光纤通信课件第8章解析.ppt

1、12本章内容 MSTP和ASON技术。OTN和PTN技术。光接入技术。全光通信网。相干光通信技术。光孤子通信技术。3学习本章目的和要求 掌握掌握MSTP的基本概念和关键技术。的基本概念和关键技术。掌握掌握OTN和和PTN的基本概念和关键技术。的基本概念和关键技术。掌握掌握ASON的体系结构和连接类型。的体系结构和连接类型。掌握掌握OAN的概念和的概念和PON技术，了解技术，了解OAN的其他技术。的其他技术。了解全光通信网的分层结构，掌握光复用和光交换技术了解全光通信网的分层结构，掌握光复用和光交换技术。了解相干光通信技术和光孤子通信技术了解相干光通信技术和光孤子通信技术。4 1MSTP概述 M

2、STP（基于SDH的多业务传送平台）是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。主要功能有：具有TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送功能；具有ATM、以太网业务的带宽统计复用功能；具有ATM、以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。5 MSTP工作原理：MSTP可以将SDH复用器、数字交叉连接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，进行统一管理和控制。MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以TDM业务为主的混合业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡，是城

3、域网近期的主流技术之一。这就要求SDH从传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台。MSTP实现的基础是充分利用SDH技术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的时延性能，并对网络业务支撑层加以改造，适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支持。即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一体化的SDH业务节点，称为融合的网络节点或多业务节点。6nMSTP的特点：继承了SDH技术的许多优点。支持多种物理接口 支持多种协议。支持多种光纤传输 提供集成的数字交叉连接 支持动态带宽分配。支持固定带宽业务和可变带宽业务。高效建立链路的能力。协议和接口分离。综合的网络管理。7MSTP的关

4、键技术n1通用成帧规程（1）产生背景 以太网业务数据帧的长度是不定长的，这与要求严格同步的SDH帧有很大区别，所以需要使用适当的数据链路层适配协议来完成对以太网数据的封装，然后才能映射进SDH的虚容器VC之中，最后形成STM-N信号进行传送。8MSTP的关键技术n2GFP帧结构9MSTP的关键技术（3）GFP帧类型 GFP帧包括两种类型，用户帧（PLI4）和控制帧（PLI4）。用户帧包括用户数据帧与用户管理帧，用户数据帧用于承载用户的数据信号，而用户管理帧用于承载与用户信号相关的管理信息。控制帧则包括空闲帧（PLI0）与管理帧（PLI1，2，3），空闲帧用于在源端进行GFP字节与传输层速率的适

5、配，即当作填充使用；管理帧表示该帧可以承载OAM信息。（4）GFP映射方式 GFP提供高度灵活的数据封装方法，既支持固定长度的帧，也支持可变长度的帧。数据信号映射进GFP时有两种方式，即成帧映射方式（Framed GFP，GFP-F）与透明映射方式（Transparent GFP，GFP-T）。10MSTP的关键技术（5）GFP的特点 支持多种业务信号。强大的扩展能力。PLI减少了边界搜索时间。先进的定帧方式。可提供端到端的带内管理。11VC级联技术：VC级联技术就是把多个VC按一定规则组合在一起，使之成为一个传送整体以适应不同带宽业务的需求。（1）相邻级联 相邻级联又称连续级联，就是将X个相

6、邻的VC首尾依次连接成为一个整体结构，即虚容器级联组（VCG）进行传送。（2）虚级联 虚级联就是将X个不相邻的VC级联成一个虚拟结构的VCG进行传送。即用来组成SDH通道的多个虚容器（VC-n）之间并没有实质的级联关系，它们在网络中被分别处理、独立传送，只是它们所传的数据具有级联关系。12链路容量调整机制（1）基本概念 链路容量调整机制（LCAS）就是利用虚级联VC中某些开销字节传递控制信息，在源端与宿端之间提供一种无损伤、动态调整线路容量的控制机制。（2）控制包 控制包的作用是在源端与宿端之间传送链路的相关信息，以便进行链路容量的自动调整，即增加或删除链路中VC。（3）链路容量自动调整 LC

