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第8章光纤通信网络第8章光纤通信网络8.1通信网的发展趋势8.2SDH传送网8.3WDM光网络8.4光接入网第8章光纤通信网络8.1通信网的发展趋势通信网总的发展趋势是数字化、综合化和宽带化。与光纤通信关系最为密切的是宽带化，这是人类社会发展到信息时代的迫切需求，也是科技进步的必然产物。第8章光纤通信网络数字化就是在通信网的各个部分(核心网和接入网)及各个环节(传输、交换、接入、终端等)全面采用数字技术。目前核心网(或称骨干网)已实现了数字化，采用了数字传输和数字交换技术，其优越性已十分明显。接入网的情况比较复杂，模拟的东西还大量存在，如电话网从核心网边缘的端局交换机到用户终端的用户环路，大量使用的还是模拟二线；有线电视系统也基本上是模拟的；新近采用的非对称数字用户线(ADSL)实际上是模数混合体制。综合业务数字网(包括窄带和宽带)的主要目的是要实现接入部分的数字化，提供端到端数字连接，从而支持综合业务，但由于种种原因，并没有普遍推广应用。所以现在只能说接入网正处于数字化的过程中，还不能说已实现了数字化。第8章光纤通信网络综合化，主要指业务的综合，即通信网要由原来的单一业务网(如电话网、分组数据网)发展为能同时提供多种业务(包括话音、数据、图像等)，特别是多媒体业务的网络。数字化是综合化的前提。当各种类型的消息都用统一的数字符号表示时，通过端到端的数字传输，便能实现综合业务。长期以来，通信网的主要业务是话音，所以电信网基本上等同于电话网；电信网中还有一种业务是电报，相当于原始的低速数据业务。随着计算机网络的出现和发展，特别是因特网(Internet)扩展到全世界，对数据业务量的需求不断增长，近十年来，几乎每半年翻一番。数据业务量猛增的主要推动力是因特网的业务和高速多媒体业务。因此，用不了多长时间，数据业务的总量将超过电话业务。此外，电视会议、远程教育、电子商务等应用都要求通信网提供高速数据和视频业务，而这些业务所需的带宽都远大于电话业务。因此业务综合化必将导致网络的宽带化。第8章光纤通信网络通信网络从电话业务为主演进到多媒体业务为主，每个用户占用的带宽由64kb/s要提高到6Mb/s左右，由此估计总业务量约增加100倍。如果考虑到今后要支持高清晰度电视等更宽带宽的业务，则总业务量还会不断增加。所以网络宽带化首先是人们的迫切需求。另一方面，由于光纤通信技术的成就，特别是波分复用(WDM)技术的发展，使得网络的传输带宽大大增加。如果双绞铜线的传输带宽按2Mb/s估计，一根光纤采用WDM技术，传输容量可达到200～2000Gb/s，也就是说，光纤的传输容量是铜线的十万至百万倍。因此宽带化意味着光纤将成为主要的传输媒质。第8章光纤通信网络今天，在核心网内以光纤为传输媒质，采用WDM技术实现宽带传输，同时采用光交换技术构成光纤通信网，已成为现实。在接入网中，光纤正在伸向用户，从光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)发展到光纤到交接箱(FTTCab)，最后将实现光纤到家(FTTH)。当然，从带宽需求和经济性考虑，接入网采用光纤没有必要也不可能如同核心网那样采用WDM技术，而是采用比较简单和廉价的光纤通信设备。因此接入网和核心网实现宽带化的技术途径是不同的。本章将分别予以介绍。第8章光纤通信网络8.2SDH传送网8.2.1SDH传送网的功能结构一个电信网有两大功能平面：传送功能平面和控制功能平面。所谓传送网，就是完成信息传送功能的手段，当然传送网也能传递各种网络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一个复杂庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层(Laying)和分割(Partitioning)的概念，将网络的结构元件按功能分为参考点(接入点)、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四大类。网络的拓扑元件分为三种，即分层网络、子网和链路。只需这三种元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网络的结构变得灵活，网络描述变得容易。