode）译为异步转移模式，是一种采用固定长度信元（Cell)、异步时分复用、传送任意速率的宽带信号和数字等级系列信息的交换技术。它可综合任意速率的话音、数据、图像和视频业务。ATM的基本定义可归结为两点：(1)面向连接的快速分组交换技术。(2)基于固定长度信元（53个字节）的异步转移技术。第4讲光纤
37、传输体系与光网络 2）ATM的主要特点（1）采用固定长度信元。（2）采用异步（统计）时分复用方式，具有动态分配带宽的能力，能有效利用网络资源。（3）面向连接的方式。（4）信息域被透明传输，简化了结构。（5）综合多种业务，应用广泛。（6）ATM既有电路交换的优点，又有分组交换的特点，它代表了交换技术的最高水平。第4讲光纤传输体系与光网络 2.ATM信元结构信元结构ATM以信元为基本的信息传递单位，ATM的信元是一种具有固定长度的数据分组。信元结构如图13所示，它由53个字节构成，信元头占5个字节，48个字节是信息域（信元净荷），ATM信元头各字段的含义如下。(1)GFC:一般流量控制标识符，用于
38、控制发送业务量，减少可能出现的网络过载。(2)VPI：虚通道标识符，表明虚通道的号码，用于虚通道的路由选择。一个虚通道可含有若干个虚通路（VC）。第4讲光纤传输体系与光网络 图13信元结构和信元头结构第4讲光纤传输体系与光网络 (3)VCI:虚通路标识符，表明虚通路的号码，用于虚通路的路由选择。(4)PTI（3bit）：净荷类型标识符，表示信元中负荷是用户信息还是网络OAM信息。(5)CLP:信元丢弃优先级，用来说明该信元的优先级，指示信元能否丢弃。(6)HEC:信头差错控制，用来进行信头差错检测和纠正并完成信元的定界功能。第4讲光纤传输体系与光网络 3.ATM的优点的优点(1)超高速的通信能
39、力。ATM交换机采用硬件交换。ATM技术提供给用户可选择的通信速率范围从数百kb/s到2.5Gb/s。(2)高质量的通信网。ATM网络是基于高质量的传输信道，误码率优于10-9。它采用硬件交换、拥塞控制等机制，实现低时延、高吞吐量。(3)高可靠性的网络。实现自动化的用户电路保护技术，实现了故障情况下的路由自动迂回，切换时间很短，对用户几乎无影响。(4)全功能的传送平台。可以在同一网络平台上同时传送话音、图像及数据等多种业务，实现宽带化的一网多能。(5)服务质量的保障。ATM将业务划分为多种类型，不同类型业务对应了话音、图像和数据等不同的服务质量要求，分别具有从高到低不同的优先级。第4讲光纤传输
40、体系与光网络 (6)灵活、高效、低成本。ATM网本质上是分组交换，它继承了分组网统计时复用的特点，有效提高了传输链路带宽的利用率，降低了网络成本。同时，ATM支持多种通信速率，支持一点对多点组网方式，支持交换虚电路、永久虚电路等多种业务选择，具有多种计费方式，用户可根据需要灵活选择，最大限度地降低组网成本。第4讲光纤传输体系与光网络 3光纤光纤IP网络网络1.IPoverWDM技术技术1)IPoverWDM的优点IPoverWDM技术是将IP数据包直接送入光路传送，它是目前最新的一项技术，也叫光因特网。IP数据包经高速路由器通过光分插复用器(OADM)或波分复用器(WDM)直接接到光纤网中，实
41、现IP数据包在多波长光路上的传送。当IP层和物理层之间使用IPoverWDM技术时，其优点如下：第4讲光纤传输体系与光网络 （1）省去了中间的ATM层和SDH/SONET设备，其传输效率最高，额外的开销最低。（2）可以减少网络层之间的功能重叠，减少SDH/SONET、ATM、IP层之间的冗余部分，减少设备操作、维护和管理费用。（3）简化了网管，可以与不对称的IP业务量特性相匹配，充分利用带宽，大大节省用户、运管商的费用。第4讲光纤传输体系与光网络 2)光纤光纤IP网分层模型网分层模型使用IPoverWDM技术的光纤因特网分层模型分为应用层（语音、视频、数据）、IP层、适配层和WDM层，如图14
42、所示。第4讲光纤传输体系与光网络 2.光互连网络光互连网络光互连网络就是由高性能分组交换机、路由器和光纤组成的数据通信网络。图15为光互连网络的一种网络体系结构，它由高速路由器(R)、波分复用器(WDM)、分插复用器(ADM)、ATM交换机组成。通过光纤将若干个WDM互相连接起来，形成光互连网络，通过高速路由器(R)将IP数据包直接送至光互连网络上进行传输。每个信道占用一个独立的波分复用通道，其速率在1Gb/s以上。第4讲光纤传输体系与光网络 图15光互连网络的一种网络体系结构 第4讲光纤传输体系与光网络 3.IPoverWDM的技术演进的技术演进IPoverWDM的技术演进分四种情况：（1）
43、最早的情况是将ATM信元装在SDH帧中，即按照IPATMSONET/SDHWDM的过程处理，送至光纤进行传输。（2）按照IPATMWDM的过程处理，送至光纤进行传输，记作IPoverATM。（3）按照IPSONET/SDHWDM的过程处理，送至光纤进行传输，记作IPoverSONET/SDH。（4）IP经过WDM处理，送至光纤进行传输，记作IPoverWDM。第4讲光纤传输体系与光网络 5光纤接入网光纤接入网1.光纤接入网的概念光纤接入网的概念光纤接入网(OAN)就是采用光纤作为传输媒体，即局端与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。第4讲光纤传输体系与光网络 OAN由光线路终端（OL
