光网络信息传输技术

目 录

第1章 绪论 1

1.1 光网络信息传输技术概述 1

1.2 光网络的基本构成 2

1.2.1 光网络的形成 2

1.2.2 光传送网 5

1.2.3 光网络节点的基本功能 8

1.2.4 光网络节点的结构分类 11

1.3 光网络的拓扑结构 17

1.3.1 物理拓扑 18

1.3.2 逻辑拓扑 19

1.4 光网络的生存性 20

1.4.1 网络生存性的概念与意义 21

1.4.2 用户对业务恢复时间的要求 22

1.4.3 网络生存性策略——保护和恢复 23

1.4.4 保护恢复技术的分类 25

1.4.5 点到点的光层保护倒换 31

1.4.6 环形光网络的生存性 33

1.4.7 网状光网络的生存性 41

1.4.8 光网络生存性策略的对比分析 44

第2章 SDH光传输网络技术 47

2.1 引言 47

2.2 SDH信号的帧结构和复用步骤 52

2.2.1 SDH信号STM-N的帧结构 52

2.2.2 SDH的复用结构和步骤 53

2.2.3 140Mbps复用进STM-N信号 55

2.2.4 34Mbps复用进STM-N信号 57

2.2.5 2Mbps复用进STM-N信号 58

2.2.6 映射、定位和复用的概念 61

2.3 开销和指针 62

2.3.1 开销 62

2.3.2 指针 69

2.4 SDH设备的逻辑组成 72

2.4.1 SDH网络的常见网元 72

2.4.2 SDH设备的逻辑功能块 74

2.5 SDH网络结构和网络保护机理 85

2.5.1 基本的网络拓扑结构 85

2.5.2 链网和自愈环 87

2.5.3 复杂网络的拓扑结构及特点 95

2.6 光接口类型和参数 97

2.6.1 光纤的种类 97

2.6.2 光接口类型 98

2.6.3 光接口参数 99

2.7 定时与同步 101

2.7.1 为什么要网同步 101

2.7.2 同步方式 101

2.7.3 SDH同步定时参考信号来源 102

2.7.4 主从同步网中从时钟的工作模式 103

2.7.5 SDH的引入对网同步的要求 103

2.7.6 SDH网的同步方式 104

2.7.7 SDH设备的同步方式 106

2.7.8 网同步工作的举例 107

2.8 传输性能 109

2.8.1 误码性能 109

2.8.2 可用性参数 111

2.8.3 抖动漂移性能 112

第3章 WDM光网络技术 115

3.1 引言 115

3.2 波分复用技术原理 116

3.3 WDM系统和全光传送网 117

3.3.1 WDM系统在全光传送网中的位置 117

3.3.2 承载SDH客户层信号的WDM分层结构 117

3.3.3 全光传送网 118

3.4 DWDM关键技术 121

3.4.1 光源 121

3.4.2 光电检测器 121

3.4.3 光放大器 122

3.4.4 光复用器和光解复用器 123

3.4.5 光监控信道 124

3.5 关于DWDM的ITU—T建议 124

3.5.1 多信道系统的应用代码 125

3.5.2 参考配置 126

3.5.3 线路衰耗范围和最大色散 126

3.6 DWDM的系统设计 127

3.6.1 中心频率偏差与光解复用器通带宽度 127

3.6.2 信道间串扰与解复用器滤波器阻带隔离度 128

3.6.3 光信噪比的要求与级联EDFA的噪声累积 129

3.6.4 色散 131

3.6.5 光浪涌的发生 133

3.6.6 光监控信道 134

3.6.7 光通道的安全性 136

3.7 DWDM设备和系统测试 137

3.7.1 DWDM系统的测试要求 137

3.7.2 生产、施工、维护所需要的测试仪器类型 138

3.7.3 DWDM部件测试 139

3.7.4 DWDM系统的测试 142

3.8 DWDM设备简介 148

3.8.1 基于DWDM的光传送网组成部分 148

3.8.2 DWDM光传送设备 150

3.9 DWDM组网应用和维护技术 153

3.9.1 DWDM系统的组网应用 153

3.9.2 DWDM系统的维护技术 155

第4章 MSTP技术 158

4.1 引言 158

4.2 MSTP的基本原理 158

4.3 MSTP传送网络的结构与特点 160

4.3.1 城域多业务传送平台设备的结构 160

