第8章全光通信网

1、第八章第八章 全光通信网全光通信网引言引言一、一、 全光网（全光网（AON）的概念）的概念 全光网全光网(all optical network )是指网络中是指网络中用户与用户之间的信号传输全部采用光波技术，用户与用户之间的信号传输全部采用光波技术，即端到端保持全光路，中间没有光即端到端保持全光路，中间没有光/电转换器。电转换器。这样这样数据从源节点到目标节点的传输都在光域数据从源节点到目标节点的传输都在光域内完成，内完成，而在网络中各节点上使用的是具有高而在网络中各节点上使用的是具有高可靠性、大容量和高度灵活的光交叉连接设备可靠性、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（OXC）来实现各网络节点

2、间信息的交换。）来实现各网络节点间信息的交换。第八章第八章 全光通信网全光通信网 全光光纤网全光光纤网( (简称全光网简称全光网) )意指在光域上实现传意指在光域上实现传输和交换的网络输和交换的网络 第八章第八章 全光通信网全光通信网 全光网相对于传统的光纤网的突出特点全光网相对于传统的光纤网的突出特点是没有是没有“电子瓶颈电子瓶颈” 对信号的传输和交换都是在光域上进行，对信号的传输和交换都是在光域上进行，实现从源节点到目的地节点的端到端的实现从源节点到目的地节点的端到端的全光的传输和交换全光的传输和交换 具有好的透明性、存活性、可重构性、具有好的透明性、存活性、可重构性、可扩展性和对现有系统

3、的兼容性。可扩展性和对现有系统的兼容性。 第八章第八章 全光通信网全光通信网二、全光网的性能二、全光网的性能 (13*)1、透明性、透明性(transparency) (transparency) ： 在全光网中，由于没有电信号参与处理，所以可以使用各种不同的协议和编码形式，是信号具有透明性的特点(对于业务层信号而言，波长就像虚拟光纤一样)；2、可扩展性、可扩展性 (scalability) (scalability) ： 全光网具有分区分层的拓扑结构，OADM及OXC节点采用模块化设计。在原有网络结构和OXC结构基础上，就能方便地增加网络的光信道复用数、路径数和节点数，实现网络的扩充。第八章

4、第八章 全光通信网全光通信网3、可重构性：、可重构性：当新的节点接入到网络中来或旧的节点从网络拓扑结构中删除时，不会影响原有网络和原有设备的正常工作，因此网络能够随时实现对用户、容量、种类的扩展。另外，还可以根据通信容量的要求，能够通过建立、恢复拆除波长连接来达到动态地调整网络拓扑结构的目的。这种网络非常适应突发业务的连接要求（抗毁性、自愈性、灵活性和生存性）。4、可靠性：、可靠性：由于光网络层中使用了许多无源器件，其可靠性高，便于对网络中的设备配置、波长分配、协议控制、网络性能进行实时监控与管理，同时也可降低网络的维护费用。第八章第八章 全光通信网全光通信网5.5.存活性存活性(surviv

5、ability)(survivability) 全光网通过全光网通过OXCOXC可以灵活地实现光可以灵活地实现光信道的动态重构功能，根据网络中业务信道的动态重构功能，根据网络中业务流量的动态变化和需要，动态地调整光流量的动态变化和需要，动态地调整光层中的资源和光纤路径资源配置，使网层中的资源和光纤路径资源配置，使网络资源得到最有效的利用。络资源得到最有效的利用。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 6. 6.兼容性兼容性(compatibility)(compatibility) 全光网和传统网络应是完全兼容的。全光网和传统网络应是完全兼容的。光层作为新的网络层加到传统网的结光层作为新的网络层

6、加到传统网的结构中，对构中，对IPIP、SDHSDH、ATMATM等业务，均可等业务，均可将其融合进光层，而呈现出巨大的包将其融合进光层，而呈现出巨大的包容性，从而满足各种速率、各种媒体容性，从而满足各种速率、各种媒体宽带综合业务服务的需求。宽带综合业务服务的需求。 第八章第八章 全光通信网全光通信网三、全光网类型三、全光网类型A A、按照网络的多址方式的不同进行分类、按照网络的多址方式的不同进行分类 ：1.1.光波分多址光波分多址(OWDMA)(OWDMA)全光网全光网 光波分多址光波分多址(OWDMA)(OWDMA)全光网利用不同全光网利用不同的光载频，实现光信道的多路复用和多的光载频，实