7、AS的最大优点是具有动态调整链路容量的功能。LCAS协议包括动态增加VCG成员，动态减少VCG成员和成员失效后的VCG动态调整。13弹性分组环技术弹性分组环（RPR）技术是一种在环形结构上优化数据业务传送的新型MAC层协议，能够适应多种物理层（如SDH、DWDM、以太网等），可有效地传送数据、语音、图像等多种业务类型。（1）RPR技术的基本原理 帧结构 RPR位于数据链路层，包括逻辑链路控制（LLC）子层、MAC控制子层、MAC数据通道子层。LLC子层与MAC控制子层之间是MAC服务接口。MAC服务接口支持把来自LLC子层的数据传送到一个或多个远端同样的LLC子层。MAC控制子层执行与特定小环

8、无关的数据寻路行为和维护MAC状态所需要的控制行为。MAC控制子层与MAC数据通道子层之间发送或接收RPR MAC帧。14 RPR MAC对数据帧的处理方式 RPR MAC对数据帧的处理方式有上环、下环、过环以及剥离4种，如图8-3所示。上环是指本点用户端口向环上其他站点发送信息时需要进行上环操作，通过拓扑发现和路由表项决定其目的站点地址以及环选择，根据对应的优先级送入相应的队列，最后产生RPR帧头后插入到各环端口。下环是指本站点从环上接收其他站点发送过来的到本站点的单播帧或多播帧，经过Stack VLAN过滤后接收。RPR公平算法原理 RPR技术所采用的公平算法是一种保证环上所有节点之间公平

9、性的机制，通过这种算法可以达到带宽的动态调整和共享的目的。15图8-3 RPR MAC对数据帧的处理16 RPR拓扑发现原理 通过RPR的拓扑发现原理，可以使每个节点都能了解环的完整结构、各节点距离自身的跳数以及环上各个节点所具备的能力等，从而为环选择、公平算法、保护等单元提供决策依据。RPR保护原理 RPR中，可以通过在断纤处节点实现环回或在发送节点重新选择发送方向来实现保护。RPR MAC层保护可支持源路由（source steering）保护或环回（ring wrapping）保护。源路由保护是在故障附近的节点诊断到故障环后，将故障信息通知到环上所有节点，发送数据的源节点根据收到的信息选

10、择在哪个环上发送数据，最终绕过故障节点。环回保护是在故障附近的节点诊断到故障环后，则停止使用该环，将该环的负载环回到另外一个环上，保证网络继续使用。源路由保护模式倒换时间慢，但选择最优路径。环回保护相当于断纤处环回，倒换时间快，但路径不是最优。17RPR技术的特点 对物理层的独立性。采用双环（内环和外环）结构。拓扑自动发现，保证了对环上新增和移去的节点动态实现拓扑结构更新。支持50ms的快速保护。实现灵活的环路带宽管理。提供严格的业务分类。支持环路带宽的公平分配。支持单播、组播和广播。188.1.3 内嵌内嵌RPR的的MSTP 内嵌RPR的MSTP是指：基于SDH平台，内嵌RPR功能，而且提供

11、统一网管的多业务节点。其关键特征为：以太网业务适配到RPR MAC层，然后映射到SDH通道中传送。内嵌RPR的MSTP除具有MSTP基本功能之外，还应该具有以下特征：具有将以太网业务适配到RPR MAC层的功能。具有RPR MAC层的功能：公平算法、保护、拓扑发现、环选择及OAM。RPR MAC层具有服务等级分类功能。RPR MAC层具有统计复用功能。RPR MAC层具有按服务等级调度业务的能力。具有将RPR MAC层数据适配到SDH层传送并指配SDH虚容器作为传送通道的功能。19图8-4 内嵌RPR的基于SDH的MSTP功能框图20图8-5 RPR承载以太网业务在MSTP中传送的模型218.

12、2.1 ASON概述概述n在ITU-T建议草案G.807中，自动交换光网络的定义是：通过控制平面来实现配置连接管理的光传送网。具体地说，是指在ASON信令网之下完成光传送网内光网络连接自动交换功能的新型网络，可以看作是具有自动交换功能的新一代的光传送网。221网络的演进 在运营网中引入智能光网络是一个渐进的过程。目前，业界的普遍看法是按照骨干层汇聚层接入层发展模式进行网络智能化演进，最终智能光网络将应用于长途传输网到城域网的各层传输网中。2ASON的标准 智能光网络的应用规模与标准化程度密切相关。ITU-T、IETF、OIF等标准组织都在积极地推动着智能光网络的标准化进程。ITU-T定义了AS

