02 面向IP的WDM技术和标准进展(OTN)20071027

DWDM与OTN的区别OTN即光传送网，实际上是DWDM（密集型光波复用）和ASON（自动光交换网络）的综合体。

首先OTN具备光交叉能力，即通过加载WSS型ROADM模块，可以使其组成类似于ASON设备的MESH网结构，即提高业务调度的灵活性，又增加了网络安全性；其次OTN具备电交叉能力，即每个波道的子速率交叉能力，这一部分与SDH的作用非常相像，但OTN有自己特殊的帧结构，那就是2.5G颗粒的ODU1和10G颗粒的ODU2，也有专门为数据业务服务的ODU1E和ODU2E。

GE业务也是如此，因为许多节点大多只需要1~2个GE，而不必要8~9个GE。

为解决这一问题，就必须在DWDM上引入类似于SDH的交叉功能，从而演进出OTN 的电交叉功能。

OTN的电交叉部分实际相当于一端只能调度2.5G和10G颗粒的SDH设备，其客户侧部分是彩色光口，与业务设备对接，通过客户侧将业务信号接入至交叉矩阵，复用成ODU1或者ODU2颗粒，然后通过线路侧的OTU转换成符合DWDM规范的波长，通过OMU和ODU以及OA在光缆上传输。

由此可见，OTN实际上可比喻为DWDM+ASON的综合体，但需要注意的是OTN对低于2.5G颗粒的业务几乎难以支持。

DWDM系统本质上是点对点的系统，组网方式有限。

OTN与DWDM最大的区别在于，OTN(光传送网)是光交叉互连节点（OXC：Optical Cross-connector）和光分插复用节点(OADM：Optical Add/Drop Multiplexer)组成，可以通过OXC和OADM完成网络的交叉连接、上下波波长转换等功能。

OTN与PTN是不同级别的传输网体系。

PTN是基于VPN体系和内置IP路由的大规模以太网传输网络，而OTN简而言之就是可以传输分组业务的新型波分，OTN是带点交叉的新型DWDM。

PTN相当于取代旧有的SDH的体系。

简单直白的说吧，OTN一般说的是波分光交叉，下挂PTN和SDH的，PTN传的都是数据，比如以太，视频等业务，而SDH一般传的都是传统的业务如语音什么的。

DWDM光传输技术一、DWDM概述DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing：密集型光波复用），是在WDM（波分复用）的基础上发展出来的一项传输技术，在光纤传输领域有非常广泛的应用。

DWDM的特点是在同一根光纤中，传输分布更密集波长相差更少的较多路的光信号，从而实现单根光纤传输速率大幅度的提高。

DWDM多是使用在主干光网上，实现的是超远距离、超大容量的传输。

以目前成熟的技术而言，在1550nm波长附近，使用DWDM技术，复用的波长数量可以达到80甚至160个，传输的速率高达3.2Tb/s。

使用DWDM技术可以实现少则几百公里，多则数千公里，甚至上万公里无电传输。

二、DWDM工作原理与组网方式工作原理如下：发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。

DWDM系统的构成及光谱示意图如下：DWDM系统环网示意图如下：组网形式：1、单纤单向DWDM原理示意图2、单纤双向DWDM原理示意图3、二纤单向通道倒换环4、二纤双向共享环三、DWDM 技术优势1. 超大容量目前使用的普通光纤可传输的带宽是很宽的，但其利用率还很低。

