第四讲-WDM光网络1

光网络许国良xugl@南京大学光通信工程研究中心第四讲WDM光网络WDM技术概述

WDM系统结构和组成

WDM传送网分层结构WDM光网络组网

WDM光网络生存性WDM技术概述一概述

九十年代以来，以Internet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和体系

目前北美Internet骨干网的业务量几乎每6～9个月翻一番，比著名的CPU性能进展more定律（18个月左右翻番）快2～3倍话音业务数据业务宽带综合业务B-ISDN

世界电话业务年增长率为10%，数据业务年增长40%

中国话音业务14%的增长率，数据业务400%增长容量的需求2502001501005001151352IP23106250话音话音和IP通信量的增长情况1996199719981999201020201058Tbit技术到干线网21世纪的传输

Gbit技术到办公室/家庭Mbit技术到个人扩容的选择空分复用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)时分复用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分复用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技术合用DWDM技术特点高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本透明性：与信号速率、格式无关,是引入宽带新业务（例如CATV)的方便手段波长路由：利用WDM选路实现网络交换和恢复从而实现未来透明的、具有高度生存性的光联网采用WDM前的扩容采用WDM后的扩容TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTXMUX120km120km120kmWDM+EDFA革新了光纤传输DEM

1310nm/1550nm窗口的波分复用

仍用于接入网，但很少用于长距离传输

1550nm窗口的密集波分复用(DWDM)

可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络波分复用技术的发展WDM系统结构和组成DWDM系统的分类

以信道速率分类：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、

IP或混合业务等

以信道数分类：4、8、16、32等以系统接口分类：集成式或开放式系统还可以总容量、地理域或网络功能等分类开放式和集成式系统结构开放式4波、8波、16波、32波WDM系统集成式4波、8波、16波、32波WDM系统波长转换(WavelengthConvertion)开放式系统的关键技术------DWDM系统的五大组成部分

合波和分波无源部分信道隔离度高的光解复用器

发射和接收有源部分特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源能容忍一定SNR信号的光接收机

光传输和光放大小色度色散系数光纤增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器

光监控信道

1510nm

DWDM系统网管光传送网分层模型

WDM传送网分层结构1．光传送网与通信网之间的关系2．WDM光传送网分层结构1．光传送网与通信网之间的关系图6-9通信网的分层结构2．WDM光传送网分层结构(1)分层结构(2)光通道网络①光通道层的逻辑功能模型②光复用段层的逻辑功能块模型(3)WDM光传送网的网络单元连接模型图6-10WDM光传送网的功能分层模型图图6-12VWP机制的波长转换过程示意图图6-13WDM光传送网的网络单元连接模型图1．WDM网络的交换形式2．波长路由机制WDM网络交换形式和波长路由机制

1．WDM网络的交换形式(1)光路交换(2)分组交换(3)光突发交换(4)光分组流交换图6-14广播式星形光网络结构示意图图6-15光分组交换网络节点结构图6-16光突发交换网络节点结构图6-17光分组流交换数据包格式2．波长路由机制图6-18WDM网络中的波长通路1．网络生存性的概念2．网络生存性策略——保护和恢复3．WDM网络保护WDM网络的生存性1．网络生存性的概念网络的生存性是指网络在经受各种故障(网络失效和设备失效)后能够维持可接受业务质量的能力。经常出现的网络故障包括以下几种。设备故障链路故障软件故障为了保证网络的正常工作，必须建立一个具有快速、可靠的交叉连接机制和重选路由技术的保护倒换方案。就网络生存性而言，它包含两个方面的内容：保护和恢复。(1)保护恢复技术分类(2)网络生存性性能指标2．网络生存性策略——保护和恢复2．网络生存性策略——保护和恢复（1）保护恢复技术分类按网络中所使用的协议层次进行划分：IP层恢复技术ATM层恢复技术SDH层恢复技术光层恢复技术WDM网络的恢复方案又可分为保护倒换和利用OXC重新选路进行业务恢复两种。2．网络生存性策略——保护和恢复(2)网络生存性性能指标冗余度是指网络中总的空闲容量与总工作容量之比。恢复率是指已恢复的通道数占原来失效的总通道数的比例。恢复时间是与恢复率有关的指标，它是指在以一定恢复率为目标的情况下，恢复网络所需要的时间。3．WDM网络保护(1)WDM系统线路保护方式①基于单个波长的、在SDH层上实现的1+1或1∶n保护②光复用段保护(OMSP)(2)WDM环网的保护①WDM环形网络的分类②两纤环(3)网状网的OXC保护DWDM网络现有拓扑结构点到点环状12345ABCDE12345ABCDE

