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- 分享 基于EPON技术的广电接入网双向化改造方案
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- 一、 研究背景 近几年来，全球宽带接入网进入了高速发展阶段。随着互联网及信息产业迅速发展，人们对网络带宽及速率不断提出更高的要求，促使网络逐渐从低速向高速，由窄带向宽带方向迅速发展。而目前国内的绝大多数带宽用户都是采用基于铜线或者双绞线作为传输材质的接入技术，由于距离限制和带宽较低，难以满足复杂多变的客户接入市场需要。 基于上述现状可知，接入技术已成为制约通信发展的“瓶颈”。为解决接入技术瓶颈问题，国家政策层面不断推进“三网融合”。纵观通信产业的发展，三网融合是一种必然趋势。中国目前将近有 1.6 亿的有线电视用户，是全世界规模最大的有线电视网络，资源非常丰富，但因 HFC 网络（ Hybrid Fiber Coaxial ，光纤和同轴电缆混合网络）主体为单向网络，业务支持能力有限，必须通过电信企业与广电企业进行资源合作，才能建设一个双向、数字化和宽带的接入网，为用户提供具有多业务承载能力的双向带宽信息网络，充分发挥电信企业和广电企业的各自优势 ，因此，需要对 HFC 网络进行双向改造。 EPON （ Ethernet Passive Optical Network ，以太网无源光网络）作为接入网的新技术，其目标是用最简单的方式来实现点到多点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络，它充分结合无源光网络技术和以太网技术的优势。 EPON 网络不仅可以独立组网，实现基于 IP 的数据、语音和视频业务等，还可以通过 WDM （ Wavelength Division Multiplex ，波分复用技术）在同一个光网络中传输 1550nm 波长的有线电视信号。通过 EPON 系统可以将 HFC 网络升级改造为一个全交换的数据网络平台，使 HFC 网络实现支持多种宽带业务的能力 。 二、 EPON 技术发展现状 无源光网络 (Passive Optical Network, PON) 技术是目前光纤到用户 (FTTx) 方案中的主流技术。 APON(ATM+PON) 是最早出现的宽带 PON 技术，但受限于成本、带宽以及技术复杂等因素的限制，其发展状况没能如预期那般顺利。 目前，伴随着各国视频、音频及互动娱乐多媒体业务需求的巨大增长， EPON 技术已进入了发展的快车道。从 2011 年初开始，各大芯片厂商纷纷推出商用的、对称与不对称的 10G EPON OLT 和 ONU 专用集成电路芯片。在设计上， 10G EPON 技术继承了传统 EPON 技术的优点，并有着 1G/10G EPON 并存的分层模型，具备 1G /10G EPON 混合组网能力，实现了传统 EPON 网络到 10G EPON 网络的平滑升级，是下一代 FTTx 方案的优先考虑技术 。 自 2005 年起，中国电信就已开始组织国内外 EPON 芯片和设备厂商开展互通性研究工作，并挑选几个试点进行了光纤到户测试。经过多年的研究积累， 2009 年 6 月上海电信率先启动了“城市光网”战略，积极的开展 EPON FTTx 建设，经过两年的发展，上海电信“城市光网”建设取得了长足的进步，截止 2011 年 11 月底已实现 32 万线的互通部署。 作为 FTTx 技术发展最为迅猛的国家，目前我国的 EPON 技术也已演进到 10 G EPON 。在 10G EPON 设备研发方面，包括海信电子、中兴、华为、烽火等国内各大相关厂商都有推出相关专用集成芯片和商用设备。如烽火通信于 2010 年底正式发布的 AN5516-01 型 10G EPON 平台，提供 10G 高速率 EPON 接入能力，具备与现有网络完全兼容的特点，可为用户提供多种 FTTx 建设场景。随着 10G EPON 技术的不断发展完善，各大网络运营商也已密切关注该技术的进展，并为日后商用做了很多前期准备工作 。如中国电信、移动、联通均已先后开展 10G EPON 芯片级互动测试和设备测试，并已开通或正筹备开通商用试点。 三、 常用接入网技术分析 我国现在主要有两大接入网络，分别为电信接入网和广电接入网。两大接入网络在业务类型、技术方案及管理模式上均存在巨大差异。同时，随着社会的发展，现有两大接入网络已不能满足广大用户的需求，网络改造与升级已迫在眉睫。目前主流的接入技术有以下几种： WiFi 接入技术、 ADSL 接入技术、 EPON 接入技术。 