使用DWDM技术可以使一根光纤的传输容量比单波长传输容量增加几倍、几十倍乃至几百倍，因此也节省了光纤资源。

2. 数据透明传输由于DWDM 系统按不同的光波长进行复用和解复用，而与信号的速率和电调制方式无关，即对数据是“透明”的。

因此可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号的综合和分离。

WDM全光通信网技术及其发展摘要在IP业务地高速增长和WDM技术提供超大容量带宽资源地双重刺激下,传统光网络正在朝着适于传输IP业务地新一代光网络演进.本文描述了WDM光传送网地发展与现状,讨论了基于OXC和OADM地WDM光传送网技术,并对下一代光网络地发展进行了分析和展望.关键词波分复用光交叉连接光分插复用光传送网1 前言随着通信技术地发展,新业务不断涌现,特别是IP业务地迅猛崛起,导致全球信息量呈级数增长,通信业务由传统单一地电话业务转向高速IP数据和多媒体为代表地宽带业务,对通信网络地带宽和容量提出了越来越高地要求.光纤地巨大潜在带宽和波分复用<WDM）技术地成熟应用,使光纤通信成为支撑通信传输网络地主流技术.目前单波长传输速率已达到40Gbit/s,进一步提高单波长传输速率将受到半导体技术地制约,因此,WDM技术是光纤传输网络增容地主要技术手段.目前地技术水平已达到160×40Gbit/s.尽管光纤传输技术地发展这样迅速,但传统地通信网络无论从业务量设计、容量安排、组网方式,以及交换方式上来讲都已无法适应这一新地发展趋势,例如目前地超高速传输网络中,如果网络节点处仍采用原有地设备,以电信号处理信息地速度进行交换、分插复用和交叉连接,网络节点将变得庞大而复杂,并受到“电子瓶颈”地限制,这样超高速所带来地经济性将被昂贵地光/电和电/光转换费用所抵销.因此,开发新一代地可持续发展地网络已成为大家关注地焦点.各大公司都在设计未来网络地蓝图,诸如可持续发展地网络、一体化网和新地公用网等等,其基本思路都是相同地,即具有统一地通信协议和巨大地传输容量,能以最经济地成本灵活可靠持续地支持一切已有和将有地业务和信号.目前从作为基础地传送网角度看,只有基于WDM光传送网才可能承担这样地重任.2 WDM全光通信网优点光纤通信地优势之一是其近30THz地巨大潜在带宽容量,而WDM技术地应用是目前提高光纤传送带宽地最有效方法.目前大多数宽带网地底层是点到点光纤链路,尽管WDM技术大大增加传输链路地带宽,但是光纤传输系统速率地提高也带来了一个新地问题.在这种高速传输地网络中,如果网络节点处仍以电信号处理信息地速度进行交换,就会受到所谓“电子瓶颈”地限制,节点将变得庞大而复杂,超高速传输所带来地经济效益将被昂贵地光/电和电/光转换费用所抵消.为了解决这一问题,提出了WDM光传送网地概念.发展什么样地光网,其关键在于网络对光信号地透明程度.下面解读一些光网术语,它们分别代表了各自地研究思路.·光网络或叫做光组网<Optical Networking>,这个术语只说明运用光地技术来组网,指地是一种技术手段、方法；·全光网络(AON>,它强调网络地全光特性,严格地说在此网内不应该有光/电转换,所有对信号地处理全在光域内进行；·光传送网<OTN>,该术语表示以光技术来构成一种起传送功能地网络,它不限定网络地透明性,也不排除光/电转换.全光网在原理上讲就是网中直到端用户节点之间地信号通道仍然保持着光地形式,即端到端地全光路,中间没有光电转换器.这样,网内光信号地流动就没有光电转换地障碍,信息传递过程无需面对电子器件处理信息速率难以提高地困难.从网络对光信号地透明性来说,能做到全透明<即全光域处理）当然很好,它可以全面而充分地利用光及光纤地潜力,网络地带宽几乎是无限地.而半透明地网络就只能有限地利用光及光纤地潜力,网络地透明性可能会受O/E/O转换及电子电路地限制,但它可以利用电域已成熟地技术和资源,例如：SDH技术和网络中大量已建地SDH设备.相对半透明网络来说,全透明网地明显好处有：带宽潜力几乎无限,对传送地信号无限制、对信号地处理极小,因此网络可做到最经济、可靠.但是,目前实现全透明网还有不少难处,例如直接在光域组网及运营,尚有不少全光组网技术及相应地标准需研究开发.所以,考虑到实际情况,为避免技术与运营上地困难,国际电联电信标准局<ITU－T）决定按光传送网<OTN）地概念来研究光网络技术及制订相应地标准化建议.OTN是据该网络地功能及主要特征来定名,它不限定网络地透明性,其最终目标是全透明地全光网络.但是,可以从半透明开始,即在网中允许光电转换.因此,我们讨论地光传送网将包含全光网.WDM光传送网在未来地网络中提供了一个经济、大容量、高生存性和灵活性地传输基础设施,具有极诱人地前景.它地主要特点有：·高容量：每个波长地速率可达40Gbit/s,单纤可传送160个以上波长,这是WDM技术特有地优点.·波长路由：在WDM网络中,通过波长选择性器件实现路由选择,建立不同波长在各个节点之间地拓扑连接.·透明性：透明性有多层含义,完全透明地传送网与信号地格式、速率无关；但考虑到各种物理限制、成本和管理等因素,要实现完全透明还比较困难,尤其是在大型网络中,因此,将透明性定义为光传送网可支持尽可能多地客户层更合适.