第8章光纤通信网络1.传送网的分层和分割传送网是分层的，由垂直方向的若干传送网络层(即多层网络)叠加而成，从上而下分别为电路层、通道层和传输媒质层(又分为段层和物理层)。每一层网络为其相邻的高一层网络提供传送服务，同时又使用相邻的低一层网络所提供的传送服务。提供传送服务的层称为服务者(Server)，使用传送服务的层称为客户(Client)，因而相邻的层网络之间构成了客户/服务者关系。SDH传送网分层模型如图8.1所示。自上而下依次为电路层网络、通道层网络和传输媒质层网络。第8章光纤通信网络图8.1SDH传送网的分层模型第8章光纤通信网络电路层网络涉及到电路层接入点之间的信息传递并直接为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务、租用线业务和ATM虚通路(VC)等。根据提供业务的不同可以分为不同的电路层网络，如64kb/s电路交换网、分组交换网、租用线电路网和ATM交换网等。电路层网络的设备包括用于各种业务的交换机(例如电路交换机或分组交换机)和用于租用线业务的交叉连接设备等。电路层网络与相邻的通道层网络是相互独立的。第8章光纤通信网络通道层网络用于通道层接入点之间的信息传递并支持不同类型的电路层网络，为电路层网络提供传送服务，其提供传输链路的功能与PDH中的2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s，SDH中的VC-11、VC-12、VC-2、VC-3和VC-4，以及ATM的虚通道(VP)功能类似。能够对通道层网络的连接性进行管理控制是SDH网的重要特性之一，SDH传送网中的通道层网络还可进一步分为高阶通道层网络和低阶通道层网络。第8章光纤通信网络传输媒质层网络为通道层网络结点提供合适的通道容量，并且可以进一步分为段层网络和物理媒质层网络(简称物理层)，其中段层网络是为了保证通道层的两个结点间信息传递的完整性，物理层是指具体的支持段层网络的传输媒质，如光缆或无线。SDH网中的段层网络还可以进一步细分为复用段层网络和再生段层网络，其中复用段层网络涉及复用段终端之间的端到端的信息传递，再生段层网络涉及再生器之间或再生器与复用段终端之间的信息传递。一个完整的SDH传送网分层模型如图8.2所示。第8章光纤通信网络图8.2SDH传送网完整分层模型第8章光纤通信网络将传送网分为独立的三层，每层能在与其它层无关的情况下单独加以规定，可以较简便地对每层分别进行设计与管理；每个层网络都有自己的操作和维护能力；从网络的观点来看，可以灵活地改变某一层，不会影响到其它层。传送网分层后，每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的范围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图8.3给出了传送网分割概念与分层概念的一般关系。第8章光纤通信网络图8.3传送网的分割(a)分层概念；(b)分割概念第8章光纤通信网络采用分割的概念可以方便地在同一网络层内对网络结构进行规定，允许层网络的一部分被层网络的其余部分看做一个单独实体；可以按所希望的程度将层网络递归分解表示，为层网络提供灵活的连接能力，从而方便网络管理，也便于改变网络的组成并使之最佳化。链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元件，用来描述不同的网络设备连接点间的联系，例如两个交叉连接设备之间的多个平行的光缆线路系统就构成了链路。第8章光纤通信网络2.传送网的功能结构图8.4为传送网的功能模型示例。层网或子网之间通过连接(网络连接、子网连接、链路连接)和适配(如层间适配，包括复用解复用、编码解码、定时与调整、速率变化等)构成整个传送网。相邻的层间符合客户/服务者关系。第8章光纤通信网络图8.4传送网的功能模型第8章光纤通信网络8.2.2SDH网的物理拓扑网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络结点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接性。除了最简单的点到点的物理拓扑外，网络物理拓扑一般有五种类型，即线形、星形、树形、环形和网孔形，如图8.5所示。