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1、 光纖通信與IP傳送技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè) 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 教 師： 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 本文對(duì)光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)要總結(jié)與分析，并對(duì)未來(lái)的可能發(fā)展趨勢(shì)作了展望；結(jié)合ATM，SDH，WDM等技術(shù)特點(diǎn)討論了幾種IP傳送新技術(shù)。 關(guān)鍵詞：光纖通信；IP傳送

2、 - 1 - 光纖通信與IP傳送技術(shù) 目錄 摘要 - 1 - 引言 1 1.緒論 2 1.1光纖通信 2 1.2光纖通信系統(tǒng)的組成 2 1.2.1光纖光纜技術(shù) 3 1.2.2光有源器件 5 1.2.3光無(wú)源器件 6 1.2.4光復(fù)用技術(shù) 6 1.2.5光放大技術(shù) 7 2.光纖通信 8 2.1光纖通信的現(xiàn)狀 8 2.2光纖通信的展望 9 3.光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷史與未來(lái)展望 11 3.1光纖通信技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 11 3.2光纖通信技術(shù)的趨勢(shì)及展望 11 3.2.1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展 11 3.2.2向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn) 12 3.2.

3、3實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng) 12 3.2.4開發(fā)新代的光纖 12 3.2.5解決全網(wǎng)瓶頸的手段一光接入網(wǎng) 13 4.1IP over ATM 14 4.1.1 ATM面向連接與IP非連接的統(tǒng)一 15 4.1.2 OSI第3層與第2層的捆綁 16 4.1.3 路由與交換的優(yōu)化結(jié)合 18 4.2 IP over SDH 18 4.2.1 IP over SDH概述 18 4.2.2 問(wèn)題的提出 18 4.2.3 關(guān)于SDH幀結(jié)構(gòu)中的信號(hào)標(biāo)簽 19 4.2.4 IPoverSDH與IpoverOptical 19 結(jié)束語(yǔ) 20 致謝 21 參考文獻(xiàn) 22 I 光纖通信與IP傳送

4、技術(shù) 引言 在當(dāng)今世界向知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代邁進(jìn)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用成為重要的促進(jìn)因素，它的不斷發(fā)展形成推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展新的源動(dòng)力。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的深入發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對(duì)現(xiàn)代化通信需求進(jìn)一步增加，新一代寬帶通信網(wǎng)絡(luò)將成為新一代電信的明顯特征，寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。隨著技術(shù)條件的成熟，網(wǎng)絡(luò)的融合正成為電信發(fā)展的大趨勢(shì)。首先是數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展和全面采用，使電話、數(shù)據(jù)和圖像信號(hào)都可以通過(guò)統(tǒng)一編碼進(jìn)行傳輸和交換。其次是光通信技術(shù)的發(fā)展，為綜合傳送各種業(yè)務(wù)信息提供了必要的帶寬和傳輸質(zhì)量，是三網(wǎng)業(yè)務(wù)的理想平臺(tái)。再就是軟件技術(shù)的發(fā)展，使得三大網(wǎng)及其終端都能通過(guò)軟件變更最終支持各種用戶所

5、需的特性、功能和業(yè)務(wù)。最后，也是最重要的是統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議的普遍采用，使得各種以IP為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)都能在不同的網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互通。人類首次具有了統(tǒng)一的為三大網(wǎng)都能接受的通信協(xié)議，從技術(shù)上為三網(wǎng)融合奠定了最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1.緒論 1.1光纖通信 各種電信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制后，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑Q光纖通信。光纖通信不同于有線電通信，后者是利用金屬媒體傳輸信號(hào)，光纖通信則是利用透明的光纖傳輸光波。雖然光和電都是電磁波，但頻率范圍相差很大。一般通信電纜最高 使用頻率約9-24兆赫(10(6)Hz)，光纖工作頻率在10(14)-10(15))Hz之間。 光纖通信最主要的優(yōu)點(diǎn)是：(1)

6、 容量大。光纖工作頻率比目前電纜使用的工作頻率高出8-9個(gè)數(shù)量級(jí)，故所開發(fā)的容量很大。(2) 衰減小。光纖每公里衰減比目前容量最大的通信同軸電纜的每公里衰減要低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。(3) 體積小，重量輕。 同時(shí)有利于施工和運(yùn)輸。(4) 防干擾性能好。光纖不受強(qiáng)電干擾、電氣化鐵道干擾 和雷電干擾，抗電磁脈沖能力也很強(qiáng)，保密性好。(5) 節(jié)約有色金屬。一般通信電 纜要耗用大量的銅、鋁或鉛等有色金屬。光纖本身是非金屬，光纖通信的發(fā)展將為國(guó)家 節(jié)約大量有色金屬。(6) 成本低。目前市場(chǎng)上各種電纜金屬材料價(jià)格不斷上漲，而 光纖價(jià)格卻有所下降。這為光纖通信得到迅速發(fā)展創(chuàng)造了重要的前提條件。 光纖通信首先應(yīng)

7、用于市內(nèi)電話局之間的光纖中繼線路，繼而廣泛地用于長(zhǎng)途干線網(wǎng)上，成為寬帶通信的基礎(chǔ)。光纖通信尤其適用于國(guó)家之間大容量、遠(yuǎn)距離的通信，包括 國(guó)內(nèi)沿海通信和國(guó)際間長(zhǎng)距離海底光纖通信系統(tǒng)。目前，各國(guó)還在進(jìn)一步研究、開發(fā)用于廣大用戶接入網(wǎng)上的光纖通信系統(tǒng)。 隨著光纖放大器、光波分復(fù)用技術(shù)、光弧子通信技術(shù)、光電集成和光集成等許多新技術(shù)不斷取得進(jìn)展，光纖通信將會(huì)得到更快的發(fā)展。 1.2光纖通信系統(tǒng)的組成 光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。 光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式。1966年英籍華人高錕博士發(fā)表了一篇?jiǎng)潟r(shí)代性

8、的論文，他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維，能作為通信媒質(zhì)。從此，開創(chuàng)了光纖通信領(lǐng)域的研究工作。1977年美國(guó)在芝加哥相距7000米的兩電話局之間，首次用多模光纖成功地進(jìn)行了光纖通信試驗(yàn)。85微米波段的多模光纖為第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年又實(shí)現(xiàn)了兩電話局間使用103微米多模光纖的通信系統(tǒng)，為第二代光纖通信系統(tǒng)。1984年實(shí)現(xiàn)了1.3微米單模光纖的通信系統(tǒng)，即第三代光纖通信系統(tǒng)。80年代中后期又實(shí)現(xiàn)了1.55微米單模光纖通信系統(tǒng)，即第四代光纖通信系統(tǒng)。用光波分復(fù)用提高速率，用光波放大增長(zhǎng)傳輸距離的系統(tǒng)，為第五代光纖通信系統(tǒng)。新系統(tǒng)中，相干光纖通信系統(tǒng)，已達(dá)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)水平，將得到應(yīng)用。光孤