4.3.2 城域多业务传送网络的特点 161

4.4 MSTP的功能模型 163

4.5 基于SDH多业务传送设备的功能特征 164

4.6 MSTP的网络与设备保护能力 173

4.7 SDH上传送以太网MAC帧的协议 175

4.7.1 SDH上传送MAC帧的PPP技术 175

4.7.2 SDH上传送MAC帧的LAPS技术 178

4.7.3 GFP技术规范 183

4.8 MSTP的性能指标要求 187

4.8.1 SDH性能指标 187

4.8.2 ATM性能指标 187

4.8.3 以太网性能指标 188

4.9 实用的MSTP解决方案 190

4.9.1 华为公司的城域MSTP解决方案 190

4.9.2 中兴通讯公司的城域MSTP解决方案 193

4.9.3 烽火科技的城域MSTP解决方案 196

第5章 ASON互连技术 199

5.1 引言 199

5.1.1 ASON的基本概念 199

5.1.2 ASON的技术特点 200

5.2 ASON体系结构 202

5.2.1 ASON体系模型 202

5.2.2 控制、管理和传输平面的交互 203

5.3 ASON的传送平面 204

5.4 ASON的控制平面 205

5.4.1 控制平面的功能需求 206

5.4.2 控制平面的结构组成 207

5.4.3 控制平面的接口类型 207

5.4.4 控制平面的功能组件 208

5.4.5 ASON控制平面的实现 224

5.5 ASON的信令技术 230

5.5.1 DCM基本概念 230

5.5.2 DCM信令的协议 230

5.6 ASON的路由技术 231

5.6.1 ASON路由体系结构 231

5.6.2 ASON路由技术的特点 232

5.7 ASON的生存性 233

5.7.1 ASON的生存特点 233

5.7.2 ASON中的保护/恢复 234

5.8 ASON管理平面 237

5.9 ASON的应用与实用案例 238

第6章 APON接入网技术 240

6.1 引言 240

6.2 APON的层次结构 242

6.3 APON的功能结构 242

6.3.1 OLT的功能结构 243

6.3.2 ONU的功能结构 243

6.3.3 ODN功能和光接口 244

6.4 APON的总体要求和特征 245

6.4.1 APON参考配置和接口 245

6.4.2 APON PMD层 246

第7章 EPON接入网技术 247

7.1 引言 247

7.2 EPON的物理层 248

7.2.1 EPON PMD子层的光发射参数及规范 249

7.2.2 EPON PMD子层的光接受参数及规范 252

7.2.3 EPON PCS和PMA子层的扩展功能 253

7.3 EPON的上行多址接入技术 256

7.3.1 多点MAC控制的原理 258

7.3.2 多点控制协议 259

7.4 EPON的动态带宽分配技术 268

7.5 EPON的运行维护管理 270

7.5.1 以太接入网OAM的目标要求 270

7.5.2 兼容性考虑 271

7.5.3 OAM功能描述 272

7.5.4 OAM PDU 278

7.5.5 OAM TLV 283

7.5.6 OAM变量 289

第8章 GPON接入网技术 292

8.1 引言 292

8.2 GPON的特点与系统结构 293

8.2.1 GPON的特点 293

8.2.2 GPON的系统结构 294

8.3 GPON的层次模型与协议栈 295

8.3.1 GPON的层次模型 295

8.3.2 GPON的协议栈 296

8.4 GPON的PMD层 298

8.4.1 PMD层的基本要求 298

8.4.2 PMD层和TC层的相互作用 299

8.5 GPON的TC层 301

8.5.1 GTC关键功能 301

8.5.2 GTC业务流与QoS 302

8.5.3 GTC TC帧 304

8.5.4 GTC PLOAM消息 313

8.5.5 ONU激活方式 314

8.5.6 告警和性能监测 315

8.5.7 安全性 317

8.5.8 前向纠错技术 318

第9章 WDM-PON接入网技术 320

9.1 引言 320

9.2 WDM-PON的关键技术 320

9.2.1 无源光网络 320

9.2.2 WDM-PON的关键技术 322

9.3 WDM光接入网的网络结构 324

