（光学工程专业论文）全光通信网中基于fbg的oadm与oxc的研究.pdf

摘要 摘要 近年来，以i p 为代表的数据业务井喷式增长和新型业务的不断涌现以及联网 用户急剧增长，使得网络带宽需求量成指数级增长。面对上述形势的变化，“十五 规划通信主题围绕新一代信息网、自动交换光网络等部署了一批重大课题。以口 数据为支配业务的流量具有突发性，它要求光传送网能迅速响应、动态配置，自 动交换光网络的概念应运而生并被作为通信8 6 3 主题的研究重点，研制具有t 比 特交换容量、多种类型业务接入、动态资源分配、自动连接控制和网络保护恢复 等功能的自动交换光网络( a s o n ：a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ) 节点设备。 在全光通信网中，最重要的网络设备是光分插复用器( o a d m ：o p t i c a l a d d d r o pm u l t i p l e x i n g ) 和光交叉连接器( o x c ：o p t i c a lc r o s s 。c o n n e c t ) ，它们能完成 全光网络中节点业务的分插复用、直通以及节点之间的交换功能，而且o a d m 和 o x c 还具有解决网络交换过程中的“电子瓶颈难题，它们具有灵活疏导业务量 的能力，减轻业务层节点处理的业务量。o a d m 以及o x c 还具有对网络客户层信 号制式和速率的透明性，简化和加快高速业务的指配和业务供给速度。 本论文研究了全光通信网中的o a d m 与o x c 的关键技术。研究了基于光纤 布喇格光栅的光分插复用器o a d m 和光交叉连接器o x c 的结构设计，分析研究 了多波长的光分插复用器o a d m 的结构、损耗，串扰等、光交叉连接器o x c 的 结构、损耗、双向o x c 特性、多粒度o x c 的结构设计及其路由及波长波带光纤 分配算法、以及基于全光网络抗毁性等问题。 第一章从国内、国外全光通信网络研究进展出发，综述目前全光通信网络在 世界最新发展情况，以及全光通信网络中的关键设备o a d m 和o x c 的最新研究 现状。我国的“十五规划 ，“十一五规划 均将“全光网络的基础研究作为了 国家重点基础研究项目。同时众多光网络公司投资与研发新型全光网络设备，因 此研究全光网络o a d m 与o x c 的关键技术是全光通信网关注的焦点。 第二章对基于光纤布喇格光栅和环形器的o a d m 进行了深入的研究。提出 了新型的固定波长的o a d m 以及可重构的o a d m 结构，并对其进行了仿真实验 研究；对o a d m 的串扰进行了理论分析，分析了o a d m 的主要特性及性能指标。 第三章对基于光纤布喇格光栅和环行器的o x c 进行了研究。提出新型静态 固定的o x c 、动态可调的o x c 结构、以及提出了新型双向o x c 新型结构，并对 摘要 其插入损耗、串扰、功率均衡以及管理技术进行了研究，将新型结构与目前其它 的两种新型结构进行了对比分析，分析得出本文提出的结构具有插入损耗较小、 可重构性较好等优点。对o x c 的主要特性、性能指标进行了深入的研究，并对可 重构的o x c 进行了仿真实验研究。 第四章对多粒度o x c ( m g o x c ) 进行了深入的研究，分析研究了三层 m g o x c 交换结构、二层m g o x c 结构以及单层的m g o x c 交换结构。研究了 m g o x c 内部交换矩阵规模与业务交换能力以及业务汇聚能力。提出了一种路由 及波长波带光纤分配算法，并对其进行了仿真实验。 第五章对基于光网络抗毁性进行了深入的研究。提出了一种新型的网络保护 方案的设计，并对其性能进行了深入地研究。网络的抗毁性是网络设计的主要内 容之一，网络的抗毁性技术有两种：保护与恢复。保护通常是以分布的方式执行， 而不需要在网络中进行中央控制。恢复是利用节点间可用的任何容量，包括预留 的空闲备用容量、网络专用的容量乃至低优先级业务可释放的额外容量，为网络 中失效的工作通路寻找替代路由，可大大节约网络资源。 第六章对全文进行了总结，对下一步需要研究的问题进行了探讨。 关键词：全光网络，o a d m ，o x c ，m g o x c ，网络抗毁性。 i i a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，n e t w o r kb a n d w i d t hi se x p o n e n t i a l l ye x p a n d i n gt om e e tt h ed e m a n d i nt h ee x p l o s i v eg r o w t ht r e n do fi n t e m e td a t at r a f f i ca n dt h ee m e r g i n gn e wt r a f f i c a l l - o p t i c a ln e t w o r k sc a ne f f i c i e n t l yi n c r e a s