3.1 WiFi 接入技术简析 WiFi 技术，俗称无线宽带技术，是一种短距离无线传输技术，非常适合办公室及家庭等小范围环境下的应用 REF _Ref325368573 \r \h \* MERGEFORMAT 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003300320035003300360038003500370033000000 REF _Ref325368578 \r \h \* MERGEFORMAT 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003300320035003300360038003500370038000000 。作为主流的无线接入技术， WiFi 技术被广泛应用于各种小范围无线网络中，如图 3.1 所示，为基于 WiFi 技术接入网络拓扑图。作为一个典型的 WiFi 应用场景，首先在小范围应用场合中架设无线访问节点 (AP) ，即可对这一网络提供无线上网信号，同时，采用有线方式将 AP 与核心网相连，提供核心网数据入口。 图 3. SEQ 图 2. \* ARABIC 1 WiFi 接入网络结构 随着终端技术的高速发展，伴随着对无线网络的要求越来越高， WiFi 技术在这一领域异军突起，并越发成熟。在可预计的将来，无线传输领域， WiFi 技术将成为家庭和小型办公网络等应用场景的主流接入技术。 3.2 EoC 接入技术简析 EoC(Ethernet over COAX) 接入技术，是一种实现以太网数据在同轴电缆上传输的接入技术。其最大的特点是可以将 IP 信号和有线电视信号调制到一起，实现在同轴电缆上实现双向传输。常见的 EoC 技术包括 HomePNA 、 HomePlug Av 等，作为一种以同轴电缆为传输媒质的接入技术， EoC 技术最为适于对基于同轴电缆搭建的单向网络进行双向改造的技术。如图 3.2 ，为基于 EoC 技术的双向传输接入网络拓扑图 REF _Ref325368578 \r \h \* MERGEFORMAT 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003300320035003300360038003500370038000000 。 图 3. SEQ 图 2. \* ARABIC 2 EoC 接入网络结构 随着高清电视、数字电视等业务的推广，现有单向的同轴电缆网络已不能满足这一发展需求。在可预计的将来，同轴电缆传输领域， EoC 技术仍然为各大运营商采用的主要技术。 3.3 EPON 接入技术 简析 EPON( 以太无源光网络 ) 是一种基于 IEEE802.3EFM(Ethernet for the First Mile) 协议，发展而来的新型光接入技术。在数据链路层， EPON 技术采用以太网协议；在物理层采用 PON 技术，从而做到了与以太网技术的完美结合。同时， EPON 技术采用点到多点的网络拓扑结构，且光传输网络均采用无源设备。如图 3.3 所示，为标准的 EPON 接入网络 。 图 3. SEQ 图 2. \* ARABIC 3 EPON 接入网络结构 从图 3.3 可知，本系统可划分为三大组成部分：光线路终端 (OLT) 、光网络单元 (ONU) 及光分配网络 (ODN) 。光线路终端 (OLT) 放置于中心机房，在上行方向，提供核心网和网元管理系统的接口；在下行方向，提供多个千兆光口；且内部集成简单网络管理协议，网元管理系统可以远程管理与维护整个 EPON 网络。光分配网络 (ODN) 由光纤和无源分光器件构成，其主要功能是分发下行数据和汇聚上行数据。光网络单元 (ONU) 放于用户驻地侧，可实现低成本以太网二层交换功能，并可支持多种终端设备。 3.4 三大接入技术性能比较与分析 三种接入技术各有优劣，不同的接入技术适于不同的应用场景，如表 3.1 所示，为三大接入技术性能分析表。 表 3. SEQ 表 2. \* ARABIC 1 三大接入技术性能分析 优 点 缺 点 WiFi 接入技术 无线接入方式，组网灵活、简单； 组网成本低； 理论带宽大，达 300Mbps ； 覆盖半径小，最大覆盖半径仅为 100m ； 保密性、安全性不高； EoC 接入技术 技术成熟，相关标准多； 组网成本低； 最适于对同轴电缆做双向改造的接入技术； 最大带宽达 100Mbps ； 技术具有局限性，长期升级性能不佳； 虽然解决了最后一公里的问题，但核心网到 EoC 局端之间的传输没有得到合理解决； EPON 接入技术 接入带宽高，最大理论接入带宽为 1000Mbps ； 良好的多业务承载能力及远程管理能力； 双向对称型网络，能够满足较长时间内双向用户的带宽需求； 保密性、安全性非常高； 不能基于现有网络升级改造，需要重新铺设网络； 经以上对三大接入技术的优缺点分析可知，每种接入方式均有各自的特点且有其适用范围。