全光通信网(总复习)

1复习串讲全光通信网2内容提要概述全光通信网组网关键网元光交换技术光传送网技术IPoverWDM自动交换光网络3一.概述理解全光网络的概念、特点理解光网络的热点研究问题、组成和技术发展方向掌握波分复用系统的工作原理4光网络的基本概念•代表由光纤提供的大容量、长距离、高可靠的链路传输手段。网络•强调在上述媒质基础上，利用先进的电或光交换技术，引入控制和管理机制，实现多节点间的联网，以及针对资源与业务的灵活配置。光网络（ON，OpticalNetwork）5全光网络（AON，AllOpticalNetwork）业务信号的上传、下载及交换过程均以光波的形式进行，而没有任何的光－电及电－光转换，全部过程都在光域范围内完成。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。6光传送网络(OTN，OpticalTransportNetwork)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，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。子网内全光透明，而在子网边界处采用O/E/O技术。72020/2/14《全光通信网》82.光网络的热点研究问题和发展方向热点研究问题：全光网络组网技术(包括组网设备光开关、OXC和OADM)、光交换技术、光传送网技术、光互联网技术、智能光网络技术等。光网络组成：光传输系统＋在光域内进行交换/选路的光节点。技术发展方向：IP层和光层的智能融合，即光网络与数据网的融合及光网络向智能化的发展。一.概述93.光网络的发展历程第一代光网络以SDH为代表：点到点WDM传输，光仅用来实现大容量传输，交换和选路在电层实现。第二代光网络以OTN为代表：在光层实现交换、选路等功能。第三代光网络以ASON为代表：引入控制平面，实现动态连接及基于信令和策略驱动的智能控制。一.概述10ADMADMADMADMADMADMDXCSDH/SONET环网SDH/SONET环网链路传输采用光技术，而交换采用电技术；交换粒度：一般为STM-1（155Mb/s），可对E1（2Mb/s）分插复用。第一代光网络：SDH/SONET环网11OXC，OADM+DXC，ADM驱动力：光传输容量急剧提高，节点处交换量大增（Tb/s至Pb/s）ADMADMOXCADMOADMADMOADMDXCADMOADMADMOADM第二代光网络：OTN12routerrouterOXCrouterOADMrouterOADMrouterouterOADMrouterOADMOXC，OADM+router驱动力：动态带宽分配，集成的智能控制层面。第三代光网络：智能光网络13WDM技术的出现波分复用(WDM:WavelengthDivisionMultiplexing)在一根光纤中用不同波长的光载波同时传输若干个信道的信号4.WDM系统的工作原理一.概述合波器分波器λ1λ2λ3λnλ1λ2λ3λn利用波分复用器（合波器）在发送端将不同波长的信息光载波合并在一起送入一根光纤进行传输，在接收端，再由另一波分复用器（分波器）将不同的光载波分开。14二.全光通信网组网关键网元光开关光交叉连接设备光分插复用器151.光开关了解光开关应用范围、分类和主要性能指标理解MEMS光开关工作原理理解MZI型热光开关工作原理16光开关应用范围、分类应用范围：光网络的保护倒换系统、光纤测试中的光源控制、光器件的测试、构建OXC设备的交换核心、光分插复用器、光传感系统、光学测试。分类：按工作原理不同分为机械式和非机械式。机械式光开关：依靠光纤或光学元件的移动，使光路断开或关闭。非机械式光开关：依靠电光效应、磁光效应、声光效应和热光效应来改变波导折射率使光路发生改变，完成开关功能。1.光开关17光开关主要性能指标常见的光开关：MEMS、热光开关、声光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关、全息光开关、液体光栅光开关、SOA光开关等。开关矩阵的性能指标：交换矩阵的大小、交换速度、损耗、交换粒度、无阻塞特性、升级能力和可靠性。1.光开关18单个光开关的性能参数插入损耗开关时间消光比隔离度串扰19MEMS光开关工作原理在硅晶上可出若干微小的镜片，通过静电力或电磁力的作用，使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动，从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能。1.光开关20二维MEMS光开关示意图二维MEMS开关需要N2个微镜来完成N×N自由空间光交叉连接1.光开关213dB定向耦合器I2I1O1(不加热)O2(加热)热光移相器(薄膜加热)LΔn11(p)1,2(-p)1(-p/2),2(-p/2)1(p),2(-p)1(p/2),2(-p/2)不加热时为交叉连接加热时为平行连接0TTp为相位的变化.MZI型热光开关工作原理1.光开关设信号从I1端输入，则从O1端与O2端输出的透射率分别为：22双MZI型热光开关不通电流加热：12’，21’通电流加热：11’，22’232.光交叉连接设备理解OXC的主要功能理解OXC的基本结构和工作原理理解OXC的主要性能理解几种主要的OXC结构24123412341234123412341234光开关11OXC的主要功能2.光交叉连接设备光交叉连接、分插复用和带宽管理、保护和恢复25由输入部分、光交叉连接部分、输出部分、控制和管理部分以及本地上下业务接口5个功能模块构成。输入部分包括放大器EDFA和波长解复用DMUX，将每根光纤上的光信号放大、分离后送交叉连接矩阵。输出部分，均功器的作用是对受到不同衰减的光波长信号进行功率均衡，以减小不同光波长间的干扰。控制和管理部分属于电子设施，通过信令协议接收用户及网管系统请求，完成自动保护倒换、连接指配、波长选路等功能。