傳輸網(wǎng)技術(shù)第一節(jié)傳輸網(wǎng)介紹一、光傳送網(wǎng)絡(luò)的概念光纖通信網(wǎng)就是以光纖通信為基本傳輸手段的通信網(wǎng)絡(luò)。光纖通信網(wǎng)是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。目前光纖通信網(wǎng)主要應(yīng)用的技術(shù)有SDH技術(shù)、WDM技術(shù)、PTN技術(shù)、OTN技術(shù)、SPN技術(shù)等。（一）SDH技術(shù)SDH是什么呢？SDH全稱叫做同步數(shù)字傳輸體制（SynchronousDigitalHierarchy），由此可見SDH是一種傳輸?shù)捏w制（協(xié)議），就象PDH（PlesynchronousDigitalHierarchy）準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體制一樣，SDH這種傳輸體制規(guī)范了數(shù)字信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、傳輸速率等級，接口碼型等特性。SDH的優(yōu)點(diǎn)是靈活的組網(wǎng)能力、強(qiáng)大的運(yùn)維管理能力OAM；缺點(diǎn)是剛性管道，傳輸效率低。（二）WDM技術(shù)什么是WDM呢？WDM是WavelengthDivisionMultiplexing的縮寫稱為波分復(fù)用。波分復(fù)用（WDM）是實(shí)現(xiàn)在單根光纖內(nèi)同時(shí)傳送多個(gè)不同波長的光信號(hào)的一種技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)具有很大的優(yōu)勢：1、可以充分利用光纖的巨大帶寬資源；2、大大節(jié)省了光纖資源；3、顯著降低通信系統(tǒng)單位通信容量的建設(shè)成本；4、促進(jìn)了STM-64甚至STM-256傳輸系統(tǒng)的實(shí)用化；5、具有對不同速率、不同業(yè)務(wù)類型、不同系列的信號(hào)透明性；6、適應(yīng)未來全光網(wǎng)的需要。WDM通過衰耗補(bǔ)償、色散補(bǔ)償和光分插復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長距離的無電中繼傳輸，為今后的全光網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了必要條件。WDM系統(tǒng)根據(jù)復(fù)用的波長間隔的大小，可分為CWDM（粗波分復(fù)用）和DWDM（密集波分復(fù)用）。（三）PTN技術(shù)PTN是分組傳送網(wǎng)（PacketTransportNetwork）的簡稱，基于分組的交換核心是PTN技術(shù)最本質(zhì)的特點(diǎn)。PTN是指這樣一種光傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和具體技術(shù)：在IP業(yè)務(wù)和底層光傳輸媒質(zhì)之間設(shè)置了一個(gè)層面，它針對分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)，以分組業(yè)務(wù)為核心并支持多業(yè)務(wù)提供，同時(shí)秉承光傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機(jī)制和流量工程、便捷的OAM和網(wǎng)管、可擴(kuò)展、較高的安全性等。簡單來講，可以將PTN理解為是一種以分組為傳送單位，承載電信級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)為主，兼容TDM、ATM和快速以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的綜合傳送技術(shù)。（四）OTN技術(shù)OTN（光傳送網(wǎng)，OpticalTransportNetwork），是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。從技術(shù)本質(zhì)上而言，OTN技術(shù)是對己有的SDH/DWDM技術(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)勢進(jìn)行了更為有效的繼承和組合，既可以像DWDM網(wǎng)絡(luò)那樣提供超大容量的帶寬，又可以像SDH傳輸網(wǎng)那樣可運(yùn)營、可管理:并考慮了大顆粒傳送和端到端維護(hù)等新的需求，將業(yè)務(wù)信號(hào)的處理和傳送分別在電域和光域內(nèi)進(jìn)行;同時(shí)擴(kuò)展了與業(yè)務(wù)傳送需求相適應(yīng)的組網(wǎng)功能。從設(shè)備類型上來看，OTN設(shè)備相當(dāng)于將SDH/DWDM傳輸網(wǎng)設(shè)備融合為一種設(shè)備，同時(shí)拓展了原有設(shè)備類型的優(yōu)勢功能。（五）SPN技術(shù)SPN（SlicingPacketNetwork，切片分組網(wǎng)）是面向5G傳輸提出的創(chuàng)新技術(shù)體系，是以以太網(wǎng)內(nèi)核為基礎(chǔ)的新一代融合傳輸網(wǎng)，融合SDH時(shí)分復(fù)用技術(shù)，提供剛性管道切片功能，可實(shí)現(xiàn)大帶寬、低時(shí)延、高效率的綜合業(yè)務(wù)傳輸。SPN傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)包括：無線業(yè)務(wù)、家庭業(yè)務(wù)、企業(yè)業(yè)務(wù)、DC互聯(lián)業(yè)務(wù)等。