9.3.1 WDM接入网的网络结构 324

9.3.2 智能接入节点 325

9.3.3 分配网结构 327

9.3.4 馈线网体系结构 330

9.4 WDM-PON技术的发展动态 334

第10章 长途骨干光网络中的关键技术 336

10.1 引言 336

10.2 光波长稳定技术 336

10.2.1 波分复用系统对波长中心频率偏差的要求 336

10.2.2 DWDM系统中改善中心频率偏差度的方法 337

10.2.3 波长锁定技术 338

10.3 光滤波技术 340

10.3.1 光滤波技术的工作原理 340

10.3.2 可调光滤波技术 341

10.3.3 光分/合波技术 341

10.3.4 群组滤波——Interleaver技术 343

10.3.5 DWDM滤波器的主要指标以及技术比较 344

10.3.6 滤波器的应用 344

10.4 光放大技术 345

10.4.1 掺铒光纤放大器的基本原理与组成 345

10.4.2 EDFA的分类 346

10.4.3 EDFA的主要参数 347

10.4.4 EDFA的关键技术 348

10.4.5 拉曼放大器 350

10.5 光功率均衡技术 351

10.5.1 光功率均衡器 352

10.5.2 静态增益均衡技术 353

10.6 色散综合管理技术 355

10.6.1 色散补偿技术 355

10.6.2 色散管理技术 360

10.7 光网络中FEC编码技术 363

10.7.1 FEC技术在光网络中的优势 364

10.7.2 FEC的分类 365

10.7.3 FEC码型分析 366

10.7.4 FEC码型的主要构造方法 367

10.7.5 FEC在高速光传输系统中的应用 367

10.8 光调制码型技术 370

10.8.1 常用的光调制码型技术 371

10.8.2 几种常用调制码型的比较 375

参考文献 377

【读者对象】：本书既可作为电信专业人员与高等院校相关专业的教材和参考书，也适合广大科技工作者、工程技术人员、教师、研究生和大学高年级学生阅读与参考。【内容提要】 本书定位于面向光通信系统应用的光网络信息传输技术，是一本系统阐述光网络信息传输技术最新研究成果与工程实际应用的书籍。本书全面、系统地介绍了SDH光传输网技术、WDM光网络技术、MSTP技术、ASON互连技术、APON接入网技术、EPON接入网技术、GPON接入网技术、WDM-PON接入网技术等方面的光网络信息传输技术，第10章还专门介绍了长途骨干光网络中一系列诸如光波长稳定技术、光滤波技术、光放大技术、光网络中FEC编码技术、光调制码型技术等关键技术。【前言/序】 前 言随着IP业务的迅速增长，特别是各种多媒体应用的实用化，用户对网络服务质量的要求越来越高。光纤存在巨大的频带资源和优异的传输性能，是实现高速、大容量传输的最理想的传输媒质，因而成为高速数据业务的理想传输通道。就当前光网络信息传输技术的发展来看，为满足人类社会向信息化过渡中对带宽和容量的巨大需求，适应互联网迅猛发展对网络结构和功能提出的新的需求，光纤通信网络发生多次重大的变革。首先是1.55m波段传输系统的开发以及掺铒光纤放大器（EDFA）和密集波分复用（DWDM）技术的实用化，这在全球干线网络中扮演了重要的角色。其次是点到点的WDM系统向全光网络的发展和演变。光通信网络的另一个重大变革是光网络与数据网的融合以及光网络向智能化的发展。随着信息领域相关技术的发展，特别是Internet对数据业务增长的强大推动，人们对光网络的功能提出了新的、更高的要求，要求光网络能够实时、动态地调整网络的逻辑拓扑结构，能够快速、高质量地为用户提供各种带宽服务与应用，实现资源的最佳利用和实时的流量工程，从而引发了智能光网络。在智能光网络的解决方案中，自动交换光网络（ASON）已经吸引了国际学术界和工业界的广泛注意而成为下一代光网络的发展方向和新的研究与应用热点；另一个热点是光网络在城域网和接入网中的广泛应用，城域光网络和接入光网络面向用户和业务，提供业务的接入、梳理、会聚和传输功能，成为近几年通信网建设的重点。由此可见，光网络信息传输技术方面的学科技术发展异常活跃，相信在不远的将来这门学科技术会有革命性的突破；学科与学科之间的交叉、渗透很突出；科学向技术转变的周期越来越短。因此，我们要面对这门学科技术日新月异的发展现实，打破陈旧的科技内容为主体的格局，必须反映21世纪的最新科学成果，培养读者良好的科学素质和科学研究意识，迅速把读者的注意力吸引到科学前沿是认真筛选、重新组织本书内容的首要任务。