21-光纤通信系统简介

城市轨道交通

通信技术通信学院2第二章有线传输子系统

引言用户业务类型传输、交换技术传输：PDH、SDH、DWDM交换：电路、报文、分组3通信网构架SS7网络同步网络电信管理网络SDH/WDM/IP网络N-ISDNDDNX.25移动网络FRCATV网公共无线数据网B-ISDN（ATM）PSTN业务网支撑网传输网4传输网络的产生用户间通过交换设备连接5传输网络的产生多个交换节点组成的通信网6传输网在电信网中的位置接入网接入网CPNCPN

用户所在地网络交换机交换机传输网用户所在地网络传输网是由传输节点设备和传输介质如电缆或光缆等共同构成的网络传输网位于交换节点(分组交换和电路交换）之间及基站与基站控制器之间（接入网设备与端局之间）传输网服务于各业务网和电信支持网，能对业务进行安全的、长距离、大容量的传输7传输网在电信网中的位置8传输网络的层次按照所服务的范围不同分为骨干层一级干线二级干线城域网核心层汇聚层接入层轨道交通系统9调度系统无线系统闭路电视监控系统自动售检票系统办公自动化系统列车系统车站设备监控系统程控交换机系统SCADA系统广播系统应用传输网络平台旅客信息系统更多的应用101880年，美国科学家贝尔发明光电话。光通信开始起源发展。1960年,美国人梅曼发明第一台红宝石激光器。1966年，英籍华人高锟指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于20dB/km的光纤。1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB/km的光纤.同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器。光纤通信从此进入飞速发展。光纤通信的发展史1966---1976年,是从基础研究到商业应用的开发时期。短波长、低速率、多模光纤，无中继可达10KM1976---1986年是以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段。多模到单模光纤通信系统，无中继可达50-100KM1986----1996年是以实现超大容量超长距离为目标,全面深入开展新技术援救阶段。第一节光纤通信系统简介11PDH：准同步数字传输系统；SDH：同步数字传输系统；MSTP：多业务传送平台DWDM：密集波分复用系统；ASON：自动交换光网络（智能光网络）市场需求的发展凸显了各项技术的优势，同时也发现了各项技术的瓶颈。

容量增加/业务多样化196680年代94年99年90年代初98年1976DWDM

开始建设SDH标准完善PDH仍为主力实用化产品出现SDH逐步成为传输主力设备PDH产品开始规模使用高锟提出光传输理论DWDM规模建设，全光网试验MSTP/ASON02年光传输技术发展12一、光纤通信系统组成13

光纤通信系统由电端机、光端机、光纤线路、光中继器（光放大器）、复用设备组成。

光端机:光发射机的作用：进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。光接收机的作用：进行光/电转换。

光源器件:一般是LED和LD。

光纤:完成光波的传输。

电发射/接收：对电信号进行复用/解复用、放大等处理14光通信系统基本组成二.光纤通信特点151.传输频带宽，通信容量大2.传输损耗低，中继距离长3.抗干扰能力强，保密性好4.直径细，重量轻5.材料资源丰富，节约有色金属三、

轨道交通通信传输系统功能简介16专用通信传输子系统

传输系统作为轨道交通信息、控制系统的基础网络，是轨道交通专用通信系统中最重要的子系统。

它能够为专用通信各子系统及自动售检票（AFC）、信号、办公自动化（OA）、综合监控系统（ISCS）、消防控制系统（FAS）、环境控制系统（BAS）、电力监控系统（SCADA）等提供可靠的、冗余的、可重构的、灵活的传输通道，同时考虑必要的预留通道。其最大特点：承载信息多样化，既有1.2kb/s～64kb/s等低速率业务，也有2M～10M/100Mb/s高速率业务，且不同的业务其实时性要求也各不相同，充分发挥光传输系统的优势可为各种信息提供可靠的传输通道。