9、子通信系統(tǒng)可以獲得極高的速率，20世紀(jì)末或21世紀(jì)初可能達(dá)到實(shí)用化。在該系統(tǒng)中加上光纖放大器有可能實(shí)現(xiàn)極高速率和極長(zhǎng)距離的光纖通信。 就光纖通信技術(shù)本身來(lái)說(shuō)，應(yīng)該包括以下幾個(gè)主要部分:光纖光纜技術(shù)、傳輸技術(shù)、光有源器件、光無(wú)源器件以及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。 1.2.1光纖光纜技術(shù) 光纖技術(shù)的進(jìn)步可以從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明: 一是通信系統(tǒng)所用的光纖; 二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個(gè)，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近幾年相繼開發(fā)出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纖)以及S波段窗口。其中特別重要的是無(wú)水峰的全波窗口。這些窗口開發(fā)成功的巨大意義

10、就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內(nèi)，都能實(shí)現(xiàn)低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬(wàn)倍的增長(zhǎng)。這一技術(shù)成果將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面是特種光纖的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化，這是一個(gè)相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。 特種光纖具體有以下幾種: 1.2.1.1. 有源光纖 這類光纖主要是指摻有稀土離子的光纖。如摻鉺(Er3+)、摻釹(Nb3+)、摻鐠(Pr3+)、摻鐿(Yb3+)、摻銩(Tm3+)等，以此構(gòu)成激光活性物質(zhì)。這是制造光纖光放大器的核心物質(zhì)。不同摻雜的光纖放大器應(yīng)用于不同的工作波段，如摻餌光纖放大器(EDFA)應(yīng)用于1550nm附近(C、L波段);摻鐠光纖放大器(PDFA)

11、主要應(yīng)用于1310nm波段;摻銩光纖放大器(TDFA)主要應(yīng)用于S波段等。這些摻雜光纖放大器與喇曼(Raman)光纖放大器一起給光纖通信技術(shù)帶來(lái)了革命性的變化。它的顯著作用是:直接放大光信號(hào)，延長(zhǎng)傳輸距離;在光纖通信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)(CATV網(wǎng))中作分配損耗補(bǔ)償;此外，在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中及光孤子通信系統(tǒng)中是不可缺少的關(guān)鍵元器件。正因?yàn)橛辛斯饫w放大器，才能實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼器的百萬(wàn)公里的光孤子傳輸。也正是有了光纖放大器，不僅能使WDM傳輸?shù)木嚯x大幅度延長(zhǎng)，而且也使得傳輸?shù)男阅茏罴鸦? 1.2.1.2. 色散補(bǔ)償光纖(Dispersion Compensation Fiber，DCF) 常規(guī)G.

12、652光纖在1550nm波長(zhǎng)附近的色散為17ps/nm×km。當(dāng)速率超過(guò)2.5Gb/s時(shí)，隨著傳輸距離的增加，會(huì)導(dǎo)致誤碼。若在CATV系統(tǒng)中使用，會(huì)使信號(hào)失真。其主要原因是正色散值的積累引起色散加劇，從而使傳輸特性變壞。為了克服這一問(wèn)題，必須采用色散值為負(fù)的光纖，即將反色散光纖串接入系統(tǒng)中以抵消正色散值，從而控制整個(gè)系統(tǒng)的色散大小。這里的反色散光纖就是所謂的色散補(bǔ)償光纖。在1550nm處，反色散光纖的色散值通常在-50~200ps/nm×km。為了得到如此高的負(fù)色散值，必須將其芯徑做得很小，相對(duì)折射率差做得很大，而這種作法往往又會(huì)導(dǎo)致光纖的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散補(bǔ)償光纖是利用基

13、模波導(dǎo)色散來(lái)獲得高的負(fù)色散值，通常將其色散與衰減之比稱作質(zhì)量因數(shù)，質(zhì)量因數(shù)當(dāng)然越大越好。為了能在整個(gè)波段均勻補(bǔ)償常規(guī)單模光纖的色散，最近又開發(fā)出一種既補(bǔ)償色散又能補(bǔ)償色散斜率的"雙補(bǔ)償"光纖(DDCF)。該光纖的特點(diǎn)是色散斜率之比(RDE)與常規(guī)光纖相同，但符號(hào)相反，所以更適合在整個(gè)波形內(nèi)的均衡補(bǔ)償。 1.2.1.3. 光纖光柵(Fiber Grating) 光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在紫外光的照射(通常稱為紫外光"寫入")下，于光纖芯部產(chǎn)生周期性的折射率變化(即光柵)而制成的。使用的是摻鍺光纖，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照射(在載氫氣氛中)，使纖芯的折射率產(chǎn)生周期性的變化，然后經(jīng)

14、退火處理后可長(zhǎng)期保存。相位掩膜板實(shí)際上為一塊特殊設(shè)計(jì)的光柵，其正負(fù)一級(jí)衍射光相交形成干涉條紋，這樣就在纖芯逐漸產(chǎn)生成光柵。光柵周期模板周期的二分之一。眾所周知，光柵本身是一種選頻器件，利用光纖光柵可以制作成許多重要的光無(wú)源器件及光有源器件。例如:色散補(bǔ)償器、增益均衡器、光分插復(fù)用器、光濾波器、光波復(fù)用器、光模或轉(zhuǎn)換器、光脈沖壓縮器、光纖傳感器以及光纖激光器等。 1.2.1.4. 多芯單模光纖(Multi-Coremono-Mode Fiber，MCF) 多芯光纖是一個(gè)共用外包層、內(nèi)含有多根纖芯、而每根纖芯又有自己的內(nèi)包層的單模光纖。這種光纖的明顯優(yōu)勢(shì)是成本較低,生產(chǎn)成本較普通的光纖約低5

15、0%。此外，這種光纖可以提高成纜的集成密度，同時(shí)也可降低施工成本。以上是光纖技術(shù)在近幾年里所取得的主要成就。至于光纜方面的成就，我們認(rèn)為主要表現(xiàn)在帶狀光纜的開發(fā)成功及批量化生產(chǎn)方面。這種光纜是光纖接入網(wǎng)及局域網(wǎng)中必備的一種光纜。目前光纜的含纖數(shù)量達(dá)千根以上，有力地保證了接入網(wǎng)的建設(shè)。 1.2.2光有源器件 光有源器件的研究與開發(fā)本來(lái)是一個(gè)最為活躍的領(lǐng)域，但由于前幾年已取得輝煌的成果，所以當(dāng)今的活動(dòng)空間已大大縮小。超晶格結(jié)構(gòu)材料與量子阱器件，目前已完全成熟，而且可以大批量生產(chǎn)，已完全商品化，如多量子阱激光器(MQW-LD，MQW-DFBLD)。 除此之外，目前已在下列幾方面取得重大成就。

16、 1.2.2.1. 集成器件 這里主要指光電集成(OEIC)已開始商品化，如分布反饋激光器(DFB-LD)與電吸收調(diào)制器(EAMD)的集成，即DFB-EA，已開始商品化;其它發(fā)射器件的集成，如DFB-LD、MQW-LD分別與MESFET或HBT或HEMT的集成;接收器件的集成主要是PIN、金屬、半導(dǎo)體、金屬探測(cè)器分別與MESFET或HBT或HEMT的前置放大電路的集成。雖然這些集成都已獲得成功，但還沒(méi)有商品化。 1.2.2.2. 垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL) 由于便于集成和高密度應(yīng)用，垂直腔面發(fā)射激光器受到廣泛重視。這種結(jié)構(gòu)的器件已在短波長(zhǎng)(ALGaAs/GaAs)方面取得巨大的

