通信实务—2.传输网
一、传输网概述
1.传输网的基本概念
1.1 传输网的定义与组成
(1)传输网的定义
传输网是用作传送通道的网络，是一般架构在业务网(公共电话交换网、基础数据网、移动通信网、IP网等)和支撑网之下用来提供信号传输和转换的网络。
(2)传输网的组成
传输网由各种传输线路和传输设备组成。
①传输线路(传输介质)：完成信号的传递，可分为有线传输线路和无线传输线路两大类。有线传输线路主要包括双绞线、同轴电缆、光纤(光缆)等，无线传输线路是指传输电磁波的自由空间。
②传输设备：完成信号的处理功能，实现信息的可靠发送、整合、收敛、转发等。不同的传输网，其传输设备类型及具体功能则有所区别。
1.2 传输网在通信网中的地位
通信网按照构成及功能划分，大体上可分为业务网、传输网和支撑网。业务网是指面向公众提供电信业务的网络，主要包括公共电话交换网(PSTN)、基础数据网(分组交换网、帧中继网、ATM 网和数字数据网)、移动通信网、IP网等。
传输网服务于网络所承载的各种业务。
支撑网是使业务网正常运行、增强网络功能、提供全网服务质量以满足用户要求的网络，包括No.7 信令网、数字同步网和电信管理网。支撑网所有的功能需要建立在一个性能优越的传输网的基础之上才能实现。传输网是整个通信网络的基础，承载各种业务网，便不同节点和不同业务网之间能够互相连接在一起，最终构成一个连通各处的网络，为语音业务、宽带数据业务以及IP多媒体业务等提供通道和多种传送方式，满足用户对各种业务的需求。没有传输网就无法构成通信网，传输网的稳定程度、质量优劣，直接影响到通信网的总体实力。
1.3 对传输网的要求
①多业务的运营必然要求传输网实现多业务的承载。
②数据业务要求传输网能够提供自动配置、动态可调带宽，提高资源利用率。
③业务发展的不确定性要求传输网能够灵活扩展。
④面对多业务、多运营商的竞争环境，要求传输网提供更高的安全保障。
只有满足上述要求，传输网才能够快速响应业务网的需求。所以，传输网必须向具有自动交换能力(指交叉连接)、支持多业务多接口、可运营管理的方向发展，向高速化、大容量、长距离、IP 化、智能化、集约化方向发展。
2.传输网的分类
2.1 按所传输的信号形式分
传输网可分为模拟传输网和数字传输网。
• 模拟传输网：网中传输的是模拟信号。
• 数字传输网：网中传输的是数字信号。
2.2 按所处的位置和作用分
传输网可分为长途(干线)传输网和本地传输网。
• 长途(干线)传输网：包括国际长途传输网、省际长途传输网、省内长途传输网。
• 本地传输网：涵盖城域传输网， 一般分为核心层、汇聚层和接入层。
2.3 按采用的传输介质分
传输网可分为有线传输网和无线传输网。
(1)有线传输网
有线传输网是利用有线传输介质传输信号的网络，包括电缆传输网、光纤(光缆)传输网、国际海缆传输网。其中，光纤传输网(简称光传输网)可提供大容量、长距离、高可靠的传输手段，是应用最广泛的有线传输网，而且在所有传输网中，光传输网种类最多、技术发展最快。目前，已建设的光传输网主要有SDH 传输网、MSTP 传输网、DWDM 传输网、OTN、ASON、分组传送网(PTN) 和IP化的无线接入网(IP RAN) 等。
(2) 无线传输网
无线传输是指信号通过自由空间信道以电磁波的形式传播。不同波段的无线电波的传播特性与传输容量是不同的，在电信传输网中，通常利用微波来实现长距离、大容量的传输。无线传输网(无线通信系统)包括微波通信系统和卫星通信系统。
①微波通信是利用微波频段( 300MHz~300GHz) 的电磁波来传输信息的通信。微波在空间沿直线视距范围传播，中继距离为50km 左右，适于地形复杂的情况下使用。
②卫星通信是在地球站之间利用人造卫星作为中继站的通信方式，是微波接力通信的一种特殊形式。它可以向地球上任何地方发送信息。
在有线传输技术不断发展的同时，无线传输技术以其灵活、方便的功能特点，广泛应用于通信网的各个领域，无线传输网是对有线传输网不可缺少的补充。
3.传输技术的发展历程及发展趋势
3.1 光传输技术的发展历程及发展趋势
(1)光传输技术的发展历程
①在通信网中利用高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的新体制，最先产生的是美国的光同步传输网(SONET)。这一概念最初由贝尔通信研究所提出， 1988 年被ITU-T 接受，并加以完善，重新命名为SDH，SDH 技术的采用使通信网的发展进入了一个崭新的阶段。20 世纪90 年代中期， SDH 成为光传输网的主力，其主要用于传输TDM 业务。
②随着IP网的发展，全球宽带业务迅速增长，为了扩大光纤通信的容量，美国AT&T实验室提出了波分复用(WDM) 技术(光波分复用系统的发起者和奠基人是中国工程院外籍院士历鼎毅先生)，使光传输技术产生了历史性变革。20世纪90 年代末，我国开始建设DWDM 传输网。
③随着IP网应用的普及，对多业务(特别是数据业务)需求的呼声越来越高，为了能够承载IP、以太网等业务，我国于2002 年提出了基于SDH 的MSTP 技术， 2005 年MSTP设备开始规模应用。MSTP 显著提升了光通信网络的多业务承载能力，光传输网进入了以回TDM业务为主、同时支持多种分组业务传送的发展阶段。
④随着全业务运营时代的到来，网络业务对传送带宽的需求剧增，迫切需要一种能提供大颗粒业务帽兰和交叉调度的新型光网络。lTU-T 于1998 年提出了基于大颗粒业务带宽进行组网、调度和传送的新型技术——OTN的概念。2008 年以后OTN标准已经完善，我国开始大规模建设。OTN 继承了SDH 和DWDM 技术的主要优势，采用大带宽颗粒调度，具有丰富的开销，提供类似SDH 的OAM 能力和更多的新型功能，满足目前及今后高带宽、高质量业务传送等需求，是传送网的主流可选技术。
⑤伴随着一网络智能化需求的日益增加，传输技术也在从以往静态配置和应用的基础上逐步向动态发展， ITU-T 在2000 年3 月正式提出了ASON 的概念。ASON 在光传送网络中引入了智能的控制平面，是光通信技术发展史上的又一次重大突破。从2005 年开始，基于SDH 的ASON 技术逐渐在我国干线传送网和城域传送核心层得到一定规模的应用， 2010年基于OTN的ASON 逐渐兴起，极大地提升了光通信网络组网的智能性、可靠性和灵活性。
⑥随着移动互联网技术与应用的不断发展，通信业务加速IP化、宽带化、综合化， PTN和IPRAN 技术应运而生。PTN/IP RAN 凭借丰富的业务承载能力、强大的带宽扩展能力、完备的服务质量保障能力，成为本地传输网的一种选择。中国三大通信运营商分别采用分组传送技术构建本地传输网，以满足移动网络基站的分组数据业务及集团客户业务等的承载需求。中国移动选择PTN技术，而中国电信选择IPRAN技术，中国联通则大规模建设IPRAN ，同时部分引入PTN 。
• PTN：我国从2005 年开始启动研究PTN 技术，中国移动和中国联通于2010 年以后规模建设PTN，PTN是针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计的，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的"柔性"传输管道，同时秉承了光传输网络的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、可扩展、较高的安全性等。PTN 侧重二层业务，整个网络构成若干庞大、综合的二层数据传输通道，升级后可支持完整的三层功能。
• IP RAN：早在2000 年初，诺基亚公司就提出了IP RAN 的概念，但由于当时3G 标准尚未成熟，移动数据业务还不十分普及，所以IPRAN 一直停留在概念阶段。随着3G 网络向LTE 的演进，移动网络全IP的发展趋势日益凸显，中国电信和中国联通于2013 年开始规模建设IP RAN。与PTN相比， IP RAN 更侧重于三层路由功能，整个网络是一个由路由器构成的基于IP数据报的三层转发体系。IPRAN 采用IP/MPLS，支持动态路由，具有很好的开放性，能够更有效地实现多业务承载(既可提供二层VPN 业务，也可提供三层VPN 业务)，而且可快速、灵活地调整业务路由，降低网络配置的复杂度。
(2) 光传输技术的发展趋势
未来光传输技术的发展不仅需要提升传输容量、增加传输距离，而且更需要满足业务的动态特性、资源利用率和网络架构等多方面的需求，其新的发展方向主要如下：