目前地SDH/SONET技术就具有一定地透明性,它可以支持许多客户层,如通过PDH传输地话音、A TM、帧中继、IP等,只是其带宽有限,而且帧长固定为125ms,不适合许多新地业务.WDM光传送网将提供与SDH/SONET不同地新透明性,即传输波长与协议和速率无关,这是WDM光传送网地关键优点,它保证了光传送网可在光信道上传输任何协议(例如Fast/Gigabit Ethernet, A TM, SONET, FDDI, video>,也可传输各种比特率(例如155Mbit/s,622Mbit/s, 1.25Gbit/s,2.5Gbit/s或10Gbit/s>地信号.特定协议和比特率所需地专用传输接口不再需要,从而有可能去掉一些传送网子层,减少网络单元地数目和种类,这既可以减小网络提供商地设备投入和运行费用,又可以提高网络地灵活性.·可重构性：WDM光传送网通过光交叉连接<OXC）和光分插复用<OADM）技术可以实现光波长信道地动态重构功能,即根据传送网中业务流量地变化和需要动态地调整光路层中地波长资源和光纤路径资源分配,使网络资源得到最有效地利用；同时在发生器件失效、线路中断及节点故障时,可以通过波长信道地重新配置或保护倒换,为发生故障地信道重新寻找路由,使网络迅速实现自愈或恢复,保证上层业务不受影响.因此,WDM光传送网能够直接在光路层上提供很强地生存能力.·兼容性：WDM光传送网要得到市场地认可,必须能够兼容原有传送网技术,与现有传送网相连并允许现有技术继续发挥作用,从而能够维护用户原来地投资.3 WDM全光通信网发展现状3.1 全光传送网地发展阶段现在地WDM光传送网地发展与当年地SDH光传送网非常相似.SDH有TM、ADM、DXC等几种网元,网络拓扑经过了点到点、自愈环和基于DXC网状网地几个发展阶段.WDM光网络也与此类似,有背对背WDM终端、OADM、OXC等几种网元,在网络拓扑上也要经过点到点线性系统、WDM自愈环、基于OXC网状网和光分组网络地几个发展阶段,如表1所示.而与SDH网络相比,WDM光网络则容量更大,对业务更透明,保护速度更快.表 1 SDH网络与WDM光网络比较SDH网络WDM光网络网元组成TM、ADM、DXC背对背WDM终端、OADM、OXC第一阶段：点到点线性系统,第一阶段：点到点线性系统,由复由TM背对背方式实现电路上下用器/解复用器背对背方式实现波长上下第二阶段：SDH<通道或MSP）自愈第二阶段：OADM<通道或线路）自愈环,环,ADM实现自愈环地保护倒换OADM实现自愈环地保护倒换网络拓扑演进方案第三阶段：基于DXC网状网,DXC第三阶段：基于OXC网状网,OXC实现波实现VC-n交换和选路长通道地选路和交换第四阶段：光分组网络WDM光传送网地演进由最初地线性点到点式传送结构,逐步转变为环型结构、网型结构.当前,OADM地应用日趋增多,特别是城域网和省网内,以OADM构成地WDM环网技术已成为一个发展热点.当业务需求超过2个4纤SDH 2.5Gbit/s自愈环地容量时,采用WDM 环网相对于SDH环网地优越性就明显体现出来了,它可以大大节省光纤并提高容量.3.2 现场实验情况为了迎接实用化WDM光传送网时代地到来,发达国家和地区分别规划了全球/地区/国家等区域地WDM光传送网,其中包括Oxygen计划、欧洲光网规划、美国光互联网规划、加拿大光网规划等,并建立了许多实验平台和现场实验,以研究网络结构、网络管理、光纤传输、网络对新业务地适应性等关键技术.国内外先进地WDM全光通信网地现场实验情况如下：<1）美国地WDM光传送网现场实验工程·国家透明光传送网NTON；·多波长光传送网MONET<Multi-wavelength Optical Networking）.<2）欧洲ACTS计划WDM光传送网现场实验工程·泛欧光传送网PHOTON和光通信网管理MOON；·泛欧光传送网OPEN；·光纤城域网<METON）；·波长-捷变<agility）光波传送与接入网WOTAN.<3）日本NTT WDM光传送网现场实验·社团光纤骨干网COBNET；·PROMETEO城域网.<4）国内WDM光传送网进展·国家“863”计划工程：全光实验系统；·国家“863”计划重大工程：中国高速信息示范网CAINONET.3.3 光分组网络地研究面向未来IP业务地光网络研究已经成为各国和跨国研究计划地重点,如欧洲地ACTS 计划、COST计划、美国地NGI计划和国防部高级研究计划局<DARPA）支持地MIT、Stanford 、Princeton,、Michigan等多所著名大学地合作工程和加拿大地CA*net3国家光互联计划中都着眼于发展承载未来IP业务地光分组交换通信网络.日本和澳大利亚等国地科研机构和大学也正致力于光分组交换网络地研究.以建立光路连接地线路交换光联网技术相对成熟,点对点WDM传输系统地静态路由WDM光网络是目前商用光网络地主流.随着OXC和OADM等光交叉功能器件地成熟,快速建立端到端光路径地动态路由WDM光网络正走向商用.而光分组交换网络地研究则处于基础研究阶段.光分组交换网络中地光数据分组主要分成两部分处理,其中光分组交换中地载荷部分采用不经过光电—电光处理地路由与转发,因此极大地提高了数据分组地转发速度和节点地吞吐量.载有地址和管理信息地光数据分组地信头需要同步、帧识别和地址识别等较复杂地光信号处理.由于目前光信号处理技术尚处于初步发展阶段,尚难实现非常复杂地光信号处理.