(2)全光网络0906PPT课件
全光网络
第一章概述1.光纤和光器件技术进步推动了光网络的发展2.WDM技术优点：充分利用光纤的低损耗贷款，实现超大容量传输；节约光纤资源，降低成本；可实现单根光纤双向传输；各通道透明传输、平滑升级扩容；可利用EDFA实现超长距离传输；对光纤的色散并无过高要求；可组成全光网络；3.通信网络的演变：a.网络：电网络、光电混合网络、全光网、光传送网B．点到点，环状网，网状网第二章光开关技术1.应用：a功能：光路中的光信号转换或者逻辑操作器件B连接状态：平行连接和交叉连接C应用：系统保护倒换，OADM O XC的关键部件2分类：按照工作原理光开关分类：A机械光开关 B非机械光开关性能：交换矩阵，交换速度，交换粒度等3.原理与性能A MEMS光开关：1）机械式光开关：依靠光纤或光学元件（透镜或反射镜）的移动使光路发生改变，将光直接送到货反射到输出端。
机械式光开关虽然体积偏大，开关时间偏长，不适合用于大规模开关矩阵及OXC应用，但其插入损耗低、串扰小、重复性好、与使用的光波长和偏振态无关且价格便宜。
2）微电子机械系统光开关：使半导体微细加工技术与微光学和微机械技术相结合产生的一个新型微机-电-光一体化的开关，它具有光信号的数据格式透明、与偏振无关、差损小、可靠性好、速度快、容易集成的优点。
B 波导光开关：波导型光开关通过改变波导折射率使光路发生改变，从而实现对光信号的开关控制，其中折射率的改变可基于不同的原理，如磁光效应、声光效应、热光效应和电光效应等。
C 半导体光放大器光开关：半导体光放大器开关利用半导体光放大器的放大特性，实现特定波长的交换。
其实采用与通信用激光器相类似的工艺制作而成的一种行波放大器，当偏置电流低于震荡阀值时，激光二极管就能对输入相干光实现光放大作用。
SOA具有体积小、结构简单、功耗低、寿命长、易于同其他光器件和电路集成、适合批量生产、成本低、可实现增益兼开关功能等特性。
第三章光交换技术1 光交换是指对光纤传送的光信号直接进行交换。
全光网基础知识
全光通信网是真正的宽带通信网，是通信网发 展的目标。关于光的优越性，主要是光载波巨 大的传输容量，人们利用光纤作为通信的传输 媒质构成大容量光纤传输系统，这样，最终目 标的实现首先从光纤传送网做起。即分两个阶 段发展：
全光传送网络(用户一用户)
完整的全光网络（端—端的光传输、交换、处 理等)
4.多业务接入功能。 如STM-N系列SDH信号的接入和千兆以太网 信号的接入。
八、光交叉连接技术
光交叉连接设备相当于一个模块，它具有 多个标准的光纤接口，它可以把输入端的 任一光纤信号(或其各波长信号)可控地连 接到输出端的任一光纤(或其各波长)中去 ，并且这一过程是完全在光域中进行的。
OXC的特点及应用 1.OXC的特点 OXC与DXC在网络中的作用相同，但功能和实 现的方法不同。主要的不同点是： （1）OXC是对光信号交叉连接，DXC是对电 信号交叉连接。
光路由器/光交换机具有光路由和光交换功能 在光分插复用器和光交叉连接器中具有少量的 路由和光信道交换功能。 对于大规模网络，如网状型网，用光路由器／ 光交换机作为光节点是一种可选方案，特别是 运作IP数据包的全光网络。
光交叉连接根据不同的工作机理有多种连接方式 1)光波长交叉连接： 实现波长交换，不同波长的光信号，通过波长光 交叉连接选择不同的网络通道，由波长开关进行 交换。 波长光交叉连接由波分复用器／解复用器、波长 选择空间开关和波长变换器(波长开关)组成。 2)光时隙交叉连接:实现光时分交换功能，可以与
（5）0XC易于网络升级，网络升级时一般 无需更换；DXC在网络升级时需要随之更换。 （6）0XC设备型号少，监控维护参数少， 易于标准化；DXC设备型号多，监控维护参 数多，标准化难度较大。
全光网技术
全光网技术绪论21 世纪是人类历史上高速持续发展的新时代，信息化成为社会经济发展的火车头，信息网络的应用渗透了国民经济和社会发展的各个领域和层次，人类在步入知识经济时代的同时，也进入了网络时代。
随着Internet业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正在以指数级的速度迅速膨胀，这就要求网络必须具有高比特率数据传输能力和大吞吐量的交叉能力。
光纤通信技术出现以后，其近30THz的巨大潜在带宽容量给通信领域带来了蓬勃发展的机遇，特别是在提出信息高速公路以来，光技术开始渗透于整个通信网，光纤通信有向全光网推进的趋势。
所以面对因特网宽带接入需求的飞速发展，迫切需要成倍地提升通信容量，降低成本，迅速提供业务。
通信网络的发展已经经历了两代，第一代是全电网络，它的容量已经远不能满足要求; 第二代是用光纤取代电缆后形成的电光网络，这是目前正广泛使用的网络。
光纤通信的高速率和大容量等优越性能已经使人们认识到光纤通信取代传统的电子通信的必然趋势。
但目前在光通信系统中的电子线路严重限制了光纤通信优势的发挥，即出现所谓的“电子瓶颈”问题。
全光网络即是基于克服“电子瓶颈”这一局限性的第三代网络。
DWDM光传输系统无疑解决了提升通信容量的问题，但DWDM也带来了很多问题。