17、成功，并開始商品化;在長(zhǎng)波長(zhǎng)(InGaAsF/InP)方面的研制工作早已開始進(jìn)行，目前也有少量商品。可以斷言，垂直腔面發(fā)射激光器將在接入網(wǎng)、局域網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。 1.2.2.3. 窄帶響應(yīng)可調(diào)諧集成光子探測(cè)器 由于DWDM光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道間隔越來(lái)越小，甚至到0.1nm。為此，探測(cè)器的響應(yīng)譜半寬也應(yīng)基本上達(dá)到這個(gè)要求。恰好窄帶探測(cè)器有陡銳的響應(yīng)譜特性，能夠滿足這一要求。集F-P腔濾波器和光吸收有源層于一體的共振腔增強(qiáng)(RCE)型探測(cè)器能提供一個(gè)重要的全面解決方案。 1.2.2.4. 基于硅基的異質(zhì)材料的多量子阱器件與集成(Si/Ge/Si MQW) 這方面的研究是一大熱點(diǎn)。眾所周知，硅(

18、Si)、鍺(Ge)是簡(jiǎn)接帶源材料，發(fā)光效率很低，不適合作光電子器件，但是Si材料的半導(dǎo)體工藝非常成熟。于是人們?cè)O(shè)想，利用能帶剪裁工程使物質(zhì)改性，以達(dá)到在硅基基礎(chǔ)上制作光電子器件及其集成(主要是實(shí)現(xiàn)光電集成，即OEIC)的目的，這方面已取得巨大成就。在理論上有眾多的創(chuàng)新，在技術(shù)上有重大的突破，器件水平日趨完善。 1.2. 3光無(wú)源器件 光無(wú)源器件與光有源器件同樣是不可缺少的。由于光纖接入網(wǎng)及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，導(dǎo)致光無(wú)源器件的發(fā)展空前地?zé)衢T。常規(guī)的常用器件已達(dá)到一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，品種和性能也得到了極大的擴(kuò)展和改善。所謂光無(wú)源器件就是指光能量消耗型器件、其種類繁多、功能各異，在光通信系統(tǒng)及光網(wǎng)絡(luò)中主

19、要的作用是: 連接光波導(dǎo)或光路; 控制光的傳播方向;控制光功率的分配; 控制光波導(dǎo)之間、器件之間和光波導(dǎo)與器件之間的光耦合; 合波與分波; 光信道的上下與交叉連接等。早期的幾種光無(wú)源器件已商品化。其中光纖活動(dòng)連接器無(wú)論在品種和產(chǎn)量方面都已有相當(dāng)大的規(guī)模，不僅滿足國(guó)內(nèi)需要，而且有少量出口。光分路器(功分器)、光衰減器和光隔離器已有小批量生產(chǎn)。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，相繼又出現(xiàn)了許多光無(wú)源器件，如環(huán)行器、色散補(bǔ)償器、增益平衡器、光的上下復(fù)用器、光交叉連接器、陣列波導(dǎo)光柵CAWG等等。這些都還處于研發(fā)階段或試生產(chǎn)階段，有的也能提供少量商品。按光纖通信技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律來(lái)看，當(dāng)光纖接入網(wǎng)大規(guī)模興建時(shí)，

20、光無(wú)源器件的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)光有源器件的需求。這主要是由于接入網(wǎng)的特點(diǎn)所決定的。接入網(wǎng)的市場(chǎng)約為整個(gè)通信市場(chǎng)的三分之一。因而，接入網(wǎng)產(chǎn)品有巨大的市場(chǎng)及潛在的市場(chǎng)。 1.2.4光復(fù)用技術(shù) 光復(fù)用技術(shù)種類很多，其中最為重要的是波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)。光復(fù)用技術(shù)是當(dāng)今光纖通信技術(shù)中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域，它的技術(shù)進(jìn)步極大地推動(dòng)光纖通信事業(yè)的發(fā)展，給傳輸技術(shù)帶來(lái)了革命性的變革。波分復(fù)用當(dāng)前的商業(yè)水平是273個(gè)或更多的波長(zhǎng)，研究水平是1022個(gè)波長(zhǎng)(能傳輸368億路電話)，近期的潛在水平為幾千個(gè)波長(zhǎng)，理論極限約為15000個(gè)波長(zhǎng)(包括光的偏振模色散復(fù)用，OPDM)。據(jù)199

21、9年5月多倫多的Light Management Group Inc ofToronto演示報(bào)導(dǎo)，在一根光纖中傳送了65536個(gè)光波，把PC數(shù)字信號(hào)傳送到200m的廣告板上，并采用聲光控制技術(shù)，這說(shuō)明了密集波分復(fù)用技術(shù)的潛在能力是巨大的。OTDM是指在一個(gè)光頻率上，在不同的時(shí)刻傳送不同的信道信息。這種復(fù)用的傳輸速度已達(dá)到320Gb/s的水平。若將DWDM與OTDM相結(jié)合，則會(huì)使復(fù)用的容量增加得更大，如虎添翼。 1.2.5光放大技術(shù) 光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個(gè)非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號(hào)。在此

22、之前，傳送信號(hào)的放大都是要實(shí)現(xiàn)光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。 光放大器主要有3種:光纖放大器、拉曼放大器以及半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶; 摻銩光纖放大器的增益帶是S波段;摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會(huì)發(fā)生非線性效應(yīng)?喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過(guò)程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號(hào)光，從而使信號(hào)光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個(gè)分布

23、式的放大過(guò)程，即沿整個(gè)線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說(shuō)是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過(guò)相當(dāng)昂貴。半導(dǎo)體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。 到此，我們系統(tǒng)、全面地評(píng)論了光纖通信技術(shù)的重大進(jìn)展，至于光纖通信技術(shù)的發(fā)展方向，可以概括為兩個(gè)方面: 一是超大容量、超長(zhǎng)距離的傳輸與交換技術(shù); 二是全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 2.光纖通信 2.1光纖通信的現(xiàn)狀 光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命，近幾年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信管制體制的改革以及電信市

24、場(chǎng)的逐步全面開放，特別是IP的爆炸式發(fā)展所帶來(lái)的對(duì)帶寬的巨大需求，光纖通信又一次呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的新局面，成為近幾年來(lái)發(fā)展速度最快的技術(shù)。 隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)種類的增加，適用于電路交換方式的PDH設(shè)備因?yàn)槠涔逃械娜秉c(diǎn)已逐步淡出通信網(wǎng)，僅在一些小的通信場(chǎng)所有些應(yīng)用。而SDH設(shè)備則大規(guī)模應(yīng)用于骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)。這是因?yàn)?，與PDH相比，SDH有如下優(yōu)勢(shì)： 1PDH無(wú)世界統(tǒng)一光接口，而SDH具有世界統(tǒng)一光接口不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備可以在光接口上互聯(lián)。 2PDH低次群在合成高次群過(guò)程中需插入附加比特，無(wú)法從高次群中直接提取低次群信號(hào)，而SDH可從高次群中直接提取低次群信號(hào)。 3SDH幀中安排