44、T）、光配线网（ODN）和光网络单元（ONU）三大部分组成。OLT为ODN提供网络接口并连至一个或多个ODN；ODN为OLT和ODN提供传输；ONU为OAN提供用户侧接口并与ODN相连。第4讲光纤传输体系与光网络 2.光纤接入网的分类光纤接入网的分类光纤接入网可分为有源光网络(AON)和无源光网络(PON)两种类型。（1）有源光网络(AON)。有源光网络的局端设备(CE)和远端设备(RE)通过有源光传输设备相连，传输技术在骨干网中已大量采用SDH和PDH技术，但以SDH技术为主。远端设备主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能。局端设备主要完成接口适配、复用和传输功能。此外，局端设备还向网
45、络管理系统提供网管接口。第4讲光纤传输体系与光网络 （2）无源光网络(PON)。无源光网络是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统的可靠性，同时节省了维护成本。PON的业务透明性较好，可适用于任何制式和速率信号，是理想的低成本、高可靠性的综合接入网。第4讲光纤传输体系与光网络 3.光纤接入网的应用光纤接入网的应用根据光纤向用户延伸的距离（也就是ONU设置的位置），光纤接入网的应用形式如图17所示，根据ONU放置位置的不同分为光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)和光纤到户(FTTH)。第4讲光纤传输体系与光网络 图17光纤接入网的应
46、用类型 第4讲光纤传输体系与光网络 （1）光纤到路边(FTTC)。FTTC主要为住宅用户提供服务。ONU放置在路边的人孔或电线杆上的分线盒处，有时也设置在交接箱处。从ONU到各户之间仍用铜双绞线或同轴电缆，把电话、数据等窄带信号或宽带图像信号传送到用户，这段可采用ISDN、HDSL或ADSL铜线接入技术。用户的数目越少，每个用户所得到的带宽越宽，目前典型用户一般在128个以下。第4讲光纤传输体系与光网络 （2）光纤到大楼(FTTB)。FTTB分为两种：一种是为公寓大楼用户服务，实际上只是把FTTC中的ONU从路边移至公寓大楼内；另一种是为办公大楼服务，ONU设置在大楼内的配线箱处，再经过多对双
47、绞线将业务分送给各个用户，为大、中型企、事业单位及商业用户服务，可提供高速数据、电子商务、远程教育、远程医疗等宽带业务。第4讲光纤传输体系与光网络 （3）光纤到户(FTTH)和光纤到办公室(FTTO)。FTTH是将ONU放置在住户家中，是住户专用的，能为家庭提供各种综合宽带业务，如VOD、电子邮件、网上购物、多方可视游戏等。FTTO是将光网络单元直接放到大企、事业用户(公司、学校、研究所、政府机关)终端设备处，并能提供一定范围的灵活业务，如DDN业务、Internet接入业务、会议电视、CATV业务、LANE业务、2线和4线音频专线业务、宽带交互式业务等。第4讲光纤传输体系与光网络 5.2无源
48、光网络（无源光网络（PON）接入技术）接入技术无源光网络（PON）就是光接入网中的光配线网（ODN），全部由光分路器（OS）等无源器件组成，且不含任何有源节点的光接入网。第4讲光纤传输体系与光网络 1.PON的拓扑结构的拓扑结构光纤接入网的拓扑结构取决于光配线网（ODN）的结构。通常ODN可归纳为单星形、树形、总线形和环形等四种基本结构，也就是PON的四种基本拓扑结构。（1）单星形结构：以OLT为中心向四周辐射连接多个ONU。（2）树形结构：连接OLT的第一个分支器（OBD）分成n路，每路通向下一级的OBD也为n路，最终连接多个ONU。（3）总线形结构：通常采用非均匀分光的光分路器(OBD)沿
49、线状排列。（4）环形结构：相当于总线行结构组成的闭合环，可以形成可靠的自愈环形网。第4讲光纤传输体系与光网络 2.PON功能结构功能结构（1）光线路终端(OLT)。OLT提供一个与ODN相连的光接口，在光接入网的网络端提供至少一个网络业务接口。它位于本地交换局或远端，为ONU所需业务提供必要的传输方式。每个OLT由核心功能块、服务功能块和通用功能块组成，如图18所示。第4讲光纤传输体系与光网络 图18OLT的功能结构 第4讲光纤传输体系与光网络 核心功能块包括数字交叉连接、传输复用和ODN接口功能。数字交叉连接功能提供网络端与ODN端允许的连接。传输复用功能通过ODN的发送和接收通道提供必要的
50、服务，它包括复用需要送至各ONU的信息及识别各ONU送来的信息。接口功能提供光物理接口与ODN相关的一系列光纤相连。OLT服务功能块提供业务端口功能，它可支持一种或若干种不同业务的服务。OLT通用功能块提供供电功能与维护(OAM)功能。第4讲光纤传输体系与光网络 （2）光网络单元(ONU)。ONU提供通往ODN的光接口，用于实现OAN的用户接入。每个ONU由核心功能块、服务功能块及通用功能块组成，其结构如图19所示。第4讲光纤传输体系与光网络 图19ONU的功能结构 第4讲光纤传输体系与光网络 核心功能块包括用户和服务复用功能、传输复用功能以及ODN接口功能。用户和服务复用功能包括装配来自各用