13、ON的基本结构和需求，GMPLS已成为ITU-T的主流标准；互联网工程任务组（IETF）定义了满足ASON基本结构和需求的协议GMPLS，对信令、链路管理、路由以及SDH/SONET支持做了规定；233.ASON的体系结构图8-6 ASON的体系结构（1）控制平面（2）传送平面（3）管理平面244ASON的网络接口 ASON的网络接口有连接控制接口（CCI）、网络管理接口（NMI）、网络节点接口（NNI）、用户网络接口（UNI）和物理接口（PI）。5ASON的特点（1）快速、高质量地为用户提供各种带宽服务与应用，有效地提高了网络资源的利用率（2）更好的网络性能（3）实时、动态的流量控制（4）快

14、速、有效的网络保护和恢复机制（5）良好的设备互操作性和网络可扩展性258.2.2 ASON连接类型连接类型图8-7 ASON的三种连接类型268.2.3 ASON设备现状及技术应用设备现状及技术应用1ASON设备现状（1）传送层面（2）控制层面（3）管理层面（4）保护恢复方面（5）信令通信网方面2技术应用 国外的ASON应用主要是集中在省际骨干网络中，网络拓扑以网状网为主，承载的业务还是语音和数据，保护恢复的方式初期以11为主和少量恢复，逐步过渡到以动态恢复为主。从实际应用来看，主要还是解决网络的生存性和安全性问题，同时提高网络资源利用率。278.3.1 OTN概述概述nOTN（Optical

15、 Transport Network，光传送网）是以WDM波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。OTN 为G.872、G.709、G.798 等一系列ITU-T 建议所规范的新一代光传送体系，通过ROADM（reconfigurable ADM）技术、OTH（Optical Transmission Hierarchy，光传送体系）技术、G.709标准和控制平面的引入，将解决传统WDM 网络无波长/子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。28OTN的特点：建立在SDH经验之上，为过渡到NGN指明了方向。借鉴并吸收了SDH分层结构、监控、保护、管理功能。可以

16、对光域中光通道进行管理。采用FEC技术，提高误码性能，增加了光传输的跨距。引入了TCM监控功能，一定程度上解决了光通道跨多自治域监控的互操作问题。通过光层开销实现简单的光网络管理。统一的标准方便各厂家设备在OTN层互连互通。29nOTN的分层结构 OTN主要由传送平面、管理平面和控制平面组成。nOTN与SDH的主要区别 OTN与SDH传送网的主要差异在于复用技术不同，但在很多方面又很相似，例如，都是面向连接的物理网络，网络上层的管理和生存性策略也大同小异。由于DWDM技术独立于具体的业务，同一根光纤的不同波长上接口速率和数据格式相互独立，使得运营商可以在一个OTN上支持多种业务。OTN可保持与

17、现有SDH网络的兼容性。SDH系统只能管理一根光纤中的单波长传输，而OTN系统既能管理单波长，也能管理每根光纤中的所有波长。308.3.2 OTN关键技术关键技术1G.709帧结构 OTN帧格式与SDH 的帧格式类似，通过引入大量的开销字节来实现基于波长的端到端业务调度管理和维护功能。2基于光层交叉的ROADM ROADM是OTN采用的一种较为成熟的光交叉技术。ROADM是相对于DWDM中的固定配置OADM而言，其采用可配置的光器件，从而可以方便地实现OTN节点中任意波长的上下和直通配置。3基于电层交叉的OTH OTH主要是指具备波长级电交叉能力的OTN设备，其主要完成电层的波长交叉和调度。交

18、叉的业务颗粒为ODUk（光数据单元），速率可以是2.5G、10G和40G318.3.3 OTN组网保护组网保护图8-8 光通道1+1 波长保护328.3.3 OTN组网保护组网保护图8-9 光通道1+1 路由保护338.3.3 OTN组网保护组网保护图8-10 1+1光复用段保护348.3.3 OTN组网保护组网保护图8-11 1:1光线路保护358.3.3 OTN组网保护组网保护图8-12 OCh 1+1 保护368.3.3 OTN组网保护组网保护图8-13 OCh 1:2 保护378.3.3 OTN组网保护组网保护图8-14 ODUk 1+1 保护388.3.3 OTN组网保护组网保护图8

19、-15 ODUk 1:2 保护398.3.4 OTN功能引入策略功能引入策略1接口方面混合网络：扩容、补网仍然采用原OTU单板，采用原有方式实现互联互通。新建网络：波分线路侧采用OTN接口实现网络互联互通。2交叉调度光层调度：采用ROADM技术。首先环内动态光通道调度功能，逐步实现复杂网络拓扑环间业务动态调度功能。电层调度：首先在城域网中引入小容量调度设备，逐步在城域骨干和干线层引入G/T级别的大容量设备。408.3.4 OTN功能引入策略功能引入策略3控制层面OTN技术在各级网络上的组网建议如下。一级干线的设备形态以OTM+OADM+OLA为主，2维ROADM有一定潜在需求，关注低成本，一级