OXC的基本结构和原理26OXC的主要性能指标交叉连接容量通道特性阻塞性模块性连接时间广播能力成本2.光交叉连接设备27OXC的主要性能交叉连接容量：大小取决于OXC的端口数。MEMS：1296*1296个端口，每端口40个波长，每波长40Gbit/s，则总交叉容量为1296*40*40Gbit/s=2.07Pbit/s28通道特性：指只支持波长通道还是可支持虚波长通道，反映OXC的连接能力。29阻塞性交叉连接结构的构成可有：严格无阻塞、可重构无阻塞和有阻塞三种。模块性：指当业务量增加时，在不改动现有OXC结构连接的情况下，只需增加模块就可实现节点吞吐量的扩容。链路模块性：除增加新模块外，不需改动现有的OXC结构，就能增加节点的输入/输出链路数；波长模块性：除增加新模块外，不需改动现有OXC结构，就能增加每条链路中复用的波长数。30光纤交叉连接波长交叉连接子波交叉连接F1FnF1Fn输入FλODUk输出具有多层多粒度的OXC结构：子波长、波长、光纤级交叉连接几种主要的OXC结构2.光交叉连接设备31几种主要的OXC结构具有空间光交换型的OXC结构：无波长变换功能的OXC、具有波长变换功能的OXC、共享波长变换器的OXC结构2.光交叉连接设备N×N接收模块OXCN×NN×N波分复用器空间光开关矩阵波分解复用器12Nfλ2λ1λM21发送模块Nf32几种主要的OXC结构基于可调谐滤波器的OXC结构2.光交叉连接设备N×N接收模块OXCN×NN×N星型耦合器空间光开关矩阵可调谐滤波器星型耦合器12Nf21MNf21发送模块333.光分插复用器理解OADM的主要功能理解OADM的主要指标理解几种常用的OADM结构知道几种主要的ROADM34ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37InputportSinglewavelengthaddportsSinglewavelengthdropportsOADMunitOutputportch353.光分插复用器OADM的主要功能35OADM的主要指标容量大小业务接入及汇聚能力多种粒度的业务调度能力模块性支持保护倒换的能力色散管理能力网管能力36几种常用的OADM光开关型OADM：利用光开关动态地选择上/下路波长光开关输出信号输入信号解复用器复用器上路波长下路波长371550nm信号1510nm信号EDFAMUX/DEMUXMUX/DEMUXEDFA光保护版OPU光保护版OPU1510nm信号分插模块上下传输速率2048kb/s光开关型OADM节点工作原理图38几种常用的OADM阵列波导光栅型OADM：先利用AWG的复用和解复用功能，再加上光开关，可实现任意一个或几个波长上/下路InputOutputAWGSWSWSWDropAdd39几种常用的OADM光纤光栅和光环形器的OADM：利用光纤光栅的波长选择阻断作用，只能任意选择一个波长上/下路123λi输入λ2λ1λn…312λi输出λ2λ1λn…λ1λ2λjλn40312312λiλi输入λ2λ1λn…输出λ2λ1λn…3dB耦合器4323dB耦合器1热光移相器FBGλi基于FBG及MZI光开关的OADM413dB耦合器FBG输入λ2λ1λn…输出λ2λ1λn…上路下路3dB耦合器FBG基于MZI-FBG的OADM42基于FBG的新型4波OADM结构43三、光交换技术知道目前光交换技术的分类和发展理解并掌握空分光交换、时分光交换知道波分光交换的原理理解OPS、OBS的基本概念、原理了解OPS、OBS关键技术44光交换：指不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。不受检测器、调制器等光电器件速度的限制，极大地提高了交换节点的吞吐量。不需要经过光/电/光转换，降低了交换节点成本。对比特率、调制方式和通信协议都具有透明性，有良好的升级能力。三.光交换技术451.光交换技术的分类和发展工作原理：光路交换和光分组交换(OPS技术、OBS技术和OMPLS/GMPLS技术)复用方式：空分光交换、时分光交换、波分光交换、码分光交换和复合型光交换。由光路交换向光分组交换发展，由电控光交换向全光交换发展。46光路交换传送数据之前需要建立好光连接通路（独占的一条光纤线路或光复用线上的一个信道）优点：控制相对简单,不必为每个IP包寻找路由。而且光通路建立后,其业务的时延小,丢包率很低,能保证业务的QoS要求。Choosecapacityandpath/next-hop47光分组交换以分组为单位进行交换、传输AB123456781362812345678用户信息经过光调制形成一串光脉冲，它被分割成一个个同一文本的分组，每个分组被贴上光标记(分组报头)，说明它的源地址、目的地址及其序号等。通过逐个查对分组报头的标记，获得路由信息并寻找空闲的路由，将它们发送到目的地。48λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3(a)Cross-Connect(1000by1000,msswitchingtime)λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3(b)Packet-Switch(64x64,withnsswitchingtime)22434311光路交换与光分组交换49光路交换与光分组交换fivesrc/destpairscircuit-switching(wavelengthrouting)•3sifwithout-conversion•only2sotherwisepacket-switching•only1neededwithstatisticalmuxing50光路交换光分组交换本质区别任一通信业务独立地占用一条通路或信道任一通路只在传送某一用户信息包时才被占用，其他时间可以传送别的用户信息包适用业务实时性、互动性通信业务间歇性、交互性通信业务512.空分光交换功能：使光信号的传输通路在空间上发生改变。基本原理：用光开关组成门阵列开关，通过控制开关矩阵的状态使输入端的任一信道与输出端的