【正文】 通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢 SDH傳送網(wǎng) WDM光網(wǎng)絡(luò) 光接入網(wǎng) 第 8 章 光纖通信網(wǎng)絡(luò) 返回主目錄 第 8章 光纖通信網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)總的發(fā)展趨勢是數(shù)字化 、 綜合化和寬帶化 。 與光纖通信關(guān)系最為密切的是寬帶化 ， 這是人類社會發(fā)展到信息時代的迫切需求 ， 也是科技進(jìn)步的必然產(chǎn)物 。 數(shù)字化就是在通信網(wǎng)的各個部分 (核心網(wǎng)和接入網(wǎng) )及各個環(huán)節(jié) (傳輸 、 交換 、 接入 、 終端等 )全面采用數(shù)字技術(shù) 。 目前核心網(wǎng) (或稱骨干網(wǎng) )已實現(xiàn)了數(shù)字化 ， 采用了數(shù)字傳輸和數(shù)字交換技術(shù) ， 其優(yōu)越性已十分明顯 。 接入網(wǎng)的情況比較復(fù)雜 ， 模擬的東西還大量存在 ， 如電話網(wǎng)從核心網(wǎng)邊緣的端局交換機(jī)到用戶終端的用戶環(huán)路 ， 大量使用的還是模擬二線；有線電視系統(tǒng)也基本上是模擬的；新近采用的非對稱數(shù)字用戶線 (ADSL)實際上是模數(shù)混合體制 。 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) (包括窄帶和寬帶 )的主要目的是要實現(xiàn)接入部分的數(shù)字化 ， 提供端到端數(shù)字連接 ， 從而支持綜合業(yè)務(wù) ， 但由于種種原因 ， 并沒有普遍推廣應(yīng)用 。 所以現(xiàn)在只能說接入網(wǎng)正處于數(shù)字化的過程中 ， 還不能說已實現(xiàn)了數(shù)字化 。 綜合化 ， 主要指業(yè)務(wù)的綜合 ， 即通信網(wǎng)要由原來的單一業(yè)務(wù)網(wǎng) (如電話網(wǎng) 、 分組數(shù)據(jù)網(wǎng) )發(fā)展為能同時提供多種業(yè)務(wù) (包括話音 、 數(shù)據(jù) 、 圖像等 )， 特別是多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò) 。 數(shù)字化是綜合化的前提 。 當(dāng)各種類型的消息都用統(tǒng)一的數(shù)字符號表示時 ， 通過端到端的數(shù)字傳輸 ， 便能實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù) 。 長期以來 ， 通信網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)是話音 ， 所以電信網(wǎng)基本上等同于電話網(wǎng)； 電信網(wǎng)中還有一種業(yè)務(wù)是電報 ， 相當(dāng)于原始的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 。 如果考慮到今后要支持高清晰度電視等更寬帶寬的業(yè)務(wù) ， 則總業(yè)務(wù)量還會不斷增加 。 所以網(wǎng)絡(luò)寬帶化首先是人們的迫切需求 。 另一方面 ， 由于光纖通信技術(shù)的成就 ， 特別是密集波分復(fù)用 (DWDM)技術(shù)的發(fā)展 ， 使得網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬大大增加 。 如果雙絞銅線的傳輸帶寬按 2 Mb/s估計 ， 一根光纖采用 DWDM技術(shù) ， 傳輸容量可達(dá)到 20～ 200 Gb/s， 也就是說 ， 光纖的傳輸容量是銅線的一萬至十萬倍 。 因此寬帶化意味著光纖將成為主要的傳輸媒質(zhì) 。 今天 ， 在核心網(wǎng)內(nèi)以光纖為傳輸媒質(zhì) ， 采用 DWDM技術(shù)實現(xiàn)寬帶傳輸 ， 同時采用光交換技術(shù)構(gòu)成全光通信網(wǎng) ， 已成為現(xiàn)實 。 在接入網(wǎng)中 ， 光纖正在伸向用戶 ， 從光纖到路邊 (FTTC)、光纖到大樓 (FTTB)發(fā)展到光纖到交接箱 (FTTCab)， 最后將實現(xiàn)光纖到家 (FTTH)。 當(dāng)然 ， 從帶寬需求和經(jīng)濟(jì)性考慮 ， 接入網(wǎng)采用光纖沒有必要也不可能如同核心網(wǎng)那樣采用 DWDM技術(shù) ， 而是采用比較簡單和廉價的光纖通信設(shè)備 。 因此接入網(wǎng)和核心網(wǎng)實現(xiàn)寬帶化的技術(shù)途徑是不同的 。 本章將分別予以介紹 。 SDH 傳 送 網(wǎng) SDH傳送網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu) 一個電信網(wǎng)有兩大功能群：傳送功能群和控制功能群 。 