25、了豐富的用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理、維護(hù)（OAM）的比特，便于組網(wǎng)與網(wǎng)管。 4SDH向下兼容，SDH通路中可以直接上下PDH信號(hào)。 從以上可以看出，SDH是一種完整嚴(yán)密的傳送網(wǎng)技術(shù)體制，這種技術(shù)體制一誕生就獲得了廣泛的支持，目前以成為各國(guó)核心網(wǎng)的主要傳送技術(shù)。我國(guó)從1995年就在干線網(wǎng)上開始全面轉(zhuǎn)向SDH體制，目前以建成世界第一大SDH網(wǎng)絡(luò)。有趣的是，原來(lái)一直沿用北美SONET體制的我國(guó)周邊國(guó)家和地區(qū)，也先后決定轉(zhuǎn)向SDH體制。這種傳輸體制的全面轉(zhuǎn)向有利于全球統(tǒng)一基礎(chǔ)網(wǎng)的形成，減少網(wǎng)間互通互聯(lián)的困難。 除了核心網(wǎng)的應(yīng)用以外，目前的市場(chǎng)，帶寬需求和技術(shù)都已顯示有必要把SDH技術(shù)帶入接入網(wǎng)領(lǐng)域，使S

26、DH的功能和接口盡可能靠近用戶。SDH的固有靈活性使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者可以更快更有效地滿足用戶的業(yè)務(wù)需求以及組網(wǎng)需要。特別是對(duì)于發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)采用SDH系統(tǒng)尤其合適，它可以迅速靈活地提供所需的2Mbps透明通道。近來(lái)，接入網(wǎng)領(lǐng)域傳輸體制也開始呈現(xiàn)向SDH的匯聚趨勢(shì)。 為了更充分地利用SDH的優(yōu)勢(shì)，需要將SDH進(jìn)一步擴(kuò)展至低帶寬用戶，使用STM-0子速率連接對(duì)于小帶寬用戶是一種經(jīng)濟(jì)有效的方案，同時(shí)又能保持全部SDH管理能力和功能。屆時(shí)SDH將進(jìn)一步向用戶推進(jìn)，在接入網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)更大份額。 另一方面必須看到，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為全網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)將逐漸向分組網(wǎng)，特別是IP網(wǎng)演進(jìn)

27、。作為支持電路交換方式的SDH TDM結(jié)構(gòu)將越來(lái)越不適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展，獨(dú)立的SDH設(shè)備的長(zhǎng)遠(yuǎn)命運(yùn)正受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。然而這種挑戰(zhàn)在中國(guó)這樣的環(huán)境下將是戰(zhàn)略性的，SDH在中近期仍將繼續(xù)發(fā)展，主要理由如下： --考慮我國(guó)的電路交換網(wǎng)在5年左右的時(shí)間內(nèi)仍將繼續(xù)發(fā)展； --SDH本身高低端的發(fā)展?jié)摿Γǜ哂?0Gbps，低于155Mbps） --未來(lái)的超大容量的核心光傳送網(wǎng)需要更多的SDH設(shè)備； --近期仍然是可靠性和生存性最高的傳送網(wǎng)技術(shù)； --SDH的級(jí)聯(lián)功能增強(qiáng)了支持ATM/IP的能力； --SDH正在融合路由功能，支持以太網(wǎng)透明傳輸。 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)上的主導(dǎo)業(yè)務(wù)，SDH的長(zhǎng)期

28、市場(chǎng)將逐漸縮小，并將逐漸退出核心骨干網(wǎng)，轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，獨(dú)立的SDH設(shè)備將減少，其功能將逐漸融合到OTN中去。 2.2光纖通信的展望 目前在光通信領(lǐng)域有幾個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)即超高速傳輸系統(tǒng)、超大容量WDM系統(tǒng)、光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網(wǎng)技術(shù)。 發(fā)展迅速的各種新型電信業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)的帶寬和容量提出了更高的要求，也帶來(lái)了很大的壓力，許多光纖網(wǎng)絡(luò)容量的使用率達(dá)到了70%—80%，再某些嚴(yán)重的情況下，某些路由上連備用容量也已經(jīng)耗盡。因此，采用新技術(shù)對(duì)現(xiàn)有通信網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容改造已勢(shì)在必行。有的甚至已有了商用化的產(chǎn)品。 從過(guò)去20多年的電信發(fā)展史來(lái)看，光纖通信發(fā)展始終

29、在按照電的時(shí)分復(fù)用（TDM）方式進(jìn)行，商用系統(tǒng)的速率以從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時(shí)間里增加了200多倍。目前，ETDM技術(shù)已經(jīng)非常成熟了。10Gbps系統(tǒng)已大批量裝備網(wǎng)絡(luò)。不少電信公司實(shí)驗(yàn)室已開發(fā)出40Gbps的系統(tǒng)。160Gbps速率的ETDM (Electric time-division multiplexing，電時(shí)分復(fù)用)和640Gbps的OTDM(Optical time-division multiplexing，光時(shí)分復(fù)用)的傳輸實(shí)驗(yàn)已獲成功，前者已在新一代的低色散斜率真波光纖上傳了200km，但距實(shí)用化尚有距離。而OTDM技術(shù)被認(rèn)為是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，

30、它的一些特點(diǎn)使之在許多方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。 OTDM是一種利用時(shí)隙傳送信息的技術(shù)，其結(jié)構(gòu)與ETDM技術(shù)類似，所不同的是ETDM的復(fù)用和解復(fù)用是在電域內(nèi)進(jìn)行，OTDM的復(fù)用和解復(fù)用都是在光域內(nèi)完成的，從而克服了ETDM存在的“電子瓶頸”問(wèn)題?！半娮悠款i”來(lái)源于數(shù)字集成電路的限制、E/O和O/E轉(zhuǎn)換中由于驅(qū)動(dòng)激光器或調(diào)制器的高功率和低噪聲線性放大器的速度限制以及激光器和調(diào)制器帶寬的限制。 在OTDM中，采用單一光波長(zhǎng)傳輸，它的關(guān)鍵技術(shù)包括： *高重復(fù)率超短光脈沖源 *超短光脈沖傳輸技術(shù) *時(shí)鐘提取技術(shù) *光時(shí)分解復(fù)用技術(shù) *全光中繼再生技術(shù) 目前，高速光開關(guān)技術(shù)是上述這些OTD

31、M信號(hào)處理功能的基礎(chǔ)。? 另外，OCDMA（Optical code-division multiple access, 光碼分多址）技術(shù)經(jīng)過(guò)十幾年的研究也取得了重大突破。OCDMA網(wǎng)絡(luò)能提供大的光纖網(wǎng)容量、光交叉連接、無(wú)源光上/下路、光交換和故障恢復(fù)能力，無(wú)需OXC和OADM，所用系統(tǒng)器件少，從而增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理和降低了成本，同時(shí)對(duì)傳輸光纖無(wú)特殊要求，對(duì)光源無(wú)需精確控制波長(zhǎng)，同OTDM一樣，是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)的重要技術(shù)，具有廣闊應(yīng)用前景 向超大容量超長(zhǎng)距離波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展 WDM方式可利用已敷設(shè)的光纖，使單根光纖的傳輸容量在高速率的基礎(chǔ)上成N倍地增加。既不需要敷設(shè)新的光纜

