波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)

在數(shù)據(jù)通信中，我們需要一個具備分組交換能力的網(wǎng)絡(luò)去支持像計算機(jī)通信或基于ATM通信等這樣基于分組交換的大量現(xiàn)存應(yīng)用。由于電處理的極限限制了數(shù)據(jù)速率的提高，所以，需一個“全光”的解決方案來處理這些基于分組(Packet)或信元(Cell)的通信，在這個方案中，數(shù)據(jù)凈荷除了在源和目的節(jié)點(diǎn)外不會遇到電處理。分組業(yè)務(wù)具有很大的突發(fā)性，如果用光路交換的方式處理將會造成資源的浪費(fèi)。

在這種情況下，一個全光的分組交換將是最為理想的選擇，它將大大提高鏈路的利用率。要實(shí)現(xiàn)全光分組交換有許多問題需要解決。首先，需要建立一個新的路由機(jī)制。由于缺乏較好的光存儲技術(shù)，光數(shù)據(jù)的尋徑和交換必須不停頓地進(jìn)行，也即不用電處理不用存儲轉(zhuǎn)發(fā)，這就需要一個全新的分組交換體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)，新的結(jié)構(gòu)必須考慮到光領(lǐng)域的特殊性。其次是全光網(wǎng)交換和存儲器件的實(shí)用性。這些全光器件都還在研制的過程中。最后則是一些基礎(chǔ)研究，如光纖的非線性問題，竄擾(crosstalk)問題等等。

在分組交換網(wǎng)絡(luò)里，每個分組都必須包含自己的路由信息，通常是放在頭部(header)中。交換機(jī)只需要根據(jù)頭部信息就可以決定向何處轉(zhuǎn)發(fā)，而其他的信息如凈荷則不需要被交換機(jī)處理。光交換機(jī)通常是分布存儲式的交換機(jī)。

全光的分組交換一般有兩種方法。最簡單的一種是順序比特分組交換法(BSPS:Bit-SequentailPacket-Switching)，這是由電分組交換直接演化而來的:一個二進(jìn)制的序列頭部數(shù)據(jù)告訴交換機(jī)向哪兒轉(zhuǎn)發(fā)分組；另一種是并行比特分組交換法(BPPS:Bit-ParallelPacket-Switching)。

WDM技術(shù)使得單根光纖鏈路同時傳輸多路客戶信號成為可能，而與此相對立的就是各種網(wǎng)絡(luò)故障均會導(dǎo)致大量業(yè)務(wù)的異常中斷，因此，WDM網(wǎng)絡(luò)的可靠性一直受到業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。當(dāng)今最為常用的保護(hù)方法就是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計時預(yù)留一定的冗余資源，且這些冗余資源構(gòu)成的備用路徑(backuppath)必須滿足與受保護(hù)的業(yè)務(wù)路徑(workingpath)存在鏈路分離(link-disjoint)或節(jié)點(diǎn)分離(node-disjoint)的關(guān)系，這樣才能提供真正的保護(hù)。工作路徑與備用路徑之間并不存在嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān)系，而是根據(jù)受損工作路徑對于承載業(yè)務(wù)的影響程度以及網(wǎng)絡(luò)冗余資源的分配策略才能為工作路徑創(chuàng)建合適的備用路徑?；诰W(wǎng)狀WDM網(wǎng)絡(luò)的生存策略及其保護(hù)方法的研究已經(jīng)引起了業(yè)界人士的大量興趣。

研究主要解決了冗余波長信道的使用效率問題，即如何以一定的網(wǎng)絡(luò)冗余資源來取得最大的恢復(fù)性能；而對于實(shí)施這些生存方案所需要的保護(hù)倒換時間還沒有得到較為深入的研究，盡管部分文獻(xiàn)就環(huán)型WDM網(wǎng)絡(luò)分析了APS技術(shù)的保護(hù)倒換時間，但并不能直接作用于網(wǎng)狀WDM網(wǎng)絡(luò)。

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)定義

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)將單模光纖的可用帶寬劃分成多個獨(dú)立的波長，每個波長是一個通道，各信道的速率在技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)(如100Mbit/s～10Gbit/s)任意選擇。網(wǎng)絡(luò)中不同用戶的不同業(yè)務(wù)可在不同邏輯通道上傳送，這樣多個信道速率的總和就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的速率，增加波分復(fù)用的信道數(shù)，就可進(jìn)一步挖掘光纖的帶寬資源；而多個獨(dú)立非重疊信道可以同時傳送不同類型的服務(wù)，這樣也實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)的功能。一根光纖上可用的光波長為2、4、8、16、32、64，最多為132個，因此光波長數(shù)是有限的。