但在三网融合的大背景下， EPON 技术是最适于下一代有限接入网络的新型接入技术。 四、 EPON 技术分析 EPON 即以太网无源光网络，它是一种新型光纤接入网技术，该技术在物理层采用 PON 传输，在链路层使用以太网协议，利用 PON 的拓扑结构实现以太网的接入，因此它综合了 PON 技术和以太网技术的优点。 EPON 具有运营维护成本低、便于拓展、传输距离远、带宽高、业务范围广等优点，因此其应用前景得到业内人士的普遍看好，已成为宽带接入网的最佳通信方式 。 4.1 EPON 系统体系架构 根据 802.3EFM 工作组制定的 EPON 设备标准和《国家广播电影电视总局行业标准草案——有线电视网络 EPON 系统技术规范》的建议， EPON 系统主要由局端设备 (OLT) 、用户端设备 (ONU) 和光分配网络 (ODN) 组成，整个系统为单纤双向系统，图 4.1 为一个典型的 EPON 系统的体系架构图 。 图 4.1 EPON 系统结构图 在下行方向 (OLT 到 ONU) ，位于中心局的 OLT 发送的信号采用广播方式通过 ODN 到达各个 ONU ；在上行方向 (ONU 到 OLT) ， ONU 发送的信号只会到达 OLT ，而不会到达其他 ONU ，为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用 TDMA 多址接入方式并对各 ONU 的数据发送进行仲裁 。 从 EPON 体系结构图中，可以看到位于中心局的 OLT 设备是整个 EPON 系统的核心设备，它是一个多业务传输交换平台，同时支持 IP 业务、传统语音业务以及 CATV 业务。 OLT 除了提供业务汇聚的功能外，还集中了网络管理平台，在 OLT 上可以实现基于设备的网元管理和基于业务的安全管理和配置管理，它不仅可以监测、管理设备及端口，还可以进行业务开通和用户状态监测，同时还能够针对不同用户的需求进行带宽分配，对整个 EPON 系统的配置管理功能均是由主控板实现的，因此主控板在 OLT 端居于核心地位。 ONU 是 EPON 系统的用户侧设备，用于接收 OLT 传送来的业务和管理信息，与 OLT 配合， ONU 可向用户提供多种宽带业务，如 Internet ， VoIP ， CATV 等业务，从而实现真正意义上的“三网融合”，为用户提供良好的带宽体验和丰富的业务选择。 ODN 由光纤和若干个 POS( 无源光分 / 合路设备 ) 等无源光器件组成，在 OLT 和 ONU 间提供光传输通道。 4. 2 EPON 系统工作原理 EPON 在 OLT 和 ONU 间采用单根光纤提供上下行对称的 1.25Gbps 带宽，受物理接口限制，实际提供 1Gbps 带宽，可传输数据、语音和视频业务。 EPON 在单芯光纤上采用波分复用 ( WDM ) 技术，上下行数据流分别在不同的频段传输，其中：下行为 1480-1500nm( 标称 1490nm) ，上行为 1260-1360nm( 标称 1310nm) ，如果承载 CATV 业务，则采用 1540-1560nm( 标称 1550nm) 波长 。下面分别介绍上下行链路的数据传输过程。 1) 下行方向：数据流采用广播方式， OLT 将 EPON 系统的 MAC 数据帧通过单播复制的方式发送到所有的 ONU ； ONU 通过判断 MAC 数据帧包头里的 LLID 来判断是否接收，将属于自己的数据帧接收，将不属于自己的数据帧丢弃，其下行数据传输过程 如图 4.2 所示。 图 4.2 EPON 下行数据流 2) 上行方向：数据流采用 TDMA 方式，把上行的时间分成许多的时间片 (time slot) ，根据 ONU 分配的带宽和业务的优先级给 ONU 的上行数据流分配不同的时间片，每个时间片上只传送一个 ONU 的上行数据流。通过 OLT 和 ONU 之间协商，避免了 ONU 上行数据流之间的冲突，不会造成数据丢失，其上行数据传输过程如图 4.3 所示。 图 4.3 EPON 上行数据流 4.3 EPON 系统 MAC 帧格式 EPON 系统的 MAC 帧是在 802.3 标准 MAC 帧基础上扩展而来的，与 802.3 MAC 帧的主要区别在于 EPON 对前导码字段的 8 个字节做了修改，以支持 P2MP 网络拓扑结构，图 2.9 所示为 EPON 的 MAC 帧格式。从图中可以看到扩展后的 EPON 系统 MAC 帧的前导码主要由以下部分构成： SLD 域、 LLID 域和 CRC8 域。 1) SLD 用来定界 LLID 域和 CRC8 域； 2) LLID 域包含 MODE 值和 LLID 值。在 ONU MAC 中 MODE 始终为 0 ；在 OLT MAC 中，当 MODE=0 且 LLID!