第二節(jié)光傳輸網(wǎng)絡(luò)的原理所謂光傳輸網(wǎng)絡(luò)，就是利用光纖以及各種光傳輸技術(shù)傳送攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的網(wǎng)絡(luò)?；镜墓鈧鬏斁W(wǎng)絡(luò)由光纖、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)三部分組成。一、光纖的結(jié)構(gòu)光纖呈圓柱形，由纖芯、包層和涂層三部分組成，如圖所示：纖芯主要采用高純度二氧化硅，并摻有少量的摻雜劑，用以提高纖芯的光折射率n1；包層也是高純度二氧化硅，也摻雜一些摻雜劑，主要是降低包層的光折射率n2；涂層采用丙烯酸酯、硅橡膠、尼龍，增加機(jī)械強(qiáng)度和可彎曲性。光纜是多根光纖放在一個(gè)松套管內(nèi)，內(nèi)沖石油膏和鋼絲形成的。海底光纜內(nèi)還有電源線，主要為中繼站的放大器等提供電源。二、光纖的傳輸原理為了保證光信號(hào)在光纖中能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，一定要使光信號(hào)在光纖中反復(fù)進(jìn)行全反射，才能保證衰減及色散最小，到達(dá)遠(yuǎn)端。實(shí)現(xiàn)全反射需要兩個(gè)條件：1、纖芯的折射率n1大于包層的折射率n2；2、入射角θ大于臨界角θc。如圖所示，光線2入射時(shí)，反射角剛好為90度，此時(shí)入射光線的角度即為臨界角θc。當(dāng)入射角小于θc（圖中光線1），光會(huì)發(fā)生反射和折射，有一部分進(jìn)入包層被衰減掉，無法遠(yuǎn)距離傳輸。當(dāng)入射角大于θc（圖中光線3），光在光纖和包層的交界面內(nèi)發(fā)生全反射，形成光波導(dǎo)，傳輸衰減較小，適用遠(yuǎn)距離傳輸。第三節(jié)光纖通信光纖通信以光作為信息載體，利用光纖傳輸攜帶信息的光波，以達(dá)到通信的目的。光纖通信主要由光發(fā)射機(jī)、光纖與光接收機(jī)組成。在發(fā)射端，電端機(jī)把模擬信息（如話音）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制發(fā)射機(jī)中的光源器件（一般是半導(dǎo)體激光器LD），則光源器件就會(huì)發(fā)出攜帶信息的光波。如當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，光源器件發(fā)射一個(gè)“傳號(hào)”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，光源器件發(fā)射一個(gè)“空號(hào)”（不發(fā)光）。光波經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號(hào)從光波中檢測出來送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的模擬信息。就這樣完成了一次通信的全過程。如圖所示。一、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)光纖通信之所以受到人們的極大重視，這是因?yàn)楹推渌ㄐ攀侄蜗啾?，具有無以倫比的優(yōu)越性。（一）通信容量大光纖通信技術(shù)先后經(jīng)歷了155M、2.5G、10G等發(fā)展階段，目前的主流骨干網(wǎng)絡(luò)為10Gbit/s,40Gbit/s和100Gbit/s技術(shù)。傳輸容量比傳統(tǒng)的同軸電纜、微波等要高出幾千乃至幾十萬倍以上。（二）中繼距離長由于光纖具有極低的衰減系數(shù)（目前已達(dá)0.25dB/km以下），若配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)射、光接收設(shè)備以及光放大器，可使其中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上甚至數(shù)千公里。這是傳統(tǒng)的電纜（1.5km）、微波（50km）等根本無法與之相比擬的。（三）保密性能好光波在光纖中傳輸時(shí)只在其芯區(qū)進(jìn)行，基本沒有光“泄漏”出去，因此保密性能極好。（四）適應(yīng)能力強(qiáng)適應(yīng)能力強(qiáng)是指它不怕外界強(qiáng)電磁場的干擾、耐腐蝕、可撓性強(qiáng)（彎曲半徑大于250毫米時(shí)其性能不受影響）等。（五）體積小、重量輕、便于施工和維護(hù)光纜的敷設(shè)方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設(shè)，又可以水底或架空敷設(shè)。（六）原材料來源豐富，潛在價(jià)格低廉制造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中幾乎是取之不盡、用之不竭的，因此其潛在價(jià)格是十分低廉的。二、光纖的基本特性（一）衰減系數(shù)光纖的損耗主要包括吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種，在彎曲半徑較大的情況下，彎曲損耗對光纖衰減系數(shù)的影響不大，決定光纖衰減系數(shù)的損耗主要是吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的，是光纖中過量金屬雜質(zhì)和氫氧根離子OH-吸收光而產(chǎn)生的光功率損耗。散射損耗通常是由于光纖材料密度的微觀變化，以及所含SiO2、GeO2和P2O5等成分的濃度不均勻，使得光纖中出現(xiàn)一些折射率分布不均勻的局部區(qū)域，從而引起光的散射，將一部分光功率散射到光纖外部引起損耗；或者在制造光纖的過程中，在纖芯和包層交界面上出現(xiàn)某些缺陷、殘留一些氣泡和氣痕等。