1、基于SDH的MSTP技术1718PDH（准同步数字传输体系）解决的问题实现光传输的接口标准存在的瓶颈没有实现标准的全球统一时分复用机制复杂维护管理能力差19SDH（同步数字传输体系）B1B2B3C1C2C3A1A2A3C2A2D2B1C1D1B2A3A1D1D2D3D3B3C3C-4C-3VC-3VC-12VC-11TU-3TU-12TU-11TUG-2TUG-3VC-3VC-4AU-4AU-3STM-Nx3x1xNx3x7x1x3x4139264Kbit/s（E4）ATM44736Kbit/s（T3）34368Kbit/s（E3）2048Kbit/s（E1）1544Kbit/s（T1）AUGC-12C-11RSOHAUpointerMSOHPOH270C424301解决的问题统一标准和帧结构同步复用和兼容PDH强大保护机制开销和强大的管理能力存在的瓶颈最高传送速率受限智能化保护机制受限多业务接口受限20MSTP（多业务传送平台）/ASON（自动光交换网络）SDHRingVPRingRPRingMSTPNGN综合接入L2/L3IP/ATMDSLAMBTSNodeBPSTN接入设备业务接入PSTNGSMATMGSRNGN软交换3G核心交换业务传送ASON通过SDH设备硬件升级实现多业务接入和智能保护功能21MSTP：基于SDH的多业务传送平台MSTP技术源于同步数字传输体系SDH。

经过不断发展，已将PDH(准同步数字传输)、SDH、POS(基于SDH的数据包)、以太网、ATM异步传输模式、RPR弹性分组环、SHDSL(对称高速数据用户线)、DDN(数字数据网)等技术融为一体。

现在的MSTP已经能为以太网业务提供业务接口，能够提供多点到多点的连接，具有用户隔离和带宽共享等功能。

不同的MSTP业务处理方式示意图22MSTP是基于TDM的技术，不能动态分配信道带宽，不适合具有“突发业务”特点的数据业务。因此，MSTP的主要用途仍然是提供TDM电路。

因此，MSTP技术的传送业务是以TDM业务为主，以数据业务为辅。MSTP技术在城市轨道交通中应用较多，如广州地铁的3号线、5号线。目前MSTP设备可以提供的数据接入手段主要还是EOS方式，通过SDH的虚容器传输以太网帧，为了提高带宽利用率一般通过802.3的交换进行汇聚，这种方式带来的问题主要有：1、配置复杂：站点与站点间的业务配置需要一一配置，中间经过的站点需要配置直通，网络复杂时配置以及维护工作量很大；2、缺少共享的特性：业务之间通过VC连接，这些链接作为一条业务的承载体无法与其它链接共享自身带宽；3、带宽利用率较低：为了防止广播风暴，需要运行STP协议，部分带宽无法充分利用；另外因其自身无快速保护机制（STP秒级保护太慢），需要利用SDH的保护，而SDH的保护速度虽快却要浪费50％的带宽；23MSTP的问题（补充了解）4、对汇聚比的要求：在汇聚型的网络中，需要单板具有众多系统方向以完成各个站点到汇聚站点的链接请求；5、组建环网时对QOS较难保证：EOS设备虽然可以通过组建以太环网部分避免以上问题，但802.3的网络天生就不是为环网设计的，所以组建环网时，以上问题仍很难避免，同时还将带来上下游站点间业务互相影响的问题，QOS无法保证，至今很少有这样应用。而这些问题也就是RPR技术需要解决的问题。24ATM(异步传输模式)：在20世纪80年代为多种业务设计的实现B-ISDN(宽带综合业务数据网)业务定义的数据传输核心技术。是一种基于统计复用的通用的面向连接的传输模式技术。ATM将数据分割成固定长度的基本单位信元（53个字节其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。）的一种分组交换和复用技术。通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。3、ATM技术25ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。

但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。26适用于：LAN和WAN，具有高速数据传输率，支持多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。是多媒体信息传输的较佳支撑技术。通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联，从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等，并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M-155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。ATM在城轨交通中使用，主要采用ATM网络实现CCTV视频的传输和切换。27ATM的技术特点：能根据业务的需求分配网络带宽，使得网络带宽的利用率提高：具有严格的服务质量保障，有良好的流量控制均衡能力及故障恢复能力，网络可靠性高。ATM在城轨中也有应用案例：在北京八通线中，传输系统采用SDH和ATM两种技术，SDH用于传统的2M电路业务，ATM用于承载以太网数据以及视频图像业务。28

其特征：基于信元的分组交换技术；快速交换技术；面向连接的信元交换；预约带宽。

其优点：吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强的优点；采取定长分组（信元）作为传输和交换的单位；具有优秀的服务质量；目前最高的速度为10GB/S,即将达到40GB/S.