32、線路，也不必廢棄原有光傳輸設(shè)備，還可建立新傳輸方式的光傳輸網(wǎng)，能迅速解決通信網(wǎng)絡(luò)傳輸能力不足的問(wèn)題，達(dá)到系統(tǒng)擴(kuò)容的目的。 WDM方式利用了光子傳輸不占空間的特點(diǎn)，即在光纖上可同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波，而在光纖上可能應(yīng)用的光波長(zhǎng)范圍可劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道來(lái)傳輸一種預(yù)定波長(zhǎng)的光信號(hào)，從而大大地增加光纖上傳輸?shù)男畔⑷萘?。WDM實(shí)質(zhì)上是在光纖上進(jìn)行光頻分復(fù)用，只是因?yàn)楣獠ㄍǔ２捎貌ㄩL(zhǎng)而不用頻率來(lái)描述、監(jiān)測(cè)與控制，在波分復(fù)用技術(shù)高度發(fā)展，每個(gè)光載波可用的頻段極窄、光源發(fā)光頻率極大精確的前提下，或許用光頻分復(fù)用（OFDM）來(lái)描述更恰當(dāng)些。目前廣泛應(yīng)用的光纖低損耗窗口為1310

33、nm和1550nm，1310nm窗口低損耗區(qū)約從1260nm~1360nm，共100nm；而1550低損耗區(qū)約從1480nm~1580nm，共100nm。兩個(gè)工作區(qū)約200nm低損耗區(qū)可用，這相當(dāng)于30THz帶寬資源。若波長(zhǎng)間隔為5nm，則可復(fù)用約40個(gè)載波。對(duì)于可復(fù)用的信道數(shù)目，預(yù)計(jì)可能達(dá)到1000多個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)發(fā)送端，采用光波合波器將待傳輸?shù)亩鄠€(gè)光載波長(zhǎng)（信道）復(fù)用至一根光纖，而在接收端采用光分波器，將已復(fù)用的各波長(zhǎng)信道分開或?qū)崿F(xiàn)光波長(zhǎng)（信道）的上下復(fù)用。 3.光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷史與未來(lái)展望 3.1光纖通信技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上

34、的一次重要革命。光纖從提出理論到技術(shù)實(shí)現(xiàn)和今天的高速光纖通信也不過(guò)幾十年的時(shí)間。20世紀(jì)60年代中期，世界上研制的最好的光纖損耗在400分貝以上，1966年英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所高錕及Hockham從理論上預(yù)言光纖損耗可降至20分貝/千米以下，日本于1969年研制出第一根通信用光纖損耗為100分貝/千米，1970年康寧公司(Corning)采用“粉末法”先后獲得了損耗低于20分貝／千米和4分貝/千米的低損耗石英光纖，1974年貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell)采用改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法制出性能優(yōu)于康寧公司的光纖產(chǎn)品。到1979年，摻鍺石英光纖在1.55千米處的損耗已經(jīng)降到0.2分貝/千米，這一數(shù)值已經(jīng)十分接近由

35、Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限。 目前國(guó)內(nèi)光纖光纜的生產(chǎn)能力過(guò)剩，供大于求。特種光纖如FTTH用光纖仍需進(jìn)口，但總量不大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)光纖光纜價(jià)格與國(guó)際市場(chǎng)沒(méi)有差別，成本無(wú)法再降，已經(jīng)是零利潤(rùn)，在國(guó)際市場(chǎng)沒(méi)有太強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，出口量很小。二十年來(lái)的光技術(shù)的兩個(gè)主要發(fā)展，WDM和PON，這兩個(gè)已經(jīng)相對(duì)比較成熟。多業(yè)務(wù)傳輸發(fā)展平臺(tái)兩個(gè)方面，一方面是更有效承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，另一方面是向業(yè)務(wù)方面發(fā)展。AS0N的現(xiàn)狀是目前的系統(tǒng)只是在設(shè)備中，或是在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了一些功能，但是一些核心作用還沒(méi)有達(dá)到。 3.2光纖通信技術(shù)的趨勢(shì)及展望 目前在光通信領(lǐng)域有幾個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)即超高速傳輸系

36、統(tǒng)、超大容量WDM系統(tǒng)、光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網(wǎng)技術(shù)。 3.2.1. 向超高速系統(tǒng)的發(fā)展 目前10Gbps系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應(yīng)用。但是，10Gbps系統(tǒng)對(duì)于光纜極化模色散比較敏感，而已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求，需要實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證合格后才能安裝開通。它的比較現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有很多種，但目前只有波分復(fù)用(WDM)方式進(jìn)入了大規(guī)模商用階段，而其它方式尚處于試驗(yàn)研究階段。 3.2.2. 向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn) 采用電的時(shí)分復(fù)用

37、系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用率低于1％，還有99％的資源尚待發(fā)掘。如果將多個(gè)發(fā)送波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開的光源信號(hào)同時(shí)在一級(jí)光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復(fù)用(WDM)的基本思路?；赪DM應(yīng)用的巨大好處及近幾年來(lái)技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。目前全球?qū)嶋H鋪設(shè)的WDM系統(tǒng)已超過(guò)3000個(gè)，而實(shí)用化系統(tǒng)的最大容量已達(dá)320Gbps(2×16×10Gbps)，美國(guó)朗訊公司已宣布將推出80個(gè)波長(zhǎng)的WDM系統(tǒng)，其總?cè)萘靠蛇_(dá)200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實(shí)驗(yàn)室的最高水平則已達(dá)到2.6Tb

38、ps(13×20Gbps)。預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。 3.2.3. 實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng) 上述實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無(wú)疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光光聯(lián)網(wǎng)既可以實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、重構(gòu)性、透明性，又允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)、互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào)。 由于光聯(lián)網(wǎng)具有潛在的巨大優(yōu)勢(shì)，美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研，特別是美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局(DARPA)

39、資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。建設(shè)一個(gè)最大透明的、高度靈活的和超大容量的國(guó)家骨干光網(wǎng)絡(luò)，不僅可以為未來(lái)的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NJJ)奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，而且也對(duì)我國(guó)下一世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛以及國(guó)家的安全有極其重要的戰(zhàn)略意義。 3.2.4. 開發(fā)新代的光纖 傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長(zhǎng)距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢(shì)，開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無(wú)水吸收峰光纖(全波

40、光纖)。其中，全波光纖將是以后開發(fā)的重點(diǎn)，也是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，BPON技術(shù)無(wú)可爭(zhēng)議地將是未來(lái)寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向，但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展、成本及應(yīng)用需求的實(shí)際狀況看，它距離實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于電信接入網(wǎng)絡(luò)這一最終目標(biāo)還會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。 3.2.5. 解決全網(wǎng)瓶頸的手段一光接入網(wǎng) 近幾年，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無(wú)論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)，而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅線主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術(shù)上存在巨大的反差，制約全網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。為了能