en e t w o r kb a n d w i d t ha n dm e e tp e o p l e s n e e di nn e t w o r kb a n d w i d t h i no r d e rt oa d d r e s st h ei s s u ei ni p t r a f f i c ，n e w a l l o p t i c a l n e t w o r k sk e yt e c h n o l o g y i s e x p e c t e d t ob eo b t a i n e d i nt h e a l l - o p t i c a l - n e t w o r k s ，t h em o s ti m p o r t a n c ee q u i p m e n t sa r eo a d ma n do x c t h e yc a l l a c c o m p l i s ht h eo p t i c a ls i g n a la d da n dd r o pm u l t i p l e x i n g a n da l lo f t h e i n c o m i n gs i g n a l s c a np a s st h r o u g ht h en o d e s t h eo a d ma n do x cc a l la l s os o l v et h e “e l e c t r o n i c b o t t l e n e c k p r o b l e m si nt h en e t w o r ks w i t c h i n g o p t i c a ls w i t c h e sh a v ec a p a b i l i t yo f c r o s sc o n n e c t i o ni nt h eo p t i c a ld o m a i nw i t h o u t u s i n go p t i c a l e l e c t r i c a l a n d e l e c t r i c a l o p t i c a lc o n v e r s i o n i ta l s oh a sa g i l i t yl e a d i n gt h et r a f f i c ，l i g h t e n st h en e t w o r k n o d et r a f f i c b o t ho a d ma n do x ch a v et r a n s p a r e n c et ot h en e t w o r kt r a f f i c ；i tc a n p r e d i g e s t a n d s p e e du p t h et r a f f i c g r o o m i n g t h em u l t i g r a n u l a r i t yo p t i c a l c r o s s - c o n n e c tc a l lr e d u c et h en u m b e ro ft h ep o r t s ，t h en e t w o r k sb u i l tc o s ta n di t s m a i n t e n a n c ec o s t i tc a nr e a l i z et h eo p t i c a ll a y e rr e c o n f i g u r a t i o n ，e s p e c i a l l yi nw a v e ， w a v e b a n d ，a n df i b e rl e v e lr e c o n f i g u r a t i o n , a n dq u i c k l yc o m p l y 谢t l ln e t w o r kt r a f f i c p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h eo a d m a n do x cb a s e do nf b g a n do c ，m u l t i w a v eo a d m p l l y s i c sc h a r a c t e r i s t i c ( s u c ha s ，s t r u c t u r ed e s i g n ，i n s e r t - l o s s ， c r o s s t a l ka n ds oo n ) a n do x cs t r u c t u r e d e s i g n ，i n s e r t l o s s ，b i d i r e c t i o n a lo x c c h a r a c t e r i s t i c ，m u l t i g r a n u l a r i t yo x cs t r u c t u r ed e s i g n ，e r e i na d d i t i o n , t h eo p