其缺点：信元首部开销太大；技术复杂且价格昂贵；信息传输存在一定的时延、抖动及丢包等现象；在话音通信方面，主要采用电路仿真方式；在LAN(局域网)领域由于千兆位以太网的崛起，ATM的优势不复存在；在广域网领域，ATM受到来自IP(网间互连协议)技术的竞争29302、OTN技术:what,why,forwhom?基于光纤的传输系统

用于语音、数据、LAN和视频

具有独特功能

市场定位明确OTN是什么?学习安装使用维护管理任何设备任何服务任何距离零故障时间关键成功因素有哪些？

简单多样化

永不停顿客户群?OTN客户分布M3APEI工业铁路地铁电力管道机场采矿业高速公路31OTN(开放式传输网络)是德国西门子公司开发的光纤传输系统。

它采用了TDM时分复用技术，属于同步传输体系。OTN系统提供丰富的接口板卡业务，对于轨道交通传输系统承载的业务无需再加接口转换设备，直接接入即可连接组网，网络设备简单。

OTN的组成OTN系统32OTN跨越了传统的电域(数字传送)和光域(模拟传送)，是管理电域和光域的统一标准。

OTN处理的基本对象是波长级业务，它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。由于结合了光域和电域处理的优势，OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。33特点：

兼容了SDH/MSTP相应的光接口标准；确保与SDH/MSTP设备在相应速率上的光口互联；突破SDH/MSTP单个环内16个网元的限制。34

光缆设施

节点（中接站）网络监控中心一个OTN网络组成Interface各类业务接口卡35OTN-150,-600and-2500OTN-150,-600and-2500OTN-X3M2500and-622OTN-X3M2500and-622OTN-600N215N22N2011N415N42OTN节点机种类36点对点环星型链环PatchPanelOTN常用的网络拓扑结构37OTN系统开发了与SDH相连的接口节点设备，使OTN设备与标准通用传输设备的互连互通成为可能。由于OTN系统能够提供丰富的业务接口，使其在专用网络中应用很多，在城市轨道交通中的应用案例也很多，如北京地铁、天津轻轨、广州地铁、上海地铁、深圳地铁、重庆轻轨等。38地铁中的OTN主站主站车站车站车站SCADActrlMonitorsTicketSCADATicket车站SCADATicketctrlSCADATicket主站SCADATicketPassengerInfoTicketSCADATicketSCADA4、RPR技术39SDH：作为TDM通道，对分组业务的支持较差，资源利用率不高，用其组建城域网结构较复杂，很难做到带宽共享，一般仅用于在原有的TDM网络中补充数据业务；ATM：虽然在QoS等方面有一定优势，但其技术的复杂度导致了昂贵的价格和较高的信元开销，并且与网络的IP化发展不相一致；以太网技术：作为一种廉价、相对简单的技术，广泛应用于局域网中，但其缺乏有效的QoS、网络恢复与保护以及网管机制，不能满足电信营运的需要；RPR技术：于2000年提出，主要是为了解决城域网中已较大规模应用的SDH、ATM以及以太网技术的一些局限。RPR参照了SDH与以太网技术的优势，通过使用环的拓扑结构，实现带宽的共享与保护。RPR综合了SDH、以太网、MPLS(多协议标签交换)、ATM、WDM(波分复用)等协议和技术的优点，为数据业务提供了一种优化的解决方案。RPR组网方案可保证语音、数据、视频等业务在统一的平台上传输。由于RPR是一种较新的技术，目前在国内城市轨道交通领域已有应用案例，如广州地铁公安通信传输系统一直采用RPR技术。由于RPR在支持数据及视频业务方面的优势，使其在网络及各种运营商领域广泛运用。40较高的带宽效率：传统的SDH网络需要环带宽的50%作为冗余，RPR则不然，它保持了类似于SDH中APS的保护机制，利用两个反向的环来保护业务，同时还允许数据业务流在源节点和目的节点之间的环上全速传输，不需要保留50%的带宽。使用的是空间重用技术，目的节点从环中剥离到达本点的数据帧后就不再占用环的带宽，释放给下游段使用。较公平的带宽分配协议（QoS的保证）：通过简单有效的公平算法，实现数据业务的带宽共享。因为在网络中，用户接入端的通信业务量从本质上来说是突发性的，而网络核心部分的业务量较为平稳，所以具有一定的可预测性。RPR通过业务的分级可以允许营运商只在带宽有空余时，才提供优先级较低的网络接入服务（如一些数据业务），充分利用了这些业务量所固有的特性。也可以避免上下游站点间的带宽不公平。RPR的特点41快速的保护机制：