①频谱灵活的光网络技术
灵活栅格技术在光网络中的应用，可使得基于密集波分复用的光网络不再拘泥于传统的50GHz波长间隔等，未来的光网络将是频谱灵活的光网络，能实现光频谱资源的按需灵活分配。
②软件定义光网络
软件定义网络(SDN) 的架构基础是控制平面和数据平面分离，通过一个外部软件控制器对网络集中控制，该控制器能够通过标准的接口与底层网络通信。SDN 技术还能够通过开放的应用程序编程接口(API)向各种业务应用提供软件定义的网络服务，很好地适应了未来业务灵活、开放、可编程的需求。随着光网络容量的快速提升，光网络的未来发展将不再仅局限于传输容量的拓展，而更趋向于提供灵活、高效和按需分配的底层传输平台。在光传输网中引入 SDN 技术，可较为显著地提升资源的利用率和业务提供能力。
③全光网络技术
未来的高速传输网将是全光网络。全光网络是以光节点代替电节点，节点之间也是全光 化，即信息始终以光的形式进行传输与处理。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性 以及可靠性，并且能够提供巨大的带宽，网络结构简单，组网非常灵活。
3.2 卫星通信技术的发展历程及发展趋势
(1)卫星通信技术的发展历程
卫星通信的构想是英国科学家阿瑟·克拉克提出的。 20 世纪 60 年代，由美国率先完成 卫星通信早期的试验，成功发射了第一代 "国际通信卫星飞其承载一般通信和商务通信业 务。后来由苏联发射的通信卫星，可以提供传真、电视、广播和电话通信业务。
20 世纪 70 年代，卫星通信开始应用于一些国家内部的通信领域，并研发了海事卫星通信系统。
20 世纪 80 年代，甚小天线地球站卫星通信系统的问世，象征着卫星通信进入了极速飞跃阶段。
20 世纪 90 年代，中、低轨道移动卫星通信进一步推进了卫星信息化发展的脚步。
到了 21 世纪，卫星通信在理论研究和再应用领域均取得了显著的成果(如 GPS 的出现)。
(2) 我国卫星通信技术的应用情况
我国对于通信卫星的研究与使用始于 20 世纪 70 年代。 1972 年，我国租用了国际第四代卫星 (IS-IV)，引进国外设各， 在北京和上海建立了 4 座大型地球站，首次开展了商业性的国际卫星通信业务。 1984 年4 月，我国成功发射了第一颗试验通信卫星 "STW-1 "; 1986 年，发射第二颗试验通信卫星 "STW-2"; 1988 年 3 月和 7 月，又相继发射了"东二甲"和"东二甲-2"两颗实用通信 卫星 1990 年 2 月，发射了第 5 颗卫星；同年春，又将"亚洲一号"卫星送入了预定轨道 1997 年 5 月，我国成功发射了第二代通信卫星"东方红三号"卫星，用于电视、电话等传输业务。
进入 21 世纪以来，我国卫星通信技术取得了较大的进步，具体体现在以下几个方面：
①空间段的建立初具规模， 保证了卫星固定通信业务的资源稳定性，目前我国可利用的卫星资源众多。
②满足各种业务要求的卫星通信网基本建成，可以对地面通信网起到完美的补充作用， 而且能提供通信的应急备份。
③大规模功能齐全的卫星电视广播传输网己经建成，使我国广播电视覆盖率大大增加。
④在卫星通信应用市场上取得了快速的进步。我国卫星通信的应用主要包括应急通信应 用、卫星电视广播应用、卫星宽带通信应用、传统的卫星固定通信应用及卫星移动通信应用。
(3)卫星通信技术的发展趋势
在目前的通信卫星中，己采用许多代表当今世界通信卫星的先进技术，如高能太阳电池 和蓄电池、大天线和多点波束、卫星星载处理器以及射频功率动态按需分配等技术，这些技术的进步，对卫星通信的发展产生了深刻的影响。卫星通信技术的发展趋势主要如下：
①通信卫星向大、小两极发展现代卫星通信技术的发展趋势之一就是卫星星体本身正在向大型化和微型化两个方向发 展。大型化指的是将通信卫星的体积建造得比以前更大，这样能够提高卫星的灵敏度和处理能力。而微型化指的是利用多颗小型的通信卫星共同组成卫星通信网络，以此来代替过去的 单颗大型通信卫星，既可以使卫星的发射更加方便，同时也可以有效地降低成本。
②卫星通信向卫星移动通信方向演进 卫星移动通信指的是利用通信卫星实现移动用户与固定用户或移动用户与移动用户之间 通信的一种技术。卫星移动通信依靠卫星通信的特点，在移动载体上集成了卫星通信系统或者卫星通信终端，从而实现载体在移动中的不间断通信。 相对于地面移动通信系统，卫星移动通信具有覆盖范围广、通信费用与距离无关、不受 地理条件限制等优点，能够实现对海洋、山区和高原等地区近乎无缝的覆盖，可满足各类用户对移动通信覆盖性的需求。
③卫星通信与互联网技术相结合卫星通信与互联网技术相结合产生了卫星互联网技术。将通信卫星作为互联网中进行数 据上下交换的链路，能够使地面用户随时随地进行互联网的连接。
④卫星通信宽带化随着卫星通信技术的不断发展，用户数量逐渐增加，为了满足用户对带宽的需求， 卫星通信技术已向 Ka，Q 等波段发展， 一些国家的卫星系统已拓展至 EHF 频段。这样能够有效地提高频段的容量，缓解频谱拥挤的状况。
⑤卫星光通信卫星光通信就是用激光进行卫星间通信，使其通信容量大为增加，而卫星通信设备的体 积和重量却大大减小，同时也增加了卫星通信的保密性。
二、SDH传输网
1.SDH 的基本概念
1.1 SDH 传输网的概念
SDH 传输网由一些 SDH 的基本网络单元 (NE) 组成，是在光纤上进行同 步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。 SDH 传输网的概念中包含以下几个要点 ：
① SDH 网有全世界统一的网络节点接口 (NNI)，从而简 化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接等过程。
② SDH 网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传递模块，并具有一种块状帧结构， 允许安排丰富的开销比特用于网络的运行、管理和维护(OAM)。
③ SDH 网有一套特殊的复用映射结构，允许现存准同步数字体系(PDH)、同步数字体系和 B-ISDN 的信号都能纳入其帧结构中传输，即具有兼容性和广泛的适应性。
④ SDH 网大量采用软件进行网络配置和控制，增加新功能和新特性非常方便，适合将来不断发展的需要。
⑤ SDH 将标准的光接口综合进各种不同的网络单元，使光接口成为开放型的接口，可以在光路上实现横向兼容，各厂商产品都可在光路上互通。
⑥ SDH 网的基本网络单元(简称网元)终端复用器 (TM)、分插复用器 (ADM)、再生中继器 (REG) 和数字交叉连接(DXC) 设备等。
1.2 SDH 的优缺点
(1)SDH 的优点
①有全世界统一的数字信号速率和帧结构标准。 SDH 把两大准同步数字体系在 STM-l 等级上获得统一，第一次实现了数字传输体制上的世界性标准。
②采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，净负荷与网络是同步的。
③ SDH 帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使得网络的 OAM 能力大大加强。
④ SDH 网具有标准的光接口。
⑤ SDH 与现有的 PDH 网络完全兼容。 SDH 可兼容 PDH 的各种速率，同时还能方便地 容纳各种新业务信号。
⑥ SDH 以字节为单位复用，其信号结构的设计考虑了网络传输和交换的最佳性。
(2) SDH 的缺点
①频带利用率不如传统的 PDH 系统。
②大规模使用软件控制和将业务量集中在少数几个高速链路和交叉节点上，这些关键部位如果出现问题，可能导致网络的重大故障，甚至造成全网瘫痪。
1.3 SDH 的速率体系
SDH 最基本的模块信号(即同步传递模块)是 STM-L 其速率为 155.520Mbit/s。更高等级的 STM-N信号是将基本模块信号 STM-l 同步复用、按字节问插的结果(这是产生 STM-N 信号的方法之一)。其中 N 是正整数，目前国际标准化 N 的取值是 1、 4、 16、 64、 256。
2.SDH 的基本网络单元
2.1 终端复用器
TM 位于 SDH 传输网的终端 (网络末端)， 主要任务是将低速支路信号纳入 STM-N帧结 构，并经电/光转换成为 STM-N光线路信号，其逆过程正好相反。 TM 的具体功能如下：