t i c a l n e t w o r k sp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o na r ea l s oi n v e s t i g a t e d i nc h a p t e r1 ，t h el a t e s td e v e l o p m e n ti no p t i c a ln e t w o r k se v o l u t i o na n dt h eo a d m a n do x ch a v e b e e ni n t r o d u c e d i nc h i n a , t h eo p t i c a ln e t w o r kh a sb e e nr e g a r d e d 笛a n i m p o r t a n tr e s e a r c hi s s u ei n lo t hf i v ey e a rp r o g r a m a n d 1lt hf i v ey e a rp r o g r a m m a n yn e t w o r ke n t e r p r i s e sa r ep a y i n gm o r ea t t e n t i o n s t ot h eo a d ma n do x c e q u i p m e n t sa n dan u m b e ro fi n v e s t m e n t sa r eg o i n gt ob ep u ti n t ot h ed e v e l o p m e n to f t h o s en e wf a c i l i t i e s i nc h a p t e r2 ，o a d mi si n v e s t i g a t e db a s e do nf b g o c ，e s p e c i a l l yi nt h ep r i m a r y i i i a b s t r a c t c h a r a c t e r i s t i e so fo a d ma n di t s p e r f o r m a n c e f i x a t i o n w a v eo a d ma n d r e c o n f i g u r a b l eo a d ms t r u c t u r ea r ep r o p o s e d ，a n ds o m es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sh a v e b e e nd o n e t h ec r o s s - t a l ko fo a d mw a sa l s oi n v e s t i g a t e d i nc h a p t e r3 ，o x ci si n v e s t i g a t e db a s e do nf b ga n do c t h em a i nc h a r a c t e r i s t i c s a n dp e r f o r m a n c eo fo x ca r ea l s ou n d e ri n v e s t i g a t i o n an e ws t a t i cf i x a t i o no x c ，f l e w d y n a m i cr e c o n f i g u r a b l eo x cs t r u c t u r e ，a n dn e wd i r e c t i o n a lo x ca r ep r o p o s e d t h e o p t i c a ls w i t c hs c a l eo ft h eo x c c a r lb ee x p a n d a b l ef b o m2x2t o3 2 3 2i nu n i t so f2x 2a c c o r d i n gt ot h et r a f f i cd e m a n d t h ei n s e r tl o s s ，c r o s s t a l lp o w e rp r o p o r t i o na n d m a n a g e m e n to fn e ws t r u c t u r ea r es t u d i e d c o n t r a s tw i t ho t h e ro x c s ，t h en e ws t r u c t u r e h a ss m a l li n s e r t sl o s sa n dr e c o n f i g u r a b l ec h a r a c t e r i s t i c s ，a n ds o m ee x p e r i m e n t sh a v e b e e nd o n ew i t hi ta n de x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r