第四讲 WDM基础理论

光纤
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1.1 光波分复用系统基本原理
DWDM－－密集波分复用 Dense Wavelength Division Multiplexing 同一传输窗口中信道间隔较小的波分复用
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光纤损耗谱图
损耗（dB/km） 损耗（dB/km）
标准单模光纤 无（低）水峰光 （G.652） G.652） 纤（G.652C） 纤（G.652C） E波段 O波段
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双向两纤环－－单纤双向传输
工作光纤
A
保护光纤
D B
C
特点：需要双向的波分复用器和双向的光放大器， 特点：需要双向的波分复用器和双向的光放大器， 双向的波分复用器和双向的光放大器 网络节点必须具有同时处理双向传输波长的能力 同时处理双向传输波长的能力。 网络节点必须具有同时处理双向传输波长的能力。
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2.2 WDM全光网络
WDM全光网络包括一组节点的集合和一
组点到点的光纤链路的集合。
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WDM全光网络的物理拓扑结构
网络的物理拓扑 网络的物理拓扑－－网络节点的物理连接关系，
从组成上看，它是网络节点与光缆链路的集合。
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WDM全光网络的逻辑拓扑结构
网络的逻辑拓扑 网络的逻辑拓扑－－网络节点之间的业务连接
《光通信网络》 光通信网络》
第四讲 WDM基础理论 基础理论
主讲：刘毅 主讲：
一、光波分复用技术概述
1.1 光波分复用系统基本原理 1.2 WDM光网络的演变与发展方向
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1.1 光波分复用系统基本原理
WDM－－
Wavelength Division Multiplexing
在一根光纤中同时传输多波长光信号的技术 不同信道的信号采用不同的波长（频率）的光 载波，多路光信号通过光学复用后在同一条光 纤中传输，在接收端同样需要采用光学的方法 解复用而获得每一信道的信号。
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WDM四纤环
工作光纤
A
保护光纤
D
B
C
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WDM多纤环
A N N 采用了空间复用方式（不同的光纤传输） D B
C 相邻节点间使用多于4根光纤连接。所有光纤可分为顺时针和逆时针两组，每 组为N条光纤。可以采用两纤环方式组织，也可以用四纤环方式组织。
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WDM多纤环
A N N 采用了空间复用方式（不同的光纤传输） D B
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WDM系统的基本形式
λ1
光发射机
双纤单向传输
光接收机 复用器 光发射机 光纤放大器 解复用器 光接收机
λ1
λn
λn λ1
光接收机
光发射机 解复用器 光纤放大器 复用器 光发射机
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λ1
λn
λn
光接收机
WDM系统的基本形式
λ1
光发射机
单纤双向传输
光接收机
λ1
λn
λn
光发射机 光接收机 复用/ 解复用 器 光纤放大器 复用/ 解复用 器
OADM
DXC
OADM
DXC
DXC
可变波长OADM组成WDM环网络
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1.2 WDM光网络的演变与发展方向
OADM OADM OXC OADM OADM DXC DXC DXC OADM OXC
引入OXC后的WDM光网络
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1.2 WDM光网络的演变与发展方向
WDM光网络的不足
（1）不能快速、高质量为用户提供各种带宽 服务和应用，如“波长租用”，“光VPN”等； （2）无法进行实时的流量工程控制，不能根 据数据业务的需求，实时动态地调整网络的逻 辑拓扑结构以避免拥塞，实现资源的最佳配置； （3）光网络的保护和恢复功能有待加强； （4）设备的互操作性和网络可扩展性差；
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2.1 基于SDH－WDM点到点系统的 WDM网络
1.承载SDH客户层信号的WDM分层 结构 光通道层－－为各种业务信息提供 光通道上端到端的透明传送； 光复用段层－－为多波长光信号提 供联网功能； 光传输段层－－为光信号提供在各 种类型的光纤上传输的功能；
再生段层 光通道层 光复用段层 光传输段层 物理层网络
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1.1 光波分复用系统基本原理