①在发送端能将各 PDH 支路信号等复用进 STM-N帧结构，在接收端进行分接。
②在发送端将若干个 STM-N信号复用为一个 STM-M (M>N) 信号(如将 4 个 STM-l 复用成一个 STM-4)，在接收端将一个 STM-M信号分成若干个 STM-N (M>N) 信号。
③ TM 还具备电/光(光/电)转换功能。
2.2 分插复用器
ADM 位于 SDH 传输网的沿途，它将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵 活地分插任意支路信号的能力。 ADM 的具体功能如下：
①具有支路一群路(即上/下支路)能力。 ADM 上下的支路，既可以是 PDH 支路信号， 也可以是较低等级的 STM-N信号。 ADM 同 TM 一样也具有光/电(电/光)转换功能。
②具有群路一群路(即直通)的连接能力。
③具有数字交叉连接功能，即将 DXC 功能融于 ADM 中。
2.3 再生中继器
REG 的作用是将光纤长距离传输后受到较大衰减及色散畸变的光脉冲信号转换成电信 号后进行放大整形、再定时，再生为规划的电脉冲信号，再调制光源变换为光脉冲信号送入光纤继续传输，以延长传输距离。
2.4 数字交叉连接设备
DXC设备的作用是实现支路之间的交叉连接。 SDH 网络中的 DXC 设备也称为同步数字 交叉连接 (SDXC) 设备。它是一种具有一个或多个 PDH 或 SDH 信号端口并至少可以对任何端口速率(和/或其子速率信号)与其他端口速率(和/或其子速率信号)进行可控连接和再连接的设备。
从功能上看， SDXC 设备是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管的多功能传输 设备，可以为网络提供迅速有效的连接和网络保护/恢复功能，并能经济有效地提供各种业务。
• 通道 ：TM 之间称为通道。
• 复用段 ：TM 与 ADM (或 DXC 设备)之间称为复用段，两个 ADMlDXC 设备之间也称为复用段。
• 再生段 ;REG 与 TM 之间、 REG 与 ADM/DXC 设备之间、 两个 REG 之间均称为再 生段。
3.SDH 的帧结构
SDH 的帧结构必须适应同步数字复用、交叉连接等功能，同时也希望支路信号在一帧中均匀分布、有规律，以便接入和取出。 ITU-T 最终采纳了一种以字节为单位的矩形块状(或科页状)帧结构。
STM-N 帧由 270xN列 9 行组成，帧长度为 270xNx9B 或 270xNx9x8bit，帧周期为 125μs (即一帧的时间)。 对于 STM-I 而言，帧长度为 270x9=2430B ，相当于19440bit，帧周期为125μs ，由此可算出其比特速率为 270x9x8/(125xI0-6) =155.520Mbit/s, 这种块状(页状)的帧结构中各字节的传输是从左到右、由上而下按行进行的，即从第 1行最左边的字节开始，从左向右传完第1行，再依次传第2,第 3 行等，直至整个 9x270xN 字节都传送完再转入下一帧，如此一帧一帧地传送，每秒共传 8000 帧。
(1)段开销区域
段开销 (SOH) 是指 STM-N帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必需的附加字节，即供网络 OAM 使用的字节。 SOH 区域用于传送 OAM 字节，帧结构的左边 9xN列 8 行(除去第 4 行) 分配给 SOH 用。 SOH 可以进一步划分为再生段开销 (RSOH，占第 1~3 行)和复用段开销 (MSOH，占 第 5~9 行)。
(2) 净负荷区域
净负荷 (Payload) 区域是帧结构中存放各种信息负载的地方(其中信息净负荷第一字节 在此区域中的位置不固定)。横向第 10xN~270xN列、纵向第1行到第 9 行的 2349xN 字节都属此区域。其中含有少量的通道开销 (POH) 字节，用于监视、管理 和控制通道性能，其余负载业务信息。
(3)管理单元指针区域
管理单元指针 (AU PTR) 用来指示信息净负荷的第一个字节在 STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能正确地分解。第 4 行左边的 9xN列分配给管理单元指针用。
4.SDH 的复用映射结构
ITU-T G.709 建议的 SDH 的一般复用映射结构(简称复用结构)是由一些基本复用单元组成的、有若干中间复用步骤的复用结构。具体地说， SDH 复用结构规定将 PDH 支路信号纳入(复用进) STM-N帧的过程。 在G.709 建议的复用映射结构中，从一个有效负荷到 STM-N帧的复用路线不是唯一的， 对于一个国家或地区则必须使复用路线唯一化。
4.1 我国的 SDH 复用映射结构
我国的光同步传输网技术体制规定以 2Mbit/s 为基础的 PDH 系列作为 SDH 的有效负荷并选用 AU-4 复用路线。 SDH 的复用映射结构中的基本复用单元包括容器( C) 、虚容器(VC)、支路单元 (TU)、支路单元组 (TUG)、 管理单元 (AU) 和管理单元组 (AUG)。
①将标称速率为 139.264Mbitls 的支路信号(实际上各文路信号的速率可能有些偏差)装进容器 C-4 中进行速率调整， C-4 有 9 行 260 列， C-4 加上 9 个字节的高阶 POH 后，便构成了虚容器 VC-4，以上过程称为映射。
② VC-4加上管理单元指针 AU-4 PTR (占 9 个字节)构成了管理单元 AU-4。 VC-4 首字节在 AU-4 中的位置不固定，管理单元指针 AU-4PTR 用于指示和确定 VC-4的起点在 AU-4 净负荷中的位置，这个过程称为定位。
③单个 AU-4 直接置入管理单元组 AUG，再由 N 个 AUG 进行字节间插，并加上段开销 (RSOH 和 MSOH)便构成了 STM-N 信号，以上过程称为复用。
4.2 支路信号复用进 STM-N侦的步骤
各种业务信号纳入(复用进) STM-N帧的过程都要经历映射、定位(需要指 针调整)和复用 3 个步骤。
• 映射是使各支路信号运配进虚容器的过程。即各种速率的 PDH 信号先分别装入相应的容器 C 进行速率调整，之后再加上低阶或高阶 POH 形成虚容器 VC。
• 定位是以附加于 VC 上的支路单元指针 (TU PTR) 指示和确定低阶 VC 的起点在 TU净负荷中的位置；或以附加于 VC 上的 AU PTR 指 示和确定高阶 VC 的起点在 AU 净负荷中的位置。
• 复用是以字节交错间插的方式把 TU 组织进高阶 VC 或把 AU 组织进 STM-N帧的过程。
5.SDH 传输网的拓扑结构
(1)线形拓扑结构
将通信网络中的所有节点一一串联，而使首尾两点开放， 便形成了线形拓扑结构(也称为链形拓扑结构)，在线形拓扑结构的两端节点上配备 TM，而在中间节点上配各 ADM，为了延长距离，节点间可以加REG。 这种网络结构简单次性投资小，容量大，具有良好的经济效益，因此很多地区采用此种结构建设 SDH 传输网。
(2)星形拓扑结构
星形拓扑结构是通信网络中某一特殊节点(即枢纽节点〕与其他各节点直接相连，而其他各节点间不能直接连接。 在这种拓扑结构中，特殊节点之外的其他节点都必须通过此枢纽节点才能进行通信，特殊节点为经过的信息流进行路由选择并完成连接功能。 一般在特殊节点配置 DXC 设备以提供多方向的连接，而在其他节点上配置 TM。 星形拓扑结构的优点是利于分配带宽，节约投资和运营成本。但在枢纽节点上业务过分集中，存在着枢纽节点的安全保障问题和潜在瓶颈问题，系统的可靠性不高。因此星形拓扑结构仅在初期的 SDH 传输网建设中采用，目前多使用在业务集中的接入网中。
(3)树形拓扑结构
树形拓扑结构可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合，即将通信网络的末端节点连接到几个特殊节点。通常在这种网络结构中，连接 3 个以上方向的节点应配置 DXC 设备，其他节点可配置 TM 或 ADM。树形拓扑结构可用于广播式业务，但它不利于提供双向通信业务，同时还存在瓶颈问题和光功率限制问题。这种网络结构一般在长途网中使用。
(4)环形拓扑结构