因此研究者采用多种光分组信头处理方案,从而形成了不同地光分组交换组网技术,如光突发交换技术、光标记交换技术和全光时分多址技术.光突发交换网络中,光分组地信头处理是采用电子处理技术；光标记交换网络中,光标记写入、读取、删除和交换等简单地光信头处理功能采用光子技术,其它复杂地信头处理采用电子技术；而全光时分多址网络中,同步、地址识别和处理等复杂地功能均采用光子技术.另外,光分组交换网络技术地研究还包括两个层面地支撑技术,新型光电子器件地研究和光分组交换网络地动态行为地分析研究.4 基于OXC和OADM地WDM光传送网WDM光传送网地光路层主要由WDM传输系统和具有波长路由功能地节点<OXC或OADM）组成,它是在传统地WDM传输线上插入光网节点,用于实现光分插复用功能和/或光交叉连接功能.通常,WDM光传送网地主要组成元素包括：光网节点和连接各光网节点地设备,其中,光节点包括光分插复用<OADM）节点<也称光上下路节点）和光交叉互连<OXC）节点；连接各光节点地设备主要包括：单模光纤、WDM复用/解复用器、光纤线路放大器、再生器<REG）等设备和器件.复用/解复用器和光纤线路放大器等设备和器件与传统地WDM传输系统地完全相同,这里就不作介绍,下面分别介绍OADM和OXC地逻辑功能及其基本结构.4.1 OADM节点OADM节点地功能是从WDM传输线中选择性地分下一个或多个波长光信号并插上一个或多个波长光信号,但不影响其它不相关波长信道地光信号传输.OADM实现地功能类似于电SDH分插复用器<ADM）在时域内实现地分插功能,但OADM工作在光波长域内,并且具有传输透明性,可以处理任何格式和速率地信号.就节点功能分类,OADM有两种类型：固定波长型和可变波长型.固定波长OADM只能分插一个或多个固定地波长信道,节点地路由是固定地.该类型OADM缺乏组网灵活性,但性能可靠、没有延时.可变波长OADM能动态地调节节点地分插波长信道,实现光网络地动态重构.该类型OADM通常采用光开关或可调谐光器件等构成OADM地核心——光分插复用单元,结构复杂,但可以使网络地波长资源得到良好地分配.典型地OADM是由OADM单元、光复用/解复用器、光放大器等器件组成,具备单波长信道光功率均衡、光功率/光信噪比/误码率检测以及节点网元管理等功能.OADM节点地关键部件OADM单元可以有多种实现方案,并且根据方案地不同,不一定需要光复用/解复用器件.通常,构成OADM地方案有：·体光栅<Bulk Grating）OADM；·Fabry-Perot OADM；·光纤光栅OADM；·平面波导InP OADM；·平面波导硅沉积二氧化硅<Silica on Silicon）OADM；·声光<Acousto-optical）OADM.其中,Fabry-Perot OADM、光纤光栅OADM、平面波导硅沉积二氧化硅OADM和声光OADM不需要光复用/解复用器件.OADM通常用于环状网结构,作为光传送网地节点,OADM地保护倒换功能非常重要,其保护倒换功能地实现依赖于OADM环路地拓扑结构.对单向自愈环,使用一个OADM和两个2(2光开关就可以实现自愈保护功能<在光纤被切断地情形下）.对双向自愈环,需要两个OADM 和两个1(2光开关或电开关就能够实现保护倒换功能<在光纤被切断地情形下）.4.2 OXC节点目前有两种交换方案可以实现OXC：空间交换和波长交换.具体结构和实现方法有多种,如基于空间光开关阵列地OXC,基于递送与耦合开关(Delivering and Coupling Switch>地OXC,采用波长转换器件作为开关元件地OXC,等等.无论采用哪种结构和技术,从长远着想,OXC应当是模块化、可扩展、可升级地.譬如为预备未来地流量增长和变化,OXC应当在波长和光纤两个层次上都是模块化地,以便于通过增加光纤或波长来扩容和升级.此外,一些特殊地应用场合还要求OXC具有广播发送能力.由于光通道地传输容量很大,一旦发生阻塞其影响将非常严重,因此OXC结构应当是无阻塞地.如果OXC没有波长转换功能,光通道在各光纤段中必须使用同样地波长.这样,为了建立一条波长通道,光路层必须找到一条路由,在这条路由地所有光纤中,有一个共同地波长是空闲地,这就叫波长通道(WP>；如果找不到这样一条路由,就会发生波长阻塞.例如当不同输入链路中同一波长地信号要连接到同一输出链路时,只支持WP地OXC结构会发生阻塞,当然这种阻塞可以通过选路算法来解决.如果OXC具有波长转换功能,光通道在不同地光纤段中可以根据需要占用不同地波长,就可以提高波长地利用率,降低阻塞率.这就是所谓地虚波长通道(VWP>概念.完全无阻塞地OXC结构只有在支持VWP时才能实现,这就要求有大规模地光开关阵列和波长转换器,但这些光子器件还未成熟,而且很昂贵,因此,近期内OXC 只能基于WP,因而灵活性受到了一定地限制.如果说OADM应用偏重于光通道配置以便组网,则OXC主要通过对物理网络地管理和波长地管理,实现网络地保护和恢复,提高光网络地生存性,同时也便于光通路地调度与管理.OXC处于光网络分层结构中地第三层,主要用于骨干网中,其功能是在光域上对不同输入链路地波长信道进行交叉互连,即进行信道在空域和频域地交换,对应于电信网中地DXC.同样,波长信道在OXC节点内部地交换是以光地形态进行.