eg i v e n i nc h a p t e r4 ，t h em g - o x ci si n v e s t i g a t e d w es t u d yt h r e el a y e rm g - o x cs w i t c h s t r u c t u r ea n dt w ol a y e rm g o x cs w i t c hs t r u c t u r ea n ds i n g l el a y e rm g o x cs w i t c h s t r u c t u r e t h em g - o x ci n s i d em a t r i xs c a l ea n ds w i t c ha b i l i t ya n da s s e m b l ea b i l i t yi s i n v e s t i g a t e d w ep r o p o s e dn o v e lw a v e l e n g t h w a v e b a n d f i b e ra s s i g na r i t h m e t i c ，a n d s o m ee x p e r i m e n t sh a v eb e e nd o n e i n c h a p t e r5 ，a l l o p t i c a l - n e t w o r k ss u r v i v a b i l i t yb a s e do a d ma n do x ca r e i n v e s t i g a t e d t h en e t w o r k ss u r v i v a b i l i t yi sa ni m p o a a n ti s s u e i th a st w ot e c h n o l o g i e s ， n a m e l y , p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n p r o t e c t i o nu s u a l l yp e r f o r m si nd i s t r i b u t i n g ，a n dt h e r e s t o r a t i o nm a k e su s eo fc a p a c i t yo fn o d e ，i n c l u d i n gw o r kf i b e ra n ds p a r ef i b e ra n dl o w l e v e lo fp r i o r i t yc a p a c i t y i tc a ns e a r c ha n o t h e rr o u t ea n ds a v en e t w o r k sr e s o u r c e i n t h i ss e c t i o n , an e wn e t w o r k sp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o ns c h e m ei s p r o p o s e d ，a n di t s s c h e m ep e r f o r m a n c eh a sb e e ni n v e s t i g a t e d i nc h a p t e r6 ，t h es u m m a r yi sm a d ea n ds o m ef u t u r er e s e a r c hi s s u e sa r eg i v e n k e y w o r d s ：a l lo p t i c a ln e t w o r k , o a d m ，o x c ，m g - o x c ，n e t w o r k s u r v i v a b i l i t y i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：主选日期：溅1 月拥 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：碰导师签名：型l 立望 日期：加多年月加日 第一章绪论 1 1 论文研究背景及意义 第一章绪论弟一早珀t 匕 从二十世纪九十年代中期开始，计算机网和电信网都得到了高速的发展，全 世界电话用户的平均年增长率约为6 ，而数据业务的平均年增长率更是高达 2 5 - - - 4 0 ，远高于电话业务的增长。由于m 业务正呈现爆炸式增长，其规模和 业务量约6 9 个月就翻一番，比著名的摩尔定律( c p u 性能约1 8 个月翻番) 还要 快l 2 倍，它们在目前仍保持着强劲的增长态势，并影响着通信业务和技术的走 向。以口为代表的数据业务井喷式增长和新型业务不断涌现以及联网用户急剧增 长，导致网络带宽需求量成指数增长。1 9 9 7 2 0 0 7 年中国互联网上网人数以及互联 网中计算机数量均呈现指数级增长【l 】。 