所謂傳送網(wǎng)就是完成傳送功能的手段 ， 當(dāng)然傳送網(wǎng)也能傳遞各種網(wǎng)絡(luò)控制信息 。 傳送網(wǎng)主要指邏輯功能意義上的網(wǎng)絡(luò) ， 是一個復(fù)雜龐大的網(wǎng)絡(luò) 。 為了便于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和管理 ， 通常用分層(Laying)和分割 (Partitioning)的概念 ， 將網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)元件按功能分為參考點 (接入點 )、 拓?fù)湓?、 傳送實體和傳送處理功能四大類 。 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湓譃槿N ， 即層網(wǎng)絡(luò) 、 子網(wǎng)和鏈路 ， 只需這三種元件就可以完全地描述網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)?， 從而使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變得靈活 ， 網(wǎng)絡(luò)描述變得容易 。 1. 傳送網(wǎng)的分層和分割 傳送網(wǎng)是分層的 ， 由垂直方向的連續(xù)的傳送網(wǎng)絡(luò)層 (即層網(wǎng)絡(luò) )疊加而成 ， 從上而下分別為電路層 、 通道層和傳輸媒質(zhì)層 (又分為段層和物理層 )。 每一層網(wǎng)絡(luò)為其相鄰的高一層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù) ， 同時又使用相鄰的低一層網(wǎng)絡(luò)所提供的傳送服務(wù) 。 提供傳送服務(wù)的層稱為服務(wù)者 (Server)， 使用傳送服務(wù)的層稱為客戶 (Client)， 因而相鄰的層網(wǎng)絡(luò)之間構(gòu)成了客戶 /服務(wù)者關(guān)系 。 SDH傳送網(wǎng)分層模型如圖 。 自上而下依次為電路層網(wǎng)絡(luò) 、 通道層網(wǎng)絡(luò)和傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò) 。 圖 SDH傳送網(wǎng)的分層模型 電路層網(wǎng)絡(luò)通道層網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)6 4 k b / s 電路交換網(wǎng)分組交換 網(wǎng)租用線電路網(wǎng)S D H V C － 1n 通道網(wǎng)S D H V C － 3通道網(wǎng)光傳輸網(wǎng) 無線傳輸網(wǎng)傳送網(wǎng) 示例n ＝ 1 , 2 電路層網(wǎng)絡(luò)涉及到電路層接入點之間的信息傳遞并直接為用戶提供通信業(yè)務(wù) ， 如電路交換業(yè)務(wù) 、 分組交換業(yè)務(wù) 、 租用線業(yè)務(wù)和 BISDN虛通路等 。 根據(jù)提供業(yè)務(wù)的不同可以分為不同的電路層網(wǎng)絡(luò) ， 如 64 kb/s電路交換網(wǎng) 、 分組交換網(wǎng) 、 租用線電路網(wǎng)和 ATM交換網(wǎng)等 。 電路層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備包括用于各種交換業(yè)務(wù)的交換機(jī) (例如電路交換機(jī)或分組交換機(jī) )和用于租用線業(yè)務(wù)的交叉連接設(shè)備等 。 電路層網(wǎng)絡(luò)與相鄰的通道層網(wǎng)絡(luò)是相互獨立的 。 通道層網(wǎng)絡(luò)用于通道層接入點之間的信息傳遞并支持不同類型的電路層網(wǎng)絡(luò) ， 為電路層網(wǎng)絡(luò)提供傳送服務(wù) ， 其提供傳輸鏈路的功能與 PDH中的 2 Mb/s、 34 Mb/s和 140Mb/s， SDH中的 VC1 VC1 VC VC3 和 VC4， 以及 BISDN中的虛通道功能類似 。 能夠?qū)νǖ缹泳W(wǎng)絡(luò)的連接性進(jìn)行管理控制是 SDH網(wǎng)的重要特性之一 ， SDH傳送網(wǎng)中的通道層網(wǎng)絡(luò)還可進(jìn)一步分為高階通道層網(wǎng)絡(luò)和低階通道層網(wǎng)絡(luò) 。 傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)為通道層網(wǎng)絡(luò)結(jié)點提供合適的通道容量 ， 并且可以進(jìn)一步分為段層網(wǎng)絡(luò)和物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò) (簡稱物理層 )， 其中段層網(wǎng)絡(luò)是為了保證通道層的兩個結(jié)點間信息傳遞的完整性 ， 物理層是指具體的支持段層網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì) ， 如光纜或無線 。 SDH網(wǎng)中的段層網(wǎng)絡(luò)還可以進(jìn)一步細(xì)分為復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò) ， 其中復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)涉及復(fù)用段終端之間的端到端的信息傳遞 ， 再生段層網(wǎng)絡(luò)涉及再生器之間或再生器與復(fù)用段終端之間的信息傳遞 。 一個完整的 SDH傳送網(wǎng)分層模型如圖 。 圖 SDH傳送網(wǎng)完整分層模型 VC － 11 VC － 12 VC － 2 VC － 3電 路 層 網(wǎng) 絡(luò)VC － 3 VC － 4復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)再生段層網(wǎng)絡(luò)低階通道層高階通道層段層物理層網(wǎng)絡(luò)電路層通道層傳輸媒質(zhì)層S D H傳送層 將傳送網(wǎng)分為獨立的三層 ， 每層能在與其它層無關(guān)的情況下單獨加以規(guī)定 ， 可以較簡便地對每層分別進(jìn)行設(shè)計與管理；每個層網(wǎng)絡(luò)都有自己的操作和維護(hù)能力；從網(wǎng)絡(luò)的觀點來看 ， 可以靈活地改變某一層 ， 不會影響到其它層 。 傳送網(wǎng)分層后 ， 每一層網(wǎng)絡(luò)仍然很復(fù)雜 ， 地理上覆蓋的范圍很大 。 為了便于管理 ， 在分層的基礎(chǔ)上 ， 將每一層網(wǎng)絡(luò)在水平方向上按照該層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分割為若干個子網(wǎng)和鏈路連接 。 分割往往是從地理上將層網(wǎng)絡(luò)再細(xì)分為國際網(wǎng) 、 國內(nèi)網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)等 ， 并獨立地對每一部分行使管理 。 圖 給出了傳送網(wǎng)分割概念與分層概念的一般關(guān)系 。 圖 (a) 分層概念； (b) 分割概念 電路層網(wǎng)絡(luò)通道層網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng) 鏈路層網(wǎng)絡(luò)分層視圖( 客戶/ 服務(wù)者聯(lián)系)分割視圖( a ) ( b ) 采用分割的概念可以方便地在同一網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)定 ， 允許層網(wǎng)絡(luò)的一部分被層網(wǎng)絡(luò)的其余部分看作一個單獨實體；可以按所希望的程度將層網(wǎng)絡(luò)遞歸分解表示 ， 為層網(wǎng)絡(luò)提供靈活的連接能力 ， 從而方便網(wǎng)絡(luò)管理 ， 也便于改變網(wǎng)絡(luò)的組成并使之最佳化 。 鏈路是代表一對子網(wǎng)之間有固定拓?fù)潢P(guān)系的一種拓?fù)湓?， 用來描述不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接點間的聯(lián)系 ， 例如兩個交叉連接設(shè)備之間的多個平行的光纜線路系統(tǒng)就構(gòu)成了鏈路 。 2. 圖 。 層網(wǎng)或子網(wǎng)之間通過連接 (網(wǎng)絡(luò)連接 、 子網(wǎng)連接 、 鏈路連接 )和適配 (如層間適配 ， 包括復(fù)用解復(fù)用 、 編碼解碼 、 定位與調(diào)整 、 速率變化等 )構(gòu)成整個傳送網(wǎng) 。 相鄰的層間符合客戶 /服務(wù)者關(guān)系 。 圖 S N CS N CTC P CPLCCPLCCPLCCP TC PAPAPS N CAPAP路徑網(wǎng)絡(luò)連接鏈路連接路徑路徑終端客 戶 層 到 服 務(wù) 層適配TC P路徑終端 路徑終端客 戶 層 到 服 務(wù) 層適配TC P路徑終端客戶層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)AP ： 接入點CP ： 連 接點LC ：鏈路 連 接TC P ： 終端連接點S N C ： 子網(wǎng)連接CP 網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浞褐妇W(wǎng)絡(luò)的形狀 ， 即網(wǎng)絡(luò)結(jié)點和傳輸線路的幾何排列 ， 它反映了物理上的連接性 。 