环形拓扑结构实际上就是将线形拓扑的首尾节点之间再相互连接，构成一个封闭环路的网络结构。 一般在环形拓扑结构的各节点上配置 ADM，也可以选用 DXC 设备。但 DXC 设备成本 较高，故通常使用在线路交汇处。 环形拓扑结构的一次性投资要比线形拓扑结构大，但其结构简单，而且在系统出现故障 时，具有自愈功能，生存性强，因而环形拓扑结构在实际中得到了广泛应用。
(5)网孔形及网状网拓扑结构
当涉及通信的许多节点直接互相连接时就形成了网孔形拓扑结构， 若所有的节点都彼此连接则称为理想的网孔形拓扑(即网状网)。 网孔形及网状网拓扑结构的节点配置为 DXC 设备，可为任意两节点间提供两条以上的 路由。这样，一旦网络出现某种故障，则可通过 DXC 设备的交叉连接功能，对受故障影响的业务进行迂回处理，以保证通信的正常进行。 由此可见，网孔形及网状网拓扑结构的可靠性高，但由于目前 DXC 设备价格昂贵，如果网络中采用此设各进行高度互连，还会使光缆线路的投资成本增大，因而这种网络结构一 般在业务量大且密度相对集中时采用。 综上所述，几种拓扑结构各有其优缺点。在具体选择时，应综合考虑网络的生存性、网络配置的容易性，网络结构是否适于新业务的引进等多种实际因素和具体情况。 一般来说， 省际长途传输网适于采用网孔形或网状网;省内长途传输网采用网孔形或网状网结构，也可以采用环形网结构，本地传输网的网络结构则以环形为主，辅之以网孔形和链形。
6.SDH 传输网的网络保护
6.1 线路保护倒换
(1)1+1保护方式
1+1 保护方式采用并发优收，即主用光纤(工作段)和备用光纤(保护段)在发送端永久地连在一起(桥接)，信号同时发往主用光纤和各用光纤，在接收端择优选择接收性能良好的信号(一般接收主用光纤信号)；当主用光纤出故障时，再改为接收备用光纤的信号。
(2) 1 : n 保护方式
1 : n 保护方式是 1根备用光纤(保护段)由 n 根主用光纤(工作段)共用，正常情况下，信号只发往工作段，保护段空闲，当其中任意一个工作段出现故障时，信号均可倒换至保护段(一般 n 的取值范围为 1~ 14)。 1 : 1 保护方式是 1 : n 保护方式的一个特例。 1根主用光纤(工作段)配备 1根备用光纤 (保护段)，正常情况下，信号只发往主用光纤，备用光纤空闲;当主用光纤出现故障时，信号可倒换至备用光纤。
6.2 环形网保护
(1) SDH 自愈环的分类
自愈环的分类方法(也称为结构种类)有以下 3 种
①按环中每个节点插入支路的信号在环中流动的方向来分，可以将自愈环分为单向环和双向环。 单向环是指所有业务信号按同一方向在环中传输；双向环是指入环的支路信号按一 个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。
②按保护倒换的层次来分， 可以将自愈环分为通道保护环和复用段保护环。前者业务量 的保护是以通道为基础的，它是利用通道告警指示信号 (AIS ) 决定是否应进行倒换; 后者业务量的保护是以复用段为基础的， 当复用段出故障时， 复用段的业 务信号都转向保护环。
③按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分，可以将自愈环分为二纤环和四纤环。
综合考虑， SDH 自愈环分为 5 种。二纤单向通道保护环、二纤双向通道保护环、 二纤单向复用段保护环、二纤双向复用段保护环和囚纤双向复用段保护环。
(2) 几种典型的自愈环
①二纤单向通道保护环
二纤单向通道保护环由两根光纤实现， 其中一根用于传输业务信号，称为 S1光纤(主用光纤)，另一根用于保护，称为 P1光纤(备用光纤)。它采用 1十1保护方式，即利用 S1光纤 和 P1光纤同时携带业务信号并分别沿两个方向传输，但接收端只择优选择其中的一路信号。
例如，节点 A 至节点 C 进行通信 (AC)，将业务信号同时馈入 Sl 光纤和 P1 光纤， SI 光纤沿顺时针将信号传送到节点 C，而 Pl 光纤则沿逆时针将信号也传送到节点 C。接收端分 路节点 C 同时收到两个方向来的支路信号，按照分路通道信号的优劣决定选哪一路作为分路 信号。正常情况下，以 S1光纤送来的信号为主信号，因此节点 C 接收来自 S1光纤的信号。 节点 C 至节点 A 的通信 (CA) 同理。 当 BC 节点间光缆被切断时，两根光纤同时被切断，在节点 C，由于 S1光纤传输的信号 AC 丢失，则按通道选优准则，倒换开关由 S1光纤 转至 P1光纤，改为接收 P1光纤的信号，使通信得以维持。 一旦排除故障，开关再返回原来位置，而节点 C 至节点 A 的信号 (CA) 仍经主用光纤到达，不受影响。
② 二纤双向复用段保护环
二纤双向复用段保护环是在四纤双向复用段保护环的基础上改进得来的。节点 A 至节点 C 的主用光纤 S1是顺时针传输业务信号，备用光纤 P1是逆时针传输信号；节点 C 至节点 A 的主用光纤但是逆时针传输业务信号，备用光纤 P2 是顶时针传输信号。
二纤双向复用段保护环采用了时隙交换 (TSD 技术，使 S1光纤和 P2 光纤上的信号都置于一根光纤)称为 S1/P2 光纤上，利用 S1/P2 光纤的一半时隙(如时隙 I 到时隙 M) 传输 S1光纤的业务信号，另一半时隙(时隙 M+1 到时隙 N， 其中 M≤N/2) 传输 P2 光纤的保护信号。同样，S2光纤和P1光纤上的信号也利用时隙交换技术置于一根光纤(称 S2/P1 光纤〕上。由此，因纤环可以简化为二纤环。
二纤双向复用段保护环采用 1 : 1 保护方式，所有节点在支路信号分插功能前的每一个高 速线路上都有一个保护倒换开关。
正常情况下，节点 A 至节点 C 的通信 (AC)；在节点 A，将业务信号发往主用光纤 SI (即占用 S1/P2 光纤的业务时隙) ，备用光纤 P1 空闲。业务信号 AC 占用 SI1沿顺时针方向经 过节点 B 到达节点 C，落地分路(接收)。节点 C 至节点 A 的通信 CCA): 在节点 C，将业 务信号发往主用光纤 S2 C 即占用 S21P1 光纤的业务时隙)，备用光纤 P2 空闲。业务信号 CA 占用 S2 沿逆时针方向经过节点 B 到达节点 A，落地分路(接收)。
当 B、 C 节点间的光缆被切断时，与切断点相邻的节点 B 和节点 C 遵循 APS 协议执行环 回功能，利用倒换开关将 S1/P2 光纤与 S2/P1 光纤连通。
节点 A 至节点 C 的通信 (AC): 在节点 A，将业务信号发往主用光纤(业务光纤) S1,即占用 S1/P2 光纤的业务时隙，沿顺时针方向到达节点 B: 在节点 B，利用倒换开关将业务 信号倒换到备用光纤 P1，即占用 S2/P1 光纤的保护时隙，沿逆时针方向经过节点 A、 D到达 节点 C：在节点 C，利用倒换开关将业务信号倒换到主用光纤 S1，即 占用 S1/P2 光纤的业务 时隙，达到正确接收的目的。
节点 C 至节点 A 的通信 (CA): 在节点 C，将业务信号发往主用光纤(业务光纤) S2, 即占用 S2/P1 光纤的业务时隙，然后利用倒换开关将业务信号倒换到备用光纤(保护光纤) P2，即占用 S1/P2 光纤的保护时隙，沿顺时针方向经过节点 D 和 A 到达节点 B; 在节点 B， 利用倒换开关将业务信号倒换到主用光纤 S2，即占用 S2/P1 光纤的业务时隙，沿逆时针方向到达节点 A，被节点 A 正确接收。 当故障排除后，倒换开关将返回到原来的位置。
6.3 子网连接保护
子网连接保护 (SNCP) 的倒换机理类似于通道倒换， SNCP 采用"并发选收" 的保护倒换规则，业务在工作子网和保护 子网连接上同时传送。当工作子网连接失效或性能劣化到某一规定的水平时，子网 连接的接收端依据优选准则选择保护子网连接上的信号。倒换时一般采取单向倒换 方式，因而不需要 APS 协议。
SNCP 具有以下特点：
(1) SNCP 可适用于各种网络拓扑，倒换速度快。
(2) SNCP 在配置方面具有很大的灵活性，特别适用于不断变化、对未来传输需求不能 预测、根据需要可以灵活增加连接的网络。
(3) SNCP 能支持不同厂商的设各混合组网。
(4) SNCP 需要判断整个工作通道的故障与否，对设备的性能要求很高。
7.SDH 传输网的应用
7.1 SDH 传输网在电话网及 ATM 网中的应用
早期电话网交换机之间的传输手段采用的是 PDH 系统。由于 SDH 的优势，从 20 世纪 90 年代中期开始，许多城市(地区)电话网交换机之间的传输网基本上都采用 SDH 传输网， 这是 SDH 传输网最早、最广泛的应用。 另外， ATM 网交换机之间信元的主要传输方式之一是基于 SDH，即将 ATM 信元映射进SDH 帧结构中，利用 SDH 网进行传输。