随着网络业务由话音业务为主向数据交换、多媒体、流媒体等多种业务演变， 光网络也由原来的静态配置网络向具有动态交换和路由功能的光交换网络方向发 展，使得光网络向综合业务交换网演进。尤其是流媒体点播、视频会议与教学、 虚拟专用网等这些新的网络应用业务的兴起，为光网络的发展带来了新的机遇和 挑战。同时，网络体系结构也正向高速度、大容量和高质量服务方向飞速发展， 其发展势头之大猛烈冲击电信营运商原有的技术发展思路和运行策略。这些因素 促进了大容量光网络的研究与发展。而光通信技术有着巨大的潜力，其单模光纤 理论带宽约5 0 t b p s ，它是电子处理速率的近4 个数量级，目前还没有可与之竞争 的其它方式。 全光通信网具有高带宽、低损耗、透明性好、响应速度快、信号畸变小、费 用低等优良性能，能够满足高宽带业务需求；同时光网络由于具有抗电磁干扰和 雷电的影响，具有高度的信息安全性。此外，光交换技术的优异性能使得光信号 的透明交换成为可能，并大大增加了光网络的吞吐量。 目前联网的链路容量受单个电中继器的传输容量不超过4 0 g b p s 的限制，为了 解决交换过程中的“电子瓶颈 问题，须在交换系统中引入光交换技术，实现全 光交换。具有通道级上下光路的光分插复用器( o a d m ：o p t i c a la d d d r o p m u l t i p l e x e r ) 和光交叉连接器( o x c ：o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ) 弓i 起了人们的广泛关注 电子科技大学博士学位论文 【2 】【3 1 4 】【5 】唧6 7 】【8 【9 】。 光分插复用器o a d m 在组建全光网络中具有无可比拟的联网优势，它能提高 网络效率和具有动态上下波长的能力，能将传统的s d h 设备中电的分插复用功 能在光域内实现，而且具有透明性，可以处理任何格式和任何速率的信号。它能 进一步加快直达电路的指配业务速度，减少大量中间节点的背靠背终端节点和相 应的收发机线路卡。o a d m 的功能结构如图1 1 所示，由解复用器以及复用器组 成。 图1 1o a d m 功能结构 光交叉连接器( o x c ) 是另外一类重要的全光网络设备，其主要功能是连接多个 网络，完成多个网络之间的互联，实现波长传输与交换。它具有波长处理能力和 灵活组网能力，它是光网络的核心部件，能实现传送、复用、选路、监控和网络 抗毁性等处理功能。其结构示意图如图1 2 所示。 图1 2o x c 结构 全光网络中，由于网络中配备有o a d m 和o x c 设备，他们能消除网络交换 的“电子瓶颈 问题，并且具有灵活疏导业务量的能力，减轻业务层节点处理的 业务量；它们具有简化网络结构，减少网元数量，从而简化网络管理，提高网络 的可靠性，降低网络建设成本和运营维护成本。 2 第一章绪论 因此研究全光网络的光交叉连接( o x c ) 和光分插复用设备( o a d m ) ，将对全光 网络建设具有极其重大的意义1 1 0 1 1 i 】。 o a d m 与o x c 在网络中的功能及位置如图1 3 所示。 3 k 一 7 一弋 图1 - 3 全光网络中o x c 与o a d m 的功能图 在多粒度光网络中，上层用户通过光接口与多粒度光节点相连，通过建立光 路，多粒度光网络为上层的用户节点提供服务。传统光网络中的r w a 需要为一个 请求找到一条位于源节点和目的节点之间的光路并分配一个具体的波长，它的目 标通常是最小化总的波长跳数或用最少的波长来满足给定的请求的光路的集合， 是一个著名的n p c o m p l e t e 问题。 般而言，上层对光网络的业务模式可以分为：静态业务和动态业务两种。 对于静态业务，所有的连接请求预先都已经给定，需要在全局范围内为这些连接 请求建立光路。其目标通常是满足所有连接请求而所需要的网络资源( 比如：波 长数、光纤数、端口数等) 最少；或者是在给定的网络资源的情况下使得建立的 光路是多。此时的r w a ( r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n ) i f i 题称之为静态r w a 问题， 可以通过建立整数线性规划方程或启发式算法来求解。静态的r w a 研究一般应用 于网络规划阶段。对于动态业务，业务的分布是随机变化的，连接请求是基于随 机过程动态地依次到达光网络，每个请求有不同的源节点、目的节点和带宽。此 时的r w a 问题称之为动态r w a 问题。当一个新的连接请求到达网络时，r w a 算 法基于当前的网络状态计算出路由，并为它建立一条光路：当一个连接请求离开 网络时，相应的光路将被拆除，占用的带宽也随之被释放。其目标通常是使网络 的阻塞性能最好，而请求的阻塞概率成为衡量算法性能的一个重要指标。动态r w a 算法适用于要求快速响应的动态网络环境中。 电子科技大学博士学位论文 对于r w a ，网络拓扑中具体的链路信息，例如可获得的波长，总的波长等等， 可以被用来计算链路的权重。通常，d i j k s t r a 最短路径算法被用来计算网络拓扑中 链路权重最小的路径，而此路径可以作为路由的光路。 