第1章全光通信网-

1、全全 光光 通通 信信 网网第一章第一章 概概 述述 1966年年7月，月，英藉华人英藉华人高锟高锟博士，发表了，加强原材料提博士，发表了，加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数从当时的纯，加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数从当时的1000dB/km降低到降低到20dB/km以下以实现通信的文章。以下以实现通信的文章。光纤通信发明家光纤通信发明家高锟高锟( (左左) )1998年在英国接受年在英国接受IEE授授予的奖章予的奖章. 光纤通信的发展光纤通信的发展 1970年年，美国，美国康宁康宁公司马勒博士等三人的研究小组首次公司马勒博士等三人的研究小组首次 研制成功损耗为研制成功

2、损耗为20dB/km光纤。光纤。 1974年年，贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法，贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法， 称作改进的化学汽相沉积法（称作改进的化学汽相沉积法（MCVD）. 光纤损耗下降到光纤损耗下降到1dB/km。 1976年年，日本电话电报公司研制出更低损耗光纤，日本电话电报公司研制出更低损耗光纤， 损耗下降到损耗下降到0.5dB/km。 1979年年，日本电报电话公司研制出，日本电报电话公司研制出0.2dB/km的光纤的光纤 （1.55um） 目前，光纤最低损耗目前，光纤最低损耗0.17dBkm 光纤通信系统的发展光纤通信系统的发展SDH设备设备STM-1STM-4ST

3、M-16STM-64STM-256速率速率155.52Mb/ /S622.08Mb/ /S2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s话路数话路数1890路路63个个2M口口7560路路30240路路120960路路48.384万万49.152万万年代年代1990199620021976年年，美国在亚特兰大成功地进行了速率为，美国在亚特兰大成功地进行了速率为44.7Mbit/ /S的光的光 纤通信系统试验；纤通信系统试验；1978年年，日本开始了速率为，日本开始了速率为100Mbit/ /s多模光纤通信系统的现多模光纤通信系统的现 场试验。场试验。1981年年，日本，日本F100M光纤通信系统商用。

4、光纤通信系统商用。1999年年，美国朗讯，美国朗讯1Tb/s(100(10010Gb/s)120010Gb/s)1200万话路万话路. .2000年年，日本，日本NEC 3.2Tb/s(160(16020Gb/s)20Gb/s)试验。试验。2001年年，日本，日本NEC 10.92Tb/s(273(27340Gb/s)40Gb/s)试验。试验。 1978年年, ,在全国科学大会上，展出了在全国科学大会上，展出了PCM24路信号和彩色电路信号和彩色电 视信号的光纤传输试验。视信号的光纤传输试验。 1979年年，多模光纤的损耗降至，多模光纤的损耗降至1dB/Km。建成。建成8Mb/s、5.7km

5、光缆中继线路试验段。光缆中继线路试验段。 1981年年, , 研制出三次群研制出三次群34Mb/s(480/s(480路路) )光传输设备光传输设备. 1982年年，研制出四次群，研制出四次群140Mb/s(1920s(1920路路) )光传输设备光传输设备 1991年年, , 研制出五次群研制出五次群565Mb/s(7680/s(7680路路) )光传输设备光传输设备.( (PDH) ) 2002年年，研制出，研制出320Gb/s(3210Gb/s) (387(387万路万路) )光传输设备光传输设备 2003年年，研制出，研制出1.6Tb/s(160(16010Gb/s)10Gb/s) (

6、1935.36(1935.36万路万路) ) 2004年，年，研制出研制出单波长单波长40 Gb/sGb/s 烽火通信烽火通信- -武汉邮科院武汉邮科院 2008年，商用年，商用3.2Tb/s( (8040Gb/s) )深圳华为深圳华为 我国光纤通信系统的发展概况我国光纤通信系统的发展概况 20世纪世纪90年代以后，因特网迅猛发展对网络结构和功能提出新年代以后，因特网迅猛发展对网络结构和功能提出新的需求，光纤通信发生多次重大的变革。的需求，光纤通信发生多次重大的变革。1. 单波长系统向多波长系统的发展单波长系统向多波长系统的发展2. 掺饵光纤放大器掺饵光纤放大器(EDFA)的实用化的实用化3.

