光纤通信第八章(1)

第8章光纤通信网络•光网络的发展–光网络在通信网中的地位–光网络的发展与演变•光网络的业务传送–提高传输容量（提高单波长速率（如OTDM）、增加复用的波长数）–增大无电中继距离（long-haul）–骨干传送网标准（PDH，SDH，OTN）–光接入网•光网络的业务适配–适配各种业务•光网络的交叉与交换–ADM、DXC、OADM、OXC、OPS与OBS•光网络的管理与控制–网络管理、控制面（GMPLS）•光网络的生存性光网络在通信网中的地位应用层业务网传送网支撑网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群：传送功能群和控制功能群。传送网就是完成传送功能的手段，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。网络的拓扑元件分为三种：层网络、子网、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。1.传送网的分层和分割传送网是分层的，由垂直方向的连续的传送网络层(即层网络)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。图8.1SDH传送网的分层模型电路层网络通道层网络传输媒质层网络64kb/s电路交换网分组交换网租用线电路网SDHVC－1n通道网SDHVC－3通道网SDH传送网示例光传输网无线传输网n＝1,2SDH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。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B-ISDN虚通路等。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交换业务的交换机(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。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VC11、VC12、VC2、VC3和VC4，以及B-ISDN中的虚通道功能类似。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•低阶通道层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：为了保证通道层的两个结点间信息传递的完整性。•物理媒质层网络(简称物理层)：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。图8.2SDH传送网完整分层模型VC－11VC－12VC－2VC－3电路层网络VC－3VC－4复用段层网络再生段层网络低阶通道层高阶通道层段层物理层网络电路层通道层传输媒质层SDH传送层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。图8.3(a)分层概念；(b)分割概念电路层网络通道层网络传输媒质层网络子网链路层网络分层视图(客户/服务者联系)分割视图(a)(b)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作一个单独实体；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。2.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、定位与调整、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。图8.4传送网的功能模型SNCSNCTCPCPLCCPLCCPLCCPTCPAPAPSNCAPAP路径网络连接链路连接路径路径终端客户层到服务层适配TCP路径终端路径终端客户层到服务层适配TCP路径终端客户层网络服务层网络AP：接入点CP：连接点LC：链路连接TCP：终端连接点SNC：子网连接CP8.2.2SDH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5种类型：•线形•星形•树形•环形•网孔形SDH网络拓扑结构链型星型树型环型网孔型1.将通信网的所有站点串联起来，并使首末两个点开放，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，首末两端使用终端复用器(TM)，中间各点使用分插复用器(ADM)。图8.5(a)SDH网络的物理拓扑：(a)2.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，除了特殊点外的任意两点间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点为经过的信息流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(枢纽站)的多个光纤终端综合成一个，具有灵活的带宽管理，能节省投资和运营成本，但是在特殊点存在失效问题和瓶颈问题。(b)图8.5(b)SDH网络的物理拓扑：星形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。(c)图8.5(c)SDH4.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。(d)图8.5(d)SDH网络的物理拓扑：图8.5(e)SDH网络的物理拓扑：网孔形(e)5.当通信网的许多点直接互连时就形成了网孔形拓扑。如果所有的点都直接互连时就称为理想的网孔形。在非理想的网孔形中，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8.2.3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。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已出了故障。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。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。改善网络生存性的较好办法是：将网络结点连成一个环形，形成所谓的自愈环(SelfhealingRing)。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。复用段1＋1保护复用段1：1保护复用段1：n保护（n《=14）二纤单向通道保护环二纤单向复用段保护环二纤双向复用段保护环四纤双向复用段保护环链形网时提供环形网时提供SDH网络保护类型1+1线性复用段保护工作方式AB工作段工作段保护段保护段INOUTOUT(发)IN(收)双发选收1+1线形复用段保护1:1（1:N）线性复用段保护工作原理正常AB工作段工作段保护段保护段INOUTOUTIN1:1线性复用段保护倒换后AB工作段工作段保护段保护段INOUTOUT(发)IN(收)1:1线性复用段保护工作方式1+1：业务同时在工作路由和保护路由上传送。工作方式为单端不恢复式，最为简单。1:1(1:N)：业务只在工作路由或保护路由上传送。从而使得保护路由可以保护多个工作路由，或者承载冗余业务。工作方式只能为双端恢复式。线性保护工作方式对比环保护：•按光纤数量分类：两纤和四纤•按业务往来方向分类：单向和双向•按保护对象级别分类：通道保护和复用段保护•常用环保护分为：二纤单向通道保护环二纤单向复用段保护环二纤双向复用段保护环四纤双向复用段保护环SDH环网保护类型需明确的概念（1）－复用段保护倒换和通道倒换•两个复用设备（或包含了复用功能的设备）之间为复用段，而被复用的低速信号称为通道。•要保护某一信号传输，必需一个额外的路径。•复用段倒换环的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一对结点间的复用段信号的质量而定，倒换时整个复用段间的业务都转向另一路径。•通道倒换环的保护是以通道为基础的，倒换与否按每一个别通道的质量而定的。需明确的概念（2）－单向环和双向环单向环双向环CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(a)CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(b)倒换8.6二纤单向通道倒换环1.二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环如图8.6所示。通常单向环由两根光纤来实现，S1光纤用来携带业务信号，P1光纤用来携带保护信号。这种环采用“首端桥接，末端倒换”结构。例如，在结点A进入环传送给结点C的支路信号(AC)同时馈入S1和P1向两个不同方向传送到C点，其中S1光纤按顺时针方向，P1光纤按逆时针方向，C点的接收机同时收到两个方向传送来的支路信号，择优选择其中一路作为分路信号。正常情况下，S1传送的信号为主信号。同理，在C点进入环传送至结点A的支路信号(CA)按上述同样的方法传送到结点A，S1光纤所携带的CA信号为主信号。当BC结点间的光缆被切断时，两根光纤同时被切断，从A经S1光纤到C的AC信号丢失，结点C的倒换开关由S1转向P1，结点C接收经P1光纤传送的AC信号，从而使AC间业务信号不会丢失，实现了保护作用。故障排除后，倒换开关返回原来的位置。2.二纤单向复用段倒换环的结构如图8.7所示。这是一种路径保护方式。在这种环形结构中每一结点都有一个保护倒换开关。正常情况下，S1光纤传送业务信号，P1光纤是空闲的。当BC结点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切断点相邻的两个结点B和C的保护倒换开关将利用APS(AutomaticProtectionSwitching)协议执行环回功能。例如在B结点S1光纤上的信号(AC)经倒换开关从P1光纤返回，沿逆时针方向经A结点和D结点仍然可以到达C结点，并经C结点的倒换开关环回到S1光纤后落地分路。故障排除后，倒换开关返回原来的位置。图8.7二纤单向复用段倒换环CAACS1P1ABDCP1S1CAAC