波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器 波分解复用器
波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器 波分复用器
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2.3 WDM环形网络
单向两纤环 双向两纤环 四纤WDM环 多纤环
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单向两纤环
λ1
工作光纤
A
λ2
上/下
保护光纤
D B
λ2 λ1
为了简化 网络设计， 可以使用 上下固定 波长的设 计。
波长λ2 直通
C
节点之间的通信业务由预定波长携带， 对应的来业务方向和去业务方向 是同向传输。节点之间通过波长连接实现通信。
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1.2 WDM光网络的演变与发展方向
解决方案：
自动交换传送网（ASTN：Automatic
Switched Transport Networks）
自动交换光网络（ASON： Automatic
Switched Optical Networks ）
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二、WDM系统的功能结构和基本描 述
2.1 基于SDH－WDM点到点系统的WDM网络 2.2 WDM全光网络 2.3 WDM环形网络
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拓扑结构的主要议题
第二类：“网络营运”问题
即对给定的网络（已知拓扑和资源），在已知或 可以预测业务量的平均分布情况下，假设实际业 务需求的变化是随机的，则网络可能存在的一定 的阻塞概率。 可以看作是动态业务条件下的RWA问题。
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拓扑结构的主要议题
网络的保护和恢复是保证网络正常运转的重要 手段，应该在网络的初始设计中仔细考虑。 本质上讲，网络的保护问题是网络的冗余性设 计问题。 网络的冗余性设计不但涉及到网络的物理拓扑 设计，还与网络业务的安排有重要的关系。 实际的网络都有一定的冗余度，一旦工作通道 出现故障，可以使用网络的冗余容量为工作容 量提供保护，从而维持网络的正常运转，保证 网络业务的畅通。
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单纤双向传输－－双向OADM节点
倒 换
B－ADM
倒 换
控制
双向光放大器
B－ADM
双向波பைடு நூலகம்分插复用模块
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双向两纤环－－双纤双向传输
λ
A
λ′
工作波长组（1～N/2） 保护波长组（1＋N/2）～N
工作光纤
λ
D
工作光纤
B
λ′
λ
λ′
C 注：节点无波长转换能力时
λ′
λ
工作波长组（1＋N/2）～N 保护波长组（1～N/2）
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两类WDM系统－ 集成式WDM系统
SDH 解 SDH 复 用 器 器 SDH SDH EDFA EDFA 复 用 SDH SDH
要求： 终端必须具有满足G.692的光接口，包括标准的 的光接口， 要求：SDH终端必须具有满足 终端必须具有满足 的光接口 光波长和满足长距离传输的光源。 光波长和满足长距离传输的光源。即需要把标准的光波长和长 色散受限距离光源集成在SDH系统中。 系统中。 色散受限距离光源集成在 系统中 特点：系统构造比较简单，没有增加多余设备。 特点：系统构造比较简单，没有增加多余设备。
C 相邻节点间使用多于4根光纤连接。所有光纤可分为顺时针和逆时针两组，每 组为N条光纤。可以采用两纤环方式组织，也可以用四纤环方式组织。
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三、WDM的节点结构
3.1 光交叉连接OXC 3.2 光分插复用OADM
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单向两纤环－－分布式光源
每个环网节点都在本地产生与其他节点通
信使用的光载波。
要求： 统一调配节点的波长资源。 增加了光源稳定性和精度控制的难度，提
高了系统造价。
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单向两纤环－－光源子系统
多波长光源
工作光纤 保护光纤
A
D
1:N无源星 型耦合器
B
C
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单向两纤环－－集中波长提供
多波长光源
λ1
光接收机
光发射机
λ1
λn
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λn
光接收机 光发射机
WDM系统总体结构
光转发 器1 光监控信道发送器 光 合 波 器 BA 光监控信道接收/发送器 网络管理系统
光转发 器n
LA 光接收 器1
BA
光 合 波 器
光监控信道接收器
光接收 器n
