otn技术原理及相关知识点

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1、张 杰 北京邮电大学信息光子学与光通信研究院 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室 010-62282139; 2011.5.23,OTN技术原理及相关标准,提纲,历史,光电报 光电话 光纤通信,接收,早期的视觉 光通信,“Troy is dead！”,从 “烽火戏诸侯” 到 “特洛伊之战” ,Claude Chappe的“光电报”,欧洲最早的通信网络 (1793-1852年),Alexander Graham Bell的“光电话”,电池,光源,听筒,话筒,光束,带狭缝的活动和固定板,焦点处配备硒接收装置的反射镜,接收器 发射器,光电话系统工作原理,光电话系统实验装置,1880年6月

2、3日，继发明电话后4年贝尔实验了人类历史上的第一个光电话(Light Telephone) 通信系统 ,(1847-1922),Bell和他的光电话,光纤通信,十九世纪人们就已经掌握了内反射现象的基本原理 （John Tyndall, 1870） 早期即使带包层的光纤损耗也可达1000dB/km 左右 （1960） 工艺改进使接近理论极限的低损耗光纤成为可能 （约1979）,内反射现象,水从容器中流出,光由表面反射,光线逐渐泄漏,激光光源特点,激射的一般条件： 激励物质 泵浦源 谐振腔,普通光,激光,单色性好 相干性好 汇聚性好,发散角小 方向性强 亮度集中,非相干光，谱线很宽 空间发散，方向

3、性差 难以汇聚，强度不高,粒子数反转分布,光信号正反馈与频率选择,伽马射线 X -射线 紫外光 可见光 红外光 无线电波,波长（nm）,10-4,1,102,104,106,108,1010,10-2,1012,光纤的电磁波谱,光纤通信系统组成,强度调制-直接检测 (IM-DD) 光纤数字通信系统组成框图,信道 (传输媒质),Tx,TZ,Amp,Amp,D,Q,C,I,时钟提取,判决电路,CDR,光缆,驱动电路,Rx,光发射端机,光接收端机,发光二极管或激光器,光电检测器,电数据信号,电数据信号,现状,水平与趋势 需求与挑战 现状与问题,当前我国网络的总体水平,Source: MIIT; CN

4、NIC,新业务对接入带宽的要求,全球业务发展趋势预测,2009-2014年全球IP业务增长4倍以上，达到0.767Zettabyte， 年复合增长率(CAGR)为34% 到2014年，1个人需要花费2年以上时间才能看完IP网上在1秒内传播的视频业务流量，或者花费7200万年看完IP网上全年传播的视频业务流量,Zettabyte时代,高性能的光传送网技术,需求与挑战,挑战之一：容量,CAP,当前 容量 Tb/s，单通道速率 40Gb/s 未来10-15年 容量 Pb/s，单通道速率 Tb/s级,现象：系统容量快速增长,措施：提高全光频谱效率,挑战之二：灵活性,CAP,基于 IP 的 各种新业务,

5、对光网络的 期盼,问题: 光交换与光联网能否很好地支持分组(IP) ?,光网络,动态,灵活,高效,实现全光弹性化,挑战之三：功耗,CAP,光传送网现状：干线传送网,光传送网现状：城域传送网,光传送网现状：干线/城域核心,光传送网现状：城域接入与汇聚,承载业务流构成的演变,纯IP承载,TDM (SDH),TDM 承载,2001-2010,2010-,1997-2001,比例,IP 业务流,TDM 业务流,Backbone,面向All IP业务的传送网,Metro,对传送网的需求 业务宽带化大颗粒/大流量业务调度 网络融合化多业务承载与传递能力 传送智能化自动交换/可控可管/业务感知 流量突发性动

6、态带宽调整 接口统一性简化承载网和提高效率 网络安全性电信级的OAM和可靠性,骨干网,All IP化对传送网的影响,传送网面临转型的压力,SDH/MSTP 以太网 PTN OTN？,IP/MPLS core,Optical Core (WDM,SDH,OTH,ROADM?),城域业务接入与汇聚,城域网核心层,干线网,ASON/GMPLS 控制平面,网络管理平面,方向,光传输技术 光交换技术 光联网技术,IP驱动,传送网,光,灵活 光交换,智能光联网,高速光传输,IP业务驱动：扁平化结构,光传输技术：超高速,光交换技术：灵活性,光电路交换,光突发交换,光分组交换,光电路交换网络,交换平面,控制平

7、面,端到端信令,波长光通路,-routing,光交叉连接节点,GMPLS控制器,光分组交换网络,交换平面,控制平面,光分组交换节点,OPS 控制器,光突发交换网络,交换平面,控制平面,光突发交换节点,OBS 控制器,光联网技术：智能化,MPS,通用多协议标签交换 (GMPLS),自动交换光网络 (ASON),传送网：“传输+交换+联网”的载体,电路层,通道层,段层,物理层,传输媒质层,铁路,火车,集装箱,货物,光同步数字传送网 (SDH),OBA,.,.,Mux,Demux,.,l1,OTU,OSC,OSC,OSC,OSC,OBA：光功率放大器 OLA：光线路放大器 OPA：光前置放大器,OS