=0x7FFF 时，表示对 ONU 的单播数据帧，当 MODE=0 或 LLID=0x7FFF 时，表示对 ONU 的广播数据帧； 3) CRC8 用来对第三字节到第七字节之间的数据流进行循环冗余检验； 4) 其余字节均用 0x55 值来填充。其中第 4 字节作为保留字节，如果接收到的 MAC 帧前导码中此字节为非 0x55 值，则此数据帧做忽略处理；第 5 字节是搅动信息标识字段，用来实现密钥同步处理 。 图 4.4 EPON 的 MAC 帧格式 五、 基于 EPON 技术的广电网双向改造方案 目前，广电网络的主要网络结构以光纤同轴混合网络 HFC(Hybrid Fible Coaxial) 为主，如图 5.1 所示，为典型的 HFC 网络 。 图 5.1 HFC 接入网结构 由图 5.1 可知，根据传输媒质的不同，典型的 HFC 网络可以分成两大部分，一部分为光网络，另一部分为同轴电缆网络 REF _Ref325369332 \r \h \* MERGEFORMAT 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003300320035003300360039003300330032000000 。这一网络结构虽然能为终端提供较大的下行带宽，但其最大的缺陷在于无法进行双向传输，造成大量的网络资源浪费。在三网融合的大背景下，为更加合理有效的利用现有 HFC 网络，在网络改造时，需要对这两大部分单独进行改进。光网络部分的改造主要实现高速数据传输功能，而对同轴电缆网络部分的改造主要实现双向数据传输功能。 在前文中，已对新型接入技术进行了分析与比较，针对现有广电网络的双向改造，不论单独采用哪种接入技术，都存在不足之处。基于以上分析，本文提出以 EPON 技术为基础的两大广电网络双向改造方案。 5.1 EPON+EoC 改造方案 在不影响 CATV 正常工作的前提下，对现有 HFC 进行双向改造。由上文可知， HFC 网络可划分为光网络和同轴电缆网络。光网络部分的改造采用 EPON 技术，同轴电缆网络部分采用 EoC 技术 REF _Ref325369415 \r \h \* MERGEFORMAT 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003300320035003300360039003400310035000000 。这一改造方案，在现有 HFC 网络基础上，不用重新布线，只需小规模的改造施工，即可实现在现有同轴网络下实现双向数据传输。如图 5.2 所示，为 EPON+EoC 的组网方案 REF _Ref325369427 \r \h \* MERGEFORMAT 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F005200650066003300320035003300360039003400320037000000 。 图 5.2 EPON+EOC 改造方案 EPON+EoC 改造方案采用先进的调制技术，将以太网信号与 CATV 信号调制到一起，实现在原有的 HFC 网络的双向传输。本方案适合对现有网络的改造。 5.2 EPON+LAN 改造方案 LAN(Local Area Network) 技术，即局域网技术，可将一定物理区域的通信设备连接组成一个局域网络，并提供统一的对外接口。结合 EPON 技术，可更加合理的改进现有 HFC 网络，构建适于广电网络系统的数字带宽用户接入网络。如图 5.3 所示，为 EPON+LAN 改造方案 。 图 5.3 EPON+LAN 改造方案 该方案主要面向新建住宅及写字楼，用双绞线替代原有的同轴电缆，可以保证用户用户同时使用 CATV 业务和上网业务。 5.3 性能比较与分析 综上所述，以上两大改造方案各有特点，基于现有广电网络的特有特点，结合两大改造方案各有特点，如表 5.1 所示，为两大组网方案的性能表。 表 5.1 两大组网方案性能分析 组网方案 优 点 缺 点 EPON+EoC 有效利用现有同轴电缆网络，降低网络建设成本及周期； 带宽大幅提升，可承载多业务； 光电耦合会造成视频信号的干扰； 负载能力较差； EPON+LAN 带宽高，承载业务类型丰富； 单独组网，与原有同轴电缆网络互不影响； 不能兼容现有网络，造成浪费；建设周期长，成本高； 双网独立运行，网络维护成本高； 在三网融合的大背景下， EPON+EoC 改造方案更加经济实用，对现有广电网络设备进行简单改造升级后，就能实现高带宽接入，且成本低廉。 六、 总结 随着流媒体、高清视频等高消耗型网络应用的快速发展，目前国内以 ADSL 为主的接入技术已经不能满足广大客户对带宽的需要，同时在三网融合的大背景下，对现有接入网的改造升级迫在眉睫，但国内各大运营商现有接入网相互不兼容，服务模式千差万别，选择一种新型的接入网技术，用以兼容国内现有的各种接入网络，成为三网融合的关键工作。 