7、现光信道的多路复用和多址组网，利用密集波分复用址组网，利用密集波分复用(DWDM)(DWDM)技术技术和光放大和光放大(EDFA)(EDFA)技术实现网络链路的全技术实现网络链路的全光传输。光传输。第八章第八章 全光通信网全光通信网 优点：优点： 容量大，可成倍地扩展；传输速容量大，可成倍地扩展；传输速率高，可运作在率高，可运作在10Gbit/s10Gbit/s和更高的速和更高的速率信道上；兼容性好，适用于率信道上；兼容性好，适用于ATMATM、SONETSONET、IPIP以及其他信息制式；具有对以及其他信息制式；具有对传输和交换的速率、波长和协议的透传输和交换的速率、波长和协议的透明性；网

8、络的抗毁恢复性能好；网络明性；网络的抗毁恢复性能好；网络易于升级，可扩展性好。易于升级，可扩展性好。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 2. 2.光时分多址光时分多址(OTDMA)(OTDMA)全光网全光网 光时分多址是将光信道在时间上化光时分多址是将光信道在时间上化分成若干时隙，将时隙作为地址，不分成若干时隙，将时隙作为地址，不同用户分配给不同的时隙，进行复用同用户分配给不同的时隙，进行复用和组网。和组网。 特点：可以将低速信道转换为高速信特点：可以将低速信道转换为高速信道，多址性能好，道，多址性能好， 第八章第八章 全光通信网全光通信网 3. 3.光码分多址光码分多址(OCDMA)(OC

9、DMA)全光网全光网 光码分多址全光网是通过给不同的用光码分多址全光网是通过给不同的用户分配不同的地址码来实现多路信道复用户分配不同的地址码来实现多路信道复用和组网的。和组网的。 基于扩频通信、码分多址接入和全光基于扩频通信、码分多址接入和全光网络技术，具有抗干扰能力强、保密性好、网络技术，具有抗干扰能力强、保密性好、实现多址连接灵活方便、动态分配带宽、实现多址连接灵活方便、动态分配带宽、网络易于扩展，并直接进行光编码和光解网络易于扩展，并直接进行光编码和光解码。码。 第八章第八章 全光通信网全光通信网B B、按照网络的功能与作用的不同进行分类、按照网络的功能与作用的不同进行分类 ：1.1.全

10、光核心网全光核心网 全光核心网络用作长途骨干网，是当前全光核心网络用作长途骨干网，是当前研究的主流，重点解决多媒体全业务信息的研究的主流，重点解决多媒体全业务信息的超大容量、超高速的全光传输和交换，基于超大容量、超高速的全光传输和交换，基于光放大技术、光调制技术、光多路复用技术、光放大技术、光调制技术、光多路复用技术、光交换技术，以及新型光纤及色散补偿等技光交换技术，以及新型光纤及色散补偿等技术，构成多种类型的全光网络。术，构成多种类型的全光网络。第八章第八章 全光通信网全光通信网 2. 2.全光接入网全光接入网 全光接入网是最终实现光纤到家全光接入网是最终实现光纤到家(FTTH)(FTTH)

11、的网络形式，利用全光多址接入的网络形式，利用全光多址接入和抗多址干扰技术，实现全业务服务。和抗多址干扰技术，实现全业务服务。 实现实现AllOptical AllOptical PON(Passive Optical Network:无源光纤网络) ，以及，以及IP over IP over OpticalOptical。第八章第八章 全光通信网全光通信网 3. 3.全光互联网全光互联网 全光互联网基于各类全光网之间的光全光互联网基于各类全光网之间的光互联以及互联以及IPIP技术，构成全透明的技术，构成全透明的AllAllOptical InternetOptical Internet，实现任

12、何人、在任，实现任何人、在任何地方、在任何时候都可以与任何人进何地方、在任何时候都可以与任何人进行任何方式的实时的、无阻塞的通信，行任何方式的实时的、无阻塞的通信，并可以享用全光互联网平台上的信息资并可以享用全光互联网平台上的信息资源。源。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 C C、按照网络的工作方式的不同进行分类、按照网络的工作方式的不同进行分类 ： 1.1.广播和选择网络广播和选择网络 广播和选择网络具有广播和组播功能，广播和选择网络具有广播和组播功能，所需播送的信息可以到达网上的全部用户或所需播送的信息可以到达网上的全部用户或指定的一组用户，用户可以对播送来的信息指定的一组用户，用户可

