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1、 DWDM关键技术在城域网中应用研究姓名： 学号： 学院： 专业： 指导老师： 目录摘要31.引言42.DWDM系统结构分析42.1DWDM系统的现状与趋势42.2DWDM的原理概述52.3DWDM的优势63.城域网73.1城域网的概念73.2城域网的特点73.3城域网系统介绍83.3.1核心层93.3.2汇聚层103.3.3接入层104.城域网DWDM技术124.1城域网对DWDM系统的要求124.2城域网DWDM应用的特点134.2.1再生节点之间的距离较短134.2.2网络拓扑结构相对复杂145.DWDM组网需考虑的问题155.1色散受限距离155.1.1色散效应及补偿问题155.1.2
2、减少色散效应影响155.2光信号功率损耗受限距离165.3光信噪比的影响165.3.1噪声产生原理165.3.2减小ASE噪声176.DWDM城域网方案206.1复用方案206.2可配置光环方案216.3网状网方案227.目前城域网DWDM技术存在的问题237.1 设备成本问题237.2 技术问题247.3 设备的兼容性问题247.4 网管技术不成熟248.小结25参考文献26摘要随着超大容量DWDM系统在长途网中的大规模建设,用户接入及局域网的宽带化技术的普及,网络的瓶颈逐渐转移到了城域网。原先以承载话音为主的城域传输网络,已无法适应城域数据业务的快速增长。因此目前全世界大部分运营商的竞争重
3、点正在从长途网转向城域网,建立高效经济的支持多业务的城域网己经成为各运营公司的共同目标。本文的研究内容是当前城域网建设的网络技术,特别是通过对基于DWDM技术城域光网络技术进行深入的分析,提出未来光城域网的发展前景和建设发展方向。本文首先系统地概述了DWDM的系统结构 城域网络的发展 城域网的概念、特点及其主要组网方案;接着详细讨论了目前城域DWDM技术存在的问题。关键词:城域网、密集波分复用（DWDM）、城域网DWDM技术1.引言光纤通信技术的发展为互联网应用提供了保证,已经历了多代光纤系统的演变, 从上世纪 80 年代末的PDH 阶段, 到上世纪 90 年代中期的 SDH 系统阶段,现在光
4、纤系统进入到波分复用(WDM)系统阶段, WDM光纤通信的研究开发应用已成为通信领域的热点。WDM是利用一根光纤同时传输两个或多个不同波长的光信号的技术, 按照通道间隔的不同, WDM可以细分为 CWDM(疏波复用)和 DWDM(密波复用)。 DWDM 技术以其大容量、支持多业务、可扩充性好等优点将成为未来传输网的主体,且已被广泛应用于国际和国内长途干线传输网。随着局域网业务量迅速地膨胀,DWDM 在城域网中的应用也将越来越广泛。2.DWDM系统结构分析2.1DWDM系统的现状与趋势目前国际上超高密度和超大容量DWDM光传输系统的整体主要发展方向和趋势体现在以下几个方面。1、扩展传输光纤的可用
5、带宽可用于光通信的波长带已经由常用的C波段发展到L波段乃至S波端。压缩相邻光波长之间的间隔,由200GHZ、100 GHZ、50 GHZ至25GHz的演变,还在向12.5GHz以至更密的方向发展。系统可容纳的波长数目成倍增长,对光无源器件如光滤波器的滤波带宽、通道隔离度,对有源器件如激光器的波长稳定性以及系统设计方面如光纤非线性效应的克服、光放大器的增益均衡和锁定等都带来极大的挑战。2、单波长传输速率不断提高电时分复用速率在10年内从155Mb/S、622Mb/S、2.5Gb/S、10Gb/s发展至40Gb/s。并应用在DWDM系统中。160Gb/S的时分复用系统也研究中。3、无再生中继距离成
6、倍延长随着直接光放大技术、色散补偿和色散管理技术、光孤子传输技术的发展,光传输系统从最初的五六百千米到上万千米。大大降低了长途光传输系统的成本,提高了系统的稳定性和可靠性。4、向城域传榆平台发展.在城域传输网中,各种客户信号如数据、图象、话音等种类繁多,要求业务调度灵活、带宽管理方便等,目前密集波分复用技术正在向城域多业务传输平台方向发展。5、支撑智能光网络智能光网络是能够适应未来发展的下一代光网络。目前,智能光网络的研究受到众多标准化组织的重视。其中ITU一T提出的自动交换光网络(ASON)的概念是目前体系结构较完善的智能光网络的方案,最大限度兼容现有光传送网络,使之能够平滑演进到未来的智能
7、光网络。2.2DWDM的原理概述在模拟载波通信系统中,为了充分利用电缆的带宽资源,提高系统的传输容量,通常利用频分复用的方法,即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号,接收端根据各载波频率的不同,利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样,在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量,在接收端采用解复用器(等效于光带通滤波器)将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大,人们更喜欢采用波长来定义频率上的差别,因而这样的复用方法称为波分复用。WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分
8、成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端,再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时),从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。双向传输的问题也很容易解决,只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。根据波分复用器的不同,可以复用的波长数也不同,从2个至几十个不等,现在商用化的一般是8波长和16波长系统,这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。图1 WDM原理示意图WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术