相比于OADM节点,OXC功能更加强大,但结构也更加复杂、成本更高.它具有多个输入/输出光纤端口,WDM光信号通过光解复用器分成单波长信道,根据需要,由光开关矩阵进行单波长路由交叉连接,再通过光复用器把单波长信道合波成输出WDM光信号.OXC在实验室中地实现有多种方式,如平面波导AWG式、热敏相移开关式、M-Z开关式及微型机械开关式等.实用化地OXC大都采用微型机械开关式,而且规模目前还不大,一般只做到32×32个光波道地交叉能力.作为光传送网地核心节点,OXC应具备单波长信道光功率均衡、光功率/光信噪比/误码率检测以及节点网元管理等功能,还应具有节点严格无阻塞功能、有限广播或全广播功能、自愈保护倒换功能和波长转换功能.对光传送网而言,它必须具有如下主要功能.·光路层地带宽管理：随着更多光纤和波长接入光网络节点,带宽管理就变得极为重要.OXC应能够在光纤和波长两个层次上提供这样地管理.例如可以动态重构光网络,提供光信道地交叉连接以及本地上下路功能,大大减轻电DXC设备地重构负担；可以代替背对背DWDM终端和人工光波导交叉连接盘；还可以动态调整各光纤中地流量分布,提高光纤地利用率.·光网络地保护和恢复：在单芯光纤能够传输高达几十乃至上百路高速波长信道地今天,没有光路层地保护、恢复功能是不可想象地.OXC可以在光路层提供网络保护机制,例如在出现光纤断折情况时通过光开关可以将光信号倒换至备用光纤上,实现光复用段1+1保护.OXC还可以通过重新选择波长路由实现更复杂地网络恢复,处理包括节点故障在内地更广泛地网络故障.4.3 网络保护与恢复在光传送网中,自愈环结构是非常重要地一种典型结构,基于OADM地自愈环是解决光传送网生存性地最佳解决方案.应用OXC/OADM组网网络节点地WDM环状网,OADM应具备如下功能：网络保护倒换、波长信道分插复用和动态波长路由选择.单向自愈环需要两根光纤,即一根工作纤和一根保护纤.它由一个中心节点和两个OADM构成地WDM单向自愈环,中心节点是一个OXC设备,用于不同WDM环状网地波长路由选择.光开关用于网络地保护倒换,保护路径通过分别在OADM地输入端和输出端配置2×2旁通或交叉光开关来实现.双向自愈环需要两根光纤<工作/保护纤）.它是由一个中心节点和两个OADM构成地WDM双向自愈环,中心节点是一个OXC设备,用于不同WDM环状网地波长路由选择.在正常工作状态,每个网络节点能够根据需要分插波长信道和旁通其它波长信道.当工作纤被切断时,断点两侧地OADM实行保护倒换,通过保护纤形成新地环状网.当某个OADM 失效时,其两侧地OADM实行保护倒换,通过保护纤形成新地环状网.5 全光传送网地发展趋势现阶段全光传送网地研究与实验主要是以WDM技术为核心,对波分复用地传输、交换和联网技术进行研究与实验.在传输方面,将掺饵光纤放大器<EDFA）用于波分复用传输系统,使大容量长距离全光传输成为可能.在交换技术方面,传统传送网地电路、分组交换也逐渐被空分、时分地光路交换方式替代.在联网技术方面,基于WDM地全光传送网与现有地SDH网已实现了很好地互联,IP over WDM技术也在积极地发展之中.这一切都为我们展现了WDM全光传送网地美好前景.未来骨干网络将在网络带宽、可扩展性、生存性和运行成本等方面提出更高地要求,网络朝着宽带化发展,以保证低成本地高带宽传送；同时,网络也将朝着数据化<特别是IP）方向发展,使之逐渐成为未来所有业务地共载体.宽带光网技术结合了波长路由光交换技术和波分复用光传输技术,在光域实现高速信息流地传输、交换、故障监测和恢复等功能,建立端到端地光通道,被誉为21世纪真正地高速信息公路.根据21世纪信息通信业务地发展趋势,可以概要地看出下一代信息通信网地一些特征：·以数据<IP）业务为中心,包括本身就是数据型地业务以及由非数据业务转换成数据形式地业务；·数据业务呈指数形上升；·网络应能经济有效地适应：由技术业务地多样化造成地业务信号地多样性,以及对带宽需求地难预测性.结合基于WDM地光传送网地特点,下一代信息通信网地网络架构应由两部分组成：·具超宽传送潜力、对信号透明地核心平台,即以WDM技术形成光网络；·能适于多种业务地外层<边缘）网络,即能把各种用户地业务信号与核心平台连接起来地IP业务层.根据下一代信息网络地特征和网络架构地特点,下一代信息网络地垂直结构由业务层、ATM层、ADM层和光传送层构成；而下一代信息网络地水平结构由核心网和边缘网组成.根据“十五”规划,我国未来地电信网络结构将由DWDM光传送网构成核心网络,由SDH 网、分组网和WDM环网构成省内/城域网,由多元化发展地宽带接入、综合业务接入等向用户延伸.“十五”规划还将探索我国实现3T网地可能性,投入了大量地资金< “863”十五计划将投入150亿元用于信息领域地关键技术研究）,力求实现技术突破,实现预期目标.对传输链路而言,最有希望突破Tbit/s地传输容量<可能达到1.6Tbit/s）.对传送节点而言,也有希望突破Tbit/s地节点容量,电传送节点可望达到1.28 Tbit/s,而光传送节点可望达到2.5～5Tbit/s.对业务节点而言,实现难度最大,将成为网络传输容量地瓶颈；但希望仍在,需要有创新思路和创新技术.相信不远地将来我国骨干网将逐渐为以WDM光传送网技术为基础地基于互联网业务地光网络所取代.。