這些結(jié)構(gòu)上有缺陷的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波，引起與波長無關(guān)的散射損耗，并且將整個(gè)光纖損耗譜曲線上移，但這種散射損耗相對前一種散射損耗而言要小得多。綜合以上幾個(gè)方面的損耗，單模光纖的衰減系數(shù)一般分別為0.3～0.4dB/km（1310nm區(qū)域）和0.17～0.25dB/km（1550nm區(qū)域）。ITU-TG.652建議規(guī)定光纖在1310nm和1550nm的衰減系數(shù)應(yīng)分別小于0.5dB/km和0.4dB/km。（二）色散系數(shù)光纖的色散指光纖中攜帶信號(hào)能量的各種模式成分或信號(hào)自身的不同頻率成分因群速度不同，在傳播過程中互相散開，從而引起信號(hào)失真的物理現(xiàn)象。一般光纖存在三種色散：模式色散：光纖中攜帶同一個(gè)頻率信號(hào)能量的各種模式成分，在傳輸過程中由于不同模式的時(shí)間延遲不同而引起的色散。材料色散：由于光纖纖芯材料的折射率隨頻率變化，使得光纖中不同頻率的信號(hào)分量具有不同的傳播速度而引起的色散。波導(dǎo)色散：光纖中具有同一個(gè)模式但攜帶不同頻率的信號(hào)，因?yàn)椴煌膫鞑ト核俣榷鸬纳ⅰ５谒墓?jié)典型光傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)泛指網(wǎng)絡(luò)的形狀，即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)元）和傳輸線路的幾何排列。網(wǎng)絡(luò)的有效性（通道利用率）、可靠性和經(jīng)濟(jì)性在很大程度上與其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕窘Y(jié)構(gòu)有鏈形、星形、樹形、環(huán)形和網(wǎng)孔形，如圖所示。一、鏈形網(wǎng)此種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫菍⒕W(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)一一串聯(lián)，而首尾兩端開放。這種拓?fù)涞奶攸c(diǎn)是較經(jīng)濟(jì)，主要用于SDH、PTN、PON等網(wǎng)絡(luò)的接入層，鏈形組網(wǎng)安全性差，在實(shí)際組網(wǎng)中盡可能避免該類型組網(wǎng)。二、星形網(wǎng)星形網(wǎng)也稱為輻射網(wǎng)，它將網(wǎng)中某一網(wǎng)元作為輻射點(diǎn)，該點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)均有線路相連，其他各網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)互不相連，網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)都要經(jīng)過這個(gè)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶攸c(diǎn)是可通過中心節(jié)點(diǎn)來統(tǒng)一管理其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，利于分配帶寬，節(jié)約成本，但存在中心節(jié)點(diǎn)的安全保障和處理能力的潛在瓶頸問題。中心節(jié)點(diǎn)一旦出現(xiàn)故障會(huì)造成星形網(wǎng)癱瘓。中心節(jié)點(diǎn)的作用類似交換網(wǎng)的匯接局，此種拓?fù)涠嘤糜谟脩艚尤刖W(wǎng)。三、樹形網(wǎng)此種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煽闯墒擎溞瓮負(fù)浜托切瓮負(fù)涞慕Y(jié)合，其節(jié)點(diǎn)按層次進(jìn)行連接，信息交換主要在上、下節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行。樹形網(wǎng)也存在特殊節(jié)點(diǎn)的安全保障和處理能力的潛在瓶頸，主要用于用戶接入網(wǎng)，以及主從網(wǎng)同步方式中的時(shí)鐘分配網(wǎng)中。四、環(huán)形網(wǎng)環(huán)形拓?fù)鋵?shí)際上是指將鏈形拓?fù)涫孜蚕噙B，從而使網(wǎng)上任何一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)都不對外開放的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问健＿@是當(dāng)前使用最多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?，主要是因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的生存性，即自愈功能較強(qiáng)。環(huán)形網(wǎng)是目前光傳送網(wǎng)的主流結(jié)構(gòu)，廣泛用于OTN、PTN、SDH、SPN等網(wǎng)絡(luò)。五、網(wǎng)孔形網(wǎng)將所有網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)兩兩相連，就形成了網(wǎng)孔形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇閮删W(wǎng)元節(jié)點(diǎn)間提供多個(gè)傳輸路由，使網(wǎng)絡(luò)的可靠更強(qiáng)