基于国内接入网现状，本论文 分析了三大主流接入技术，并对各大接入技术的性能及特点进行了分析与比较， 结合广电和电信现有接入网的特性，综合考虑各方面因素，证明 EPON 技术 是最适合国内三网融合的新一代接入技术。接下来具体阐述了 EPON 技术，详细分析了 EPON 接入网的体系架构、组成单元、工作原理。 基于广电网现有网络的特点，本论文提出了两大广电网双向改造方案，即 EPON+LAN 和 EPON+EOC 改造方案，并对两大改造方案进行了性能比对与分析，确定 EPON+EoC 改造方案更加适于对现有广电网络的双向改造。 EPON 是一种实用的光纤接入技术，它以无源光网络作为传输平台、承载以太网数据，综合了以太网和无源光网络的优势，是目前解决制约“信息高速公路”发展瓶颈——接入网的最佳方案。随着“三网融合”的推进， EPON 设备将会有更大的市场空间。 七、 参考文献 王化虎 . 以太网无源光网络 (EPON) 设备研究 . 成都：电子科技大学 . 2007.2. 黄俊 等 . 现代有线电视网络技术及应用 . 北京：机械工业出版社， 2010.165-173. 姚天明，张天民 . HFC 网络双向改造及组网方案的设计与探讨 . 电视技术， 2007(07).637-641. 徐沛，黄俊 等 . 基于 PowePC 的 EPON 系统中主控板驱动程序开发 . 光通信技术 .2011(11).60 - 62. 国家广播电影电视总局行业标准草案 —— 有线电视网络 EPON 系统技术规范 . 中国国家广播电视总局， 2008.3, 4, 13-15, 18-19. Singh, Abhinav Pratap . “Quality of service issues in WDM-EPON systems”. Chadha, Devi . Proceedings of ICSCN 2008-International Conference on Signal Processing Communications and Networking.194-198. Gilbert Held 著，戴志涛等译，以太网 ( 第三版 ). 北京：人民邮电出版社， 1999.10-11. Addison Wesley. Rich Serifert.Gigabit Ethernet: technology and applications for high-speed LANs . 2000 . 131 - 149. Andrew S. Tanenbaum 著，潘爱民 译 . 计算机网络 ( 第 4 版 ). 北京：清华大学出版社， 2004.232 -234 . Al Lounsbury . Gigabit Ethernet: the Difference is in the Details . Data Communications . 1997(6) . 27 - 34. 段志鲲 . 基于 CPRI V2.0 和 IEEE802.3 协议的数字直放站的设计与组网研究 . 天津 . 天津大学 .2007.33 - 36. ....
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- 两足之虫
- 由于EPS的接入网结构更加扁平化，即由UMTS的RNC和NodeB两个节点简化到只有eNode B一个节点，从而在QoS的结构上也有所变化。演进系统的QoS结构相比UMTS进行了简化。同时由于希望更好地实现“永远在线”，在QoS中 也引入了默认承载等新概念。 EPS的QoS在核心网主要为将IPQoS映射到承载的QoS等级指示(QoSClass ldentifier，QCl)上；在接入网主要是将S1接口上传输的QCI对应到eNodeB应执行的QCI特征(QCICharacteristics)上。 EPS承载指为在UE和PDN之间提供某种特性的QoS传输保证，分为默认承载和专用承载。 默认承载：一种满足默认QoS的数据和信令的用户承载。默认承载可简单地理解为一种提供尽力而为IP连接的承载，随着PDN链接的建立而建立，随着PDN的链接的拆除而销毁。为用户提供永久在线的IP传输服务。 专用承载：专用承载是在PDN链接建立的基础上建立的，是为了提供某种特定的QoS传输需求而建立的（默认承载无法满足的）。一般情况下专用承载的QoS比默认承载的QoS要求高。专用承载在UE关联了一个UL业务流模板(TrafficFlowTemplate，TFT)，在PDN GW关联了一个DLTFT，TFT中包含业务数据流的过滤器，而这些过滤器只能匹配符合某些准则的分组。 