全光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)有兩種交換方式:光路交換(Circuit-switching)和光分組交換(Packet-switching)，由此形成了兩種全光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)形式，即光路交換WDM(波分復(fù)用)網(wǎng)和分組交換WDM（波分復(fù)用）網(wǎng)。

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)背景

近幾年來，全世界計算機(jī)及通信技術(shù)得到了長足的發(fā)展，由于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑所依賴的以電為基本傳輸介質(zhì)的物理層已到了其極限，使得現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)在多方面已不能適應(yīng)需求:帶寬匱乏、靈活性差、速度慢。

現(xiàn)有的基于時分復(fù)用方式工作的光纖網(wǎng)絡(luò)由于受到電子器件的極限工作速率的限制，網(wǎng)絡(luò)綜合帶寬難以突破10Gbit/s的量級。為充分利用光纖提供的巨大通信帶寬，在網(wǎng)絡(luò)中采用并行訪問方式是必然的選擇。

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)研究

全光WDM網(wǎng)的路由選擇和波長分配(RAW)是重要的應(yīng)用基礎(chǔ)性研究問題，它解決怎樣通過光交叉連接或其它設(shè)備構(gòu)成運(yùn)載信號的光通道，并合理地分配通道所使用的波長，使有限資源能提供盡量大的通信容量。

給出一組建立全光連接(光通路)的請求，RAW問題由兩部分組成:①為每個源節(jié)點(diǎn)尋找到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑；②在這些路徑上分配波長。因?yàn)椴ㄩL數(shù)有限，不可能在每對節(jié)點(diǎn)間建立光通路。RAW問題可分為動態(tài)RAW和靜態(tài)RAW。動態(tài)RAW一般是考慮建立光連接的請求隨機(jī)到達(dá)，靜態(tài)RAW則是考慮在進(jìn)行路由和波長分配前已知所有的希望建立的光連接。

在較早的研究中，假定網(wǎng)絡(luò)中沒有波長轉(zhuǎn)換的光部件，這種情況下的RAW問題已有較多的研究，但是還有探討的必要。隨著光部件的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中可以采用波長變換，在某些情況下，網(wǎng)絡(luò)性能得到改善，這方面的研究很活躍。

光路交換WDM網(wǎng)是研究得最多，也是最接近實(shí)用化的一種網(wǎng)絡(luò)。在美國、日本以及歐洲的一些國家已經(jīng)建立了基于光交換的WDM實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，如:LondonFiberNetwork，歐洲的RACEIIMultiwavelengthTransportNetwork(MWTN)，等等。

從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看光交換的全光WDM網(wǎng)絡(luò)有兩種主要的形式:①廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)(thebroadcastandselectnetwork)，也就是常說的星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；②波長尋徑網(wǎng)絡(luò)。

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)

廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)通過光纖和無源星型耦合器連接，每個節(jié)點(diǎn)被分給不同的波長。各節(jié)點(diǎn)以自己特定的波長發(fā)出的信息經(jīng)耦合器匯集，分流后到達(dá)各節(jié)點(diǎn)的收信端，每個節(jié)點(diǎn)利用可調(diào)諧接收器選擇接收。各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射器是固定頻率的，接收器是可調(diào)諧的(實(shí)際上也可以有相反的情況)。注意，此處接收節(jié)點(diǎn)要想接受某發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，必須利用調(diào)諧接收器把接受波長調(diào)到與發(fā)送信息的波長一致，這就要用到某種介質(zhì)訪問控制協(xié)議(MAC協(xié)議）

由于星型耦合器和光纖鏈路都是無源的，所以這種網(wǎng)絡(luò)很可靠，而且易于控制。但是廣播和選擇網(wǎng)絡(luò)有兩個很明顯的不足之處。第一，這種網(wǎng)絡(luò)非常浪費(fèi)光能，因?yàn)槊恳粋€要傳輸信號的光能幾乎都被平分到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)上去了；第二，每一個節(jié)點(diǎn)都需要一個不同的傳輸波長，而光波波長數(shù)目有限，所以網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目也就有限了。因此廣播和選擇網(wǎng)較適合用作局域網(wǎng)。

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)波長尋徑網(wǎng)絡(luò)

波長尋徑網(wǎng)絡(luò)中，特定波長上的信號被直接尋徑到目的節(jié)點(diǎn)，而不是向全網(wǎng)廣播。這樣就減少了不必要的信號光能損失，同時又能使一個波長在網(wǎng)絡(luò)的非重疊部分被多次使用(圖1)。