13、以对播送来的信息有选择地接收和使用。星型和线型网多采用有选择地接收和使用。星型和线型网多采用这种工作方式。这种工作方式。第八章第八章 全光通信网全光通信网 2. 2.路由寻径网路由寻径网 在路由寻径网中，单跳网的信息传在路由寻径网中，单跳网的信息传 递按照所给定的地址直接从递按照所给定的地址直接从信源信源送到送到信信宿宿，多跳网的信息传递要经多个节点，多跳网的信息传递要经多个节点，每个节点按照所给定的地址选择路由，每个节点按照所给定的地址选择路由，逐段传送和交换，最终将信息从信源送逐段传送和交换，最终将信息从信源送到信宿。网状网型多采用这种方式。到信宿。网状网型多采用这种方式。第八章第八章 全

14、光通信网全光通信网四、全光网的构成四、全光网的构成全光网由光节点、光链路、光网络管理单元等构成全光网由光节点、光链路、光网络管理单元等构成 第八章第八章 全光通信网全光通信网1.1.光节点光节点 光节点是重要的网元，主要有两种类型光节点是重要的网元，主要有两种类型: :光接入节点光接入节点: :具有光信道的选择特性具有光信道的选择特性光交换节点光交换节点: :适用于作为网状型网的光节点适用于作为网状型网的光节点及两个环形网之间的连接节点及两个环形网之间的连接节点第八章第八章 全光通信网全光通信网(1)(1)光接入节点功能：光接入节点功能：1)1)光信道进入网络和从网络下路。光信道进入网络和从网

15、络下路。2)2)非本地信息直接旁路，不在本地节点上进非本地信息直接旁路，不在本地节点上进行处理，贯通而过。行处理，贯通而过。第八章第八章 全光通信网全光通信网3)3)光信道的性能监测、故障检测、保护和光信道的性能监测、故障检测、保护和恢复。恢复。4)4)对网络的管理和控制。对网络的管理和控制。5)5)具有好的透明性，适应不同种类的、不具有好的透明性，适应不同种类的、不同格式的、不同传输速率的本地信息，同格式的、不同传输速率的本地信息，畅通地进出网络。畅通地进出网络。第八章第八章 全光通信网全光通信网 光分插复用器可以作为全光网络的接入节点，由光分插复用器可以作为全光网络的接入节点，由光复用器、

16、光解复用器、光信道监控等部分组成光复用器、光解复用器、光信道监控等部分组成。 注注第八章第八章 全光通信网全光通信网(2)(2)光交换节点基本功能是：光交换节点基本功能是：1)1)路由选择。路由选择。2)2)按其所选择的路由，建立各输入端和输出按其所选择的路由，建立各输入端和输出端之间的全光连接，将输入端的光信号在端之间的全光连接，将输入端的光信号在所建立的全光通道上无阻塞地达到所指定所建立的全光通道上无阻塞地达到所指定的任意输出端。的任意输出端。3)3)可实现光信号交换功能。可实现光信号交换功能。第八章第八章 全光通信网全光通信网4)4)可以进行光信号的放大、处理。可以进行光信号的放大、处理

17、。5)5)光信道的性能监测、故障检测、保护及光信道的性能监测、故障检测、保护及 恢复。恢复。6)6)控制、管理。控制、管理。第八章第八章 全光通信网全光通信网光交换节点由光输入接口、光输出接口、光交换节点由光输入接口、光输出接口、光交换单元、控制及管理单元组成光交换单元、控制及管理单元组成 第八章第八章 全光通信网全光通信网光交换节点可以是光交换节点可以是光交叉连接光交叉连接(Optical Cross-Connect, OXC)(Optical Cross-Connect, OXC)光路由器光路由器 (Optical Router(Optical Router，OR)OR)光交换机光交换机(

18、Optical Switching(Optical Switching，OS)OS)第八章第八章 全光通信网全光通信网 光路由器/光交换机具有光路由和光交换功能在光分插复用器和光交叉连接器中具有少量的路由和光信道交换功能。 对于大规模网络，如网状型网，用光路由器光交换机作为光节点是一种可选方案，特别是运作IP数据包的全光网络。第八章第八章 全光通信网全光通信网光交叉连接根据不同的工作机理有多种连接方式光交叉连接根据不同的工作机理有多种连接方式: : 1)1)光波长交叉连接：光波长交叉连接： 实现波长交换，不同波长的光信号，通过波长实现波长交换，不同波长的光信号，通过波长光交叉连接选择不同的网络

19、通道，由波长开关进行光交叉连接选择不同的网络通道，由波长开关进行交换。交换。 波长光交叉连接由波分复用器解复用器、波波长光交叉连接由波分复用器解复用器、波长选择空间开关和波长变换器长选择空间开关和波长变换器( (波长开关波长开关) )组成。组成。2)2)光时隙交叉连接光时隙交叉连接: : 实现光时分交换功能，可以与光传输系统很好实现光时分交换功能，可以与光传输系统很好配合构成全光网。配合构成全光网。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 3)3)光码交叉连接：光码交叉连接： 利用光码字的变换，可以构成光码的光交叉连接，由光编解码器阵列、光交换控制单元、光延时及检测部分构成。 完成光通道的交叉连接