7、 1.55um波段传输系统的开发波段传输系统的开发 几年来几年来,DWDM一直向更高的单波长比特率（已达到一直向更高的单波长比特率（已达到80Gbit/s）、更密集的波分复用（最多路数已达）、更密集的波分复用（最多路数已达1022）、更）、更宽的可用波长范围（宽的可用波长范围（C, L和和S波带）、更长的光放大段（数波带）、更长的光放大段（数百百km)、更长的无电再生传输距离（实验室中环路循环传输、更长的无电再生传输距离（实验室中环路循环传输距离达到距离达到7380km),更大容量（最大容量达到更大容量（最大容量达到10.92Tbit/s）的）的方向迅速发展着，并在全球干线网中扮演重要角色。方

8、向迅速发展着，并在全球干线网中扮演重要角色。G.652光纤的衰减光纤的衰减0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6 5 4 3 2 10。30。2第三窗口第三窗口 1.565 1.625 1.6751.26 1.36 1.46 1.53OESC L U1.2 WDM的技术优点的技术优点 ( (Wavelength Division Multiplexing) ) 超大容量传输。超大容量传输。充分利用光纤的低损耗波段，充分利用光

9、纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，降低成本；增加光纤的传输容量，降低成本； 可同时传输多种不同类型的信号，实现多可同时传输多种不同类型的信号，实现多 媒体信号的混合传输；媒体信号的混合传输； 可实现单根光纤双向传输。可实现单根光纤双向传输。 平滑扩容、升级，各信道透明传输。平滑扩容、升级，各信道透明传输。 适应未来全光网建设的要求。适应未来全光网建设的要求。1.3 光通信网络的发展和演变光通信网络的发展和演变 1.电网络电网络电网络采用电缆将网络节点互连在一起，网络节点采用电子交换节点，是上世纪80年代以前广泛使用的网络 2.光电混合网光电混合网光电混合网在网络节点之间用光纤取代了传统的电缆

10、，实现了节点之间的全光化。这是目前广泛采用的通信网络 电网络电网络光电混合网光电混合网络络电交换节点光纤电缆3.全光网络全光网络 指信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生、光交叉连接(OXC ),光分叉复用(OADM）和交换选路，中间不需经过光电、电光转换，因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制，对比特速率和调制方式透明，可以大大提高整个网络的传输容量和交换节点的吞吐量。它强调网络的全光特性，严格地说在此网内不应该有光电转换，所有对信号的处理全在光域内进行。AON, ALL Optical Network 4.光传送网（光传送网（OTNOTN） Optical

11、Transport Network 光信号固有的模拟特性和光器件的水平，目前在光光信号固有的模拟特性和光器件的水平，目前在光域内很难完成域内很难完成3R中继功能（即再定时、整形和放大），中继功能（即再定时、整形和放大），人们暂时放下了全光网的追求，转而用人们暂时放下了全光网的追求，转而用“光传送网光传送网”来来代替代替. 子网内全光透明，而在子网边界处采用子网内全光透明，而在子网边界处采用O/E/OO/E/O技术。技术。全光网己被全光网己被ITU-T定义为光传送网定义为光传送网. .光传送网是在现有的光传送网是在现有的传送网中加入光层，提供光交叉连接和分插复用功能，传送网中加入光层，提供光交叉

12、连接和分插复用功能，提供有关客户层信号的传送、复用、选路、管理、监控提供有关客户层信号的传送、复用、选路、管理、监控和生存性功能。和生存性功能。 由于全光通信网在光域上进行交叉连接和分插复用，由于全光通信网在光域上进行交叉连接和分插复用，大大提高整个网络的传输容量和节点的吞吐容量。大大提高整个网络的传输容量和节点的吞吐容量。光传送网成为光传送网成为20世纪世纪90年代中期以后光网络的研年代中期以后光网络的研究热点究热点。 利用利用OADM OXC构建构建WDM网络网络OXCOADMOXCOXCOADMOADM1232222233311111Long-distantBackboneRegiona