本书内容坚持突出基础性、前沿性、启发性和实用性，内容层次安排坚持应用入手、穿插原理、深入技术和理论。力求本书反映光网络信息传输技术的最新技术和当前的研究水平，打造一本理论性、系统性、可读性和时新性均优秀的教材。本书共分10章，第1章总体上对光网络的基本概念、基本构成、拓扑结构、生存性等方面进行了简要介绍。第2章为SDH光传输网技术，介绍了SDH帧结构与复用映射原理、SDH光传输设备、SDH传送网的结构、SDH的保护与恢复、SDH网络管理、SDH组网技术。第三章为WDM光网络技术，介绍了WDM技术原理、WDM系统与全光传送网、DWDM关键技术、关于DWDM的ITU—T建议、DWDM的系统设计、DWDM设备与系统测试、DWDM组网应用和维护技术。第4章为MSTP技术，介绍了MSTP的基本原理、STP传送网络的结构与特点、MSTP的功能模型、基于SDH多业务传送设备的功能特征、MSTP的网络与设备保护能力、SDH上传送以太网MAC帧的协议、MSTP的性能指标要求和实用的MSTP解决方案。第5章为ASON互连技术，介绍了ASON体系结构、ASON的传送平面、ASON的控制平面、ASON的信令技术、ASON的路由技术、ASON的生存性、ASON的管理平面、ASON的应用与实用案例。第6章为APON接入网技术，介绍了APON的层次结构、APON的功能结构、APON的总体要求与特征。第7章为EPON接入网技术，介绍了EPON的物理层、EPON的上行多址接入技术、EPON的动态带宽分配技术、EPON的运行维护管理。第8章为GPON接入网技术，介绍了GPON的的特点与系统结构、GPON层次模型与协议栈、GPON的PMD层、GPON的TC层。第9章为WDM-PON接入网技术，介绍了WDM-PON的特点与系统结构、WDM-PON技术方案、WDM-PON技术的发展动态。第10章为长途骨干光网络中的关键技术，介绍了光波长稳定技术、光滤波技术、光放大技术、光网络中FEC编码技术、光调制码型技术。本书系统收集了目前国内外关于光网络信息传输技术的最新科研成果和研究资料，并总结了笔者多年来在光网络信息传输技术方面的实际工作经验和研究成果。作者曾在大唐电信光通信分公司从事过包括“中国高速信息示范网”等项目在内的众多光传输设备产品的研发与测试工作，参与过众多光网络设备提供商或其他通信组织、协会举办的技术交流会和专题论坛，而且还多次参与了国内运营商的全国范围内光网络建设设备选型框架谈判、招投标和相关设备的测试工作，因而作者不但对光网络理论与技术有较为全面的了解，而且还十分熟悉各厂家设备及解决方案的特点。因而本书内容融合了笔者在大唐电信光通信分公司（原邮电部第五研究所）工作中的许多光网络实际工程技术与在重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室从事光网络技术方面的科研与教学成果等内容，使得本书更好地做到理论结合实际，让当今本学科前沿技术、最新的科研成果、未来发展方向、最新动态以及实际应用的光网络信息传输技术等有机联系起来，从而突出教材教学内容的基础性、前沿性、启发性和实用性。尤其是笔者在大唐电信光通信分公司参与了多年光网络技术的实际研发工作，对本书编写中将实际工程中对技术的需求与目前教材上对于技术的介绍有机结合起来起着极其重要的作用，这也是高校专业教材中需要的内容。本书笔者主持并参与了数十个国家级和省部级项目，在高校从事科研与教学工作多年，多次参与业界重要社会活动，发表国内外光通信技术方面的核心期刊与国际会议论文50余篇。这些为笔者把握最新科技动态，掌握前沿技术奠定了坚实基础。在本书的编写过程中，得到了重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室全体科研工作者以及重庆邮电大学教务处与光电工程学院领导们的悉心帮助与指导。大唐电信光通信分公司和电信科学技术第五研究所的一些专家、高工给本书提供了大量的文献资料。参加本书编写与材料整理工作的人员还有：王望、梁天宇、顾盛、何清萍、李好、谢亚、刘文龙、王琳、贾跃幸、栗婵媛、胡云霞、欧松林、毕文娟、许亮、仝青振等。在出版过程中，电子工业出版社的董亚峰编辑也付出了大量的心血，给予了极大帮助，在此一并表示感谢！光网络信息传输技术是一项全新的技术，本书注重选材、内容新颖详尽、系统性强，在叙述时作者力求深入浅出，通俗易懂，然而由于作者水平有限，书中难免有错误和不当之处，敬请广大读者批评指正。袁建国 2011年12月30日