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光纤网络通信技术ppt

发布时间:2019-06-16 19:53 来源:未知 编辑:admin

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  深圳市光纤用户网结构 第 39 页 深圳SDH网络结构图 深圳市SDH网络结构简化示意图 第 40 页 龙岗区 特区 宝安区 龙华 新安 龙中 宝岭 科技园 黄木岗 罗湖 南头 福田 第三部分 接入网介绍 第 41 页 一、接入网的基本概念 用户所在地 网络 接入网 交换网 传输网 交换网 用户所在地 网络 CPN CPN 交换局 交接箱 馈线 配线 分线盒 引入线 用户 传统铜缆用户环路 接入网 第42页 TMN 接入网 AN 业务节点 SN Q3 Q3 SNI UNI 接入网定义 ——在用户入网接口(UNI)与 业务节点接口(SNI)之间 ——传送电信业务 ——运载功能的各种实体 ——可由管理接口(Q3)配置和 管理 接入网的范畴是广义的 传统的铜线是最原始、最简单的接入网系统 HDSL(高比特数字用户线)、光纤用户环路是低层次的接入网系统 无源光网络(PON)、ADSL (非对称数字用户线接口技术是相对先进的接入技术 接入网的建设目标是新一代的接入网技术 二、接入网建设的必要性和重要性 1. 业务发展的必然要求 用户对宽带新业务的需求 干线网上的SDH和ATM技术的推广应用 要求接入网路提供宽带传输通道 铜缆用户网路容量 小,频带窄,不易扩容和数字化, 已成为实现电信网的瓶颈 电信业务的发展方向是通信网的数字化、综合化、 宽带化、智能化和个人化 业务需求的宽带化、数字化和综合化与目前落后的 接入手段之间的矛盾已成为电信网络建设中的主要 矛盾之一。 第43页 2. 降低企业经营成本、提高经济效益的重要环节 交换机程控化、中继传输光缆化 电话局到用户(接入网)仍为模拟传输 接入网是整个电信网的窗口,也是电信网的“最后一公 里”,投资比重占电信网总投资的50%左右 模拟传输质量不好,承载业务有限,消耗大量有色金 属----铜 电缆价格逐步提高,比1983年上涨了二倍多 光纤传输系统价格呈下降趋势,仅为1983年的40% V5接口的提供和实用化,接入系统造价将进一步降低 维护费用比采用铜缆节省很多 大力、全面发展接入网也是经营成本核算的必然要求。 第44页 3. 优化网路结构、深化电信网络运行维护体制改革 建设新一代接入网,将光纤敷设到离用户最近的地方 (小区、大厦) 拆点并网,建大局,优化网路结构 集中维护人员,集中监控和维护。 4. 电信市场竞争的需要 网络贴近用户,快速提供多种业务,拥有市场主动性 邮电独家垄断的局面已经被打破 两个优势:一是人才优势,二是网络优势 扩大和保持网络优势,大力发展接入网是电信网络建设 发展的战略举措。 第45 页 第46页 用户网络接口(UNI):支持各种业务的接入,如模拟电 话、N-ISDN、B-ISDN,对不同 的业务,对应不同的接口类型 业务节点接口(SNI):将各种用户业务与交换机连接 三、接入网支持的业务 话音类业务:程控电话新业务、磁卡电话业务等 数据类业务:DDN业务、分组交换业务等 图像通信类业务:会议电视业务、可视电话业务等 多媒体业务:居家办公、购物、VOD、远程医疗等 四、接入网的接口技术 第47页 由ITU-T标准化的SNI和相应接入类型 为适应接入网中多种传输媒介,多种接入配置和业务, ITU-T规范了V5接口系列 V5.1和V5.2已有建议 V5.3和V5.B未完善 V5.2接口是本地数字交换机的数字用户侧的发展方向。 第48 页 交换机 光纤传输设备 远端光设备 接入网设备 V5.2 POTS ISDN 2B+D ISDN 30B+D V5接口是数字用户传输系统和本地交换机(LE)之间的新型数字接口。 第 49 页 五、接入网的传输技术 ?有线接入网技术 ?? 铜线接入网技术 ? 高速率数字用户线HDSL:两对双绞线Mb/s信号 ? 不对称数字用户线ADSL:一对电话线上传电话业务的同时, 向用户单向提供1.5-6Mb/s速率的业 务,并带有反向低速数字控制信道 ?? 光纤接入网技术(OAN) ?? 混合光纤/同轴电缆(HFC)接入网技术: 在局端将电话业务与视像业务综合,送至用户。 第 50 页 ? 无线接入网技术 只要在交换节点到用户终端部分地或全部地采用了无线传输方式,就称为无线接入。 ?? 固定无线接入: ?? 移动无线接入: 固定用户以无线的方式接入到固定电话网的交换机,又称为无线本地环路WLL 移动的用户以无线的方式接入到固定电话网的交换机 交换机 BS ? 交换机 RBS ? ONU V5.2 六、光纤接入网技术 1. 概念 光纤接入网采用光纤做为主要的传输媒体来取代传统的双绞线. 应用形式 ? FTTH: 光纤到户 ? FTTC: 光纤到路边 FTTB: 光纤到大楼 ONU: 光接点 第 51 页 交换局 ONU 用户设备 双绞线 光纤 光网络单元 交 换 机 OF OF OF O L T ONU ONU FTTH FTTB FTTC ONU 双绞线. 无源光网络(PON)和有源光网络(AON) 第 52 页 业务节点 ONU SNI ONU OLT UNI . . . ODN 业务节点 ONU SNI ONU OLT UNI . . . ODT 无源光网络图 有源光网络图 OLT:光线路终端 ODN:光分配网络 ONU:光网络单元 ODT:光远程终端 ------OLT功能 ? 业务端口功能 ? 数字交叉连接功能 ? 传输复用功能 ? 光纤线路接口功能 ------ODN功能 光分支器 第 53 页 OLT SNI 1:N ------ONU功能 ? 用户接口功能 ? 用户和业务复用 功能 ? 传输复用功能 ? 光纤线路接口功能 ------ODT功能 ? 数字交叉连接功能 ? 传输复用功能 ? 光纤线路接口功能 ? ODT可以是一个复用设备, 也可以是一个SDH环 第 54 页 ONU UNI ? 电视机 ? ?无源光网络 ? OLT与ONU间没有 任何有源电子设备 ? 对各种业务呈透明 状态 ? 易于升级扩容 ? 便于维护 ?