9、,每个波长通路通过频域的分割实现,如图1所示。每个波长通路占用一段光纤的带宽,与过去同轴电缆FDM技术不同的是:1）传输媒质不同,WDM系统是光信号上的频率分割,同轴系统是电信号上的频率分割利用。2）在每个通路上,同轴电缆系统传输的是模拟信号4kHz语音信号，而WDM系统目前每个波长通道上是数字信号SDH2.5Gb/s或更高速率的数字系统。经常与WDM被同时提起的是DWDM(密集波分复用),两者其实是同一种技术,只是在不同时期技术的发展引起人们称谓的改变而已。简单的讲,DWDM就是波道间隔更小、复用的波道数更多的WDM系统,目前商用的基本上都是DWDM技术。根据波分复用器的不同,可以复用的光波
10、长数也不同,常见的一般是8波、16波以及32波系统;根据每波长承载信号的速率不同,经常可分为Nx2.5Gbit/s和Nx10Gbit/s系统。2.3DWDM的优势1）超大容量。使用分波合波技术，传输容量可以到达40G、80G、800G甚至1600G。而且这个容量还并不是终点。2）平滑扩容。一般运营商不会一次对DWDM系统做满配置，以后会一波一波的扩容，扩容过程是平滑的，对已有业务能真正做到几乎没有影响。3）多业务接入。上波分的接入信号可以是各种速率的SDH、PDH、千兆以太网、POS等信号。只要满足G.692信号，就可以在DWDM系统上传输。3.城域网3.1城域网的概念城域网(MAN一Metr
11、opolitanAreaNetwork)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网,简称MAN。这是80年代末,在LAN的发展基础上提出的,在技术上与LAN有许多相似之处,而与广域网(WAN)区别较大。MAN的一个重要用途是用作骨干网,通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库,以及LAN等互相联接起来,这与WAN的作用有相似之处,但两者在实现方法与性能上有很大差别。MAN不仅用于计算机通信,同时可用于传输话音、图像等信息,成为一种综合利用的通信网,但属于计算机通信网的范畴,不同于综合业务通信网。城域网实际上是一个处在不断发展和变化中的概念,特别是不同的标准化组织,对城域网的定义并不完全一致。但
12、随着市场的兴起以及相关研究的不断深入,业界对城域网的认识也逐步达成了一些共识。从概念上讲,城域网是一个共同工作网络的集合,在一个城市地区提供接入和服务。特别是,城域网是单个、独立、明确的。城市地区网络。,由一个网络运营商,通常是一个服务商或电信运营商拥有的运行。城域网是一个网络或者网络的集合,将一个局域网的业务流传送到广域网或同一城市的另一个局域网中。城域网也能以距离和功能来描述。以距离来描述,局域网典型跨越距离不超过2公里,而城域网覆盖的距离达到150公里。相比较来说,广域网比城域网扩展的距离更远,典型覆盖的距离大于150公里。以功能来描述,城域网的目的是为最终用户提供安全的分布式宽带接入。
13、3.2城域网的特点与长途干线网相比,城域网具有如下特点。1、业务类型多,需要提供多种标准而且容易使用的接口,并且要求这些接口具有一定的自适应能力,能够支持智能业务的复用,有很好的媒体接纳控制能力。2、业务流量具有一定的不确定性,将来的城域网有各种各样的任务,数据业务会变为主要的业务,数据业务流量会有更大的突发性、流向易变性,这些要求网络具有更大更强的灵活性,而且能够动态分配带宽。3、技术的多样性,现有城域网的发展基本上从骨干网的技术向下延伸,从接入网、以太网的技术向上扩展,形成多种技术融合共存的局面。4、城域网的电路调度多,需要很强的调度和配置能力、上下路和交叉连接的能力,使全光网络和智能网络
14、在城域网中最先获得应用。5、城域网成本控制很重要,城域网性价比高,容易扩展,对电信运营商来说,不希望在开始投入很大的资金,而是希望在扩容的时候逐步投入,这就对扩展性提出了一个很高的要求。从目前来看,城域网面临很好的发展机遇。从全球来看,光纤骨干网的建设已经颇具规模,带宽和容量也相当丰富,城域网和接入网市场广阔。尽管当前全球的经济发展速度放缓,通讯和IP行业处于低靡的状态,但是各设备厂商和运营公司,还是投入大量的人力和物力研究和建设城域网。从城域光网络的情况来看,目前基本上可以归纳为四大类:一是基于SDH的城域光网,SDH有很多优点,但也有一定的局限性,为了适应整个网络特别是城域网的发展,近几年
15、SDH也在不断地发展和演变,这些发展和演变会更加适应城域网的发展方向;二是WDM,在城域网中,不仅利用了WDM终端设备,也利用了WDM光的交叉连接和光复用设备,比如利用OADM很方便组成城域光网;三是基于数据的MetroIP光网,基于数据的城域光网,一种是基于以太网,一种是现在比较热门的弹性分组数据环网;四是智能城市光网络,从城域网的业务和接口多样性的特点来看,需要网络智能化,城域网流量的不确定性需要网络能动态分配资源,自动建立连接,这种需求正好是自动交换光网络能够提供的功能。目前,对自动交换光网络的研究和标准化工作已取得了较大的进展。3.3城域网系统介绍城域网可分为核心层、汇聚层、和接入层、三层结构,其结网络模型如图2图2 城域网网络模型由于各层所执行的功能不同,其传输网络组织也呈现出不同的特点:3.3.1核心层核心层的作用是把多个边缘汇聚层连接起来,为汇聚层网络提供数据的高速转发,同时实现与省级或国家级骨干网络的互联,提供本地业务出口。因此其核心层在组网时应以可靠性、扩展性及