除了最簡單的點到點的物理拓?fù)渫?， 網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湟话阌?5種類型 ， 即線形 、星形 、 樹形 、 環(huán)形和網(wǎng)孔形 ， 如圖 。 1. 將通信網(wǎng)的所有站點串聯(lián)起來 ， 并使首末兩個點開放 ， 就形成了線形拓?fù)?。 在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 ， 要使兩個非相鄰點之間完成連接 ， 其間的所有點都必須完成連接功能 。 這是SDH早期應(yīng)用的比較經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?， 首末兩端使用終端復(fù)用器 (TM)， 中間各點使用分插復(fù)用器 (ADM)。 圖 (a) 線形； (b) 星形； (c) 樹形 。 (d) 環(huán)形； (e) 網(wǎng)孔形 ( a ) ( b ) ( c )( d ) ( e ) 2. 當(dāng)通信網(wǎng)的所有點中有一個特殊的點與其余點以輻射的形式直接相連 ， 而其余點之間相互不能直接相連時 ， 就形成了星形拓?fù)?， 又稱樞紐形拓?fù)?。 在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 ， 除了特殊點外的任意兩點間的連接都是通過特殊點進(jìn)行的 ， 特殊點為經(jīng)過的信息流進(jìn)行路由選擇并完成連接功能 。 這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢詫⑻厥恻c (樞紐站 )的多個光纖終端綜合成一個 ， 具有靈活的帶寬管理 ， 能節(jié)省投資和運營成本 ， 但是在特殊點存在失效問題和瓶頸問題 。 3. 樹形 將點到點拓?fù)鋯卧哪┒它c連接到幾個特殊點就形成樹形拓?fù)?。 樹形拓?fù)淇梢钥闯墒蔷€形拓?fù)浜托切瓮負(fù)涞慕Y(jié)合 。 這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在特殊點也存在瓶頸問題和光功率預(yù)算限制問題 ， 特別適用于廣播式業(yè)務(wù) ， 但不適用于提供雙向通信業(yè)務(wù) 。 4. 環(huán)形 將通信網(wǎng)的所有站點串聯(lián)起來首尾相連 ， 而且沒有任何點開放 ， 就形成了環(huán)形網(wǎng) 。 將線形結(jié)構(gòu)的兩個首尾開放點相連就變成了環(huán)形網(wǎng) 。 在環(huán)形網(wǎng)中 ， 要完成兩個非相鄰點之間的連接 ， 這兩點之間的所有點都必須完成連接功能 。 環(huán)形網(wǎng)的最大優(yōu)點是具有很高的網(wǎng)絡(luò)生存性 ， 因而在 SDH網(wǎng)中受到特別的重視 。 5. 當(dāng)通信網(wǎng)的許多點直接互連時就形成了網(wǎng)孔形拓?fù)?。 如果所有的點都直接互連時就稱為理想的網(wǎng)孔形 。 在非理想的網(wǎng)孔形中 ， 沒有直接相連的兩個點之間需要經(jīng)由其它點的轉(zhuǎn)接功能才能實現(xiàn)連接 。 網(wǎng)孔形的優(yōu)點是不存在如星形拓?fù)淠菢拥钠款i問題和失效問題 ， 兩點間有多種路由可選；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 成本較高 。 上述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有各自的特點 ， 在網(wǎng)中都有不同程度的應(yīng)用 。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇要考慮的因素很多 ， 如網(wǎng)絡(luò)的生存性是否高 ， 網(wǎng)絡(luò)配置是否容易 ， 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否適于引進(jìn)新業(yè)務(wù)等 。 一個實際網(wǎng)絡(luò)的不同部分適宜采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有可能不同 ， 例如本地網(wǎng)適宜采用環(huán)形和星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ， 有時也可用線形拓?fù)?， 市內(nèi)局間中繼網(wǎng)適宜采用環(huán)形和線形拓?fù)?， 而長途網(wǎng)可能采用網(wǎng)孔形拓?fù)?。 隨著人類社會進(jìn)入信息社會 ， 人們對通信的依賴性越來越大 ， 對通信網(wǎng)絡(luò)生存性的要求也越來越高 ， 一種稱為自愈網(wǎng)(Self he