现在的通信网络是多种接入方式并存，语音通过网络，IP通过以太网或AIT，视频通过HFC网络，骨干网普遍采用SDH体制（包括本地，地区以及全国三级），并通过ADM和DXC连接起来，这种体制下DWDM 只用在地区以及全国网两级。
骨干网中光信号需要再生，成了影响系统成本和性能的大问题。
另外现有体制如果要修改SDH的上下话路，交叉连接以及环的设置往往需要几周甚至几月的时间。
现有的数字交叉连接设备也无法处理应用DWDM 带来的成百上千的端口连接。
未来的光网络将彻底解决以上问题。
在未来光网络中，网络是可以动态调整的，可以根据客户端需求设置波长；未来的网络不再是环型的，而是网状的，从而大大降低设置连接的复杂度；DWDM将从本地网开始得到应用，甚至在接入网中都会应用；未来的网络是基于IP的，是三网融合的。
全光网简介ppt
AON, ALL Optical Network
指信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再 生、光交叉连接(OXC ),光分叉复用(OADM）和交换／选路，中间不需经过 光电、电光转换，因此它不受检测器、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。它强调网络的全光特性，严格地说在此网内不应该有光电转换， 所有对信号的处理全在光域内进行。
ห้องสมุดไป่ตู้
I pGE(Gigabit Ethernet千兆以太 网)
以太网占据了全世界LAN的85%以上， 1995年IEEE正式通过802.3 u快速以太网标准， 1998年802.3z千兆以太网标准， 2002年6月，802.3ae 10 G标准的发布， 以太网技术在其20年风雨历程中发生了3次大的飞跃。由于以太网技术具有共享性、开 放性，加上设计技术上的一些优势（如结构简单、算法简洁、良好的兼容性和平滑升 级），以及传输速率的大幅提高，20世纪90年代以来，以太网得到了前所未有的大规 模应用。使用新的以太网标准可用来把大容量的LAN扩展成为MAN，甚至可扩展成 为WAN.路由器中的吉比特线路卡提供与SDH相当的容量，花费只是其六分之一左右。
光传送网（OTN） Optical Transport Network
光信号固有的模拟特性和光器件的水平，目前在光域内很难完成3R中 继功能（即再定时、整形和放大），人们暂时放下了全光网的追求，转而 用“光传送网”来代替. 子网内全光透明，而在子网边界处采用O/E/O技术。全光网己被ITU-T 定义为光传送网.光传送网是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。 由于全光通信网在光域上进行交叉连接和分插复用，大大提高整个网络 的传输容量和节点的吞吐容量。 光传送网成为20世纪90年代中期以后光网络的研究热点。
全光通信网(总复习)PPT课件
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单个光开关的性能参数
插入损耗
串扰
开关时间
隔离度
消光比
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1. 光开关 MEMS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。
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1199
1. 光开关 二维MEMS光开关示意图
全光通信网
复习串讲
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1
1
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 ❖ IP over WDM ❖ 自动交换光网络
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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
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33
光网络的基本概念
光网络（ON，Optical Network） • 代表由光纤提供的大容量、长距离、 高可靠的链路传输手段。
3311
2. 光交叉连接设备 几种主要的OXC结构
❖ 基于可调谐滤波器的OXC结构
星型
耦合器
1
可调谐 空间光 滤波器开关矩阵
N×N
1
星型
耦合器
1
2
N×N
2
2
Nf
Nf
N×N
M 发送模块 接收模块
OX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ROADM
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 2200
1. 光开关 MZI型热光开关工作原理
不加热时为交叉连接 3dB定向耦合器 加热时为平行连接
光网络-全光网.