GBR／Non-GBR承载：与保证比特速率(Guaranteed Bit Rate，GBR)承载相关的专用网络资源，在承载建立或修改过程中通过例如eNode B的接纳控制等功能永久分配给某个承载。这个承载在比特速率上要求能够保证不变。否则，不能保证一个承载的速率不变，则是一个 Non-GBR承载。 对同一用户同一链接而言，专用承载可以是GBR承载，也可以是Non-GBR承载。而默认承载只能是Non-GBR承载。专用承载和默认承载共享一条PDN链接（UE地址和PDN地址），也就是说，专用承载承载一定是在默认承载建立的基础上建立的，二者必须绑定。 一个EPS承载是UE和PDN GW间的一或多个业务数据流(Service Data Flow，SDF)的逻辑聚合。在EPC／E-UTRAN中，承载级别的QoS控制是以EPS承载为单位进行的。即映射到同一个EPS承载的业务数据流，将受到同样的分组转发处理(如调度策略、排队管理策略、速率调整策略、RLC配置等)。如果想对两个SDF提供不同的承载级QoS，则这两个SDF需要分别建立不同的EPS承载。在一个PDN链接中，只有一个默认承载，但可以有多个专用承载。一般来说，一个用户最多建立11个承载。 每当UE请求一个新的业务时， S-GW／PDN GW将从PCRF收到PCC规则，其中包括业务所要求的QoS。如果默认承载不能提供所要求的QoS时，则需要另外的承载服务，即建立专用承载以提供服务。 MME／S-GW从PCEF收到需要传输的端到端业务的详细内容，并可将具有同样业务级别 (TrafficClass)的端到端业务组合到一起，对这些业务级别产生一个聚合的QoS描述(至少包括比特速率)。每个SAE，承载业务都会给eNodeB传送一个相应的QoS描述。当一个端到端业务正在启动、终止或修改时，MME／UPE接收到相关的信息，则更新聚合的QoS描述并将它转发给eNodeB。 LTE和MME／S-GW一样，都执行端到端业务IP流到SAE承载服务的映射。 为了能够区分属于不同SAE承载服务的分组，eNodeB和MME／S-GW需知道对一个SAE承载的聚合QoS描述。eNodeB使用这个聚合QoS描述对下行进行调度、对上行进行管辖； MME／S-GW用这个聚合QoS描述对上行和下行进行管辖。 在下行方向，eNodeB根据SAE承载业务的聚合QoS描述处理IP分组。在上行方向， eNodeB依据承载业务的聚合QoS描述管辖每个IP分组。
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- DWDM 系统结构 一、概述 当今光传输通信网络，无论是骨干长途网、本地城域网还是用户接入网，都大量以 DWDM 为平 台，基于 DWDM 的光传送网构成了整个通信网的基础物理层。密集波分复用（ DWDM ）光传输的迅猛发展，得益于光纤承载介质技术的不断创新，光纤由过去标准单模光纤（ G.652 ）、色散位移光纤（ G.653 ），到非零色散位移光纤（ G.655 ），实现了新型的全波光纤（ All － waveFiber ）。由于光纤制造工艺的改进，基本消除了光纤制造过程中引入的水分，常规光纤在 1385nm 波长附近由 OH 根离子造成的损耗峰消失，使传输率耗从最初的 2dB/Km 降到 0.3dB/Km 以下，在 1310 ～ 1600nm 波段上衰减趋于平坦，光纤可利用的波长增加 100nm 左右，相当于 125 个波长通道（ 100GHz 通道间隔）。 根据国际电联 ITU-T G.692 建议， DWDM 技术是在 波长 1552.52nm 窗口附近（对应的频率为： 193.1THZ ）的 1530 ～ 1560nm 波长范围内，选用密集的但相互又有一定波长间隔的多路光载波（掺铒光纤放大器 EDFA 对这些光载波能平坦增益），受不同数字信号的调制，将不同波长的光信号复用在一根光纤上传输，大大提高了光纤的传输容量。 发送端：波长变换器（ OTU ）、合波器；接收端：波长变换器（ OTU ）、分波器 ) 。 OTU 接口盘，具有带外 FEC 功能，可以改善信噪比 5 ～ 6dB 。 O/E/O 波长变换技术有 3R 功能，有良好的抖动特性，如：抖动产生、抖动容限及抖动传递函数，可以满足多个 OTU 级连抖动指标要求，从而可实现复用段级连。在发送端，接收来自光传输终端设备的光信号，此光信号若为特定波长（ “ 彩色波长接口 ” ）则可直接接入光合波器（ OMU ），若非特定波长，则采用 O/E/O 波长转换技术，由发送端的光波长变换器（ TXOTU ）把非特定波长的光信号 “ 透明地 ” 转换成有特定波长、并有一定色散容限的光信号 , 再送入光合波器（ OMU ）；在接收端，采用分波滤波器技术的光分波器（ ODU ）从主信道光信号中分出特定波长的光信道。