圖1中:節(jié)點(diǎn)3經(jīng)過節(jié)點(diǎn)5與節(jié)點(diǎn)2通信，用的是波長1；與此同時，節(jié)點(diǎn)1經(jīng)過節(jié)點(diǎn)n與節(jié)點(diǎn)4通信，用的是同樣的信道波長1。因?yàn)檫@兩條路徑是非重疊的。而若同時節(jié)點(diǎn)1經(jīng)過節(jié)點(diǎn)n與節(jié)點(diǎn)3通信，則需要用信道波長2了。

在最簡單的情況下，路由是固定的，并不需要像光交換設(shè)備這樣的可配置光器件。但是為了使網(wǎng)絡(luò)有更大的靈活性和可擴(kuò)展性，必須在網(wǎng)絡(luò)中使用光路由設(shè)備，它可以動態(tài)重新配置路由以改變到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的光路。這樣一來，網(wǎng)絡(luò)中就需要用到一個或多個控制器來配置這些光路由設(shè)備。

為了使網(wǎng)絡(luò)具有最大限度的可擴(kuò)展性，則需要在波長尋徑網(wǎng)絡(luò)的光路由設(shè)備后面級聯(lián)一個波長轉(zhuǎn)換器，這樣的話，連接就可以在不同光纖的不同波長信道中轉(zhuǎn)換了。這將最大限度地重復(fù)利用有限的可用波長。但值得注意的是，全光波長轉(zhuǎn)換器并沒有完全研制出來。要達(dá)到波長的轉(zhuǎn)換還必須利用光電轉(zhuǎn)換和再生。因此，在實(shí)用中，波長尋徑網(wǎng)絡(luò)并沒有用波長轉(zhuǎn)換器。由此不難看出波長尋徑網(wǎng)較適合用作城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。

波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)全光網(wǎng)的互連

在實(shí)際的應(yīng)用中，一個光路交換WDM網(wǎng)總是由以上兩種網(wǎng)絡(luò)組合起來的。廣播和選擇網(wǎng)通?？偸亲鳛榫钟蚓W(wǎng)(LAN)，它們通過波長尋徑網(wǎng)互連起來(見圖2)，形成一個分層結(jié)構(gòu)。圖2中的小圓代表LAN中的用戶節(jié)點(diǎn)，LAN中節(jié)點(diǎn)之間的通信是通過廣播方式完成的，它占用了一個固定的波長集合(此例中是波長1)。

在第二個層次，幾個LAN互連成一個組(Group)，同一個Group不同LAN中的用戶要通信，則要使用波長2，波長不在LAN的固定波長集合中。以這種方式可以級聯(lián)成多個層次。但是，由于固定波長集合的存在，限制了網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)的擴(kuò)展(可以通過使用波長轉(zhuǎn)換器來解決)。

有鑒于光節(jié)點(diǎn)的能力和可用波長的數(shù)目有限，因此有必要在全光網(wǎng)上加上一層常規(guī)的高速電子層，如ATM。光層提供多個高速信道(如SONET)“粗糙”路由，電子層則提供較低速度的“精細(xì)”處理(如完成ATM的信元交換)。這樣的分層結(jié)構(gòu)好處在于:光節(jié)點(diǎn)之間存在大容量、高速、透明的光路由，而光層的端節(jié)點(diǎn)完成常規(guī)的較低速、單信道、與協(xié)議有關(guān)的“精細(xì)”處理。光層與常規(guī)電子層構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的用戶數(shù)目的可擴(kuò)展性，而這是僅僅依靠WDM全光網(wǎng)所不能實(shí)現(xiàn)的。

為支持?jǐn)?shù)據(jù)、話音、圖像等多種業(yè)務(wù)，采用分組方式進(jìn)行傳輸和交換具有很多優(yōu)點(diǎn)。特別是Internet的空前發(fā)展，使得人們必須研究IP分組怎樣進(jìn)入全光網(wǎng)的問題。但是，由于真正的光分組交換技術(shù)的不成熟，使得我們不能采取真正光的方式進(jìn)行分組交換，只能采用在全光網(wǎng)上加一層常規(guī)電子層(如ATM，IP)方法來解決這個問題。以邏輯拓?fù)錇榛A(chǔ)的交換網(wǎng)絡(luò)能充分發(fā)揮光技術(shù)和電技術(shù)的特長，讓攜帶信息的分組在邏輯拓?fù)渖弦怨獾男问奖M量向前傳輸；當(dāng)分組必須由一條光通道轉(zhuǎn)發(fā)到另一條光通道時，才引入電交換雖然WDM如何與IP和ATM結(jié)合的問題在過去研究得比較少，但是這方面的研究已經(jīng)興起，而且將是未來的研究熱點(diǎn)。