总的来讲，多粒度光网络中的r w a 是指通过优化来合理地利用有限的网络资 源，主要包括带宽资源、链路资源和节点的端口资源，为来自上层的请求分配一 个端到端的路由和每个链路上的具体波长波带。多粒度的引入为网络流量疏导功 能的实现提供了良好的条件，同时也对传统的应用于波长路由网络的r w a 算法提 出了新的要求，即多粒度网络中的r w a 不同于传统的单一波长粒度的波长路由光 网络中的r w a 问题。 由于光网络中每条链路上承载的信息量非常大，一旦网络发生故障，则会引 起大量业务连接的中断，造成严重的后果，因此，研究光网络的生存性具有重大 意义。生存性的研究包括保护和恢复两部分。 在光层引入的保护机制一般分为两种，共享保护( s h a r e dp r o t e c t i o n ，s p ) 和 专用保护( d e d i c a t e dp r o t e c t i o n ，d p ) ，前者保护通道之间不允许共享保护资源； 后者如果两个工作通道链路互不相关，其对应的保护通道可以在路径相关部分共 享相同的链路波长资源，它们具有不同的应用背景。在实际的网络运营中，可以 根据网络和相关服务的需要提供各种服务等级和保护机制。 1 2 光网络发展的历史回顾 1 9 6 0 年激光器的发明，1 9 6 6 年高馄博士和霍克哈姆发表了玻璃纤维中光传输 损耗较大的主要原因以及1 9 7 0 年美国康宁公司低损耗光纤的研制成功 1 2 】和激光器 技术的重大突破，使光纤传输成为可能。 光通信经过几十年发展，特别是9 0 年代的巨大发展，主要技术进步和成就表 现在：( 1 ) 低损耗光纤的成功研制；( 2 ) 激光器的发明与应用；( 3 ) 掺饵光纤放大 器e d f a 的发明及商用：( 4 ) 光器件技术包括有源与无源器件的重大突破；( 5 ) 密 集波分复用d w d m 的应用【b 1 ；( 6 ) 新型的光网络协议g m p l s 的开发等等【1 4 】。过 去的十年，光传输速率提高了1 0 0 倍，人们预计未来十年还将提高1 0 0 倍左右， 光传输容量以超乎人们想象的速度逐年增长，己成为光通信发展的主要标志。然 而，从目前光纤通信的整体水平来看，至今已获得的1 6 0 g b p s 【l5 1 。高传输容量只相 当于光纤潜在传输能力的0 3 2 ，光纤通信的巨大潜力还没有开发出来。 4 第一章绪论 波分复用( w d m ：w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) ；是充分利用光纤容量的技 术，它是用多个发射不同波长的光源，将多个光载波信号通过光复用器件复用到 一根光纤上进行传输，即w d m 技术在一根光纤中同时传输多个波长，整个光纤 通信带宽被分割为一个个互不重叠的波长带宽【l 。每个波长可以独立操作，可以 作为一个独立的通信信道传输数据，并且对所承载的格式是透明的。这样，通过 允许多个w d m 信道共存在单根光纤中，就可以充分利用光纤的巨大带宽。在 w d m 网络中，实现网络扩容变得非常方便，只需增加波长个数而不需再铺设新的 光纤，极大的降低了网络扩容的成本。 从2 0 世纪9 0 年代中期开始，w d m 技术开始了飞速的发展，并成为全光网络 的基础平台。此后，w d m 技术仍朝着大容量方向发展，即波段间隔不断减小。全 部低损耗窗口的应用，使单根光纤中w d m 的波道数增加至上千，形成密集波分 复用( d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，d w d m ) 。这样，单根光纤的传输 容量可以达到t b i t s 数量级。单信道速率已由2 5 g b i t s t l 7 】提高到4 0 g b i t s t l8 1 、甚至 8 0 g b i t s t l g j 、1 6 0 g b i t s i 2 0 】。信道间隔由3 0 0 g h z 缩窄到2 2 2 g h z 2 1 1 、6 2 5 g h z 2 2 1 。 并且传输距离也由几十公里延长到上万公里【2 3 。 正是因为有了可以重构的o x c 和o a d m 等光节点，才使得光层的互联成为 可能，w d m 从点到点的传输系统向光传送网发展，许多上层的功能开始由光层完 成，网络具有了巨大的灵活性和生存性，网络的资源得到更高的利用率。波长路 由w d m 光网络不仅提供了大传输容量，而且具有以往通信网和现行通信系统所 不具有的优剧2 4 】【2 5 】【2 6 1 ：( 1 ) 对传输码率、数据格式及调制方式完全透明，支持多 种协议业务( 如a t m 、帧中继、i p 等) ；( 2 ) 高扩展性，允许网络节点数目和业务量 不断地增长；( 3 ) 网络具有可重构性，可根据通信业务量的需求，动态地改变网络 逻辑结构，网络资源利用率高；( 4 ) 由于光网是对整个波长信道进行路由交换，很 大程度上节省了电子交换设备的费用，而且简化了网络的运行和管理：( 5 ) 网络生 存性强，可以减少因网络故障所带来的损失；( 6 ) 光网结构简单，网络中许多光器 件都是无源的，因而可靠性高，易维护。 