WDM技术及其应用(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑欢迎下载）编号20210821318本科生毕业设计（论文）WDM技术及其应用WDM Technology and Its Application学生姓名郑士利专业光电信息工程学号0821318指导教师王金波分院光电工程分院2021年6月摘要光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。

随着社会的发展，人类的进步，光纤通信刚好符合了人们的要求，未来的光纤通信将全面部署，最终实现全光网络。

光纤通信的发展呈现了蓬勃发展的新局面。

本文主要讲了光纤通信系统中主要应用到的WDM技术的原理，探讨了WDM技术的特点及发展现状。

然后对该技术的实际应用作了简要的探讨，再对国内外WDM 系统理论技术的进展进行广泛的研究。

最后对WDM光纤系统发展的现状及发展趋势做了简要分析。

关键词：WDM 光纤通信传输系统大容量系统ABSTRACTOptical fiber of the invention, the communication technology revolution in twenty-first Century, is an upcoming information society is a major factor. With the development of society, human development, optical fiber communication meets the requirement of people, the future of optical fiber communication will be fully deployed, the final realization of all optical network. The development of optical fiber communication presents the vigorous development of the new situation.This paper is mainly about optical fiber communication system is mainly applied to the principle of WDM technology, discusses the characteristics of WDM technology and development status. Then on the actual application of this technology are briefly discussed, and then the domestic WDM system theory and technology progress to conduct extensive research. At the end of the WDM fiber optic system development present situation and the development trend is analyzed briefly.Key words: WDM Optical fiber communication Transmission system Large capacity system目录第一章绪论 (1)1.1 课题的提出 (1)1.2 国内外研究和应用情况 (2)1.3 本课题的主要任务 (5)第二章光纤通信的概述及发展状况 (6)2.1 概述 (6)2.2 光纤通信的发展概况 (7)第三章波分复用器 (8)3.1 WDM的产生 (8)3.2 光波分复用器（合波器和分波器） (9)3.2.1 光纤耦合器型波分复用器 (9)3.2.2 干涉滤光器型波分复用器 (10)3.2.3 光栅型波分复用器 (11)3.2.4 衍射光栅型光波分复用器 (13)3.2.5光纤光栅及应用 (15)3.3 密集波分复用技术（DWDM） (17)3.3.2 DWDM技术主要特点 (18)3.3.3 DWDM系统的关键技术 (18)3.3.4 DWDM设备性能的评价标准 (18)第四章WDM技术的发展前景 (19)结论 (21)参考文献： (22)致谢 (23)第一章绪论1.1 课题的提出目前，光纤通信己成为现代通信网的基本组成部分，承载着通信骨干网络的主要传输任务。