8、C,密集波分复用系统 (DWDM),OPA,OLA,OLA,OPA,OLA,OLA,OBA,Demux,Mux,lk,k+1,N,l1,lk,k+1,N,OTU,OTU,OTU,彩色接口,彩色接口,彩色接口,彩色接口,普通接口,普通接口,客户,客户,客户,客户,普通接口,普通接口,客户,客户,客户,客户,多波长传输信号,OTU：光转发单元 OSC：光监控信道 Mux/Demux：复用器/解复用器,光传送网 (OTN),分组传送网 (PTN),L3 ignorance Bi-direction LSP Carrier Class OAM & Protection,Simplified & Enh

9、anced,MPLS header,IP payload,IP header,Encapsulation,PHY,MPLS,(opt),Encapsulation,Connection-oriented QoS Guarantee MPLS/IP coupling Complexity,T-MPLS / MPLS-TP,MPLS header,IP payload,IP header,Encapsulation,PHY,(opt),Encapsulation,Connection-oriented OAM& PS QoS Guarantee MPLS/IP decoupling Simplif

10、ied,以分组交换为核心并延承SDH易于管理维护、高可靠性、丰富的OAM特点 MPLS-TP是基于MPLS体系结构并满足传送网需求的PTN实现技术,全光网 (AON),传送网演进的时间窗,分组化“渗透”的四个演进阶段： 阶段1：电路交换光传送设备，支持表层的分组化特性 (如MSTP) 阶段2：波长交换光传送设备，支持表层的分组化特性 (如IP over WDM) 阶段3：电层交换以分组为核心 (如PTN) 阶段4：光层交换以分组为核心 (如OPS),提纲,光纤通信演进及趋势,1,DWDM和OTN原理对比,2,OTN技术原理与特点,3,OTN国内外标准与规范,4,波分复用 (WDM),原理概念

11、功能分类 系统构成,波分复用的原理概念,Sir Isaac Newton (1642-1727) and his Corpuscular Theory of Light,三棱镜分光实验,波分复用：Wavelength-Division Multiplexing,光纤,光源,把工作在不同载波波长上的多路光信号复用进一根光纤中传输，并能够在接收端实现各信道分离的光通信系统称为波分复用系统。,串扰 非线性效应 模拟滤波器设计 .,光域复用方式,SDM： 空分复用 FDM： 频分复用 TDM： 时分复用 WDM： 波分复用,OTDM传输系统示意图,WDM传输系统示意图,WDM和OTDM传输系统比较,W

12、DM是释放光纤带宽潜能的钥匙,RX TDM,光放大解决了多波长传输的加油问题,EDFA：掺铒光纤放大器 TDFA：掺铥光纤放大器,PDFA：掺镨光纤放大器 YDFA：掺镱光纤放大器,WDM使单纤传输容量产生飞跃,假设1条行车道相当于1路64Kb/s信号，那么现有技术条件下的1根光纤包括2500万条车道，或者宽度相当于9.6万公里！,WDM为新型光器件的应用提供舞台,宽带光放大器 多波长和可调谐激光器 外调制器 波长复用/解复用器 光滤波器 光开关 增益均衡器 色散补偿器 波长变换器 ,稀疏波分 (CWDM) 技术,ITU-T G.694.2： CWDM（1271-1611nm，间隔20nm）,

13、密集波分复用技术 (DWDM),1530,1610/1625,1565,Fiber G.652 / G.655,l nm,Band L,ITU-T G.694.1：DWDM（193.1THz，间隔12.5,25,50或100GHz）,城域DWDM系统,长途DWDM系统,DWDM系统构成,3R：电再生器 Mux：波分复用器 Demux：波分解复用器 B：光功率放大器 L：光线路放大器 P：光前置放大器,主光通道,B,P,L,L,L,L,P,B,Mux,Demux,3R,Mux,Demux,OTU,B,P,L,L,L,L,P,B,Mux,Demux,Mux,Demux,OTU,3R,3R,OTU,

14、OTU,OTU,OTU,MPI-S,MPI-R,S,R,MPI-S,MPI-R,S,R,子光通道,子光通道,主光通道,主光通道,OTU光转发单元,SDH标准光接口S 2.5G- G.957 10G - G.691 VSR - G.693,DWDM彩色光接口Sn G.692,O,E,O,波分复用/解复用单元,l1 ln,输入波导,聚焦平板波导,输出波导,例：阵列波导光栅解复用器 (AWG),例：掺铒光纤放大器 (EDFA),光放大单元,3R再生单元,光监控通道,OSC处理,OSC处理,OSC处理,WDM节点设备,WDM节点设备,WDM节点设备,业务波长,光监控通道(OSC),光纤,光纤,波长选择开关 (WSS),ICs Developed for HDTV