不足之处是OLT和 ONU之间的距离和 容量增长受一定限 制 第 55 页 ?有源光网络 ?每个ONU有特定的传 输容量 ? OLT和ONU之间的距离和容量增长不受限制 ?易于扩展带宽 ?不足之处是ODT需 机房、供电和维护等 第 56 页 4.光缆线路环网 每个ONU均具有光纤双路由, 利用无源光网络(PON)便可以把OAN组 织为光缆线路环网。 物理上是个环形网,逻辑上是每个节点均具有双路由的星型网 ,具有很好的安全性。 具有平稳的升级演变过程,先配置成无递减星型网,然后发展演变为无递减树型网,最后形成环网。 OLT ONU ONU ONU 中心局 ODF ODF ODF ODF 第 57 页 5. SDH技术在接入网中的应用 ?SDH技术应用到接入网实际上就是有源光网络技术。 ?可从根本上缩短骨干网和接入网在技术层次上存在的巨大 差别,为未来宽带、综合业务的发展奠定基础。 ?接入网组网灵活,可靠性高。 ?增强传输带宽,提高网管能力,简化维护工作。 ?V5接口的应用,使组网得到简化 ?可有多种应用形式: 星型、环型、环?星型(见图) ?STM-1子速率即SubSTM-1的连接,可以提供2Mb/s、 6Mb/s 8Mb/s、 34Mb/s、 45Mb/s、 51Mb/s等多种子速率应用。目 前ITU-T正在研究它们的标准。 中心局 ADM ADM ADM ONU ONU 第 58 页 6. 混合形态的接入网示意图 . . . OF OF OF OF SDH环 交换机 ATM DDN ONU ONU ADM ADM ADM ONU RBS RBS OLT V5.2 2Mb/s OF OF ONU ONU ONU ADSL OF STM-1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? POTS DDN (ISDN) ? ISDN ? 第 59 页 七、小结 ? 接入网定义的范畴是广义的。 ? 接入网可支持所有的业务种类。 ? V5接口是SNI的发展方向。 ? 根据ONU位置不同,光纤接入网可分为FTTB、FTTC、FTTZ。 ? 光纤接入网技术中分为有源光网络和无源光网络。 ? 利用无源光网络PON可把光纤接入网组织为光缆线路环网。 ? SDH技术应用到接入网实际上是有源光网络技术。 第 60 页 八、深圳市光纤接入网规划及建设情况介绍 1、统一规划 ?重点是光纤到大厦、光纤到小区 ?光纤接入网分层结构 ?光节点位置的确定 引入线B ?光交接点位置的确定 2、分步实施 ?光缆敷设 ?商业网 ?数据网 ?宽带网 第 61 页 深圳市光纤接入网结构 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 目标交换局 主干层 分配层 引入层 ? ? ? 光纤 金属线 无线 骨干层节点 分配层节点 用户 ONU ONU 目标交换局 交换网 谢 谢! 2. 单模光纤和多模光纤 ? 模:电磁场的一种场型 ? 多模光纤:光纤中可传输多种场型 ? 单模光纤:光纤只能传输一种场型 ? 单模光纤和多模光纤特点比较 第 7 页 多模光纤 单模光纤 n1 n1 第 8 页 多模光纤和单模光纤的结构 n2 n2 n2 第 9 页 3. 单模光纤的主要参数 ?衰减:? =(10 / L)Log10 pi / po (dB/Km) pi ---- 光纤的输入光功率 po ---- 光纤的输出光功率 L ---- 光纤长度 ? 衰减是光纤的重要指标 ? 它表明光纤对光能的传输损耗 ? 对光纤通信系统的传输距离有决定性影响 ? 单模光纤有两个低衰减窗口:1.31?m , 1.55 ?m ? (dB/km) ? 1.31?m 1.55?m 第 10 页 光纤衰减----波长特性 第 11 页 ? 色散 —— 集中的光能(如光脉冲),经过光纤传输后 在末端发生的能量分散。 —— 色散会使传输的光脉冲畸变展宽,影响光纤 的带宽,限制了光纤的传输容量。 —— 单模光纤也存在色散但无模色散。 第 12 页 4. 光缆 结构:骨架式、层绞式、中心束管式 类型:非带状光缆、带状光缆 光缆芯数即为光缆中光纤的数量 ? 塑料护套 加强芯 铝皮 光纤 塑料绑带 第 13 页 5. 小结 光纤分为单模光纤和多模光纤 单模光纤主要参数:衰减和色散 单模光纤有两个低衰减窗口: 1.31?m , 1.55 ?m 光缆是对光纤进行保护后在工程上的应用 光纤的芯数就是光缆中光纤的数量 第 14 页 低速 电信号 高速 电信号 复用 光发送 单元 解复用 光接收 单元 光信号 光信号 高速 电信号 低速 电信号 四、光发送、光接收 1. 光发送单元 2. 光接收单元 ? 将高速电信号进行线路编码 ? 将接收到的光信号转换成电信号 ? 光线路码型无统一标准 ? 放大、整形再生 将编码后电信号转换成光信号 ? 将电信号进行线路解码后恢复成高速电 信号 利用光源(激光器)将光信号 耦合进光纤 第 16 页 五、PDH光纤传输系统简介 PDH ---- Plesiochronize / Digital Hierarchy 准同步数字系列 1. 概述 ? 复用/解复用是数字信号传输的重要部分 ? 复用:将低速信号按照一定的规则变成高速信号 ? 解复用:将收到的高速信号恢复成原来的低速信号 ?复用/解复用有两种方式:PDH、SDH ? PDH基群信号为 2Mb/s 信号 第 17 页 2. PDH复用原理 异步复用 按比特复用 采用正码速调整 4路低速信号复用成 1路高速信号 1 3 2 4 (1) (2) (3) (1) (2) (1) (2) (1) (2) 1(1) 2(1) 3(1) 4(1) 1(2) 2(2) 3(2) 4(2) 1(3) ? 第 18 页 ? 基群信号可依次复用成二次群信号、三次群信号、 四次群信号 ? 各次群信号均有国际统一标准 PDH各次群信号速率、接口及容量 4. PDH光纤传输系统的主要指标 ?平均发送光功率 ?误码率 Pe ?接收灵敏度 保证特定误码率时,光接收机所需的 最小平均光功率 第 19 页 10-3 Sr = 10 log (dBm) pr 10-3 St = 10 log (dBm) pt 5. 