7.2 SDH 技术在光纤接入网中的应用
光纤接入网根据传输设施中是否采用有源器件，分为有源光网络 (AON) 和无源光网络 (PON)。有源光网络的传输设施中 采用有源器件，它属于点到多点光通信系统，通常用于电信接入网，其传输体制有 PDH 和 SDH. 目前一般采用 SDH. 网络结构通常为环形。
7.3 SDH 传输网在宽带IP网络中的应用
宽带 IP 网络路由器之间传输 IP 数据报的方式称为骨干传输技术，目前常用的有 IP over SDH/MSTP, IP over DWDM/OTN 等。其中，IP over SDH 主要应用于宽带 IP 城域网的接入 层和汇聚层。 IP over SDH 是IP技术与 SDH 技术的结合，在 IP 网路由器之间采用 SDH 网传输 IP 数据报。具体地说. IP over SDH 是将IP数据报通过点到点协议 (ppp) 映射到 SDH 帧结构中，然后在 SDH 网中传输。 SDH 网为 IP 数据报提供点到点的链路连接， 而 IP 数据报的寻址由路由器来完成。
三、MSTP传输网
1.MSTP 的基本概念
1.1 MSTP 的概念
MSTP 是指基于 SDH. 同时实现 TDM、 ATM、以太网等业务接入、处理和传送，提供 统一网管的多业务传送平台。它将 SDH 的高可靠性、 ATM 严格的 QoS 和统计时分复用以及 IP 网络的带宽共享等特征集于一身，可以针对不同 QoS 业务提供最佳的传送方式。 以 SDH 为基础的 MSTP 方案的出发点是充分利用大家所熟悉和信任的 SDH 技术，特别 是其保护恢复能力，加以改造以适应多业务应用。具体实现方法为:在传统的 SDH 传输平台 上集成二层以太网、 ATM 等处理能力，将 SDH 对实时业务的有效承载能力和网络二层(如 以太网、 ATM、弹性分组环等)乃至三层技术所具有的数据业务处理能力有机结合起来，以 增强传送节点对多类型业务的综合承载能力。
1.2 MSTP 的功能模型
MSTP 的功能模型包含了 MSTP 全部的功能模块。实际网络中，根据需要对若干功能模 块进行组合，可以配置成与 SDH 的任何一种网元作用类似的 MSTP 设备。
(1)MSTP 的接口类型
基于 SDH 技术的 MSTP 所能提供的接口类型如下。
①电接口类型 电接口类型包括 PDH 的 2Mbit/s、 34Mbit/s、 140Mbit/s 等速率类型 155Mbit/s 的 STM-1电接口 ATM 电接口 ;10/100Mbit/s以太网电接口等。
②光接口类型
光接口类型主要有 STM-N速率光接口、吉比特以太网光接口等。
(2) MSTP 支持的业务
基于 SDH 的 MSTP 设备具有标准的 SDH 功能、 ATM 处理功能、 IP/以太网处理功能等， 支持的业务有以下几种 。
① TDM 业务 MSTP 节点应能够满足 SDH 网元的基本功能，可实现 SDH 与 PDH 信号 (TDM 业务)的映 射、复用，同时又能够满足级联的业务要求， 并提供级联制条件下的 vc 通道的交叉处理能力。
② ATM 业务 MSTP 设备中具有 ATM 的用户接口， 增加了 ATM 层处理模块，以提供 ATM 业务。 ③以太网业务 MSTP 设备中存在两种以太网业务的适配方式，即透传方式和采用二层交换功能的以太 网业务适配方式。
(3)内嵌MPLS 和 RPR 技术的 MSTP
①内嵌 MPLS 技术的 MSTP 多协议标签交换 (MPLS) 是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高效传输的新技术，它吸收了 ATM 高速交换的优点，并引入面向连接的控制 技术，在网络边缘处首先实现第三层路由功能，而在 MPLS 核心网中则采用第二层交换，是 一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路由与交换技术平台。 在 MSTP 中应用 MPLS 技术 (MSTP 的功能模型中内嵌 MPLS 处理模块〕是为了在提高 MSTP 承载以太网业务的灵活性和带宽使用效率的同时，更有效地保证各类业务所需的 QoS， 并进一步扩展 MSTP 的联网能力和适用范围。
②内嵌 RPR 技术的 MSTP
弹性分组环 (RPR) 技术是一种基于分组交换的光纤传输技术(或者说基于以太网和 SDH 技术的分组交换机制)，它采用环形组网方式，能够传送数据、语音、 图像等多媒体业务，并能提供 QoS 分类、环网保护等功能。 在 MSTP 中应用 RPR 技术 (MSTP 的功能模型中内嵌 RPR 处理模块〕的主要目的在于 提高承载以太网业务的性能。
1.3 MSTP 的特点
(1)继承了 SDH 技术的诸多优点
MSTP 继承了 SDH 技术良好的网络保护倒换性能、对 TDM 业务较好的支持能力等。
(2) 支持多种物理接口
由于 MSTP 设备负责多种业务的接入、汇聚和传输，所以 MSTP 必须支持多种物理接口。
(3)支持多种协议 MSTP
对多种业务的支持要求其必须具有对多种协议的支持能力。
(4) 提供集成的数字交叉连接功能
MSTP 可以在网络边缘完成大部分数字交叉连接功能，从而节省传输带宽以及省去网络 核心层中昂贵的数字交叉连接设备端口。
(5) 具有动态带宽分配和链路高效建立能力
在 MSTP 中可根据业务和用户的即时带宽需求，利用级联技术进行带觉分配和链路配置、 维护与管理。
(6) 能提供综合网络管理功能
MSTP 提供对不同协议层的综合管理，便于网络的维护和管理。
2.MSTP 的级联技术
2.1 .级联的概念
级联是将多个 (X个) VC 组合起来，形成一个容量更大的组合容器的过程。在一定的机 制下，组合容器〈容量为单个 VC 容量的X倍的新容器〉可以作为仍然保持比特序列完整性 的单个容器使用，以满足大容量数据业务传输的要求。
2.2 级联的分类
级联可以分为连续级联(也称为相邻级联)和虚级联。
其中 n 表示参与级联的 VC 的级别 x表示参与级联的 VC 的数目 c 表示连续级联: v 表示虚级联。
3.以太网业务的封装协议
以太网数据帧需要首先经过 PP/LAPS/GFP 封装后，才能映射进虚容器 (VC)，再经过一些相应的变换，最后复用成 STM-N信号。 MSTP 中将以太网数据帧封装映射到 SDH 帧时经常使用 3 种协议:第 1 种是 IP over SDH 使用的 PPP; 第 2 种是武汉邮电科学研究院代表中国向 ITU-T 提出的 SDH 上的链路接入规 程 (LAPS); 第 3 种是朗讯和北电提出的通用成帧规程 (GFP)。 其中， GFP 具有简单、效率高、可靠性高等明显优势，所以应用范围最广泛。
3.1 GFP 的作用
GFP 是一种先进的数据信号适配、映射技术，可以透明地将上层的各种数据信号封装为 可以在 SDH 传输网/OTN 中有效传输的信号。它不但可以在字节同步的链路中传送可变长度 的数据包，而且可以传送固定长度的数据块。 GFP 具有较高的数据封装效率，可满足多业务 传输的要求，因此 GFP 适用于高速传输链路。
3.2 GFP 的映射模式
GFP 可映射多种数据类型，即可以将多种数据帧(如以太网 MAC 帧、 PPP 帧等〉映射 进 GFP 帧。 GFP 定义了两种映射模式:帧映射和透明映射。
(1)帧映射 帧映射模式没有固定的帧长，通常接收到完整的一帧后才进行封装处理，适合处理长度 可变的 PPP 帧或以太网 MAC 帧。在这种模式下，需要对整个帧进行缓冲来确定帧长度，因 而会使延时时间增加，但这种方式实现起来较为简单。
(2) 透明映射 透明映射模式有固定的帧长度或固定的比特率，可及时处理接收到的业务流量，而不用 等待整个帧都收到，适合处理实时业务。 透明映射和帧映射的 GFP 帧结构完全相同，所不同的是帧映射的 GFP 帧净荷区长度可 变，最小为 4 字节，最大为 65535 字节;而透明映射的 GFP 帧为固定长度。
4.以太网业务在 MSTP 中的实现
4.1 支持以太网透传的 MSTP
以太网的透传功能是将来自以太网接口的以太网数据帧不经过二层交换功能模块，直接 进行协议封装和速率适配后映射到 SDH 的 VC 中，然后通过 SDH 网进行点到点传送。 在这种承载方式中， MSTP 节点并没有解析以太网数据帧 (MAC 帧)的内容，即没有读 取 MAC 地址以进行交换。