线路保护主要有两种保护方式：SDH层的保护 光网络层的保护WDM系统的保护(1)WDM系统线路保护方式图6-33采用分路器和光开光复用段保护(OMSP)图3SDH层的1＋1线路保护这种保护系统的机制是：在发送端的SDH设备所发射的光信号，通过光分路器将信号分成两路，然后再通过两个合波器分别送入工作通路和保护通路，在接收端利用SDH复用段功能监视从这两个通路中收到的SDH信号状态，并选择更合适的信号，送到接收端，这种方式可靠性比较高，但是成本也较高。基于单通道1:N保护T×11、T×21～T×n1共用一个保护段，与T×p1构成1:N的保护关系。以此类推，T×1m、T×2m、T×nm共用一个保护段，与T×pm构成1:N的保护关系。接收端监视和判断接收到的信号状态，并执行来自保护段合适信号的桥接和选择。

ADMmADMADMADM2纤自愈环nADMmADMADMADM4纤自愈环mmmnmnmnmDWDM和SDH自愈环的结合（2）WDM环网保护图6-34两纤单向配置环WDM单向通道保护环是在波长通道切换的基础上进行路径的恢复。单向通道保护环每对节点之间都有两根光纤，一根用作主通道来传输工作信号，一根用于保护通道来传输保护信号，这两根光纤的传输方向相反，传输内容相同。系统采用1+1保护方式，在发送端的主、保护通道中传送同一业务，在接收端根据信号质量优劣从两条通道中选择一条接收。图1自愈环网拓扑结构：二纤单向通道保护从图2中可以看出，从某个节点发出的同样的信号从不同的方向、以不同的传输时延到达目的地。接收机通常选择来自主通道的信号，当然它也在不断比较两个方向信号的保真度，在出现主通道信号丢失或者服务劣化时即选择另一信号。因此，每个通道都是基于信号性能而独立切换的。如果通道2中断或是节点2出现设备故障，则节点3将切换到保护通道，通过链路5和链路6接受来自节点1的信号。图2某两点之间出现断纤或设备出现故障示意图动态可重构的OADM节点输入光纤1234本节点信息DEMMUX输出光纤12341123344RXTX23412341x2开关1234123412

3412

3412341234动态可重构的交叉连接节点光开关11图6-35两纤双向配置环(集中波长产生)（2）WDM环网保护图6

2纤光复用级光享保护环其保护机制如下,光纤1和光纤2中分别有N个波长的光波传输，它们分别是λ1、λ2……λN，其中光纤1和光纤2中λ1~λN/2所传送的是工作波长，

λN/2＋1~λN所传送的是保护波长。在正常情况下，信号均由工作波长所携带，传送到目标节点。如图6(a)所示，A→C的信号由光纤1的工作波长所携带传送，而C→A的信号由光纤2的工作波长所携带传送。当光纤断裂时，如A、B之间的光纤断裂，A→C的信号，在A点进行倒换由光纤2的保护波长所携带传送，经由D、C节点，到达B节点，在B点再进行倒换（包括波长的转换），信号由光纤1的工作波长所携带传送到达目标节点C点。而C→A的信号，由光纤2的工作波长所携带到达节点B，在节点B上进行倒换（包括波长的转换），信号由光纤1的保护波长所携带，经由D点到目标节点C经倒换以后接收,如图（b）所示。当2纤环节点失效，如B节点失效,如图（c）所示，则要在A、C节点进行环倒换，如A→C，信号由光纤2的保护波长所携带传送；C→A，信号由光纤1的保护波长所携带。图7