传输距离估算 ( 衰减受限系统 ) 第 20 页 St: 发送光功率 Sr:接收灵敏度 ?c:活接头损耗 ME:设备富余度 ?f:光纤衰减 ?s:固定接头损耗 Lf: 光缆盘长 MC :光纤线路每公里富余度 S,R之间的距离 L(Km) = St(dBm) - Sr(dBm) - 2 ?c (dBm) - ME(dB) ?f(dB/Km) + ?s / Lf(dB/Km) + MC(dB/Km) 6. 小结(略) ?c ?c St S R Sr 尾纤 ?s Lf 五、SDH光纤传输系统简介 第 21 页 SDH: Synchronize Digital Hierarchy 同步数字系列 1. SDH 优点 AU PTR 1 3 4 SOH SOH STM-1净负荷 9 270 9 261 传输方向 2. STM-1帧结构 ? 270 (列) ? 9 (行) 个字节的块状结构 ?段开销(SOH)区域 72个字节 576个比特 4.608MB/S ?管理单元指针(AU PTR)区域,指示信息净负荷的第1个字节在STM-1中的位置,频率调整; ?信息净负荷区域, 净负荷在STM-1内是浮动的; ?STM-1 速率为155.520Mb/s 第 22 页 125?s STM-N AUG VC-4 C-4 C-3 C-12 TUG-2 TUG-3 VC-3 VC-2 VC-12 AU-4 +POH +POH +PTR +PTR +PTR +POH TU-2 TU-12 ? 3 ? 7 3. 基本复用原理和复用单元 注: C:容器 VC:虚容器 TU:支路单元 TUG:支路单元组 AU:管理单元 AUG:管理单元组 POH:通道开销 PTR:指针 ? 3 TU-3 ? 1 ? 1 139264 kb/s 34368 kb/s 2048 kb/s 第 23 页 +PTR ? 1 ? N 第 24 页 ? 映射:指将支路信号适配器装入 VC的过程 ? 定位校准:通过指针完成 ? 同步复用:同步字节间插 ? N ? 1 3 2 4 (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) 1(1) 2(1) 3(1) 4(1) 1(2) 2(2) 3(2) 4(2) 1(3) 第 25 页 VC12 VC2 VC:是SDH中最重要的一种信息结构。可在通道中任一点 取出或插入,进行同步复用或交叉连接处理,方便灵活。 SOH VC3 第 26 页 4. 同步数字系列的速率 ?采用WDM(波分复用)技术实现更高速率的信号传输。 (如10Gb/s系统,也称STM-64) ?目前国际上采用WDM技术已研制出400Gb/s系统。 第 27 页 5. SDH设备介绍 ? 同步复用设备(TM) 低速支路信号 TM STM-N 同步复用/解复用 发送接收单元 低速支路信号 STM-N高速光信号 STM-N 高速信号 用符号表示: 第 28 页 ADM STM-N STM-N 2Mb/s 2Mb/s 2Mb/s 发送/接收 单元 光发送/接 收单元 STM-N高速 光信号 STM-N 高速信号 STM-N 高速信号 ? 分插复用设备(ADM) 用符号表示: 第 29 页 ? 数字交叉连接设备(DXC) STM-1 STM-1 STM-1 STM-1 2Mb/s … … … 用符号表示: … VC12(1) VC12(63) … VC12(1) VC12(63) … VC12(1) VC12(63) … VC12(1) VC12(63) STM-1 STM-1 … 2Mb/s 2Mb/s … 2Mb/s … … 2Mb/s DXC 4/1设备 交叉连接 相当于自动数字配线架 半永久连接,集中网管 具有复用/解复用功能 作为PDH与SDH的网关使用 分离本地业务和非本地业务 第 30 页 6. SDH网物理拓扑和自愈网 物理拓扑(5种) 线型 树型 星型 环型 网孔型 第 31 页 Tx Rx Tx Tx Rx Tx Rx Rx ?自愈网的类型和原理 自愈网就是无需人为干预,网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务,使用户感觉不到网络已出了故障。 S1 P1 S1 P1 倒换 复用 复用 解复用 解复用 ----- 线Mb/s) CA AC (2Mb/s) CA AC(2Mb/s) CA AC (2Mb/s) 倒换 S1 A P1 B C D A B C D S1 P1 P1 S1 P1 S1 (a) (b) 二纤单向通道倒换环 ------- 环形网保护 (设备为ADM) 7. 小结: SDH采用块状帧结构,开销比特丰富,网管能 力强, 可实现集中网管 引入VC这一重要的信息结构,VC与系统同步,上 下 电路方便 采用指针调整技术 采用字节间插同步复用 可组成自愈环,网络安全 交叉连接设备,调度电路快捷、灵活 第33 页 六、深圳市光纤传输网简介 1、深圳市传输网结构 第 34 页 特区 龙岗区 宝安区 龙华 新安 龙中 宝岭 科技园 黄木岗 罗湖 骨干层 端局接入层 南头 福田 第 61 页 深圳市光纤接入网结构 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 目标交换局 主干层 分配层 引入层 ? ? ? 光纤 金属线 无线 骨干层节点 分配层节点 用户 两层结构 骨干层和端局接入层 骨干层节点即为七个汇接局和两个长途局所在位置,也称传输转接点 端局接入层节点即为各端局所在位置 骨干层各传输转接点间以大容量传输设备连接 端局接入层各节点以传输设备接到本区域内的两个传输转接点上 2个并行网:PDH传输网与SDH传输网 第 35 页 2、深圳市原有PDH传输网简介 传输转接点间以多套140 Mb/s点对点系统相连 每个端局接入节点(即每个端局)以2套140 Mb/s 分别接至本区内的2个传输转接中心点上,提高网络 可靠性 由于大量电路要在传输转接中心转接,因此需大量 配线架,人工调度,不灵活,反应速度慢 第 36 页 ? 第 37 页 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 松岗 龙华 新安 科技园 南山 红宝 罗湖 黄木岗 宝岭 龙中 横岗 宝安 龙岗 特区 深圳市原有PDH传输网 3. 