• 以太网接口输出的以太网数据帧 (MAC 帧〉首先经过 GFP 封装成 GFP 帧(封装协 议一般采用 GFP)。
• VC 映射模块将 GFP 帧映射成 VC (以 VC-4 为例〉。
• 若干个 VC-4经过交叉连接后(输出还是各 VC-4)，各 VC-4加上 AUPTR构成 AU-4， AUG, N个 AUG 进行字节问插(图中省略了完成此功能的模块)，然后送入开销处理功能模块。
• 在开销处理功能模块中加上复用段开销 (MSOH)和再生段开销 (RSOH)便构成了 STM-N信号，送往 STM-N接口。
透传功能特别是采用 GFP 封装的透传能够满足一般情况下的以太网传送功能，处理起来 简单、透明。但由于透传功能缺乏对以太网的二层处理能力，存在对以太网的数据没有二层 的业务保护功能、汇聚节点的数目受到限制、组网灵活性不足等问题。
4.2 支持以太网二层交换的 MSTP
以太网二层交换机工作在 OSI参考模型的数据链路层，具有桥接功能，根据 MAC 地址 转发数据。其特点是交换速度快，但控制功能弱，没有路由选择功能。 基于二层交换功能的 MSTP 是指在一个或多个用户侧的以太网物理接口与多个独立的网 络侧的 VC通道之间，实现基予以太网链路层的数据l帧交换， 即经过以太网二层交换。
MSTP 融合以太网二层交换功能，可以有效地对多个以太网用户的接入进行本地汇聚， 从而提高网络的带宽利用率和用户的接入能力。
5.MSTP 传输网的应用
MSTP 吸收了以太网、 ATM、 MPLS、 RPR 等技术的优点，在 SDH 技术的基础上，对业 务接口进行了丰富，并且在其业务接口板中增加了以太网、 ATM、 MPLS、 RPR 等处理功能， 使之能够基于 SDH 网络支持多种数据业务的传送，所以 MSTP 在 IP网中获得了广泛的应用。
基于 SDH 的 MSTP 主要应用于宽带 IP 城域网的各个层面，承载多种业务，但特别适合 于承载以 TDM 业务为主的混合型业务流。 当 MSTP 设备用于实现宽带 IP 城域网的接入功能时(即应用在接入层)，一般采用线形 和环形拓扑结构;当其应用在宽带 IP 城域网的核心层和汇聚层时，通常采用多环互连的形式。 MSTP 在宽带 IP 城域网中的组网应用。 目前， MSTP 主要应用在宽带 IP 城城网的汇聚层和接入层。 MSTP 应用在宽带 IP 城域网的汇聚层时，完成多种类型的业务从接入层到核心层的汇聚 和收敛; MSTP 应用在宽带 IP 城域网的接入层时，负责将不同类型的城域网用户所需的各类 业务接入到城域网中。
四、DWDM 传输网
1.DWDM 的基本概念
1.1 WDM 的概念及原理
WDM 是利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长 范围划分为若干个波段，每个波段作为一个独立的信道传输一种预定波长。即 WDM 是在单根 光纤内同时传送多个不同波长的光载波，使得光纤通信系统的容量得以倍增的一种技术。 波分复用系统原理各部分的作用如下：
①光源：将各支路信号(电信号〉调制到不同波长的光载波上，完成电/光转换。
②波分复用器(合波器) :将不同波长的光信号合在一起。
③光纤放大器· 对多个波长的光信号进行放大，提升衰减的光信号，延长光纤传输距离。
④波分解复用器(分波器) :分开各波长的光信号。
⑤光检测器·对不同波长的光载波信号进行解调，还原为各支路信号(电信号)。 需要说明的是，波分复用系统早期使用 1310/1 550nm 的 2 波长系统，后来随着 1550nm 窗口 掺饵光纤放大器 (EDFA) 的商用化 (EDFA 能够对 1550nm 波长窗 口的光信号进行放大，详情后述)，波分复用系统开始采用 155归皿窗口传送多路光载波信号。
1.2 DWDM 的概念
WDM 系统根据复用的波长间隔的大小，可分为稀疏波分复用 (CWDM) 和 DWDM。
• CWDM 系统的波长间隔为几十纳米(一般为 20nm)。
• DWDM 系统在 1 550nm 窗口附近波长间隔只有 0.8nm~2nm，甚至小于 0.8nm (目前 一般为 0.2nm~1.2nm)。 DWDM 系统在同一根光纤中传输的光载波路数更多，通信容量成倍地得到提高，但其 信道间隔小 (WDM 系统中，每个波长对应占一个逻辑信道)，在实现上所存在的技术难点也 比一般的波分复用大些。
1.3 DWDM技术的优点
(1) 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高 目前使用的光波分复用器是一个无源纤维光学器件，由于不含电源，因而器件具有结构 简单、体积小、可靠、易于和光纤销合等将点。
(2) 充分利用光纤带宽资源，超大容量传输 在一些实用的光传输网如 SDH 网中，仅传输一个波长的光信号，其只占据了光纤频谱带 宽中极窄的一部分，远远没能充分利用光纤的传输带宽。而 DWDM 技术使单纤传输容量增 加几倍至几十倍，充分地利用了光纤带宽资源。
(3)提供透明的传送信道，具有多业务接入能力 波分复用信道的各波长相互独立，并对数据格式透明(与信号速率及电调制方式无关)， 可同时承载多种格式的业务信号，如 SDH、 ATM、 IP 等。而且将来升级扩容、引入新业务极 其方便，在 DWDM 系统中只要增加一个附加波长就可以引入任意所需的新业务形式，是一 种理想的网络扩容手段。
(4) 利用 EDFA 实现超长距离传输 EDFA 具有高增益、宽带宽、低l噪声等优点，其增益曲线比较平坦的部分几乎覆盖了整个 DWDM 系统的工作波长范围，因此利用一个 EDFA 即可实现对 DWDM 系统的波分复用信号 进行放大，以实现系统的超长距离传输，可节省大量中继设备、降低成本。
(5) 可更灵活地进行组网，适应未来光网络建设的要求 囱子使用 DWDM 技术，可以在不改变光缆设施的条件下，调整光网络的结构，因而组 网设计中极具灵活性和自由度，便于对网络功能和应用范围进行扩展。 DWDM 光网络结构将沿着"点到点→链形→环形→多环→网状网"的方向发展。
1.4 DWDM 系统的工作方式
(1)双纤单向传输
双纤单向传输就是一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另-根光纤 来完成。因此，同一波长在两个方向可以重复利用。
双纤单向传输方式的优点是在同一根光纤上所有光信道的光波传输方向一致，对于同一个终端设备，收、发波长可以占用一个相同的波长;但缺点是需要两根光纤实现双向传输， 光纤资源利用率较低。 目前实用的 DWDM 系统一般采用双纤单向传输方式。
(2)单纤双向传输
单纤双向传输是在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安 排在不同的波长上。
单纤双向传输方式的优点是允许单根光纤携带全双工信道，通常可以比单向传输节约一 半光纤器件。但是该系统需要采用特殊的措施，以防止双向信道波长的干扰。
2.DWDM 系统的工作波长
ITU-T G692 建议 DWDM 系统以 193. lTHz (对应的波长为 1 552.52nm) 为绝对参考频 率(即标称中心频率的绝对参考点).不同波长的频率间隔应为 100GHz 整数倍〔波长间隔约 为 0.8nm 的整数倍)或 50GHz 的整数倍(波长间隔约为 O.4nm 的整数倍).频率范围为 192.1 ~ 196.lTHz. 即工作波长范围为 1 528.77~1 560.61nm (约 1 530~1 561nm)。 DWDM 系统中所采用的信道间隔(波长间隔)越小，光纤的通信容量就越大，系统的利用率也越高。
为了保证不同 DWDM 系统之间的横向兼容性，必须对各个信道的中心频率进行标准化。 对于使用G.652 和G.655 光纤的 DWDM 系统， G.692 标准给出了 1550nm 窗口附近的标准中 心波长和中心频率的建议值。
3.DWDM 系统的组成
3.1 .典型的 DWDM 系统
3.2 光波长转换器
DWDM 系统主要承载的业务信号是 SDH 信号。 SDH 与 DWDM 是客户层与服务层的关系。 SDH 用于承载业务.，DWDM 系统为 SDH 提供传输通道。所以在实际应用中，常常将 SDH 系统接入 DWDM 系统。 OTU 的基本功能是完成 G957 标准 到 G692 标准的波长转换的功能，使得 SDH 系统能够接入 DWDM 系统。 另外OTU 还可以根据需要增加定 时再生的功能。没有定时再生电路的 OTU 只是完成波长的转换，一般用在 DWDM 网络边缘 以便 SDH 系统的接入。