第8章光纤通信网络图8.5SDH网络的物理拓扑(a)线形；(b)星形；(c)树形;(d)环形；(e)网孔形第8章光纤通信网络1.线形将通信网的所有站点串联起来，并使首尾两点开放，就形成了线形拓扑。在这种拓扑结构中，要使两个非相邻点之间完成连接，其间的所有点都必须完成连接功能。这是SDH早期应用的比较经济的网络拓扑形式，首尾两端使用终端复用器(TM)，中间各点使用分插复用器(ADM)。第8章光纤通信网络2.星形当通信网的所有点中有一个特殊的点与其余点以辐射的形式直接相连，而其余点之间相互不能直接相连时，就形成了星形拓扑，又称枢纽形拓扑。在这种拓扑结构中，除了特殊点(枢纽站)外的任意两点间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点进行路由选择并完成连接功能。这种网络拓扑可以将特殊点的多个光纤线路终端综合成一个，实现灵活的带宽管理，能节省投资和运营成本，但存在特殊点的失效问题和瓶颈问题。第8章光纤通信网络3.树形将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点就形成树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。这种拓扑结构在特殊点也存在瓶颈问题和光功率预算限制问题，特别适用于广播式业务，但不适用于提供双向通信业务。第8章光纤通信网络4.环形将通信网的所有站点串联起来首尾相连，而且没有任何点开放，就形成了环形网。将线形结构的两个首尾开放点相连就变成了环形网。在环形网中，要完成两个非相邻点之间的连接，这两点之间的所有点都必须完成连接功能。环形网的最大优点是具有很高的网络生存性，因而在SDH网中受到特别的重视。第8章光纤通信网络5.网孔形当通信网的许多点直接互连时就形成了网孔形(mesh)拓扑。如果所有的点都两两直接互连时就称为全互连网。在网孔形拓扑中，没有直接相连的两个点之间需要经由其它点的转接功能才能实现连接。网孔形的优点是不存在如星形拓扑那样的瓶颈问题和失效问题，两点间有多种路由可选；缺点是结构复杂、成本较高。上述的拓扑结构都有各自的特点，在网中都有不同程度的应用。网络拓扑的选择要考虑的因素很多，如网络的生存性是否高，网络配置是否容易，网络结构是否适于引进新业务等。一个实际网络的不同部分适宜采用的拓扑结构也有可能不同，例如接入网适宜采用环形和星形拓扑结构，有时也可用线形拓扑，而核心(骨干)网可能采用环形或网孔形拓扑。第8章光纤通信网络8.2.3自愈网随着人类社会进入信息社会，人们对通信的依赖性越来越大，对通信网络生存性的要求也越来越高，一种称为自愈网(Self-healingNetwork)的概念应运而生。所谓自愈网，就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复，使用户感觉不到网络曾出现故障。其基本原理就是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力。自愈网的概念只涉及重新确立通信，不管具体失效元部件的修复或更换，后者仍需人员干预才能完成。第8章光纤通信网络PDH系统采用的线路保护倒换方式是最简单的自愈网形式。但是当光缆被切断时，往往是同一缆内的所有光纤(包括主用和备用)都被切断，在这种情况下，上述保护方式就无能为力了。改善网络生存性的最好办法是将网络结点连成一个环形，形成所谓的自愈环(Self-healingRing)。环形网的结点可以是ADM，也可以是DXC，但通常由ADM构成。SDH的特色之一便是能够利用ADM的分插复用能力构成自愈环。第8章光纤通信网络自愈环结构可分为两大类：通道倒换环和复用段倒换环。通道倒换环属于子网连接保护，其业务量的保护是以通道为基础，是否倒换以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定，通常利用通道AIS信号来决定是否应进行倒换。复用段倒换环属于路径保护，其业务量的保护以复用段为基础，以每对结点的复用段信号质量的优劣来决定是否倒换。通道倒换环与复用段倒换环的一个重要区别是前者往往使用专用保护，即正常情况下保护通道也在传业务信号，保护通道为工作通道专用；而后者往往使用共享保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对结点共享。第8章光