20、以及对网络的路由、监 控、保护和恢复等，输入的光码分复用信号，经可调的光解码器进行解码，将解码后得到的光信号(光窄脉冲)，再按照交换控制单元给出的新的地址码，重新进行光编码，送至输出，从而实现光码分多址的光交叉连接。 第八章第八章 全光通信网全光通信网2.2.光链路光链路 光链路一般指光纤链路。光纤链路中可光链路一般指光纤链路。光纤链路中可设置光放大器，用以提高链路性能。采用设置光放大器，用以提高链路性能。采用空间光信道作为全光网的光链路。空间光信道作为全光网的光链路。 第八章第八章 全光通信网全光通信网3.3.光网络管理单元光网络管理单元 光网络管理系统是全光网络的头脑和指挥系统，具有性能管

21、理、设备管理、故障管理等功能，还应包括网络的安全体系、安全管理，确保网络的存活性、可靠性和安全性，以及计费管理等实用化功能。第八章第八章 全光通信网全光通信网五、全光网中的关键技术五、全光网中的关键技术 要使全光网具有透明性、可重构性要使全光网具有透明性、可重构性传输和可管理性的特性，它的进展完全传输和可管理性的特性，它的进展完全取决于光交换技术、光中继技术的发展、取决于光交换技术、光中继技术的发展、全光器件的开发以及网络管理的实现等。全光器件的开发以及网络管理的实现等。第八章第八章 全光通信网全光通信网 关键技术之一关键技术之一 光交叉连接光交叉连接(OXC)： OXC是全光网中的核心器件，

22、它与光纤组成了一个全光网络。OXC交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中断或业务失效时，OXC能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不中断。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 关键技术之二关键技术之二 光分插复用光分插复用(OADM) ： OADM具有选择性，可以从传输设备中选择下路信号或上路信号，也可仅仅通过某个波长信号，但不要影响其他波长信道的传输。OADM在光域内实现了SDH中的分插复用器在时域内完成的功能，且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，

23、能提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率，是组建全光网必不可少的关键性设备。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 关键技术之三关键技术之三 全光网的管理、控制和运作全光网的管理、控制和运作 ： 全光网对管理和控制提出了新的问题： 现行的传输系统(SDH)有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题； 由于表示网络状况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题； 在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系

24、的问题。 从现阶段的WDM全光网发展来看，网络的控制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需解决的技术。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 关键技术之四关键技术之四 光交换技术：光交换技术： 光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路交换又可分成3种类型，即空分（SD）、时分（TD）和波分/频分（WD/FD）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广

25、泛研究的一种方式。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 日本开发了两种空分光交换系统多媒体交换系统和模块光互连器。多媒体光交换系统支持G4传真、10Mbit/s局域网和400Mbit/s的高清晰度电视。两种系统均采用88二氧化硅光开关。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 关键技术之五关键技术之五 全光中继技术：全光中继技术： 在传输方面，光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一。DWDM系统的传统基础是掺饵光纤放大器（EDFA）。光纤在1.55m窗口有一较宽的低损耗带宽（30THz），可以容纳DWDM的光信号同时在一根光纤上传输。最近研究表明，1590nm宽波段光纤放大器能够把DWDM系统的

26、工作窗口扩展到1600nm以上。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 贝尔实验室和NH（全日空航空公司 ）的研究人员已研制成功实验性的EBFA(1590nm的扩展波段光纤放大器 )。这是一种基于二氧化硅和饵的双波段光纤放大器，它由两个单独的子带放大器组成：一个是传统1550nm EDFA（1530-1560nm），另一个是1590nm的扩展波段光纤放大器EBFA和EDFA（工作波长1570-1605nm），EBFA和EDFA的结合使用，可使DWDM系统的带宽增加一倍以上（75nm），为信道提供更大的空间，从而减少甚至消除了串话。因此，1590nmEBFA对满足不断增长的高容量光纤系统的需求迈出了重要的一步。 第八章第八章 全光通信网全光通信网 关键技术之六关键技术之六 全光网络器件全光网络器件 光无源器件 第八章第八章 全光通信网全光通信网六、美国和欧盟的全光网发展举措六、美国和欧盟的全光网发展举措 为开发先进的光纤通信网络，美国国防部高级为开发先进的光纤通信网络，