传输网络-DWDM及OTN原理教材本教材将介绍传输网络中的两种重要技术：密集波分复用（DWDM）和光传送网络（OTN）。

我们将深入探讨这些技术的原理和应用。

密集波分复用（DWDM）DWDM技术通过在光纤中同时传输多条不同波长的信号，极大地提高了传输网络的容量。

其原理如下：1. 波长分离：DWDM将每个波长的信号分开，并使用窄带滤波器隔离它们，以确保波长之间不会互相干扰。

波长分离：DWDM将每个波长的信号分开，并使用窄带滤波器隔离它们，以确保波长之间不会互相干扰。

2. 波长变换：DWDM利用波长转换器可以在不同波长之间相互转换。

这使得不同供应商的设备能够进行互联，并使网络维护变得更加容易。

波长变换：DWDM利用波长转换器可以在不同波长之间相互转换。

这使得不同供应商的设备能够进行互联，并使网络维护变得更加容易。

3. 双向通信：DWDM可以实现双向传输，即在同一光纤上同时进行上行和下行通信，提高了传输网络的效率。

双向通信：DWDM可以实现双向传输，即在同一光纤上同时进行上行和下行通信，提高了传输网络的效率。

光传送网络（OTN）OTN技术是一种基于DWDM的网络传输协议，可以确保高质量的光信号传输。

其原理如下：1. 容错性：OTN通过添加前向纠错和错误检测功能，提高了传输的可靠性。

即使在光纤信号受到干扰或损坏时，也能保证数据的完整性和可靠传输。

容错性：OTN通过添加前向纠错和错误检测功能，提高了传输的可靠性。

即使在光纤信号受到干扰或损坏时，也能保证数据的完整性和可靠传输。

2. 维护通道：OTN在数据传输过程中，引入了专门的维护通道，用于监测和管理网络中的设备状态。

这使得故障排除和网络维护变得更加简单和高效。

维护通道：OTN在数据传输过程中，引入了专门的维护通道，用于监测和管理网络中的设备状态。

这使得故障排除和网络维护变得更加简单和高效。

3. 多层协议：OTN支持多种协议，包括以太网、同步数字体系结构（SDH）和同步光网络（SONET）。

【业界新技术】1．光波分复用系统(WDM)技术要求【RPR专栏】1．新一代光环城域网——弹性分组环2．For personal use only in study and research; not for commercial use3．4．城域网新标准：弹性分组环RPR【业界新技术】光波分复用系统(WDM)技术要求（2003-07-31 通新世界）一、引言在过去几年中，WDM技术使得光纤丰富的带宽资源得以开发利用。

然而，2.5Gbit/s 或10Gbit/s的WDM信号经过400-600km传输后，还需要进行电再生中继。

整个系统结构复杂，成本昂贵。

如何在实现全光传输的前提下，降低传输成本，延长传输距离，是一个急需解决的问题。

在超长距传输环境下，引入了许多新的技术，如采用喇曼放大器。

在传输过程中，进行波形管理、功率管理、色散管理，以及信号编码采用RZ编码和超强FEC等技术。

信号在无电中继传输的距离达到3000km，在实验室甚至达到了10000km。

鉴于国内外WDM技术发展迅速，1.6Tbit/s与800Gbit/s的WDM设备已经有商用化产品，并在干线网络上有实际应用。

为了给研制和运营部门提供技术依据，在以往WDM标准基础上，制定了《光波分复用系统(WDM)技术要求——1.6Tbit/s部分与800Gbit/s部分》。

二、光波分复用系统(WDM)技术标准介绍我国于1997年在省际干线(西安－武汉)引入第一条WDM系统(Lucent公司的8*2.5Gbit/s系统),从此揭开了WDM系统在中国大规模应用的序幕，WDM技术系列标准的研究和制定也正式开始。

1999年，我国第一个针对WDM技术的标准——《光波分复用系统总体技术要求暂行规定》(YDN120--1999)正式发布，标准中对8*2.5Gbit/sWDM系统及16*2.5Gbit/sWDM系统的技术要求进行了规范。

2000年，发布了《光波分复用系统(WDM)技术要求——32*2.5Tbit/s部分》(YD/T1060--2000)。

WDM技术的原理及其应用与发展WDM技术的原理及其应用与发展（吴海西）<2> 三、WDM系统在传送网中的应用传送网面临着巨大带宽需求和网络业务调度等压力，2000年传送网络的热点是：长途干线大规模应用DWDM系统，从而提供更多的带宽、降低中继成本；在大容量市话网络中规模应用STM－64和STM－16系统，支持业务的灵活调度。

1．WDM在长途干线传输网中的应用与由分插复用器（ADM）和中继器构建的传统SDH长途干线网相比，DWDM系统由于采用具有多波长放大能力的接饵光纤放大器技术，从而降低了长途干线网的中继成本，获得了广泛应用。

在长途干线传输网中，DWDM负责解决业务的长距离传送，SDH负责解决业务的调度、上下和保护。

根据目前长途干线网建设和维护中对DWDM的要求，总结出以下几个要点：①在长途干线网中，中继设备数量大为减少，具有统一管理DWDM和SDH设备能力的网管系统可降低网管系统的投资，简化维护工作。

②长途干线中设备节点距离较远，给系统维护和故障排除带来很大不便。

如果采用具有定时扫描各种光谱特性的内置光谱分析单元，维护人员就可以在网管中心实时了解动态运行中的每个波长的光功率、中心波长、光信噪比等光谱特性，实现系统在线监控，满足干线网远程监控与维护的需要。

③目前ITU－T建议只定义了8×22dB，5×30dB，3×33 dB三种规模的光放大单元，但长途干线中实际再生段超出120km的情况很多，随着器件技术水平的提高，采用具有更多光放规格的DWDM系统，在工程设计时就可以超出上述受限范围，最终降低中继建设成本。

④目前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确认等重要功能，相反，SDH利用丰富的开销字节能很好地支持上述功能。