41、從根本上徹底解決這一問(wèn)題，必須大力發(fā)展光接入網(wǎng)技術(shù)。因?yàn)楣饨尤刖W(wǎng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）減少維護(hù)管理費(fèi)用和故障率；（2）配合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來(lái)的一系列好處；（4）建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時(shí)代。4.IP傳送技術(shù) 4.1 IP over ATM Internet是全球最大的IP網(wǎng),在其迅猛發(fā)展中,暴露出帶寬、效率、開銷、安全、管理等 諸多矛盾;隨著多媒體應(yīng)用的日益廣泛,支持業(yè)務(wù)、劃分業(yè)務(wù)等級(jí)、提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)質(zhì)量(Qo S)保證,也就成為Internet發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。 IP Over ATM技術(shù)就是試圖來(lái)解決上述一系列問(wèn)題的。I

42、P Over ATM的各種解決方案,有 的適于廣域網(wǎng),有的適于局域網(wǎng)或園區(qū)網(wǎng)。從IP Over ATM技術(shù)的發(fā)展歷史來(lái)看,主要有以下 各種解決方案: ·傳統(tǒng)的IP Over ATM; ·網(wǎng)絡(luò)云上路由(ROLC,Routing Over Large Clouds),包括下一跳路由協(xié)議(NHRP,Nex Hop Routing Protocol)與非廣播多點(diǎn)訪問(wèn)地址解釋協(xié)議(NARP,NBMA Address ResolutioPr otocol,其中NBMA指Non-Broad Cast Multi-Access); ·局域網(wǎng)仿真(LANE)與ATM上多協(xié)議(MPOA,Multip

43、rotocol Over ATM); ·Ipsilon發(fā)布的IP交換(IP Switching)以及有關(guān)ATM制造商(為Ascend/Cascade、ECIT elematics等)推出的各種派生方案; ·CISCO發(fā)布的標(biāo)簽交換(Tag Switching)。 在上述解決方案中,有的方案不甚理想或技術(shù)已經(jīng)陳舊,有的方案有待完善或尚未成為工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn),一些方案相互間有技術(shù)滲透,盡管人們對(duì)一些解決方案尚有不同評(píng)論與爭(zhēng)議,無(wú)論如 何,IP Over ATM畢竟代表一種技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 IP Over ATM技術(shù)是圍繞著解決下列主要矛盾而發(fā)展起來(lái)的: ·面向連接的ATM與具有非連接特征的

44、IP的統(tǒng)一; ·開放系統(tǒng)互連OSI參考模型第3層與第2層的捆綁(binding); ·路由與交換的優(yōu)化結(jié)合。 4.1.1. ATM面向連接與IP非連接的統(tǒng)一 (1)ATM是面向連接的 面向連接的主要特征: ·資源預(yù)定,即電路(VC)連接以后再進(jìn)行通信。 ·從端到端確保信息包傳送的完整性。一旦丟包,可重傳。由于資源預(yù)定,為較高的業(yè)務(wù) 質(zhì)量(QoS)保證創(chuàng)造條件,即可劃分不同的業(yè)務(wù)等級(jí),并作出相應(yīng)的QoS保證。 ·包的傳送先后有序,把先后次序固定下來(lái)。 (2)大量現(xiàn)代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是非連接的,IP具有非連接特征, TCP是面向連接的。TCP對(duì)I P進(jìn)行編號(hào),采用對(duì)話方式,問(wèn)終端

45、收到包沒(méi)有,等待認(rèn)可;如對(duì)方應(yīng)答沒(méi)有收到,要進(jìn)行重傳。 但TCP面向連接的功能是比較弱的,TCP未解決資源預(yù)定問(wèn)題只解決包重發(fā)問(wèn)題。資源預(yù)定需 由資源預(yù)留協(xié)議(RSVP,Resource Reservation Protocol,位于OSI第7層,即應(yīng)用層)向TCP/I P提出請(qǐng)求,但RSVP還不是面向連接的。 非連接的主要特征: ·資源是不預(yù)定的,資源是不確定的,依靠一跳一跳(hop by hop)的路由來(lái)回變。 ·傳送的包有可能丟失,沒(méi)有記憶力。 ·包傳送是無(wú)序的,沒(méi)有信令處理,不需信令,只有路由信息廣播開銷,沒(méi)有信令開銷。 ·在故障狀態(tài)時(shí)非常堅(jiān)固(robust),數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)

46、發(fā)如維持具體連接的無(wú)控制狀態(tài),已被充分 證明在故障情況下非常堅(jiān)固。 面向連接的ATM特征具有速度快、容量大、支持多業(yè)務(wù)(Multisevice)的優(yōu)點(diǎn),IP的非連 接特征具有簡(jiǎn)單性、可擴(kuò)充性、堅(jiān)固性、靈活性的優(yōu)點(diǎn)(當(dāng)然從另外的角度來(lái)看,ATM網(wǎng)的可 擴(kuò)充性的優(yōu)點(diǎn)也很突出)。各種IP Over ATM解決方案就是試圖解決ATM面向連接與IP非連接 的統(tǒng)一問(wèn)題,達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),而非功能重復(fù)疊加。 4.1.2. OSI第3層與第2層的捆綁 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò),特別是互連網(wǎng)絡(luò),很多是多層或分層網(wǎng)絡(luò)。其中較為典型的是由異步轉(zhuǎn)移模式網(wǎng)絡(luò)或幀中繼(FR)網(wǎng)絡(luò)與IP網(wǎng)絡(luò)組合而成的多層網(wǎng)絡(luò),如以ATM為主干網(wǎng)

47、的Internet(IP網(wǎng))或以IP網(wǎng)作為接入網(wǎng)接入ATM或FR核心網(wǎng)。這樣的網(wǎng)絡(luò),從邏輯上看,是兩個(gè)疊加在一起的平面網(wǎng),即位于第1～2層的ATM網(wǎng),也叫底層網(wǎng)(Underlying Network),與位于第3層的IP網(wǎng)。 如果是單一的IP網(wǎng),網(wǎng)內(nèi)有N個(gè)路由器,每對(duì)相鄰路由器實(shí)行互連,其相互之間的連線將有N×(N-1)/2條。這時(shí)每對(duì)相鄰路由器可以不斷交換、學(xué)習(xí)、修改路由信息,建立并修改動(dòng)態(tài)路由表(RT),IP隨時(shí)都能識(shí)別、掌握IP網(wǎng)全網(wǎng)的拓樸,并支持各種路由協(xié)議在全網(wǎng)內(nèi)通行。 如果是IP/ATM多層網(wǎng)絡(luò),IP網(wǎng)內(nèi)N個(gè)路由器可通過(guò)ATM提供的虛電路(VC)進(jìn)行互相連接,路由器之間的連線數(shù)

48、量(VC數(shù)量)可簡(jiǎn)化并減少至N條。這時(shí),如一對(duì)路由器要通過(guò)連接實(shí)現(xiàn)通信,往往需要穿過(guò)ATM網(wǎng);對(duì)IP來(lái)說(shuō),ATM網(wǎng)(底層網(wǎng))是不透明的模糊的網(wǎng)絡(luò)云,因?yàn)锳TM僅能為I網(wǎng)中的每對(duì)路由器進(jìn)行通信提供VC連接的支持,而IP不能識(shí)別ATM的拓樸。所以在多層網(wǎng)絡(luò)中要實(shí)行端對(duì)端的通信,IP網(wǎng)與ATM網(wǎng)將各自建立自己的路由,要穿過(guò)IP網(wǎng)與ATM網(wǎng)的全程路由難以達(dá)到整體優(yōu)化。 在IP/ATM多層網(wǎng)絡(luò)中,即使在其中的IP網(wǎng)中,在起始階段,一些需要建立通信關(guān)系的路由器相互之間也不可能彼此識(shí)別,需要多次穿過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)云,才能相互交換、學(xué)習(xí)路由信息,從而達(dá)到使IP能識(shí)別、掌握IP網(wǎng)內(nèi)部拓樸結(jié)構(gòu)的目的。 對(duì)于兩種有