13、lNetworkMetro NetworkIPSDHIP/SDH/ATMWDM TermWDM TermO A D MijFunction: Optical Add/Drop Capacity controlOADM:Optical Add-Drop MultiplexerOXC: Optical Cross Connection核心网的演进核心网的演进 (a)今天的核心网今天的核心网 （b）下一代核心网）下一代核心网1.4 IP over WDM (Internet Protocol over Wavelength Division Multiplexing)1998年，全球范围内的数据业务

14、量已经超过传统年，全球范围内的数据业务量已经超过传统的话音业务量。的话音业务量。 随着随着IP流量的迅猛发展和传送方式的成功，流量的迅猛发展和传送方式的成功，IP将成为未来传送网络业务的主要承载方式。而将成为未来传送网络业务的主要承载方式。而WDM具有惊人的传送能力，成为构建下一代传具有惊人的传送能力，成为构建下一代传送网络最有潜力的技术之一。因此，光网络和数送网络最有潜力的技术之一。因此，光网络和数据网络的融合成为必然的发展趋势。据网络的融合成为必然的发展趋势。光通信的另一重大变革：光网络与数据网的融光通信的另一重大变革：光网络与数据网的融合及光网络向智能化的发展。合及光网络向智能化的发展。

15、IP与智能光网技术的结合与智能光网技术的结合 进入入新世纪以来，数据业务量继续以高于话音业务量数倍甚至十倍的速度在增长。传统的由IP,ATM,SDH和WDM构成的多层网络虽然有Qos和生存性措施，但由于其管理的复杂性和数据业务成本偏高促使人们不断探讨如何简化层次。鉴于WDM技术能提供巨大的带宽，已经无可争议地成为骨干网络中最为主要的传输技术，因此， 如何在如何在WDM之上高效地承载之上高效地承载IP业务就业务就成为最热门的重点研究课题成为最热门的重点研究课题，IP over WDM成为人们期望的选择成为人们期望的选择。 IP在在WDM上的适配技术上的适配技术（1）IP over ATM 20世

16、纪世纪90年代中期，一些因特网业务提供商在他们的核心网络年代中期，一些因特网业务提供商在他们的核心网络中引人中引人IP over ATM的模式，以满足带宽的需求，适应网络业务的模式，以满足带宽的需求，适应网络业务的爆炸性增长。的爆炸性增长。 IP over ATM的基本原理为的基本原理为：将：将IP数据包在数据包在ATM层封装为层封装为ATM信元，数据信元，数据以以ATM信元的形式在信道中传输。当网络中的交换信元的形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个机接收到一个IP数据包时，它首先根据数据包时，它首先根据IP数据包的数据包的IP地址进行处地址进行处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在

17、理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立网上建立VC。以后的数据包将在此以后的数据包将在此VC上以直通方式传输而不再经过路由器的上以直通方式传输而不再经过路由器的地址解析处理，从而有效地解决了地址解析处理，从而有效地解决了IP路由器的路由器的“瓶颈瓶颈”问题，提问题，提高了高了IP数据包的交换速度。数据包的交换速度。 IP和和ATM的结合是面向连接的的结合是面向连接的ATM与无连接与无连接IP的统一，也是选的统一，也是选路与交换的优化组合，但其网络结构复杂，功能重复，路与交换的优化组合，但其网络结构复杂，功能重复，开销损失开销损失达达20%以上以上，网络扩展性也差。，网络扩展性也差

18、。 （2）IP over SDH/SONET SDH/SONET是目前网络中应用最为广泛的传输技术，能够提供多种不同速率的复用和业务整合功能，具有强大的故障恢复和保护功能。IP与S D H / S O N E T 的 结 合 是 将 I P 数 据 报 通 过P P P / L A P S / S D L / G F P 等 协 议 直 接 映 射 到SDH/SONET帧，去除了中间的ATM层，从而保留了Internet的无连接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率。IP与SDH/SONET的结合易于兼容不同技术体系和实现网间互联，是一种较现实、高效的IP传送方式，目前已在实际应用中获得较大