接收光转发器（ RX OTU ）将分波解出的光信号转发至接收终端设备。 此外 DWDM 系统还有光放大设备 (EDFA) 、光分插复用设备 (OADM ，目前可做到上下各 8 个波 ) 和光交叉互连设备 (OXC) 等。 DWDM 的线路光速率可从 10Gbit/s 、 20Gbit/s 、 40Gbit/s 、 80Gbit/s 、 320Gbit/s 直至 1600Gbit/s 。 二、 DWDM 系统结构分析 DWDM 从结构上分，目前有集成系统和开放系统。集成式系统：要求接入的单光传输设备终端的光信号是满足 G.692 标准的光源。开放系统，是在合波器前端及分波器的后端，加波长转移单元 OTU ，将当前通常使用的 G.957 接口波长转换为 G.692 标准的波长光接口。这样，开放式系统采用波长转换技术 , 使任意满足 G.957 建议要求的光信号能运用光 - 电 - 光的方法，通过波长变换之后转换至满足 G.692 要求的规范波长光信号，再通过波分复用，从而在 DWDM 系统上传输。 目前的 DWDM 系统可提供 16/20 波或 32/40 波的单纤传输容量，最大可到 160 波，具有灵活的扩展能力。用户初期可建 16/20 波的系统，之后根据需要再升级到 32/40 波，这样可以节省初期投资。其升级方案原理：一种是在 C 波段红带 16 波加蓝带 16 波升级为 32 波的方案；另一种是采用 interleaver ，在 C 波段由 200GHz 间隔 16/32 波升级为 100GHz 间隔 20/40 波。进一步的扩容求，可提供 C+L 波段的扩容方案，使系统传输容量进一步扩充为 160 波。 国内各大运营商现在网运行的 DWDM, 大量使用的几乎都是开放式 DWDM 系统，而实际上 , 集成式密集波分复用系统，有其自身的众多优点。 1. 集 成式 DWDM 系统 的合波器和分波器在发端和收端是分别使用的，即： 在发端只有合波器，在收端只有分波器，同时在收端和发端均去掉了 OTU 转换设备（此部分费用较大） , 因此 DWDM 系统设备的投资可节省 60% 以上。 2. 集成式 DWDM 系统在收端和发端仅使用无源器件 ( 如：合波器或分波器 ) ， 电信运营单位可向器件厂家直接订货，减少供应环节，费用更低，从而节省设备成本。 3. 开放式 DWDM 的网管系统负责： OTM （主要是 OTU ）、 OADM 、 OXC 、 EDFA 的 监测，其设备投资约占 DWDM 系统总投资的 20% ；而集成式的 DWDM 系统由于无需 OTM 设备，其网管仅负责 OADM 、 OXC 、 EDFA 的监测，可引入更多的厂家进行竞争，其网管费用能比开放式 DWDM 的网管节省一半左右。 4. 由于集成式的 DWDM 系统的合波 / 分波设备为无源器件，便于提供多种业务、多速率的接口，只要业务端设备光端机的波长符合满足 G.692 的标准，即可以 PDH 、 SDH 、 POS （ IP ）、 ATM 等任何业务接入，支持 8Mbit/s 、 10Mbit/s 、 34Mbit/s 、 100Mbit/s 、 155Mbit/s 、 622Mbit/s 、 1Gbit/s 、 2.5Gbit/s 、 10Gbit/s 等各种速率的 PDH 、 SDH 、 ATM 及 IP 以太网 , 避免了开放式 DWDM 系统由于 OTU 的原因，而只能使用所购 DWDM 系统已确定光波长（ 1310nm 、 1550nm ）及传输速率的 SDH 、 ATM 或 IP 以太网设备 , 而根本不可能使用其他接口。 5. 若将 SDH 、 IP 路由器等光传输设备的激光器件模块统一设计为标准几何尺寸的管脚，规范接口，便于维护插拔，且连接可靠。这样，维护人员就可根据集成式 DWDM 系统波长需要，自由更换特定彩色波长的激光头，为激光头的故障维护，提供了便利条件，避免了以前必须由厂家整板更换这一弊端所带来的高维护费用。 6. 彩色波长的光源目前仅比普通 1310nm 、 1550nm 波长的光源价格稍贵，如 2.5Gbit/s 速率的彩色波长光源目前要贵 3000 多元，但当接入到集成式 DWDM 系统上使用时，能使造价系统造价降低近 10 倍，并且随着彩色波长光源的大量应用，其价格将接近于普通光源。 7. 集成式 DWDM 设备结构简单，体积更小，大约只有开放式 DWDM 所占空间的五分之一， 节省机房资源。 综上所述，集成式 DWDM 系统应大量应用于 DWDM 传输系统中大量中，并逐步替代开放式 DWDM 系统的主导地位。考虑到目前已有大量普通光源的光传输设备在网使用，建议可采用集成式与开放式兼容的混合式 DWDM ，已保护前期投资。 