49、代表性的標(biāo)記交換方案,Ipsilon發(fā)布的IP交換(IP Switching),IP交接機(jī)由IP交換控制器(IPC,IP Switch Controller)和ATM(硬件,VPI/VCI)組合而成,進(jìn)行標(biāo)記(Labl)交換;CISCO發(fā)布并提交Internet工程工作組(LETF,Internet Engineering Task Force)擬作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的是標(biāo)簽交換(Tag Switching),標(biāo)簽交換機(jī)可以是ATM也可以是路由器。 對(duì)IP交換方案來(lái)說(shuō),由于配置在ATM上的IPC類似路由器,因此當(dāng)IP網(wǎng)中兩個(gè)路由器穿越ATM網(wǎng)(嚴(yán)格說(shuō)是IP Switch網(wǎng))實(shí)行通信時(shí)(利用ATM網(wǎng)中

50、的潛默電路或缺省電路default VC), 因與ATM網(wǎng)中的IPC相連,加上標(biāo)記(Label)的捆綁,在IP網(wǎng)中的路由器有可能識(shí)別、掌握多層 網(wǎng)絡(luò)(IP網(wǎng)+ATM網(wǎng),或IP網(wǎng)+IP Switch網(wǎng))全網(wǎng)的拓樸,這樣,標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議(如開放式最短路徑協(xié)議OSPF)也能貫穿全網(wǎng)。 對(duì)于標(biāo)簽交換方案來(lái)說(shuō),如以路由器作為標(biāo)簽交換機(jī),同樣能使IP識(shí)別、掌握全網(wǎng)拓樸能使標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議貫穿全網(wǎng);如以ATM作為標(biāo)簽交換機(jī),由于采用標(biāo)簽(Tag)交換,通過(guò)標(biāo)簽將IP網(wǎng)中路由器上的路由表或轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)(FIB)與ATM網(wǎng)中ATM上的標(biāo)簽信息庫(kù)(TIB),以及在V傳送途中數(shù)據(jù)包標(biāo)頭的標(biāo)簽字段聯(lián)系起來(lái)(也叫標(biāo)簽聯(lián)編

51、或捆綁),這時(shí)就是將IP網(wǎng)第3層與TM網(wǎng)第2層捆綁起來(lái),使IP能識(shí)別、掌握全網(wǎng)拓樸。從而,標(biāo)簽將IP網(wǎng)與ATM網(wǎng)的路由統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議(如OSPF)上,或者說(shuō),這個(gè)路由協(xié)議可以貫穿全網(wǎng)。 資源預(yù)定和業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)保證 在IP網(wǎng),資源預(yù)定由RSVP向IP網(wǎng)提出申請(qǐng)。RSVP是IP的開發(fā)界面。應(yīng)該指出,RSVP是對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出請(qǐng)求,不是實(shí)現(xiàn)資源分配或優(yōu)化的方式。 在IP網(wǎng)以及IP/ATM多層網(wǎng)絡(luò)中,路由器首先獲知RSVP的申請(qǐng),理解其請(qǐng)求,并負(fù)責(zé)實(shí)施資源分配,但路由器能做到的只是:①選擇路由;②對(duì)進(jìn)來(lái)的信息進(jìn)行分類;③對(duì)進(jìn)出的信息進(jìn)行排隊(duì),這樣實(shí)施的資源分配是很不充分的,所以說(shuō)路由器

52、對(duì)此只能盡力而為。隨后路由器向所有具有不同帶寬的鏈路提出請(qǐng)求,這種請(qǐng)求一般稱為軟請(qǐng)求。在IP/ATM多層網(wǎng)絡(luò)中,只有AT才能滿足其要求,完成資源分配和優(yōu)化。 真正徹底滿足資源請(qǐng)求,對(duì)業(yè)務(wù)劃分等級(jí)并提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的,需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)第2層(ATM)的實(shí)施才能獲得徹底解決。網(wǎng)絡(luò)第3層與第2層地址的映射關(guān)系捆綁的概念不是新的。如在以太網(wǎng)中,地址解釋協(xié)議(ARP,Address Resolution Protoo l)就把以太網(wǎng)地址與IP地址捆綁起來(lái)。標(biāo)簽交換(Tag Switching)是第2層交換與第3層路由的結(jié)合,對(duì)于這種集成技術(shù),捆綁的概念特別重要。 標(biāo)簽交換是在網(wǎng)絡(luò)拓樸的基礎(chǔ)上解決

53、網(wǎng)絡(luò)端口與端口之間的通信問(wèn)題,標(biāo)簽分布協(xié)議(DP,Tag Distribution Protocol)把第3層子網(wǎng)地址(IP)與第2層標(biāo)簽(地址)捆綁起來(lái),其映射對(duì)應(yīng)關(guān)系事先在FIB、TIB表中已確定。 IP交換網(wǎng)是基于流而非基于拓樸的。一個(gè)流是從一個(gè)具體的源送到一個(gè)具體目的地的一系列相同的包。必須指出,在IP交換中占多數(shù)的主要的流是通過(guò)轉(zhuǎn)移到ATM新配置的虛電路VCI/VPI-Specific VC)上直接傳輸(Cutthrough)的,而不是通過(guò)上述潛默虛電路由IPC進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的。流在非連接網(wǎng)絡(luò)中完成一個(gè)在面向連接的網(wǎng)絡(luò)中扮演連接角色的類似功能。但一個(gè)流占用一條VC。 有兩種流的形式:

54、 ·"主機(jī)對(duì)"(Host-pair)流的形式,即在相同源和目的地IP地址兩者之間進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā) ·"端口對(duì)"(Port-pair)流的形式,即在相同源和目的地IP地址上,相同源和目的地的TP 或UDP端口兩者之間進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)。 此處的端口并非指網(wǎng)絡(luò)端口,而是指機(jī)器應(yīng)用層分類接口。Ipsilon專用流量管理協(xié)議I FMP,Ipsilon Flow Management Protocol)把第3層主機(jī)地址IP,甚至第4層(以上)應(yīng)用分類接 口(如Socket號(hào)、Port號(hào)、TCP號(hào)等)與第2層的標(biāo)記(表征地址)捆綁起來(lái)。 4.1.3. 路由與交換的優(yōu)化結(jié)合 IP Over ATM的各種

55、解決方案都是圍繞著路由與交換的結(jié)合這個(gè)核心來(lái)展開的。結(jié)合好壞的程度反映了各種解決方案的優(yōu)劣。這里有一個(gè)結(jié)合的"度"的問(wèn)題。 Ipsilon發(fā)布的IP交換方案中,其IP交換機(jī)是由ATM與IPC組成的。IP交換方案完全移走在ATM適配器AAL-5上控制過(guò)程處理器中的固有軟件,即移走信令、各種路由協(xié)議、局域網(wǎng)仿真服務(wù)器或地址解釋服務(wù)器,代之以在IPC中裝入的一個(gè)簡(jiǎn)單的底層控制協(xié)議——通用交換管理協(xié)議(GSMP,General Switch Management Protocol),供IPC訪問(wèn)ATM硬件。這樣,軟件均集中在IPC上,ATM成為專司快速交換的硬件,ATM的一些固有的其他優(yōu)秀功能就無(wú)從