深圳市SDH传输网设计简介 ? 网络结构 骨干网中设置七个DXC4/1,容量为64X64 骨干网各节点之间以14套2.5Gb/s(1+1)系统通过 DXC4/1组成逻辑上的网状网 端局接入层各节点以622Mb/s二纤单向通道倒换环 接到本区的2个传输转接点的DXC4/1 全网由一个网管中心管理 ? 优点 网络层次清晰,业务转接次数少,骨干网利用率高 电路调度灵活 扩容方便 网络安全可靠 第38 页 ATM与STM传输方式示意图如下所示。 图 STM ATM 现代通信网中广泛使用的是电路交换和分组交换两种方式。电路交换方式适用于电话业务。分组交换适用于数据业务。 ATM信元中承载的是宽带综合业务,既有电话业务、数据业务,还有其他业务。ATM采用的是ATM交换方式,这种新的交换方式,它既像电话交换方式那样适用于电话业务,又像分组交换方式那样适用于数据业务,并且还能适用于其他业务。 电路交换是以电路连接为目的的交换方式。电路交换的过程,就是在通信时建立电路的连接,通信完毕时断开电路。至于在通信过程中双方是否在互相传送信息,传送什么信息,这些都与交换系统无关。 二、 ATM与电路交换和分组交换的比较 电路交换方式最大的缺点就是电路利用率低。 在电话通信由于讲话双方总是一个在说,一个在听,因此电路空闲时间大约是50%,如果考虑到讲话过程中的停顿,空闲时间还要多。 当把电路交换方式用在计算机通信中,由于人机交互(键盘输入、阅读观察屏幕输出等)时间长,电路空闲的时间比50%还大,甚至可高达90%。 分组交换是以信息分发为目的,把从输入端进来的数据分组,根据其标志的地址域和控制域,把它们分发到各个目的地,而不是以电路为目的的交换方式。 分组交换是把信息分为数据组,并且需要在每个信息分组中增加信息头及信息尾,表示该段信息的开始及结束,还要加上地址域和控制域,表示这段信息的类型和送往何处;加上错误校验码以检验传送中发生的错误。 可见,电路交换只管电路而不管电路上传送的信息。电路交换的主要缺点是在通信过程中独占一条信道。 分组交换则对传送的信息进行管理。 分组交换中,交换机根据数据分组上的地址域来确定送到目的地,优点是可以有许多个通信过程共享一个信道。 分组交换却具有信息传送的随机时延的缺点。 因为在电路交换中,如果电路忙,呼叫就被拒绝,只要电路一旦连通,就可以随时把信息传送过去。在分组交换中,其共享的电路有时可能很空,信息可以马上就传送过去,有时可能很忙,信息就要在分组交换机中排队等候,排队的长度和等候时间是由电路的忙闲来决定的,这就是不确定的随机时延。 电路交换、分组交换和ATM交换方式的比较 ? 优 点 缺 点 电路交换 1适合固定速率的业务。 2没有接入时延。 1信息速率种类较少。 2网络资源及电路利用率不 高 分组交换 1适合可变速率的业务。 2通过合并若干个分组, 可以达到各种速率 1由于时延大,不适合实时 业务。 2可变的分组长度增加了处 理成本。 ATM交换 1通过给一个逻辑连接分配 若干个信元,可以达到各 种速率。 2可以更好地利用网络资源,如动态容量分配,统计复用等不同速率的连接。 1面向分组,对于实时业务 需要附加的机制。 2分组装拆会引起一些时延。 三、 ATM的信元结构 ATM信元结构如下图所示。其中UNI为用户-网络接口;NNI为网络-节点接口;GFC为一般流量控制域;VPI为虚路径 标识符;VCI为虚通道标识符;PT为净荷类型,即后面48个字节信息域的信息类型;RES为保留位,可以用作将来扩展定义,现在指定它恒为0;CLP为信元丢弃优先权,在发生信元冲突时,CLP用来说明该信元是否可以丢掉;HEC为信头校验码,检验多项式,这个字节用来保证整个信头的正确传输。 ATM的信元结构 来自不同信息源的信元在缓冲器排队,速率高的频繁;速率低的稀疏,但都在排队。队列的输出是根据信号到达的快慢随机插入到ATM复用线上。 如果排完了所有信元,将有未分配信元,即空闲信道。如果排满了所有信元,后来的将进入缓冲区,优先级低的信元将丢失。 ATM在模拟电视系统中的应用 UNI: 用户网络接口; SNI: 业务结点接口; ONU: 光网络单元; OLT: 光线路终端 图 模拟光网络(APON)模型结构 PSTN/ISDN SN B-ISDN SN 非ATM SN (视频服务器) 非ATM SN ( IP 路由器) OLT ONU ATM-PON SNI UNI ONU: 光网络单元 MUX: 复用器; VOD: 视频点播 图 一个APON系统结构 译码 器 信元 装拆 通道选择控制 计算机 电话 ATM 接口 信元装拆 MUX PON LT PON LT ATM MUX 节目 选择 分支 ATM 接口 ATM MUX ATM 接口 供住宅用户使用 前端切换装置 计算机 ATM 接口 信元装拆 MUX PON LT 供商业用户使用 LAN PBX PON LT ATM MUX 150 Mb/s 接口插件 150 Mb/s 接口插件 信元 装拆 接 口 V- 接 口 ATM 接口 OLT CATV 中心 专用线 m m IP 路由器 VOD 服务器 ONU ONU 6 Mb/s 图为一个ATM—PON系统结构, 该系统为各种业务提供ATM标准的接入平台。 交换结构将决定ATM网络的规模和性能,其设计方法将影响它的吞吐量、信元阻塞、信元丢失以及交换延迟等。交换机路由来自输入端口的信元到输出端口的方法。交换机性能和扩展 特性、支持广播和多点转发的能力等都取决于交换结构。 交换机主要功能是提供将来自输入端口的信元快速有效地路由到输出端的方法。而ATM交换机将进行单个信元的输入处理,信头的转换以及信元输出处理,以确保信头按输出端口要求转换和信元进入合适的物理链路。交换设计可分为下列两大类: 时分交换结构:包括共享存储和共享总线; 空分交换结构:包括Banyan、Delta以及循环交换。 四、 ATM交换结构 五、ATM的标准 宽带业务的发展,尤其是宽带ISDN的建立,其传输的基础是同步数字体系(SDH),其交换 的基础就是ATM,所以ITU-T在制定B-ISDN的标准中,就开始涉及一些ATM的标准,如ATM的 基本原理建议I-150,ATM层技术规范建议I-361,ATM信元传递性能建议I-351等。 除了IT U-T制定ATM的一些建议标准外,欧洲电信标准化委员会(ETSI)和ATM论坛也制定了一些建议标准。 