19、的成功。 Point -to- Point Protocol GFP:Generalized Frame Protocol LAPS:Link Access Procedure-SDH SDL:Simple Data Link Protocol（3）IP over GE( (Gigabit Ethernet千兆以太网千兆以太网) ) 以太网占据了全世界以太网占据了全世界LAN的的85%以上以上， 1995年IEEE正式通过802.3 u快速以太网标准， 1998年802.3z千兆以太网标准， 2002年年6月，月，802.3ae 10 G标准标准的发布， 以太网技术在其以太网技术在其20年风雨

20、历程中发生了年风雨历程中发生了3次大的飞跃。由于以太次大的飞跃。由于以太网技术具有共享性、开放性，加上设计技术上的一些优势（如结网技术具有共享性、开放性，加上设计技术上的一些优势（如结构简单、算法简洁、良好的兼容性和平滑升级），以及传输速率构简单、算法简洁、良好的兼容性和平滑升级），以及传输速率的大幅提高，的大幅提高，20世纪世纪90年代以来，以太网得到了前所未有的大规年代以来，以太网得到了前所未有的大规模应用。使用新的以太网标准可用来把大容量的模应用。使用新的以太网标准可用来把大容量的LAN扩展成为扩展成为MAN，甚至可扩展成为，甚至可扩展成为WAN.路由器中的吉比特线路卡提供与路由器中的吉

21、比特线路卡提供与SDH相当的容量，花费只是其六分之一左右。相当的容量，花费只是其六分之一左右。 LAN:Local Area Network ; MAN:Metropolitan Area Network WAN :Wide Area Network (4) IP 0ver WDM IP 0ver ATM以及IP 0ver SDH都是在已广泛应用的技术基础上提供对IP业务的传输，但它们的最初设计目标不是针对IP业务。 ATM的目标是承载多业务、提高网络吞吐量和的目标是承载多业务、提高网络吞吐量和QOS保证保证； SDH的目标则主要是针对电路交换式业务提供高的目标则主要是针对电路交换式业务提供高

22、容量的传输容量的传输；它们都不是很有效的IP到WDM的适配方式。如何将如何将IP和和WDM廉价的带宽很好地结廉价的带宽很好地结合是我们关心的问题合是我们关心的问题。 目前普遍认为简化IP到WDM的适配过程是未来网络体系结构的发展趋势，在IP层和WDM光层之间只需要一个合适的适配层。 路由器中的吉比特线路卡提供与路由器中的吉比特线路卡提供与SDH相当的相当的容量，花费只是其六分之一左右。在这种情容量，花费只是其六分之一左右。在这种情况下，还需要况下，还需要SDH吗？由其是吗？由其是10G 路由器已路由器已经出现，经出现，100G 的路由器也已提上日程，的路由器也已提上日程，SDH的装载容量已不能

23、满足高速路由器的出的装载容量已不能满足高速路由器的出口速率要求，显然直接给路由器配个波长进口速率要求，显然直接给路由器配个波长进入入WDM网络，不再进入网络，不再进入SDH网络是可行网络是可行的。的。 这就出现了这就出现了OTN的组网形式。的组网形式。 1.5 Ip over OTN是未来组网的主要形式是未来组网的主要形式 随着随着宽带宽带数据业务的大力驱动和数据业务的大力驱动和OTN技术的日益成熟，采技术的日益成熟，采用用OTN技术构建更为高效和可靠的传送网是技术构建更为高效和可靠的传送网是OTN技术必技术必然的发展结果。现有城域核心层及干线的然的发展结果。现有城域核心层及干线的SDH网络适合传网络适合传送的主要为送的主要为TDM业务，而目前迅猛增加的主要为具备统计业务，而目前迅猛增加的主要为具备统计特性的数据业务，因此在这些网络层面后续的网络建设不特性的数据业务，因此在这些网络层面后续的网络建设不可能大规模新建可能大规模新建SDH网络，但网络，但WDM网络的规模建设和扩网络的规模建设和扩容不可避免，容不可避免， IP业务可通过业务可通过POS 接口或者接口或者以太网以太网接口直接口直接上载到接上载到OTN。对于现有。对于现