基于d w d m 技术的特点，d w d m 可以用来承担城域网和核心网的建设。目 前d w d m 技术日渐成熟，并体现出如下发展趋势 ( 1 ) 提高波长信道速率 最先实用的d w d m 系统多基于2 5g b s 的信道速率，现在基于1 0g b s 和4 0 g b s 速率的系统正在实用，并正向1 6 0g b i t s 迈进，目前已经出现了3 2 0g b i t s 和6 4 0g b i t s 的试验系统【2 7 】。 电子科技大学博士学位论文 ( 2 ) 增加复用波长数量 8 、1 6 、3 2 、4 0 个波长的d w d m 系统已经大范围使用，1 6 0 个波长的系统也 已走向商用，而实验室里的成绩尤为突出，已完成了1 0 2 2 个波长的复用试验。当 复用波长范围受限时，如果要增加复用波长数量，就必须缩小通道间隔。目前的 d w d m 通道间隔已达到2 5g h z 。在波道间隔上，5 0g h z 已十分成熟，正向2 5g h z 甚至12 5 g h z 、6 2 5 g h z 迈进。 ( 3 ) 扩宽复用波长范围除了充分利用目前使用的c 波段传输能力外，d w d m 系统应用的波长范围正在向l 波段发展，甚至有人将l 波段的长波长一侧延伸到 1 7 0 0n m 。此外，1 3 8 5n l n 波长处的o h 吸收峰已被削减，s 波段与1 3 1 0t i m 窗口 便连接起来，这样，在使用波段上，已迈进到全波窗口。因此，对于d w d m 系统 来说，复用波长范围将扩宽为1 1 0 0 , - 一1 7 0 0 n m 。与d w d m 技术相对应，新发展的 全波光纤和低偏振模色散( p m d ) 的光纤都受到业内的关注，将会成为光纤应用 的主流。 1 3 国外研究动态 近年来，由于d w d m 技术的高速发展，使全光通信网的研究在国际上掀起热 潮，尤其以美国为代表的北美地区、欧洲联盟、亚洲的日本都已开展了d w d m 全 光网络技术的研究，并进行了大规模网络系统应用实验。 1 全光网络( a o n ) 联剧2 蜘，a o n 由d a r p a 资助，该联盟由a t t 、贝尔实 验室、d e c 和m i t 组成，其目标是开发研究高速d w d m 和高速t d m 网络的组 成结构和关键技术，该网络结构分为三层：最高层是可重构波长选路广域网，中 间层是静态波长选路城域网，最底层是无源广播局域网。 2 欧洲多波长光网络【2 9 】【3 0 】 多波长传输网( m w t n ) 项目是世界上第一个成功地验证光网络中的波长路由 原理。 网络中的主要网络设备是：o x c 和o a d m ，其m w t n 网络结构如1 4 图所 示 6 第一章绪论 图l - 4m w t n 的网络结构 絮一：声 ：0 x c i i i ! i 萝 o a d m 卜叫o a d m 图1 - 5m o n e t 试验网结构 4 a l c a t e l 公司的光网络产品主要针对电信运营商。它的产品主要为i n t e r n e t 接入、端到端的光传送、企业和商用等类型网络提供解决方案，主要面向业务和 提供商以及移动互联网市场。a l c a t e l 公司的光网络解决方案如下图1 - 6 所示。它 电子科技大学博士学位论文 的长途骨干网络d w d m 产品非常具有竞争力。目前a l c a t e l 能提供8 0 路信道的 o a d m 设备。 骨干网 局域网 接入网 图1 4 舢c a t e l 公司的光网络解决方案 主要w d m 光网络实验平台的比较如表1 1 所示。 表1 - 1主要w d m 光网络实验平台的比较 国家或地区美国欧洲日本 o p t i c a j p a m 项目名称m o n e tn t o n0 p e np h o t o nm e t o n n e 嗡r o 哦 a t t b e l l c 0 他 h u g e c a t e ls i m 伽 e c s $ o n 组织成员n o f t h 锄 c n e t h h i n t t l u c t1 1 1 鲫s t 科砌 b d g a c o mi m e c b d la t i 加t i c 网络拓扑网状环星型环形网状网状环形环形网状 o a d m 0 a d mo a d m 网络单元o x co x co a d m o x co x co x c 信道数目 8冬稳4 馏868 1 6 信道间隔( g h z )2 0 04 删2 n m4 0 0 2 0 0 4 0 04 0 01 0 0 传输距离( k m ) 2 0 0 07 0 06 0 05 0 02 3 02 0 0 比特率( g b p s ) 2 52 52 5 门o2 5 l o 0 6 2 2 2 52 5 1 4 国内研究动态 为了跟踪和赶超国外在光网络方面的先进水平，加快中国在信息基础结构的 第一章绪论 研究和应用，形成具有自主知识产权的产品，为中国全光网络以及相关领域的研 究奠定人才基础。