RPR可以提供50ms的业务保护，这与SDH的APS相类似。与SDH网络的无缝连接：内嵌于SDH的RPR系统在组网方面可以与SDH网络无缝连接：SDH的网络一般以环网为主，RPR需要的正好也是环的结构，因此可以实现无缝的连接，充分利用环网的带宽，而不像已有的MSTP一样需要通过STP协议或手工配置在SDH环网中防止业务成环，有时会因此浪费掉一部分带宽。简单的业务配置：

RPR的目标之一是分布式接入。

分布式接入、快速保护和业务的自动重建为节点的快速插入和删除提供了即插即用机制。RPR也是一项在环内使用共享带宽的分组交换技术，每一个节点都知道环的可用容量。在传统的电路交换模式下，全网的每个连接都需要点到点的一一配置，而RPR只需要配置一下接入端与环的连接关系，不需要配置环内各点之间如何相连，业务如何流向，这样就大大简化了工作。另外这样的业务配置也避免了传统的EOS设备中存在的汇聚比的问题，在忽略带宽限制的前提下，RPR几乎可以做到无限的汇聚比。42RPR技术中采用了空间重用协议（SpatialReuseProtocol简称SRP）。空间重用：指在空间上没有重复的业务流可以互不影响地利用各自的线路带宽，正常情况下数据在源节点和目标节点之间的最短弧上传输，同一时间可以有多个节点相互通信。这样，许多节点可以同时收发分组，提高了环带宽的利用率，特别在环上节点数较多的情况下，带宽的利用率改善尤为明显。空间重用协议（补充了解）43四、传输技术选择（综合比较）（补充了解）44

MSTPMPLSRPROTN网络特性基于SDH的多业务传输平台多协议链路交换，通常指支持IP/MPLS业务的多业务路由器，主要针对数据业务弹性分组环，通常RPR设备指以RPR为核心的多业务弹性分组数据传送平台，主要针对数据业务综合业务传输系统光接口及网络互联标准的STM-1/4/16/64光接口通常以Ethernet端口为线路端口（如GE,10GE），也可使用2.5G/10GSDH作为线路口通常以Ethernet为线路端口（如GE,10GE），也可使用2.5/10GSDH作为线路接口。提供标准的STM-1/4/16/64光接口实现与SDH的互联业务支持能力主要针对2M业务，支持以太网业务，并通过外部复用设备，支持音频和视频业务；主要针对数据业务(FE,GE)等，也可通过一些仿真(PWE3,伪线)，支持一些低带宽的PDH/SDH业务主要针对数据业务，也可通过CES电路仿真技术提供一些低带宽的PDH/SDH业务主要针对综合业务，支持以太网、语音、视频、数据业务系统可扩展性扩展性较差，一个环最多不超过16个节点，增加节点方式复杂易扩展，当网络规模过大时，保护性能将受影响，管理复杂度增加支持255个环上节点，组网不灵活，只能支持环型组网，跨环业务标准尚未确立易扩展，单环支持250个节点，扩展简便，支持跨环组环结构TDM点对点方式，物理层成环，MAC层为树型结构物理环，网状网物理层及MAC层皆可成环TDM总线方式，物理层及MAC层皆可成环综合比较45