三、 DWDN 系统的其它功能 1 ． DWDM 系统的光监控信道（ OSC ） 在 DWDM 系统中，采用独立的 1510nm 波长（速率为 2Mbit/s ）承载光监控信道（ OSC ），传送网管、公务和监控信息，帧结构符合 G.704 ，实际用于监控信息传送的速率为 1920kbit/s 。 0SC 光监控信道是 DWDM 系统工作状态的信息载体。在 DWDM 系统中， OSC 是一个相对独立的子系统，传送光信道层、光复用段层和光传输段层的维护和管理信息，提供公务联络及使用者通路，同时它还可以提供其它附加功能。 OSC 主要包括的子系统功能为： OSC 信道接收和发送、时钟恢复和再生、接收外部时钟信号、 OSC 信道故障检测和处理及性能监测、 CMI 编解码、 OSC 帧定位和组帧处理、监控信息处理。性能的监测（ B1 、 J0 、 OPM 、光放监测），可由业务接入终端完成。模拟量监测功能和 B1 误码监测功能，提供不中断业务的多路光通道性能监测（包括各信道波长、光功率、光信噪比），适时监测光传送段和光通道性能质量，提供故障定位的有效手段。具有监测放大器的输入光功率、输出光功率、 PUMP 驱动电流、 PUMP 制冷电流、 PUMP 温度和 PUMP 背向光功率的功能。具有监测多方向的波数、各信道的波长、光功率和光信噪比等性能，监测的波长精度可大于 0.05nm 、光功率精度可大于 0.5dBm 、信噪比精度可大于 0.5dB 。 光纤放大器 按光纤放大器所在线路传输种的位置不同，可分为三种： （ 1 ） 放在光发射机后面的，称为功率放大器； （ 2 ） 放在光纤线路之间起中继作用的，称为线路放大器； （ 3 ） 放在光接收机前面的，称为前置放大器。 按光放大实现的功能，可分为两种： （ 1 ）掺铒光纤放大器：具有增益平坦、增益锁定、输出功率钳制和放大器瞬态控制等功能 , 同时为了消除由于突发事故产生的光放大器的 " 浪涌 " 现象 , 光放大器还具有光功率自动关断 (APSD) 和功率自动减弱 (APR) 功能。 （ 2 ） RPM 喇曼光纤放大器：专为远距离光传输系统设计，采用高性能 14XXnm 泵浦激光器和无源器件，结构紧凑，能直接放大 C-Band 、 L-Band 、 C+L-Band 的光信号，改善线路光信噪比（ OSNR ），很好地提升系统的传输性能，符合 TelcordiaGR-1312-CORE 的标准要求。 3 ． DWDM 系统的 OADM 、 OXC 功能 OADM 可根据需要在任何光业务或中继站点提供任一波长的光信号上下（目前可做到 8 波） , 特别是与 OXC 配合 , 可以将任何上路端口来的某一光信号都可以上到系统的任一波长 , 这样即使两个上路端口的上路光信号波长相同 , 也不会造成阻塞，同样下路也可以通过端口指配功能将某一下路波长根据需要下到任一端口 , 从而极大地扩展了 OADM 应用的灵活性。此外，通过 OADM 与 OXC 地组合应用，可以提供二纤单向复用段保护、二纤双向复用段保护、通道保护等保护方式 , 从而可以实现自愈环型组网，使系统性能安全、可靠。 OXC 设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各讯号以适当的波长输送至指定的光纤中，提供光纤切换（ Fiberswitching ，连接不同光纤，波长不转换）、波长切换（ Wavelengthswitching ，连接不同光纤，波长经转换）、波长转换（ Wavelength conversion ，输出至同一光纤，波长经转换）以及路由恢复、波长管理调度等功能。 四、结束语 波分复用系统将由传统的点到点传输系统向光传送网发展。波分复用系统形成波分复用光网络，即光传送网（ OTN ），将点到点的波分复用系统用光交叉互连 (OXC) 节点和光分插复用（简称 OADM ）节点连接起来，组成光传送网。波分复用技术完成 OTN 节点之间的多波长通道的光信号传输， OXC 节点和 OADM 节点则完成网络的交换功能。 光传送网 (OTN) 具有传输透明性。由于光传送网提供的是一条端到端的纯光路径，它对光信号的形式不提出要求，对于信息的调制方式、传送模式和传输速率透明 , 使得目前相互独立的 SDH 传送网、 PDH 传送网、 ATM 网络、 IP 网络及模拟视频网络都可以建立在同一光网络上，共享底层资源，提供统一的监测和恢复等网管能力。 OTN 网络具有可重构性 , 光传送网中信号可按波长路径或虚波长路径传输的，这样就在网络的物理拓扑结构之上加了一层逻辑拓扑结构，通过改变节点的波长路由状态而动态改变的。 OTN 还具有可扩展性。光传送网具有分区、分层的拓扑结构，网络节点采用模块化设计，在不改变原有网络结构时就能方便地增加网络的波长数、光纤路径数和节点数，实现网络的扩充。
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