1 9 9 8 年5 月，国家自然科学基金委员会发布了重大项目“w d m 全光网基础研究 ，由我国的一些著名高校，如清华大学、电子科技大学、北京大 学、北京邮电大学和上海交通大学以及其它一些科研单位共同承担，为我国全面 推广d w d m 全光网络奠定坚实的理论基础。 1 9 9 9 年9 月，国家“8 6 3 ”项目组下放了跨世纪课题的一个重大项目一中国高 速信息示范网( c a i n o n e t ) ，该项目的目的就是要在中国建立一个d w d m 全光互 连网，为所有接入业务i p 、a t m 、s p t n 和s d h 等建立一个统一的操作平台，使 子网之间可以很容易地实现到连互通，即实现全光域上的互联网。2 0 0 1 年完成并 通过验收。在北京地区连接中科院、北京大学、清华大学、北京邮电大学和信息 产业部电信研究院等，成为全球规模最大的全光试验网之一。成功研制了1 3 个节 点的全光通信网络，自主研发6 个3 2 x3 2 的光交叉连接器、7 个光分插复用器。 如图1 7 所示。 靶淦 o x c 中国高速信息示范网 i p ，s d h ，d w d m g e r c r 芒 p s t n cr o x c c r 荟 一 1 。a d s l 讣际 图l - 7中国高速信息示范网( c a i n o n e t ) 结构示意图 c 骨干路由器e & 边缘路由器g e m 千兆以太路由器 o x c ：光交叉连接器a d m ：分插复用器o a d m ：光分插复用器 u a s ：用户接入业务p s t n ：传统话音业务a d s l ：非对称用户环路 9 竺l 寻 电子科技大学博士学位论文 该网的主要功能有：( 1 ) 为各种不同类型的业务提供一个统一的传送平台。( 2 ) 真正实现光域上的分插复用，即全光互联网。( 3 ) 采用环网结构，实现环网自愈功 能。( 4 ) 实现了光层的统一管理，简化了管理的对象。( 5 ) 为i po v e rd w d m 奠定 了基础。c a i n o n e t 要实现一个基于光互联网技术的高速信息网实验环境，它充 分利用自行研制的o x c 、o a d m 、c r 和全光网网管系统，并使用通信技术主题 与智能计算机主题研制的综合接入服务器、边缘路由器、a t m 边缘交换机和s d h 传输系统等配套设施，建设基于i p d w d m 的示范网，为以光因特网技术为代表 的先进网络技术的研究、开发和测试提供一个实验平台。 1 深圳华为 华为公司从1 9 9 3 年开始从事光网络产品的研究与开发，在吸收电国际先进经 验的基础上，并结合自身的努力，得到迅速发展，成功地提出了客户化的网络解 决方案，并推出了o p t i c a lx 系列光网络产品支撑核心网络的建设。除中国市场之 外，还在德国，巴西、西班牙、俄罗斯、新加坡、韩国、泰国等3 0 多个国家和地 区规模商用。 目前，华为公司已能提供3 2 x 2 5 g b p s 与3 2 x 1 0 g b p s 系统跨距归一，当宽带业 务需求上升时，再开通1 0 g b p s 等更高速率的业务，以保证投资的有效性和网络的 可持续发展。 2 深圳中兴 目前中兴通讯己能够提供容量达1 6 t b p s 的光网络设备，并设计了郑州巩义 洛阳段的干线项目，创造了联通全国干线中最高系统容量记录，它采用的是 1 6 0 x 1 0 g b p s 的d w d m 系统。并在2 0 0 4 年初，创造了国内大容量超长距离传输最 高记录，在g 6 5 2 ，g 6 5 5 光纤上成功实现超过5 0 0 0 公里的无电中继传输。中兴光 网络产品除国内市场外，还进入了欧洲、独联体，南美，中东等国家和地区。z x m p m 8 0 0 是城域传送平台的城域波分设备，适用于大容量的光传输系统【3 2 】，能充分满 足不同层次用户的组网和管理要求，可服务于各种规模的本地网和城域核心网络 的建设。系统最大工作波长数为3 2 ，最大传输容量3 2 0 g b p s ，其波长选择和间隔 严格遵循i t u t 的建议要求。支持链型、环网以及环网相切等多种组网方式。支 持的最大环网周长大于2 5 0 k i n 。z x m p m 8 0 0 设备按照有无保护功能可分为无保护 型和保护型，对于无保护型在实际配置时可以简化滤波器的配置，对于保护型需 要滤波器的标准配置。同时也可分为集成式和开放式两种类型。集成式系统可直 接接入满足g 6 9 2 建议光接口要求的z x s m 2 5 0 0s d h 或z x s m 1 0 g 设备。开放 式系统采用了波长转换技术，可根据需求配置具有多业务接入能力的波长转发单 1 0 第一章绪论 元，不但能对现有的满足i t u tg 9 5 7 光接口规范、任意r 家的s d h 传输设备的 中继距离和容量进行扩展，还可以同时接八j p 数据等业务信号 3 大唐电信 幽1 8 大唐电信的o a d m 2 0 0 2 年1 0 月大唐电信光分插复用设备 ( o a d m l 八选国家重点新产品计划p ”。其产品 t r a n s m a r t t m w 4 1 0 0 ，最大支持3 2 4 0 波长