ATM论坛于1991年成立,全世界已有400个以上成员参加,它是一个全球的非盈利性的组织,宗旨是通过运营与生产的合作加速ATM产品和服务标准等的研究与开发。由于ATM是一个崭新的,正在不断发展的技术,许多标准尚待制定和完善,目前已有的标准如下表所示。 标准提出部门 标准内容 ITU-T (原CCI TT) ETSI ATM 用户-网络接口(UNI))物理层 I413 I432 Pr ETS 300 299 Pr ETS 300 300 UNI规范(3.0版本,1993年9月) 资源管理及业务量控制 I432 DE/NA-52807 Pr ETS 300 301 UNI规范(3 0版本,1993年9月) ATM自适应层(AAL) I362 I363 DE/NA-52617(AAL1) DE/NA-5 2618(AAL3/4) DE/NA-52619(AAL5) DE/NA-52620 运行及维护(OAM)/网路管理 I610 DE/NA-52209 DTR/NA-52204 DE/NA-52806 在制定中 信令(UNI) Q93B (基本信元) Q93* * (超级业务) DE/SPS-5024 (基本信元) DE/SPCS-5034(超级业务) UNI规范(3.0版本,1993年9月) 信令AAL QSAAL0 QSAAL1(SSCOP) QSAAL2 (SSCF) DE/SPS-5026- 1 DE/SPS-5026- 2 UNI规范(3.0版本,1993年9月) ATM上的无连接数据业务 ? I364 DTR/NA-53203 DE/NA-53205 DE/NA-53206 B-ICI规范(1.0版本,1993年8月) ATM由的帧中继 I555 I3651 DE/NA-53204 B-ICI规范(1 0版本,1993年8月) 第四节 有源光网络 在一些土地辽阔的国家,用户线有时比较长,在接入网中也用有源光网络(AON)。 一般有源光网络属于一点到多点光通信系统,按其传输体制可分为PDH和SDH两大类。 通常有源光网络采用星形网络结构, 它将一些网络管理功能(如倒换结口、宽带管理)和高速复分接功能在远端终端中完成,端局和远端间通过光纤通信系统传输,然后再从远端将信号分配给用户。 图 光接入网的参考配置 ONU … ONU ODN OLT … AF a S/R R/S T 业务结 点功能 ONU … ONU ODT OLT … AF 业务结 点功能 (AON) UNI (PON) SNI 接入网系统管理功能 Q 3 用户侧 接入链路群 网络侧 V 如图所示,有源光网络由OLT(Optical Line Terminal;OLT)、ODT、ONU(Optical Network Unit),和光纤传输线路构成,ODT可以是一个有源复用设备,远端集中器(HUB),也可为一个环网。 光纤同轴电缆混合网(HFC) 接入网除了电信部门的环路接入网以外,还有广播电视部分的CATV接入网。 随着社会的发展,要求在一个CATV网内能够传送多种业务并且能够双向传输,为此一种新兴的光接入网——HFC(Hybrid Fiber Coax)网应运而生。 从传统的同轴电缆CATV网到HFC网,经历了单向光纤CATV网,双向光纤CATV网最后发展到HFC网。 HFC网的基本原理 在双向光纤CATV网的基础上,根据光纤的宽频带特性,用空余的频带来传输话音业务、数据业务或个人信息,以充分利用光纤的频谱资源。 图 8.30 HFC原理图 前 端 H D T … 光 纤 结 点 … 抽头 ISU 1 8 用户 同轴分配网 同轴电缆 光纤 ISU HFC的原理:由前端出来的视频业务信号和由电信部门中心局出来的电信业务信号在主数字终端(HDT)处混合在一起,调制到各自的传输频带上,通过光纤传输到光纤结点, 在光纤结点处进行光/电转换后由同轴电缆分配到每个用户。每个光纤结点能够服务的用户数大约500个左右。 1. HFC系统的频谱安排 HFC采用副载波频分复用方式。其频谱安排目前国际上还没有统一标准,但在实际应用中存在一种趋势:HFC系统有750 MHz系统, 也有1000 MHz系统,其频率资源采用低分割分配方案,将下行和上行的各种业务信息划分到不同的频段, 如图8.31所示。通常安排50~750 MHz(或1000 MHz)为下行通道;5~40 MHz为上行通道。 50~550 MHz这段频谱用来传输模拟电视,对于PAL制式每个信道的频带为8 MHz,这段频谱能传输(550-50)÷8≈60信道的模拟电视。 图 HFC系统频谱安排 0 5 42 50 550 750 1000 话音数据等 非广播业务 模拟电视 数字电视 话音或数据 个人通信 MHz 550~750 MHz这段频谱用来传输数字电视,也可以用其中一部分来传输数字电视,另一部分来传输下行电线 MHz这段频谱用来传输上行电话信号, 由于每个光纤结点能服务的用户数约为500个,所以每个用户的上行回传信道频带为25 MHz÷500=50 kHz;也有另一种分配上行频段的方法, 将其扩展为5~42 MHz, 其中 5~8 MHz传输状态监视信息,8~12 MHz传输VOD(视频点播)信令,15~40 MHz用来传输上行电线 MHz这段频谱用于各种双向通信业务,其中695~735 MHz和970~1000 MHz可用于个人通信业务,其它未分配的频段可以有各种应用,也可用于将来可能出现的新业务。 2. HFC的调制和复用方式 对模拟视频信号的调制,主要采用模拟的VSBAM调制方式和FDM复用方式,便于与家庭使用的电视机兼容; 对于长距离传输,也可采用FMSCM(副载波调频)方式。 对于数字视频信号的调制,可以将数字视频进行BPSK、QPSK或64 QAM调制到载波上,再使用FDM或SCM复用方式。下行的数字话音或数据经QPSK调制到下行副载波上,上行的数字话音或数据经QPSK调制到上行副载波上。 经FDM或SCM复用后的射频信号或微波信号再对光源进行直接强度调制,经光纤传输后再在接收端解调。当然,光信号也可采用WDM、 DWDM甚至OFDM复用方式。 