不含波长变换器OXC
分送耦合交换OXC结构
分送耦合交换OXC的基本单元是星形耦合器和光开关，图中 的波长变换器具有波长选择功能，也可以起到滤波的功能。
波长交换OXC
交换机制主要是在频域进行的，交换通过波长来完成。该结 构具有严格的无阻塞特性，如果在设计星形耦合器(SC)数量的时 候，留够足够的冗余。该结构还具有波长和链路模块性，便于网
ATM光交换原理示意图
2. 光交叉连接设备OXC
光交换/光路由属于全光网络中关键 光节点技术，主要完成光节点处任意光 纤端口之间的光信号交换及选路，它所 完成的最关健工作就是波长变换。
空分交换OXC技术
由输入输出光纤、星形耦合器(Star Coupler，SC)、可调光 滤波器、空间开关矩阵(Space Switching Matrix，SSM)等模块组 成。
全光波长变换技术不需要经过光/电处理，而是直 接在光域内将某一波长的光信号直接转换到另外的一 个波长上。 SOA ① 基于光混频原理的波长变换器主要包括差频和 四波混频。 ② 基于光调制原理的波长变换器。
SOA—— 交叉增益调制波长变换器结构简单、与 偏振无关、转换速率快 (40Gbit/s左右) ，缺点首先是输 出的信号与输入信号的极性正好相反，向短波长方向 变换容易获得较高的消光比，信号向长波长方向变换 时消光比明显下降，一般只有8dB左右。 采用 SOA—— 交叉相位调制波长变换器可以克服 交叉增益调制波长转换中消光比降低的缺点。
全光网
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由于受限于 电 子器件工作上限 频 率 40GHz，难以完成高速带宽综合业务 的传送和交换处理，网 络中出现带宽 “瓶 颈 ”， 为 了克服 电 子器件“瓶 颈 ”， 提出全光网络的概念。
第2章 (52)教材配套课件
第2章 光纤通信网络纵览
基于波分复用的全光通信网能比传统的电信网提供更为 巨大的通信容量，可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、 透明性。全光网具备如下以往通信网和现行光通信系统所不 具备的优点：
第2章 光纤通信网络纵览
本章首先介绍全光网络的概念。 全光传输和交换的新型 网络是下一代网络模式，如今人们正在从不同的研究、应用 方向向这个目标努力，比如从光学层角度发展的光传送网 络、将智能控制和管理与光网络相结合的智能光网络、将IP 技术和光网络相结合的光分组交换网络和光互联网络。最终 的全光网络必然是这些技术有机融合的产物。本章最后将介 绍光纤通信技术在接入网领域的应用。
第2章 光纤通信网络纵览
在数字包封的标准帧中采用的是16字节比特间插RS(255， 239)码的前向纠错技术（FEC），它是一种线性循环码。 FEC处理使线路速率增加了7.14%，可纠正的突发误码为8字 节，检测能力为16字节。采用的是带外FEC编码，即RS（n， k）码，单个分组中最大纠错突发误码为r=(n-k)/2。RS(255， 239)纠错能力为r=8，简称RS-8
第2章 光纤通信网络纵览
图2-2是封装和拆封过程的示意图。箭头向下代表发送侧
标准帧结构如图2-3所示。包封采用的是4行4080列帧格 式。头部16列为开销字节，尾部255列为FEC校验字节，中间 3808
Байду номын сангаас
第2章 光纤通信网络纵览 图2-2 封装和拆封过程示意图
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自由空间光交换
• 可以看作是一种空分光交换。 • 具有很高的分辨率（如在1mm范围内具有
高达10um量级的分辨率），因此把它归为 一种光交换。
全光交换技术小结
•
在理想的全光网中，信号的交换、选
路、传输、恢复等功能均是以光的形式进
全光交换技术
• 全光交换的5种方式： 空分（SD）光交换； 时分（TD）光交换； 波分（WD）光交换； 复用型光交换； 自由空间光交换。
空分（SD）光交换
• 是指：空间划分的交换。基本原理是将光 交换元件组成门阵列开关，并适当控制门 阵列开关。
• 即：可在任一路输入光纤和任一路输出光 纤之间构成通路。
全光交换技术
• 传统的光交换：
IN
电/光
节点1
OUT
光/电 节点2
• 传统的光交换，交换过程中存在光/电、电/ 光，交换容量受到电子器件工作速度的限 制，导致光通信系统带宽受限制。
全光交换技术
• 全光交换特点： • 全光交换在传输线路及交换机之间无
需设立（Ｅ／Ｏ）、（Ｏ／Ｅ），能够充 分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应 等优点。
全光网络
2004.9.7
内容提要
• 复习相关内容；
• 全光网络关键技术简介：
•
……
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……
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……
• 全光网络关键器件之光连接器全光网络的概念• 全 Nhomakorabea网络的概念：
• 是指网络中直到用户端节点之间的信号 通路仍保持着光的形式，即：端到端的链路 中间没有光电转换。
• 换句话说，只有信号在进入和离开网络 时才进行电/光（E/O）和光/电（O/E）转换， 而在网络中的传输和交换过程始终以光的形 式存在。
时分（TD）光交换
• 时分光交换的原理与现行电子程控交换 中的时分交换完全相同——在时间轴上将
复用的光信号的时间位置 ti 转换成另一时 间 tj .