20、干线对OTH有一定需求，但是大部分供应商的产品目前还达不到其应用的容量要求。二级干线的设备形态同国家干线，所不同的是多维ROADM会有一定需求，OTH容量要求小些。城域网，城域核心应用以波分应用为主，包括多维的ROADM，OTH部分主要是以子波长业务的汇聚功能为主，调度功能为辅，同时实现灵活的业务保护。随着全业务的发展，OTN网络会延伸到城域汇聚层。418.4.1 PTN概述概述 分组传送网（Packet Transport Network，PTN）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业

21、务为核心并支持多业务提供428.4.1 PTN概述概述1PTN技术背景2现有SDH/MSTP的局限性3PTN的特点438.4.2 PTN技术技术1T-MPLS技术T-MPLS是一种新型的MPLS技术，基于已经广泛应用的IP/MPLS技术和标准，提供了一种简化的、面向连接的实现方式。2PBT技术PBT（Provider Backbone Transport，运营商骨干传送）技术目前正在IEEE进行标准化（IEEE称其为PBBTE）。为了将以太网技术用于运营商网络，对以太网技术进行了改进和完善，从而产生了PBT技术。PBT采用可管理和具有保护能力的点到点连接以满足运营商对传送网的需求。448.4.

22、3 PTN功能功能1PWE32多业务统一承载3端到端层次化OAM4端到端的QoS5全程电信级保护图8-16 仿真线路图458.4.4 PTN应用应用图8-17 大型本地或城域承载网组网468.5.1 光接入网的基本概念光接入网的基本概念1光接入网的基本概念及位置 所谓接入网就是指端局到用户环路之间的所有机线设备，通常又称为用户网，如图8-18所示。光接入网（OAN）是指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间采用光传输或部分采用光传输的系统。图8-18 接入网在电信网中的位置472OAN的优点3OAN的参考配置8.5.1 光接入网的基本概念光接入网的基本概念图8-19 OAN的参考配置488.5

23、.2 无源光网络无源光网络1无源光网络（PON）的应用类型与组网（1）光纤到路边（2）光纤到大楼（3）光纤到家和/或光纤到办公室图8-20 PON基本应用类型49n2PON的业务支持能力图8-21 无源光网络的组网图8-22 TDM+FDM+WDM的PON系统508.5.3 混合光纤同轴网混合光纤同轴网1混合光纤同轴网（HFC）的基本概念2HFC网络结构图8-23 双向HFC网络结构513HFC的特点4HFC业务支持能力与频带分配 （1）基于数字传输的业务 （2）模拟业务5HFC的用户设备 HFC的用户设备由综合业务单元（ISU）与电信业务终端和/或有线电视终端组成。综合业务单元提供与电信业务

24、终端和/或有线电视终端的接口功能。机顶盒（Set Top Box）和电缆调制解调器（Cable Modem，CM）是ISU的两种常见形式528.6.1 全光网概述全光网概述1基本概念 全光网是指信息从源节点到目的节点的传输完全在光域内进行，即全部采用光波技术完成信息的传输和交换的宽带网络。它包括光传输、光放大、光再生、光选路、光交换、光存储、光信息处理等先进的全光技术。2全光网的特点 充分利用了光纤的带宽资源，有极大的传输容量和很好的传输质量。全光网对信号是透明的。全光网具备可重构性。全光网具备可扩展性。加入新的网络节点时，不影响原有网络结构和设备，降低了网络成本。可靠性高，可维护性好。全光网

25、不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支持网络的升级。533全光网的分层结构 如图 8-24 所示，OTN将整个光层细分为光通路（OCh）、光复用段（OMS）和光传输段（OTS）三层。图8-24 光传送网络的分层结构548.6.2 全光网的光复用全光网的光复用1光时分复用（1）OTDM的基本原理 OTDM各支路脉冲的位置可用光学方法来调整，并由光纤耦合器合路，所以复用和解复用设备中的电子电路工作在相对较低的速率。图8-25 光时分复用系统框图552光码分复用（1）基本原理 光码分多址（OCDMA）是一种应用扩频通信技术的光通信技术，不同用户的信号用互成正交的不同码序列来填充，这样，经过填充的