3.3 波分复用器件
DWDM 系统的核心部件是光波分复用器(合波器)和光波分解复用器 (分波器).统称 为波分复用器件，其特性的好坏在很大程度上决定了整个系统的性能。 光波分复用器(合波器〉的作用是将不同波长的光载波信号汇合在一起，用一根光纤传输， 光波分解复用器(分波器)的作用是对各种波长的光载波信号进行分离。分波合波器件双向互逆。
3.4 光放大器
(1)光放大器的作用
光放大器的作用是提升衰减的光信号、延长光纤的传输距离，它不需要光/电/光转换过 程，可以对单个或多个波长的光信号直接放大; 而且光放大器支持任何比特率和信号格式， 即光放大器对任何比特率以及信号格式都是透明的。 光放大器有若干种，现在实用的 DWDM 系统都采用 EDFA。
(2) EDFA 的简单原理
饵 (Er) 是一种稀土元素，在制造光纤的过程中，向其中掺入一定量的三价饵离子，便 形成了掺饵光纤。向在掺饵光纤中传输的光信号中注入泵浦光，使之吸收泵浦信号能量，可 实现信号光在掺饵光纤的传输过程中不断被放大的功能。当具有 1550nm 波长的光信号通过 这段掺饵光纤时，可被放大。通常， EDFA所使用的泵浦光源的发光波长为 980nm 或 1 480nm，其泵浦先生率高于其他波长。
(3) EDFA 的应用
根据光放大器在系统中的位置和作用，可以有 OBA、 OLA 和 OPA 3 种应用方式。
① OBA 将光放大器接在光发送机(光发射机)中的合波器后，用于对合波后的光信号 进行放大，以提高光发送机的发送功率，增加传输距离，这种放大器也称为功率放大器。
② OLA 将光线路放大器〈即光中继放大器)代替光电光混合中继器，用于补偿线路的 传输损耗，适用于多信道光波系统，可以节约大量的设备投资。
③ OPA 将光放大器接在光接收机中的分波器前，用于对光信号放大，以提高接收机的 灵敏度和信噪比。
3.5 光监控信道
(1) DWDM 系统光监控信道的作用
EDFA 用于 OBA 或 OPA 时，发送/接收光复用终端单元自身用的 OSC 模块就可用于对 DWDM 系统进行监控。而对于用作 OLA 的 EDFA 的监控管理，就必须采用单独的光信道来传 输监控管理信息〔即增加一个新的波长来传输监控管理信息)，这个额外的监控信道就是 OSC。
(2) DWDM 系统的监控方式
DWDM 系统的监控方式有两种:带内波长监控和带外波长监控，一般采用带外波长监控。 所谓带外波长监控就是 lTU-T 建议采用一个特定波长作为光监控信道，传送监控管理信息，此波长位于 EDFA 增益带宽之外，所以称为带外波长监控技术。 带外监控信号不能通过 EDFA，必须在 EDFA 前取出，在 EDFA 之后插入，具体为在光发射机中利用祸合器将光监控信道发送器输出的光监控信号(波氏为儿的光信号)插入到多波道业 务信号(主信道)之中，为了能获得相应的监控管理信息，在线路中的 EDFA 前取出波长为儿 的监控信号，送入光监控信道接收器，在 EDFA 后再插入波长为儿的监控信号，直至接收端: 在接收端所接收的各波长信号中分离出监控信号，送入光监控信道接收器进行监控。 显然，在 DWDM 系统的整个传送过程中， OSC 没有参与放大，但在每一个站点，都被终结和再生了。
4.DWDM 传输网的关键设备
4.1 光终端复用器
OTM 包含复用/解复用模块、光波长转换模块、光放大模块、 OSC 模块及其他辅助处理模块。 OTM 在 DWDM 系统中作为线路终端传送单元，其主要功能如下：
(1) 波分复用/解复用
OTM 在发送端完成光波分复用器(合波器〕的功能;在接收端完成光波分解复用器(分波器)的功能。
(2) 光波长转换
在发送端将G957 标准的波长转换成符合0.692 规定的接口波长标准，接收端完成相反的交换。
(3)光信号放大
在发送端对合波后的光信号进行放大(光后置放大)，提高光信号的发送功率，以延长传输 距离;在接收端对接收到的光信号进行放大(光前置放大)，以提高接收机的灵敏度和信噪比。
(4) 光监控信道的插入和取出
在发送端光后置放大之后，将波长的光监控信道插入到主信道之中;在接收端光前 置放大之前，取出(分离出)光监控信道。
4.2 光分插复用器
OADM 的功能类似于 SDH 传输网中的 ADM，只是它可以直接以光波信号为操作对象， 利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。 OADM 可以从多波长信道中有选择地下路某一波长的光信号，同时上路包含了新信息的 该波长的光信号，而不影响其他波长信道的传输。 OADM 对予实现灵活的 DWDM 组网和业 务上下具有至关重要的作用。 OADM 一般设置为链形网的中间节点及环形同的节点，其主要功能如下。
(1)波长上下
波氏上下是指要求给定波长的光信号从对应端口输出或插入，并且每次操作不应造成直 通波长质量的劣化，直通波长介入的衰减要低。
(2)波长转换
若要使与 DWDM 标准波长相l可以及不同的波长信号都能通过 DWDM 网络进行传输， 则要求 OADM 具有波长转换能力。 OADM 的波长转换功能既包括标准波长的转换(建立环 路保护时，斋'将主用波长中所传输的信号转换到备用波氏中)，还包括将外来的非标准波长信 号转换成标准波长，使之能够利用相应波长的信道实现信息的传输。
(3)业务保护
OADM 可以提供复用段和逍遥保护倒换功能，支持各种自愈环。
(4) 光中继放大和功率平衡
OADM 可通过光放大单元来补偿光线路衰减和 OADM 插入损耗所带来的光功率损耗; 功率平衡是在合成多波信号前对各个信道进行功率上的调节。
(5) 管理功能
OADM 具有对每个上、下的波长进行监控等的功能。
4.3 光交叉连接设备
OXC 设备的功能类似于 SDH 传输网中的 DXC 设备，只不过是以光波信号为操作对象在 光域上实现交叉连接的，无须进行光/电、电/光转换和电信号处理。 OXC 设备具有以下主要功能：
①路由和交叉连接功能：将来自不同链路的相同波长或不同波长的信号进行交叉连接。
②连接和带宽管理功能：能够响应各种带宽请求，寻找合适的波段信道，为传送的业务 量建立连接。
③上、下路功能：在节点处完成波长的上、下路。
④保护和恢复功能：可提供对链路和节点失效的保护和恢复能力。
⑤波长转换功能 ：OXC 设备可根据需要进行波长转换。
⑥波长汇聚功能：可以将不同速率或者相同速率的、去往相同方向的低速波长信号进行汇聚，形成一个更高速率的波长信号在网络中传输。
⑦管理功能：光交叉连接设备具有对进、出节点的每个波跃进行监控的功能等。
5.DWDM 传输网的组网方式及应用
5.1 DWDM传输网的组网方式
DWDM 传输网的组网方式(指组网结构)包括点到点组网、链形组网、环形组网和网 状网组网。
(1)点到点组网
点到点组网是最普遍、最简单的一种方式，它不需要 OADM，只由 01M和 OLA 组成。 点到点组网的特点是结构简单、成本 低、增加光纤带宽利用率，但缺乏灵活性。
(2)链形组网
链形组网是在 OTM 之间设置 OADM。链形组网的特点与点到点组网类似，头:结构简单、成本较低，另外可以实现灵活的波长 上下业务，而且便于采用线路保护的方式进行业务保护，但若主备用光纤同缆复底， 则当光缆完全中浙肘，此种保护功能失效。
(3)环形组网
其节点一般设置为 OADM。环形组网的特点是一次性投资要比链形网络大，但其结构也简单，而且在系统出现故障时，可采用基于波长的自愈环，实现快速保护。 在实际 DWDM 组网中，可根据情况采用多环相交的结构。多环相交组网结构的优点是在几个环的相交节点可使用 OXC 设备，能更为灵活地配置 网络，但成本比节点均设置为 OADM 的环形网大。
(4) 网状网组网
每个节点上均需设 置一个 OXC 设备。 网状网组网的特点是可靠性高、生存性强(利 用 OXC 设备通过重选路由实现)，但由于 OXC 设 备价格昂贵，投资成本较大，所以这种拓扑结构适 合在业务量大且密度相对集中的地区采用。
5.2 DWDM 传输网的应用
(1) IP over DWDM 的概念
IPoverDWDM 是 IP 与 DWDM技术相结合的标志，它是在IP网路由器之间采用 DWDM 网传输 IP 数据报。 在 IPoverDWDM 网络中，路由器递过 OADM、 OXC 设备等直接连至 DWDM 光纤，由 这些设备控制波长接入、交叉连接、选路和保护等。