4纤光复用段共享保护环4纤复用段保护环与2纤共享保护环相类似，只不过在4纤环中所有的工作波长均由工作光纤所携带，而所有的保护波长均由保护光纤所携带,如图7所示。正常情况下，A→C和C→A的信号均是由工作光纤所携带传送，如图7（a）所示。当某一根工作光纤断裂，如图7（b）所示，则A→C的信号，在节点A通过跨距倒换，由保护光纤所携带，到达节点B再经跨距倒换，由工作光纤所携带到达目标节点C。当节点失效，如图7（c）所示，如B节点失效，需在A、C节点进行环倒换，如：A→C信号首先在节点A进行环倒换，由保护光纤所携带，经由D节点到达目标节点C经倒换以后接收；而从C→A，信号首先在节点C进行环倒换，由保护光纤所携带，经由D节点到达目标节点A经倒换以后接收。光通道保护光复用段保护集中型业务;网络结构较为丰富，支持环形、链形、点对点以及点对多点等;可以实现基于光波长的保护，保护更加细致，可以根据业务的需要设置是否保护和保护方式。如在同一个WDM系统中对于SDH业务可以不采用光层保护，而GE业务则采用光通道保护；工作和保护波道路径是相对固定的，WDM系统在功率和色散方面的规划较为简单；受系统距离的限制，可灵活用于干线、本地接入网WDM系统中；基于硬件的倒换，倒换时间短，可达10ms以内(目前国内行业标准为50ms)。分散型区间业务;基于光线路复用段的保护，保护单盘的数量只与系统节点数相关，不受波长容量的影响，成本较低；可以支持同一波道在不同的复用段区间中同时使用，系统整体容量较光通道保护要高。光通道保护光复用段保护保护单元OCP的数量与波长数相关，系统容量越大，OCP的数量越多，成本略高；采用“既保护波道路径也保护OTU”和“只保护OTU不保护波道路径”的方式，OTU采用了1+1的配置，OTU数量成倍增长，建设成本更高；采用“只保护波道路径”的方式，OTU业务盘没有得到有效的保护，保护的级别不是很高。只适用于闭合的OADM环网结构，同时对于系统的总传输距离有限制，一般不得超过200km；工作波道路径固定，但保护波道路径不固定，系统在色散及光功率方面的设置较为复杂，系统运行维护难度较大；多个区间的相同波长业务共享一个保护波长，有可能发生在倒换时的错连现象；只保护整个光复用段(即光缆线路)，保护方式较粗放，不支持对单波道的细致保护和OTU单盘的保护，不能针对不同的业务波道设置是否保护和保护方式；后期运行维护困难；由于采用OADM闲合环网结构，部分波道(由其是保护通道)在环内被EDFA循环放大，可能会导致光功率自激振荡现象，造成系统瘫痪；保护采用软件协议实现，倒换时间较通道保护长，为50ms。WDM网络模型图1本地WDM的一个组网模型图2图1的分解网模型在图1中，节点D是一个背靠背设备，节点A、B、C、E、G、H均为光分插复用设备（OADM）或是一个背靠背设备，节点F是WDM的系统终端设备。以图2的分解网中的SDH网来分析，这个SDH网是由两个环网组成，在节点A、C、D所构成的环网（称环n1）中，它是以

WDM系统中的第λn光波来形成环n1，经与节点D的背靠背设备；业务跨入以节点D、E、H组成的环网（称环n2），它是以WDM系统中第λn光波也可以是其他光波长来形成环n2。(3)网状网的OXC保护图6-36OXC节点的保护示意图ABCDXYEGFHI格形网络的保护可以通过多种路由实现。如果A、B断开，可以从A、C、D、B到B。如果C、D也断开、或拥塞，A、B可以从A、E、F、G、H、I、Y、B。格形网络的保护6.3.3WDM系统中的光监控信道随着EDFA的商用化进程的发展，在WDM系统中通常使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距离大大提高，因而在WDM系统中的监控内容增加了对EDFA的监控与管理的内容。在WDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作状态进行监控。除监控线路中的EDFA之外，WDM系统中的监控系统还应完成对各波道工作状态的监控。监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等。DWDM系统监控通道保护技术DWDM网管系统DWDM网管系统示意图光复用段层(OMS)光通道层(OCH)光传输段层(OTS)光传送网分层结构通道层段层SDH分层结构物理层(FIBER)电路层

网元管理系统管理功能：故障管理：进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正，以及路径测试功能。性能管理：性能参数监视等配置管理：设置和预配等安全管理：4级授权等独立的网元管理功能EM层DWDM的网管应与所承载信号的网管分离开，以增加承载多样性，发挥“业务透明”的特点。三DWDM组网考虑三DWDM组网考虑

网络规划的前瞻性

光网络分层结构网络规划的一致性

统一的网络管理，分级的网元管理网络规划的开放性

可容纳不同业务和不同种类的传输设备DWDM系统总体考虑n为最大通路数目W字母表示跨距x表示应用代码中最大允许的光中继段数；y

表示通路信号的最大比特率（STM等级）:1,4,16,64z表示光纤类型L表示长距离80kmV,表示较长距离100kmV表示甚长距离120kmU表示超长距离160km2表示G.652光纤3表示G.653光纤5表示G.655光纤

应用代码的构成：nWx-y.z

系统应用代码

DWDM应用代码nL8-16.2 (8×80km)nV3-16.2 (3×120km)nV’5-16.2 (5×100km)无在线光放大器系统的应用代码有在线光放大器系统和应用代码1)80公里跨距2)120公里跨距有在线光放大器系统和应用代码

系统衰减范围

系统目标距离的衰减范围基于光缆在1530-1565nm范围内的衰减系数为0.28dB/km(包括接头衰减和光缆富余度）、目标距离40km的光纤衰减为11dB的假设计算得到的。G.652光纤目标距离的最大色散基于色散系数为20ps/(nm.km)的假设计算得到的。WDMWDM色散限制无电中继总传输距离OSNR光纤段跨距光信噪比（OSNR）限制光纤段跨距