图 HFC网的结构图 交 换 机 H D T … 光 纤 结 点 抽头 ISU 1 同轴分配网 电话 数据 电视 电话 数据 电视 电话 数据 电视 … M-ISU 前 端 V5.2 MPEG-2 服务器 HFC 8 3. HFC网的结构和功能 HFC网主要由前端(HE)、 主数字终端(HDT)、传输线路、 光纤结点(FN)和综合业务单元(ISU)等组成。 视频前端的作用是:将各种模拟的和数字的视频信号源处理后混合起来。 主数字终端的作用是:将CATV前端出来的信息流和交换机出来的电话业务信息流合在一起。 主数字终端主要功能有: 通过V5.2接口与交换机进行信令转换,对网络资源进行分配, 对业务信息进行调制与解调和合成与分解,光发送与光接收, 提供对HFC网进行管理的管理接口。 HFC网的功能: 光纤结点的主要作用是:接收来自HDT的光形式的图像和电话信号,将其转换为射频电信号,再由射频放大器放大后送给各个同轴电缆分配网;并且还能对上行信号进行频谱安排, 对信令进行转换。 综合业务单元(ISU)是一个智能的网络设备,分为单用户的ISU和多用户的ISU,主要提供各种用户终端设备与网络之间的接口、实现信令转换,对各种业务信息进行调制与解调和合成与分解。 §9.2光纤传输网及接入网简介 光纤传输网及接入网简介 第一部分 传输网、接入网在电信网中的位置 第二部分 光纤传输网介绍 第三部分 接入网介绍 第 1 页 第一部分 传输网和接入网在电信网中的位置 ?构成电信网的基本要素 用户终端设备、传输链路、转接交换设备 ?电信网一般是按其所能提供的业务种类来分: 电话网、分组交换网、用户电报网等 第 2 页 用户A 交换机 交换机 用户B 传输链路 传输链路 传输链路 传输网、接入网在电信网中的位置 第 3 页 用户所在地 网络 接入网 交换网 传输网 接入网 交换网 用户所在地 网络 CPN CPN ? 传输网位于交换设备之间,为各种专业网提供透明 传输通道。 ? 接入网位于交换设备与用户之间,为交换设备和 用户提供连接通道。 第二部分 数字光纤传输网介绍 一、概述 ?为各专业网的数字信号(如:电线Mb/s中继信号)提供 透明传输通道。 ?高速数字信号传输。 ?传输媒介,如 铜缆、光纤、微波。 ?光纤传输优点: ??宽带宽 ??保密性好 ??传输距离长、容量大 ??节省有色金属 第 4 页 二、数字光纤传输系统组成 复用/解复用单元 光发送/接收单元 光纤光缆 第 5 页 低速 电信号 高速 电信号 复用 光发送 单元 解复用 光接收 单元 光信号 光信号 高速 电信号 低速 电信号 高速 电信号 复用 光接收 单元 解复用 光发送 单元 光信号 光信号 高速 电信号 低速 电信号 低速 电信号 (n2) 入射 出射 纤芯 包层 (n1) n1n2 第 6 页 三、光纤、光缆简介 1. 光纤导光原理 ?光纤由纤芯和包层组成 ?纤芯折射率n1包层折射率n2 ?光纤利用全反射原理导光 * * 第九章 光纤网络通信技术 主要内容: 信息高速公路的概念 同步数字系列 异步传输模式 光纤有线电视系统的设计示例 第一节、信息高速公路的概念 信息高速公路:1993年9月,美国克林顿政府提出的“国家信息基础结构(NⅡ):行动计划”, “国家信息基础结构”俗称为——信息高速公路。 优点:交互式、宽带(高速)、智能、个人的综合业务数字网,缩写为IBIP——ISDN NⅡ的技术设施包括:应用信息系统和公用通信网络。 应用信息系统包括:政府信息系统、金融信息系统、科技教育信息系统,等等。 公用通信网络由交换节点、传输系统、终端设备组成的智能网络。 异步传输模式 同步数字序列传输模式 一、基本概念 光同步数字传输网(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)是有关通过物理(主要为光)的传输网络传送适配的净荷(Payload)的标准化数字传送结构的一系列集。 宽带网络的物理传输媒介是光纤,SDH将成为宽带网络的骨干网,它是一种全新技术体制,具有路由自动选择能力,上下电路方便、维护、控制、管理功能强、标准统一、便于传输更高速率的业务等优点。 SDH的推出使电视、图像、话音、数据以及数字微波传输发生了重大改变。SDH网络的引入和使用,就可以比较容易地实现高智能的、高效的、维护功能齐全、操作运行廉价的信息高速公路。 第二节 同步数字序列 1.1 PDH的缺陷 以往的准同步数字传输网络(Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)系统已越来越不适应电信网的发展,因为PDH体制有以下固有的一些缺点。 (1)PDH标准不统一 目前世界上有三种异步复接体制(表9-1),三者互不兼容,国际互联时必须进行转换。 另外,目前只有统一的电接口标准(G.703),而没有统一的光接口标准,即使在同一种异步复接体制中,也不能保证光接口的互通。 二、 SDH的产生 六次群 (Mb?S-1) 五次群 (Mb?S-1) 四次群 (Mb?S-1) 三次群 (Mb?S-1) 二次群 (Mb?S-1) 北美 日本 中国 西欧 基群 (Mb?S-1) 国家或地区 表9.1 世界各国商用光纤通信制式 ? 对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式,各次群的线倍递增,速率的关系略大于4倍。 ? 对于以1.544 Mb/s为基础速率的制式,在3次群以上,日本和北美各国又不相同, 看起来很杂乱。 ? PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差,而且是异源的,通常采用正码速调整方法实现准同步复用。 ? 1次群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化,并得到各国广泛采用。 ? PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。 可见: 在这种形势下,现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来,主要有: (a) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。 (b) 各种复用系列都有其相应的帧结构,没有足够的开销比特,使网络设计缺乏灵活性。 (c) 复接/分接设备结构复杂,上下线)PDH复用结构复杂 要完成数字复接,各低速数字支路必须彼此同步,有两种方法可以保证这一点:建立同步网 络和采用异步复接。 在准同步网络中,各群次独立定时,因此高次群复接都采用以比特为单位的异步复接。异步复接实际上是通过两个步骤实现的:先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、相位都一致,然后进行同步复接。 一般采用正码速调速,这样在发送端就要插入一些码速调整比特,一路低速信号往往要经过多次码速调整,使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号,要上下话路,只能采用一系列背靠背的复接器,将高次群信号一步步地解复用到所要解出的低次群上,上下路后,再重新一步步地复用到高次群上。显然,这种异步复用方式结构复杂、成本高、设备利用率低,硬件所占的成分大,因此很不灵活。 图 9.3 分插信号流程的比较 光 / 电 光信号 分接 分接 分接 140/34 Mb/s 34/8 Mb/s 8/2 Mb/s 复接 复接 复接 电 / 光 光信号 2/8 Mb/s 8/34 Mb/s 34/140 Mb/s 2 Mb/s (电信号) SDH ADM 155 Mb/s 光接口 155 Mb/s 光接口 2 Mb/s (电信号) PDH PDH和SDH分插信号流程的比较 采用SDH分插复用器(ADM),可以利用软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号,十分简便。 (3)PDH缺乏强大的网络管理功能 在光纤通信系统中必须有辅助工作系统及相应的辅助信道,而目前的PDH网络已很难挖掘出足够的辅助信道容量,因为PDH网的运行、管理和维护主要采用人工数字交叉连接和暂停业务进行测试的方法,因此帧结构中没有过多设置OAM比特。 现代通信网的发展要求网络管理功能越来越强。网络管理功能的缺乏使PDH网络已无法支持新一代电信网。要在原有的技术体制中对PDH网进行修补已是得不偿失。只有进行根本的改革才是出路,于是就出现了光同步传输网。 SONET和SDH的提出 美国贝尔公司首先提出了同步光网络(SONET),美国国家标准协会(ANSI)于20世纪80年代制定了有关SONET的国家标准。当时的CCITT采纳了SONET的概念,进行了一些修改和扩充,重新命名为同步数字体系(SDH),并制定了一系列的国际标准。 SDH和SONET的基本原理完全相同,标准也兼容,但还是略有差别(附后表)。 SONET的电信号称同步传递信号STS(Synchronous Transport Signal),光信号称光载体OC(Optical Carrier Level),它的基本比特率是51.840 Mbps;SDH的基本速率 为 155.520 Mbps,其速率分级名称为同步传递模块STM (Synchronous Transport Module)。 SDH的优点(与PDH相比): (1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1,传输速率为155.520 Mb/s; 4个STM-1 同步复接组成STM-4,传输速率为622.080 Mb/s; 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s,以此类推。 (2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此, 光接口成为开放型接口,这有利于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元, 简化了硬件,降低了网络成本。 (3) 在SDH帧结构中,丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理。便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。 (4) 采用SDH,不必进行码速调整,简化了复接分接的实现设备。由低速信号复接成高速信号,或从高速信号分出低速信号,不必逐级进行。 (5) 采用数字交叉连接设备DXC,可以对各种端口速率进行可控的连接配置,对网络资源进行自动化调度和管理。既提高了资源利用率,又增强了网络的抗毁性和可靠性。 SDH采用了DXC后,大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力,使现代通信网络提高到一个崭新的水平。 SDH SONET 等级 速率(Mbps) 速率(Mbps) 等级 51.840 STM-1 OC-1 STM-1 155.520 155.520 STM-3 OC-3 466.560 STM-9 OC-9 STM-4 622.080 622.080 STM-12 OC-12 933.120 STM-18 OC-18 1244.160 STM-24 OC-24 1866.240 STM-36 OC-36 STM-16 2488.320 2488.320 STM-48 OC-48 STM-64 9953.280 9953.280 STM-192 OC-192 SDH网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能、非常灵活的网络,这体现在以下几个方面。 (1)支持多种业务 SDH的复用结构中定义了多种容器C和虚容器VC,各种业务只要装入虚容器就可作为一个独立 的实体在SDH网中进行传送。C、VC以及联和复帧结构的定义使SDH可以灵活地支持多种电路 层业务,包括各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等,以及将来可能出现的新业务。另外,段开销中大量的备用通道也增强了SDH网的可扩展性。SDH的这种灵活性和可扩展性 使它成为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。 SDH的优势 (2)迅速、灵活地更改路由,具有很强的生存性 PDH中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线,耗时长、成本高且易出错。