(2) IP over DWDM 的网络结构
IP over DWDM 的网络结构一般有两种情况：小型 IP over DWDM 的网络结构是路由器 之间由 OADM 组成环形网，适用于业务量较少或密度相对分散的地区：大型 IPoverDWDM 网络结构。路由器之间是由 OXC 设备和 OADM 构成的大型 DWDM 光网络，其核心部分 采用网状网结构，边缘部分采用若干个环形结构(通过 OXC 设备与核心部分网络相连)，此 种网络结构适用于业务量较大且密度相对集中的地区。
五、光传送网
1.OTN 的基本概念
1.1 OTN的产生背景
传统的 SDH 传输网，由于受电信号处理速率的限制，传输带宽不超过 40Gbit/s，与早期 的 DWDM 网络结合后，信道传输带宽得到扩展，但早期的 DWDM 网络只能提供点对点的 光传输，组网和对光信号传输的维护监测能力不足。 为克服 SDH 传输网以及早期 DWDM 网络的缺陷，以满足宽带业务需求， ITU-T 于 1998 年提出了基于大颗粒业务带宽进行组网、调度和传送的新型技术一一OTN 的概念。
1.2 OTN的概念
从功能上看，就是在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择和监控，并保证其性能指标和生存性。它的出发点是子网内全光透明，而在子网边界采用 O/E 和 E/O 技术。OTN可以支持多种上层业务或协议，如 SDH、 ATM、以太网、 IP 等，是适应各种通 信网络演进的理想基础传送网络。
从技术本质上而言， OTN技术是对己有的 SDH 和 DWDM 技术的传统优势进行了更为 有效的继承和组合，既可以像 DWDM 网络那样提供超大容量的带宽，又可以像 SDH 传输网 那样可运营、可管理，并考虑了大颗粒传送和端到端维护等新的需求，将业务信号的处理和 传送分别在电域和光域内完成；而且扩展了与业务传送需求相适应的组网功能。
从设备类型上来看， OTN设备相当于将 SDH 和 DWDM 传输网设备融合为一种设备， 同时拓展了原有设备类型的优势功能。 OTN 的关键设备包括光终端复用器、电交叉连接设备、 光交叉连接设备(具体采用 ROADM)、光电混合交叉连接设备。 OTN设计的初衷是希望将 SDH 作为净负荷完全封装到 OTN中 ;DWDM 相当于 OTN 的 一个子集。
1.3 OTN 的特点
(1) 可提供多种客户信号的封装和透明传输
基于G.709 标准的 OTN 帧结构可以支持多种客户信号的映射和透明传输，如 SDH、ATM、 以太网业务等。
(2) 大颗粒的带宽复用和交叉调度能力
• 基于电层的交叉调度; OTN 可实现电层的基于单个 ODUk颗粒的交叉连接 (k =1, 2, 3，对应的客户信号速率分别为 2.5Gbit/s、lOGbit/s、 40Gbit/s。
• 基于光层的波长交叉调度:光层的带宽颗粒是波长，即 OTN 可实现基于单个波长的交叉连接。在光层上是利用 ROADM 来实现波长业务的调度，基于子波长和波长多层面调度， 从而实现更精细的带宽管理，提高调度效率及网络带宽利用率。
(3 )提供强大的保护恢复能力
OTN在电层和光层可支持不同的保护恢复技术。
• 在电层支持基于 ODUk 的 SNCP 和环网保护等。
• 在光层支持基于波长的线性保护和环网保护等。
(4) 强大的开销和维护管理能力
OTN定义了丰富的开销字节，大大增强了数据监视能力，可提供 6 层嵌套串联连接监视 (TCM) 功能，以便实现端到端和多个分段的同时性能监视。
(5) 增强了组网能力
OTN的帧结构、 ODUk 交叉和多粒度 ROADM 的引入，大大增强了光传送网的组网能力。
2.OTN的分层模型
2.1 光通道、光复用段和光传输段的概念
• 光通道：收发两端 OTU 之间(不包括 OTU) 称为光通道。
• 光复用段：对于点到点组网，发端 OTM 中的合波器输出点与收端 OTM 中的分波器输入点之间称为光复用段，发端 OTM 中的合波器与 ROADM/OADM 之间、 ROADM/OADM 与收端 OTM 中的分波器之间称为光复用段。
• 光传输段：OTM 与 OLA 之间、 OLA 与 ROADMlOADM 之间、两个相邻 OLA 之间均称为光传输段。
2.2 OTN 的分层模型
客户层产生各种客户信号。 OTN 分层结构包括光通道层、光复用段层、光传输段层和物 理介质层。
光通道层又进一步分为光信道净荷单元 (OPU) 层、光信道数据单元 (ODU) 层、光信道传送单元(OTU)层 (3 个电域子层〉和光信道 (OCh) 层(光域子层) 。
(1)光通道层
光通道层负责进行路由选择和波长分配，从而可灵活地安排光通道连接、光通道开销处 理以及监控功能等:当网络出现故障时，能够按照系统所提供的保护功能重新建立路由或完 成保护倒换操作。各子层的具体功能如下：
• 光信道净荷单元层:用于客户信号的运配。
• 光信道数据单元层:用于支持光通道的维护和运行 (TCM 管理、自动保护倒换等)。
• 光信道传送单元层:用于支持一个或多个光通道连接的传送运行功能。
• 光信道层:完成电/光(电/光)变换，负责光通道的故障管理和维护等。
(2)光复用段层
光复用段层主要负责为两个相邻波长复用器之间的多波氏信号提供连接功能，包括波分 复用(解复用〉、光复用段开销处理和光复用段监控功能。光复用段开销处理功能是用来保证 多波长复用段所传输信息的完整性的功能，而光复用段监控功能则是对光复用段进行操作、 维护和管理的保障。
(3)光传输段层
光传输段层为各种不同类型的光传输介质〈如G.652、G.655 光纤等)上所携带的光信号 提供传输功能，包括光传输段开销处理功能和光传输段监控功能。光传输段开销处理功能用 来保证光传输段所传输信息的完整性，而光传输段监控功能则是对光传输段进行操作、管理 和维护的重要保障。
(4) 物理介质层
物理介质层完成与各种光纤物理介质传送有关的功能。
3.OTN 的接口信息结构
3.1 OTN 的分域
OTN 从水平方向可分为不同的管理域，其中单个管理域可以由单个设备商的 oη叫设备 组成，也可由运营商的某个光网络或光域子网组。不同管理域之间的物理连接称为域间接口 (IrDl)，域内的物理连 接称为域内接口 (IaDl)。
3.2 OTN 的接口信息结构种类
用于支持 OTN 接口 (OTN 设备与光传输线路之间的接口)的信息结构被称为光传送模块OTM-n， 分为两种结构:完整功能 OTM 接口信息结构 OTM-n.m 和简化功能 OTM 接口信 息结构 (OTM-nr.m 和 OTM-O.m)。
3.3 OTN 分层模型中各层的信息结构
客户层产生各种客户信号(如IP/MPLS 、 ATM、以太网、 SDH 信号)。
(1)完整功能 OTM 接口
• 光信道净荷单元层的信息结构:光信道〈通道)净荷单元 OPUk (电信号〉。
• 光(信道道数据单元层的信息结构·光信道(通道)数据单元 ODUk (电信号)。
• 光信道传送单元层的信息结构:完全标准化的光信道(通道)传送单元 OTUk (电信号)。
• 光信道层的信息结构一一光信道(通道〉单元 OCh (光信号〉。
• 光复用段层的信息结构一一光复用段单元 OMU-n.m (光信号)，可以简单理解为 OMU-n.m 包含 n 个 OCh (实际交换过程及关系较为复杂〕。
• 光传输段层的信息结构m一一光传输段单元 OTM-n.m (光信号，即完整功能 OTM 接口 信息结构〕。 其中K=1，对应的客户信号速率为 2.5Gbit/s; K=2，对应的客户信号速率为 10Gbit/s；k=3， 对应的客户信号速率为 40Gbit/s。
(2)简化功能 OTM 接口
• 光(信道净荷单元层的信息结构一一一光信道(通道)净荷单元 OPUk (电信号)。
• 光(信道数据单元层的信息结构一一光信道(通道)数据单元ODUk (电信号〕。
• 光信道传送单元层的信息结构一一完全标准化的光信道(通道)传送单元 OTUk(电信号)。
• 光信道层的信息结构光信道(通道〕单元 OChr (光信号〕。
• 光物理段层的信息结构一一简化功能 OTM 接口的光物理段 (OPS) 层对应着完整功能 OTM 接口的光复用段层和光传输段层，其信息结构为 OTM-nr.m 或 OTM-O.mo (光信号，即简化功能 OTM 接口信息结构)。