由于它具有極高的傳輸速率，因此探索能在盡可能短的時間內(nèi)為被中斷的業(yè)務(wù)尋找新的傳輸路由和自愈方案是十分必要的。網(wǎng)絡(luò)生存性屬于網(wǎng)絡(luò)完整性的一部分。完整性包括通信質(zhì)量、可靠性和生存性等，涉及通信系統(tǒng)多方面的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)生存性泛指網(wǎng)絡(luò)遭受各種故障仍能維持可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量的能力。網(wǎng)絡(luò)生存性策略包括恢復(fù)技術(shù)、控制管理技術(shù)等。 2100433B

光波分復(fù)用器的主要類型有熔融拉錐型，介質(zhì)膜型，光柵型和平面型四種

波分復(fù)用性能指標(biāo)

其主要特性指標(biāo)為插入損耗和隔離度

由于光鏈路中使用波分復(fù)用設(shè)備后，光鏈路損耗的增加量稱為波分復(fù)用的插入損耗。當(dāng)波長λ₁,λ₂通過同一光纖傳送時，在與分波器中輸入端λ₂的功率與λ₁輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。

波分復(fù)用光波分復(fù)用器特點(diǎn)&優(yōu)勢

充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數(shù)倍。目前我們只是利用了光纖低損耗譜（1310nm-1550nm）極少一部分，波分復(fù)用可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz，傳輸帶寬充足。

具有在同一根光纖中，傳送2個或數(shù)個非同步信號的能力，有利于數(shù)字信號和模擬信號的兼容，與數(shù)據(jù)速率和調(diào)制方式無關(guān)，在線路中間可以靈活取出或加入信道。

對已建光纖系統(tǒng)，尤其早期鋪設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，只要原系統(tǒng)有功率余量，可進(jìn)一步增容，實(shí)現(xiàn)多個單向信號或雙向信號的傳送而不用對原系統(tǒng)作大改動，具有較強(qiáng)的靈活性。

由于大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設(shè)成本、由于光纖數(shù)量少,當(dāng)出現(xiàn)故障時，恢復(fù)起來也迅速方便。

有源光設(shè)備的共享性，對多個信號的傳送或新業(yè)務(wù)的增加降低了成本。

系統(tǒng)中有源設(shè)備得到大幅減少，這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性

波分復(fù)用現(xiàn)狀

由于多路載波的光波分復(fù)用對光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)等設(shè)備要求較高，技術(shù)實(shí)施有一定難度，同時多纖芯光纜的應(yīng)用對于傳統(tǒng)廣播電視傳輸業(yè)務(wù)未出現(xiàn)特別緊缺的局面，因而WDM的實(shí)際應(yīng)用還不多。但是，隨著有線電視綜合業(yè)務(wù)的開展，對網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的日益增長，各類選擇性服務(wù)的實(shí)施、網(wǎng)絡(luò)升級改造經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的考慮等等，WDM的特點(diǎn)和優(yōu)勢在CATV傳輸系統(tǒng)中逐漸顯現(xiàn)出來，表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，甚至將影響CATV網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展格局。

在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息，稱為光波分復(fù)用技術(shù)，簡稱WDM。

波分復(fù)用復(fù)用類型

光波分復(fù)用包括頻分復(fù)用和波分復(fù)用

光頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)和光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)無明顯區(qū)別，因?yàn)楣獠ㄊ请姶挪ǖ囊徊糠?，光的頻率與波長具有單一對應(yīng)關(guān)系。通常也可以這樣理解，光頻分復(fù)用指光頻率的細(xì)分，光信道非常密集。光波分復(fù)用指光頻率的粗分，光信道相隔較遠(yuǎn)，甚至處于光纖不同窗口。

波分復(fù)用結(jié)構(gòu)

光波分復(fù)用一般應(yīng)用波長分割復(fù)用器和解復(fù)用器（也稱合波/分波器）分別置于光纖兩端，實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離。這兩個器件的原理是相同的

WDM是將一系列載有信息、但波長不同的光信號合成一束，沿著單根光纖傳輸；在接收端再用某種方法，將各個不同波長的光信號分開的通信技術(shù)。波分復(fù)用器采用的就是這個技術(shù)。

目錄

一 名詞解釋

二 WDM

三 CWDMCWDM系統(tǒng)原理

CWDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

CWDM產(chǎn)品存在的不足

CWDM的發(fā)展方向

四 DWDM

DWDM系統(tǒng)原理概述

DWDM結(jié)構(gòu)分

DWDM光信道

光波分復(fù)用的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)

勢如下充分利用光纖的低損耗波段具有在同一根光纖中傳送多個信號的能力較強(qiáng)的靈活性恢復(fù)起來也迅速方便降低了成本提高了系統(tǒng)的可靠性

五 應(yīng)用圖