• 时分光交换系统能与传输系统很好地配 构成全光网。
• 时分光交换网由时分型交换模块和空分 型交换模块构成。
波分（WD）光交换
• 是指：信号不同的波长（或频率）选择不 同的通路来实现光交换。
•
使所需波长上/下路的同时，保证其他
波长无阻塞的通过！
光插/分复用器
• 光插/分复用器是以波长为基本操作单位， 使用户可以方便地在节点处加载和下载信 号，从而大大地提高整个光网络的吞吐量， 增加网络的灵活性。
• 分类： 非重构型 重构型
光交叉连接
• OXC是用于光纤网络节点的设备，通过它 对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地 管理光纤传输网络。
全光网络的概念
• 光多址技术
• 光波分多址 • 光时分多址 • 副载波多址
全光网络的概念
• 光波分多址技术的原理。
• 将多个不同波长且互不交叠的光载波分 配给不同的光网络单元（ONU），用以实 现上行信号的传输。
• 即：各ONU根据所分配的光载波对发送 的信息时钟进行调制，从而产生不同波长 的光脉冲。然后利用波分复用技术形成一 路光脉冲信号来共享传输光纤，并送人交 换局。
行。
•
然而目前的全光网络并非整个网络的
全部光学化，而是指光信息在传输和交换
过程中以光的形式存在，用电学方法实现
控制部分。
光插/分复用
• 光插/分复用器（OADM）是全光网络的核 心技术之一。
• 它可以处理任何格式和速率的信号，能够 提高网络的可靠性、降低节点成本、提高 网络运行效率，是组建全光网络必不可少 的关键设备。
• 优点：能充分利用光路的宽带特性。
• 基本元件：可调波长滤波器和波长变转器
•
从输入的复用光信号中选出所需波长
的光信号。
• 将选出的光信号变换成适当的波长后
可调波长滤波器 输出。
波长变转器
复用型光交换
• 是指：在一个交换网络中同时应用两种以 上的光交换方式。如：空分—波分复用性 光交换系统、波分—时分复用型光交换系 统。
OADM的节点结构
光监控信道（OSC）
DEM OA
MUX OA
开关阵列
Add
Drop
W-C
光插/分复用器
• 器件简介（OADM） ：
• 该器件位于多节点光纤通信网中间节 点处，作用是下载（Drop)光通道中通往本 地信号，同时上载（Add)本地用户发往其 他节点用户的信号进入复用光通道。
• 基本要求：
1 2 3 4 1 2 3 4
动态交叉连接
1 1
2
光开关 1 2 3 4
2
3 3
4 4
1 2 3 4
光交叉连接
• OXC核心：光交叉连接矩阵 • 要求：
无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖、 宽带、可靠性高，并具有单向、双向和广 播形式的功能。 OXC类型：
空分、时分、波分三种
用DWDM+光开关可构成OADM、OXC等光交换系统
• OXC是实现可靠的网络保护/恢复以及自动 配线和监控的重要手段。
光交叉连接
• 光交叉连接简介： • OXC主要由光交叉连接矩阵、输入/输出接
口管理控制单元等模块组成。为了增加 OXC的可靠性，每个模块都具有主用和备 用的冗余结构，OXC自动进行主/备倒换。 输入/输出接口直接与光纤链路相连，分别 对输入/输出信号进行适配、放大。
全光网络的概念
• 全光网络的特性：
• 1.开放的、能够支持各种业务的光网络； • 2.光网络灵活、易升级； • 3.由于没有电/光（E/O）和光/电（O/E）转换，
允许存在各种不同的传输协议和编码形式，使信 息传输更具透明性，并突破“电子瓶颈”的限制。 • 4.具有更高效的保护和恢复能力； • 5.具有简单、有效的网络控制和管理功能。
1
输入光纤
1234
2
DEM 3
4
OADM
1
输出光纤
2
1234
3 MUX
4
Add 本节点信息 Drop
波长变换
• WC是指：将一个调制在载波上信息变换成 不同波长的光载波的技术，这样的变换可 以允许在几个全光网段中的波长得到重新 使用。
• 为什么需要波长变换？？？
波长变换原因？
• 第一次缺席的同学的第一次作业。
信道争夺解决技术
• 在全光网络中，急需解决的问题是输出端 的信道争夺问题。
• 信道争夺往往发生在从两个输入口进入的 同一波长的数据信息要求从同一输出端口 输出时。
• 三种解决方案： • 本地缓冲、偏转迂回、波长变换
方案一——本地缓冲
Ch.1,λ1
节点1
Ch.1,λ1
Ch.2,λ1
缓冲器
Ch.2,λ1