《光通信原理及应用》课件.ppt

*************************************第六部分：光通信网络1骨干传输网长距离大容量光传输系统城域汇聚网城市及区域内光网络互联接入网连接终端用户的光纤设施光通信网络已成为现代通信基础设施的核心，从全球海底光缆到家庭光纤入户，构建了一个无处不在的光网络体系。光网络技术经历了从点对点传输到智能光网络的演进，不仅提供了超大容量传输能力，还具备了灵活调度、动态重构、自动恢复等高级功能。本部分将介绍光通信网络的拓扑结构、关键技术和典型应用，包括光传送网(OTN)技术、无源光网络(PON)技术和全光交换等内容。通过学习这些内容，您将理解光通信如何构建信息高速公路，支撑当今信息社会的高速发展。光通信网络的拓扑结构点对点拓扑最简单的光网络结构，两个节点间直接连接，适用于专线业务和重要数据中心互联。点对点结构简单可靠，但资源利用率低，扩展性差，主要用于核心骨干和高价值专线。总线拓扑所有节点连接到同一光传输媒质上，通过波长、时隙或地址区分不同节点通信。优点是结构简单，布线少；缺点是可靠性较低，任一段光纤故障将影响下游所有节点。环形拓扑节点连接成闭合环路，可提供路径保护能力。广泛用于城域网，如SDH/SONET环网和RPR网络。环网可通过增加保护环提供50ms内的快速保护倒换能力，提高网络生存性。实际大型光通信网络通常采用混合拓扑结构，如骨干网采用网状拓扑提高可靠性，城域网采用环形拓扑实现保护，接入网采用星形或树形拓扑降低成本。网络拓扑选择需平衡可靠性、成本、扩展性和管理复杂度等多种因素。随着软件定义网络(SDN)技术发展，未来光网络拓扑将更加灵活，能够根据业务需求动态调整。光传送网（OTN）技术多层架构OTN采用光通道(OCh)、光复用段(OMS)和光传输段(OTS)的分层架构，实现灵活的光业务调度和管理。这种分层设计使网络操作、管理和维护变得系统化和标准化。数字包装OTN定义了ODU(光通道数据单元)和OTU(光通道传输单元)等数字包装格式，可透明封装客户信号。包装结构包含前向错误纠正(FEC)、开销和通用容器，支持任意客户业务类型。电光混合交换OTN支持波长级(OCh)和子波长级(ODU)的交换，结合电交换和光交换优势。通过OTN交叉连接设备(OXC)，可实现大容量业务的灵活调度和保护倒换。统一管控OTN提供强大的OAM(操作、管理和维护)能力，包括性能监测、故障定位和保护切换等功能。通过丰富的开销字节和标准化管理接口，实现网络的高效管理。无源光网络（PON）技术无源光网络(PON)是一种点到多点的光接入技术，其特点是在光分配网(ODN)中只使用无源元件(如光分路器)，不需要有源设备供电和维护，大幅降低了部署和运维成本。PON系统主要包括光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网三部分，采用时分复用方式在下行使用广播、上行使用时分多址接入。PON技术标准主要有两大分支：IEEE的EPON系列(基于以太网)和ITU-T的GPON系列(基于通用帧格式)。目前主流部署的是GPON(2.5G/1.25G)和10G-PON/XGS-PON(10G/10G)，而下一代PON技术如50G-PON和WDM-PON已进入实验阶段。PON技术是实现光纤到户(FTTH)的核心技术，也是固定宽带接入的主流解决方案。光交换技术光交叉连接(OXC)光交叉连接是实现大规模光路径交换的核心设备，能在不经过电-光转换的情况下，直接在光域进行信号路由。根据实现技术，OXC可分为空间交换型、波长交换型和波长-空间混合型三种架构。现代OXC通常采用微机电系统(MEMS)或液晶开关阵列技术，实现大规模端口(如32×32到320×320)的无阻塞交换。可重构光分插复用器(ROADM)ROADM是WDM系统中的关键节点设备，允许灵活地添加、删除或通过任意波长通道，无需人工干预。早期ROADM仅支持固定方向和波长，现代设备已发展为无色(任意波长)、无方向性(任意节点)、无争用(任意端口)的CDC-ROADM架构。ROADM的核心部件包括波长选择开关(WSS)、光通道监视器(OCM)和光放大器等，通常采用平面光波导(PLC)或液晶技术实现。光分组交换(OPS)光分组交换是面向未来的光交换技术，试图在光域直接处理分组级别的数据交换，类似于电域的IP交换。OPS面临的主要挑战包括缺乏光存储器、光信号处理能力有限及同步困难等问题。目前OPS仍处于实验研究阶段，采用光缓存线、光标签和超快光开关等技术，为未来全光网络奠定基础。全光网络的概念和发展全光传输端到端无电-光转换的透明传输全光路由支持动态光