在SDH网中,大规模采用软件控制,通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备,需要改变 路由时,通过软件更改交叉连接设备和分插复用器的连接,只要几秒钟就可灵活地重组网络。 特别是SDH的自愈环,在某条链路出现故障时,可以迅速地改变路由,从而大大提高了SDH网 的可靠性。 (3)定义了标准的网络接口和标准网络单元。提高了不同厂商之间设备的兼容性,使组网时 有更大的灵活性。 三、 SDH的NNI及帧结构 网络节点接口(NNI:Network Node Interface)——网络节点之间的接口。在实际中也可看成是传输设备与网络节点之间的接口。 图9-4给出了一种可能的网络配置,以说明网络节点接口的位置。规范一个统一的NNI标准,应使它不受限于特定的传输媒质,不受限于网络节点所完成的功能,同时对局间通信或局内通信的应用场合也不加限定。 图 9-4 SDH的网络节点接口NNI的基本特征是:具有国际标准化的接口速率和信号帧结构。 NNI标准化的优势: 可以使3种地区性PDH系列在SDH网中实现统一; 而且在建设SDH网和开发应用新设备产品时可使网络节点设备功能模块化、系列化; 能根据电信网络中心规模大小和功能要求灵活地进行网络配置,从而使SDH网络结构更加简单、高效和灵活,并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。 四、SDH同步复用原理及帧结构 同步复用原理: 把多个低阶通道的信号适配进高阶通道层,以及把多个高阶通道层适配进STM-1(N)的过程。 图 9- 5 SDH帧结构 STM-1的帧结构(右图),其比特率为155. 520Mbps,帧长为125μs,因此一帧包括19 440比特,即2430字节。如图排列成9行270列,发送顺序为从左至右;从上至下依次发送。 每行的前9个字节(前9列),共81字节中放置了段开销(SOH——Section Over head)和管理单元指针(AU PTR) 每行的后261个字节构成了信息净负荷区(Payload),其中有9字节为通道开销(POH——Path Overhead)。 图9—6 (1)把多个同等级的相同支路单元、支路单元组、管理单元及管理单元组集装(复用)起来构成一个大型集装箱; (2)利用管理单元指针指明地址,然后再附上段开销,便于在运营段上进行运行中的操作维护和管理; (3)各种信息将十分灵活、方便、准确、可靠地被送往目的地。 图9—6 复用结构的过程 SDH的复用过程 集装箱运输 SDH的复用过程 为便于理解SDH的复用结构,现用集装箱运载货物作比喻,如图9-6所示。 将容器视为运输用的标准包装箱C ,C-n表示不同的容量规格,以便能适配装进PDH的各种物品(信息),在容器的包封上面附上称作通道开销(POH)的一些码字,如此处理后的箱体称为虚容器(VC)。而包封上的POH只是用来指示箱内物品在端到端运送过程中的状态、性能以及装载情况等,因而是为运营者操作维护而设。 在虚容器基础上再附上指针(PTR)就构成支路单元(TU)或管理单元(AU)。PTR是用来指明虚容器在支路单元内或在STM帧结构内的准确位置,根据PTR所指示的地址可以实现灵活转移VC,或在需要时直接取下(或插入)物品而不必拆卸整车物资。 SDH网同步结构采用主从同步方式,即要求所有网络单元时钟都能最终跟踪到全网的基准主时 钟。 SDH网同步方式一般有网同步方式、伪同步方式、准同步方式等三种。 局内同步分配一般用星形拓扑,即局内所有时钟由本局最高质量的时钟获取定时,只有高质量的时钟由外部定时同步。获取的定时由SDH网络单元经同步链路送往其他的局域网络单元。 由于TU(支路单元)指针调整引起的抖动会影响时钟性能,因而不再推荐在TU内传送的一次群信号作为局间同步分配,而直接用STM-N传送同步信息。局间同步分配一般采用树形拓扑。 五、SDH的网同步 六、 SDH的拓扑结构 自愈环的作用是提高网络的生存性,即在无人工参与的情况下,网络能及时地发现错误,并能在极短的时间内自动恢复承载的业务,而用户根本感觉不到网络的故障。自愈环的结构有许多种,主要有路由保护、二纤单向环、二纤双向环和利用DXC保护的自愈环。 路由保护即采用主备份路由,这要求两条光纤在地理位置上是分开的,因此铺设成本高,而且这种方法只能对传输链路进行保护,而无法对网络节点的失效进行保护,所以只能适用于两点间有稳定的较大业务量的点到点保护。 自愈—— SDH的拓扑结构的保护 第三节 异步传输模式(ATM) 近年来随着程控时分交换和时分复用的发展,电信网中的传输、复用和交换这三个部分已越来越紧密地联系在一起了,开始使用传递(transfer mode)来统一描述。目前通信网上的传递方式可分为同步传递方式(STM)和异步传递方式(ATM)两种。 STM:如ISDN(综合业务网)用户线路上的数字电话网中的数字复用等级,属于此方式。特点是在由N路原始信号复合成的时分复用信号中,各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现。所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。 ATM:各路原始信号不一定按照一定时间间隔周期性地出现,因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。例如采用在信元前附加信头的标志就是异步传递方式。宽带ISDN中ATM信元的信头就是一个例子。

  通俗地说,网络协议就是网络之间沟通、交流的桥梁,只有相同网络协议的计算机才能进行信息的沟通与交流。这就好比人与人之间交流所使用的各种语言一样,只有使用相同语言才能正常、顺网络通信 利地进行交流。从专业角度定义,网络协议是计算机在网络中实现通信时必须遵守的约定,也就是通信协议。主要是对信息传输的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等作出规定并制定出标准。

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