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1.2 WDM光网络的演变与发展方向
Mux TX TX TX TX
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两类WDM系统－ 开放式WDM系统
SDH SDH OTU 解 OTU 复 用 器 器 SDH OTU OTU SDH EDFA EDFA 复 用 OTU SDH OTU SDH
Ｇ.957
Ｇ.692
Ｇ.692
Ｇ.957
OTU：光波长转发器。输出端为G.692光接口。即标准的光波长和长色散受 ：光波长转发器。输出端为 光接口。 光接口 限距离光源。在不改变光信号数据格式的情况下， 限距离光源。在不改变光信号数据格式的情况下，把光波长按照一定要求重 新转发，以满足WDM系统要求。 新转发，以满足 系统要求。 系统要求 开放式：在同一WDM中，可接入不同厂商的SDH系统。 开放式：在同一 中 可接入不同厂商的 系统。 系统
DMux RX RX RX RX
DXC
DXC
早期WDM点到点传输系统
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1.2 WDM光网络的演变与发展方向
Mux TX TX TX TX OADM
DMux RX RX RX RX
DXC
DXC
DXC
固定波长OADM完成上下波长功能
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1.2 WDM光网络的演变与发展方向
OADM
OADM
DXC
1280 1360 1460
非零色散位移光纤 （G.655） G.655） S波段 C波段 L波段
1530 1565 1625 波长(nm)
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WDM光传输网络
就发展而言，如果某一个区域内所有的光纤传 输链路都升级为WDM传输，我们就可以在这些 WDM链路的交叉处设置以波长为单位对光信号 进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)，或进 行光上下路的光分插复用器(OADM)，则在原 来由光纤链路组成的物理层上面就会形成一个 新的光层。在这个光层中，相邻光纤链路中的 波长通道可以连接起来，形成一个跨越多个 OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息传 送，并且这种光通路可以根据需要灵活动态地 建立和释放，这个光层就是WDM全光网络。
工作光纤 保护光纤
A
中心节点 上路波长
D
从节点1 从节点2
从节点3
B 下路波长
C
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双向两纤环
在双向环中，一个双向光通道使用在相同路由上反 向传输的波长组来建立。 两种实现方式： （1）单纤双向传输方式 工作通道占用一根光纤，由该单根光纤实现双 向业务传输，另外一根光纤用作保护； （2）双纤双向传输方式 工作通道占用两根光纤，内外环复用的波长一 半用作传输业务，一半波长保留用来提供保护能力；
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双向两纤环－－双纤双向传输
两种情况： （1）节点不提供波长变换能力时，考虑到环路保护的需要， 建立一条双向通道时内外环的工作波长组不一样。 2 （2） ）节点提供波长变换能力时，内外环的可以使用一样的 波长组，也可以使用不同的波长组。（依据网络的波长分配方 案确定） 双向两纤环的主要优点－－波长重用能力 在网络波长总量不变的情况下，能够提供比单向两纤环更 多的通信通道，大大提高环形网络波长的使用效率。
（分布）关系，与物理拓扑紧密联系。
M2 S M S S S M1 S S
单星型
双星型
平衡型
网孔型
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物理拓扑与逻辑拓扑比较
物理拓扑 物理拓扑－－网络节点和WDM链路的物理连接结构， 不能随业务的改变而随时改变； 逻辑拓扑 逻辑拓扑－－节点之间的业务连接，可由软件配置而 比较容易改变； （1）物理拓扑基础是节点间的物理连接； 逻辑拓扑基础是节点间的业务连接； （2）物理拓扑反映了物理媒质层的连接关系，拓扑的 复杂度与网络节点的端口数量紧密相关； 逻辑拓扑反映了光通道层的网络连接、传输和处 理功能，拓扑的复杂度与节点的端口数量、复用的波 长数量以及网络的功能结构直接相关；
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物理拓扑与逻辑拓扑比较
（3）物理拓扑设计是以满足网络业务需求为 目的，对网络节点的地理分布和节点之间的物 理连接关系进行优化的过程； 逻辑拓扑设计是依据已有的物理拓扑，以提高 网络营运指标为目的，优化光通道层网络功能 的过程。；
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拓扑结构的主要议题
第一类：“网络设计”问题
即已知网络的业务需求和物理拓扑，确定网络 的配置，包括光纤对数、节点交叉连接的规模、 需要的光放大器以及光载波复用器等。 可以在静态业务条件下优化波长资源，使网络 需要的波长数目最小。 比如静态业务下的选路和波长分配（RWA， Routing and Wavelength Assignment）