26、用户信号可调制在同一光载波上、在同一光纤中传输而不会产生干扰，接收时只要用与发送方向相同的码序列进行相关接收，即可恢复原用户信息。由于各用户采用的是正交码，因此相关接收时不会构成干扰。56（2）OCDMA的特点 灵活的用户分配。优良的网络安全性 光信号处理简单。578.6.3 全光网的光交换全光网的光交换1基本概念和特点 光交换是指不经过任何光电转换，在光域内为输入光信号选择不同输出信道的交换方式。2光交换器件（1）光开关 光开关是完成光交换的最基本的功能器件。将一系列光开关组成一个阵列，构成一个多级互连的网络，在这个阵列中完成光信号的交换。（2）光存储器 光存储器可实现光信号的存储和进行光信

27、号的时隙交换。常用的光存储器有光纤延迟线和双稳态激光二极管。583光交换技术（1）空分光交换图8-27 空分光交换59（2）时分光交换（3）波分光交换图8-28 时分光交换组成图8-29 波分光交换60（4）复合光交换（5）光分组交换图8-30 空分+时分光交换示意图图8-31 波分复用的空分光交换示意图611相干光通信的概念 相干光通信是指在发送端对光载波进行幅度、频率或相位调制，在接收端则采用零差检测或外差检测等相干检测技术进行信息接收的通信方式。在相干光通信中，主要利用了相干调制和外差检测技术。2相干光通信系统构成 相干光通信系统由光发射机、光纤和光接收机组成，623相干光通信系统分类

28、相干光通信根据本振光信号频率与接收到的信号光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和零差检测相干光通信4相干光通信的特点 光接收机灵敏度高，中继距离长。频率选择性好，通信容量大。具有多种调制方式。5相干光通信的发展631光孤子通信的起源 孤子（Soliton）又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。有人把孤子定义为：孤子与其他同类孤立波相遇后，能维持其幅度、形状和速度不变。2光孤子通信的工作原理 光孤子（Optical Soliton）是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲。光纤孤子的产生是光纤群速度色散（Group Veloci

29、ty Dispersion，GVD）和自相位调制（Self Phase Medulation，SPM）间相互作用时表现出来的一种特殊形式的包络脉冲，具有保形稳幅的传输特征643光孤子通信的特点 容量大。误码率低、抗干扰能力强。可以不用中继站。4光孤子通信的技术问题（1）EDFA（2）预加重技术（3）抑制戈登-豪斯效应（4）光孤子复用5光孤子通信技术的发展65（1）MSTP是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。其采用的关键技术有通用成帧规程、虚级联、链路容量调整和弹性分组环。（2）ASON是在光传送网中引入控制平面，以实现网络资源的

30、按需分配，从而实现光网络的智能化。ASON由控制平面、传送平面和管理平面组成，各平面之间通过相关接口连接。在ASON中引入控制平面，是智能光网络区别于一般光网络的独特之处。（3）OTN是以WDM波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。OTN可实现基于光层的交叉和基于电层的交叉。（4）PTN是以分组业务为核心并支持多业务提供，同时秉承光传输的传统优势。PTN可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类，前者以PBB-TE为代表，后者以T-MPLS为代表。66（5）光接入网（OAN）是指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间采用光传输或部分采用光传输的系统。光接入网（

31、OAN）有无源光网络（PON）和有源光网络（AON）之分。对于PON，可划分为三种基本的应用类型：FTTC、FTTB和FTTH/FTTO，而HFC接入是实现电信、广播电视和数据三网合一的接入方案之一。（6）全光网是指信息从源节点到目的节点的传输完全在光域内进行，即全部采用光波技术完成信息的传输和交换的宽带网络。光网络的光复用技术主要有光波分复用（WDM）、光时分复用（OTDM）和光码分复用（OCDM）三种。全光网的交换分为光空分交换、光时分交换、光波分交换、复合型光交换和光分组交换。（7）相干光通信是在发送端对光载波进行幅度、频率或相位调制，在接收端采用零差检测或外差检测等相干检测技术进行信息接收的通信方式。相干光通信系统与传统直接检波（IM-DD）系统比较，主要有两大优点：光接收机灵敏度高；频率选择性好。相干光通信系统由光发射机、光纤和光接收机组成。67（8）光孤子的光脉冲在光纤中传输是利用光纤的群速度色散（GVD）和非线性作用中的自相位调制（SPM）两种影响达到平衡的情况下，保持原来形状传输。