56、發(fā)揮,通俗地講,"ATM成為一個(gè)搬運(yùn)工,IPC成為指揮一切的大腦",這里就有一個(gè)結(jié)合的"度"的問(wèn)題。一些AM制造商在引進(jìn)Ipsilon技術(shù)的同時(shí)做了一些改進(jìn),增加了ATM某些固有功能,保留其某些固有優(yōu)點(diǎn)。ATM標(biāo)記交換與無(wú)標(biāo)記交換的結(jié)合,并同時(shí)在同一網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行,也有一個(gè)掌握"度"的問(wèn)題。 我們關(guān)心的不僅是路由與交換的結(jié)合,而是其結(jié)合的優(yōu)化。后面《IP Over ATM方案比較》一文中將介紹幾種IP Over ATM的解決方案。 4.2 IP over SDH 4.2.1. IP over SDH概述 IP over SDH（即IP/PPP/HDLC over SDH）的基本設(shè)計(jì)思想

57、是以SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)作為IP業(yè)務(wù)的物理承載，將IP數(shù)據(jù)包通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）進(jìn)行封裝，然后使用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）定界組幀，再將其映射到基于字節(jié)的SDH虛容器（VC）中，最后加上相應(yīng)的SDH開銷，形成SDH-N幀，進(jìn)入SDH物理傳輸層傳送。 4.2.2. 問(wèn)題的提出 在IP over SDH方式中，IP與SDH結(jié)合是在IP路由器中通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，具體是將IP數(shù)據(jù)包直接映射至SDH幀，IP數(shù)據(jù)包經(jīng)處理后，形成STM-N標(biāo)準(zhǔn)傳送模塊，進(jìn)入SDH設(shè)備。對(duì)于SDH設(shè)備來(lái)說(shuō)，只需對(duì)IP路由器傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行透明傳輸即可，這樣，SDH設(shè)備與IP路由器銜接應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題

58、的。 整個(gè)SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)上使用多家廠商的SDH設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)IP over SDH的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)有些廠家的SDH設(shè)備與IP路由器互聯(lián)十分順利，不必進(jìn)行特殊設(shè)置；而有些廠家的SDH設(shè)備相關(guān)參數(shù)需要重新設(shè)置或調(diào)整，然后才能完成與IP路由器互聯(lián)。那么，在IP傳送網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)SDH設(shè)備與IP路由器互聯(lián)需要注意什么問(wèn)題呢？ 4.2.3. 關(guān)于SDH幀結(jié)構(gòu)中的信號(hào)標(biāo)簽 ITU-T相關(guān)建議在SDH的高階通道開銷中定義了一個(gè)C2字節(jié)，用來(lái)表示虛容器VC-3/VC-4/VC-4-XC裝載的信號(hào)類型。根據(jù)ITU-T建議，C2字節(jié)8個(gè)比特不同的編碼分別對(duì)應(yīng)不同的信號(hào)類型，如TUG結(jié)構(gòu)、PDH34M或45

59、M、PDH140M、ATM、MAN（DQDB）和FDDI等。最初，ITU-T并未對(duì)IP的信號(hào)標(biāo)簽作出定義。隨著IP的發(fā)展，ITU-T才對(duì)C2字節(jié)作了補(bǔ)充規(guī)定，定義（PPP/HDLC協(xié)議）的信號(hào)標(biāo)簽字節(jié)C2為“11001111”。 4.2.4. IPoverSDH與IpoverOptical 以lP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是當(dāng)前世界信息業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力，因而能否有效地支持JP業(yè)務(wù)已成為新技術(shù)能否有長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)壽命的標(biāo)志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，當(dāng)IP業(yè)務(wù)量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時(shí)，則有可能最終會(huì)

60、省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡(jiǎn)單統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)(IPoverOptical)。三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時(shí)期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的歷史作用。但從面向未來(lái)的視角看。IPoverOptical將是最具長(zhǎng)遠(yuǎn)生命力的技術(shù)。特別是隨著IP業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)后，這種對(duì)JP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。 結(jié)束語(yǔ) IP技術(shù)與WDM技術(shù)的結(jié)合，使IP數(shù)據(jù)流直接進(jìn)入了粒度的光通道，有利于充分綜合WDM技術(shù)大容量與IP技術(shù)統(tǒng)計(jì)復(fù)用的優(yōu)勢(shì)，真正達(dá)到IP優(yōu)化的目的。但對(duì)于長(zhǎng)期應(yīng)用，需要規(guī)范一種新的最佳的IP對(duì)光路的適配功能，即開

61、發(fā)一種全新的光線 路接口。這方面尚無(wú)統(tǒng)一意見(jiàn)，需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題包括恒定比特率和突發(fā)傳輸、適配協(xié)議和幀結(jié)構(gòu)、物理接口特性、最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、生存性策略和網(wǎng)管等?？傊?，IP over WDM適用于未來(lái)的城域網(wǎng)、高容量普通IP業(yè)務(wù)和未來(lái)大型IP骨干網(wǎng)的核心匯接。 致謝 大學(xué)生活一晃而過(guò)，回首走過(guò)的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺(jué)，感慨良多。 首先誠(chéng)摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師。他在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來(lái)審查、修改我的論文。還有教過(guò)我的所有老師們，你們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。 感

62、謝三年中陪伴在我身邊的同學(xué)、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見(jiàn)，有了他們的支持、鼓勵(lì)和幫助，我才能充實(shí)的度過(guò)了三年的學(xué)習(xí)生活。 參考文獻(xiàn) [1] 桂厚義.光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].江西通信科技,2004(1):10-13. [2] 唐自華.光纖通信的新篇章[J].中國(guó)數(shù)據(jù)通信,2004(8):5-7. [3] 彭承柱 彭明宇.下一代網(wǎng)絡(luò)及其新技術(shù)[J].廣播電視信息,2004(1):68-71. [4] 何淑貞 王曉海.光通信技術(shù)的新飛躍[J].網(wǎng)絡(luò)電信,:. [5] 趙梓森.OFC2004光纖通信大會(huì)摘要[J].技術(shù)發(fā)展,2004,(8):1～6. [6]王磊，裴麗.光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)。中國(guó)科技信息，2006，（4）：59-60 [7]王加瑩.長(zhǎng)途超大容量DWDM光通信技術(shù)及發(fā)展.光通信技術(shù)，2003，2（1）：4-8 [8]彭承柱，彭明宇.下一代網(wǎng)絡(luò)及其新技術(shù).廣播電視信息，2004，（1）：68-71 [9]劉儉輝，丁永奎，賈東方等。Tbit/s超大容量光纖通信系統(tǒng)的研究進(jìn)展.光學(xué)技術(shù)，2003，29（4）：408-410 [10]何淑貞，王曉梅.光通信技術(shù)的新飛躍.網(wǎng)絡(luò)電信，2004，（2）：36-39 21