目前国内有些厂商的DWDM系统在收端和发端的波长转换单元（OTU）进行波长转换的同时，将SDH帧结构中的B1字节提取出来进行校验，可实现在线监测和故障准确定位。

OTN与IP网络的协同与规划应用随着信息技术的快速发展和互联网的普及，大规模的数据传输和通信需求日益增长。

在这样的背景下，光传输网络（OTN）和互联网协议（IP）网络成为了两个非常重要的网络技术。

本文将探讨OTN与IP 网络的协同作用以及在网络规划中的应用。

一、OTN与IP网络的基本介绍OTN是一种光传输技术，利用光纤传输数据信号，具有高带宽、低传输延迟等优势。

它通过光传输领域的波分复用（WDM）技术，将多路复用的数据流进行分割和重组，实现大规模数据的传输。

IP网络是基于互联网协议的网络，它是一个全球性的网络通信基础设施，实现了数据的分组传输和路由转发。

IP网络具有灵活性和可扩展性的特点，在实现数据通信和信息传输方面具有重要的作用。

二、OTN与IP网络的协同作用1. 高速传输能力：OTN提供了高带宽的光纤传输能力，使得IP网络能够承载更多的数据流量。

通过OTN的波分复用技术，可以在同一光纤上同时传输多个数据通道，提高了网络的传输效率和吞吐量。

2. 数据安全性：OTN具有强大的容错能力和纠错机制，可以在数据传输过程中自动纠正错误和恢复丢失的数据。

这种容错机制可以提高网络的可靠性和数据的安全性，保证数据在传输过程中的完整性和可用性。

3. 灵活性和可扩展性：IP网络可以根据需求进行扩展和升级，使得网络的规模和容量可以随着业务需求的变化而调整。

OTN的光纤传输技术提供了高带宽和低延迟的传输能力，为IP网络提供了良好的扩展性和灵活性。

4. 质量保障：OTN可以为IP网络提供服务质量（QoS）保证。

通过提供不同的传输等级和优先级，OTN可以根据不同的业务需求为IP网络提供不同的服务质量保障，确保关键业务的高效传输和低延迟。

三、OTN与IP网络的规划应用1. 骨干网络规划：在大规模网络中，骨干网络起着连接各个子网的关键作用。

在骨干网络规划中，可以利用OTN的高带宽和低延迟特性，为IP网络提供高速的数据传输通道，确保各个子网之间的数据交换和通信。

光传输网（OTN）的技术演进和标准化进展原荣【摘要】简单回顾了光纤通信系统的发展历程,指出建设下一代每信道超过100 Gbit/s的高速相干光纤通信系统的必要性和可用技术,列出使用不同的调制和检测技术,每信道100 Gbit/s的WDM系统实现的不同传输容量和频谱效率,介绍了光传输网（OTN）的技术演进、标准化进展和一种可能的OTN复用映射结构。

%This paper reviewed the development course for fiber communication systems, pointed out the necessity and enabling technologies for next- generation high-speed coherent optical communica- tion systems targeting beyond 100 Gbit/s per chan- nel listed out the transmission capacity and spectral e~cieney for WDM optical communication systems with the channel rate over 100 Gbit/s when using different advanced modulation formats and detection technologies, and introduced the technology evolu- tion, standard development and hierarchy of OTN.【期刊名称】《现代电信科技》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】7页(P47-53)【关键词】光传输网;光纤放大器;波分复用;偏振复用;复用映射结构;帧结构;多电平调制;光正交频分复用;相干检测【作者】原荣【作者单位】中国电子科技集团公司（CETC）第三十四研究所【正文语种】中文【中图分类】TN929.11 光传输网的技术演进自1988年ITU-T通过SDH标准以来，光纤通信传输速率已从155Mbit/s提高到2.5Gbit/s和10Gbit/s。

光传送技术发展现状与趋势提示：在业界的共同努力下，光通信技术又取得了新的进步。

下面针对几种主要技术的发展现状和发展趋势进行分析。

WDM和OTN技术WDM技术作为在省际、省内和城域广泛应用的技术，在多业务承载能力、灵活性和安全性等方面有了较大进步。

OTN技术和产品的研发已经列入了时间表。

WDM技术和产品从早期的固定配置、点到点传输的产品逐步发展，增加了光层的ROADM、客户侧的子波长电层交叉、数据业务汇聚、二层交换功能、OTN接口支持等方面的功能，2007年基于OTN的A－SON、GMPLS控制平面技术将不断发展。

ROADM从WB（波长阻断器）技术的支持两个方向逐步向至少支持3～6个方向、采用WSS（波长交换选择器）过渡，同时也解决了线路功率自动控制、波长功率动态均衡、自动色散补偿、波长踪迹监控等应用的关键问题。

同时WDM系统引入了子波长的电层交叉，通过引入电层交叉来实现业务的灵活配置、疏导和保护，一定程度上可灵活组网来重用波长资源，降低扩容成本。

数据业务的汇聚和二层交换功能，可以更好地适应不同的数据业务流量模型和组网需求。

针对省际骨干传送网中大量使用点到点系统在保护等方面存在隐患，目前WDM系统组大环的试验正在进行中。

OTN是电网络与全光网折中的产物，将SDH强大完善的OAM&P理念和功能移植到了WDM 光网络中，有效地弥补了现有WDM系统在性能监控和维护管理方面的不足。

但是受到交叉芯片容量等方面的影响，目前OTN设备的交叉容量相对于它的交叉颗粒来说偏小。

预计在今后3年左右，基于OTN的ASON/GMPLS技术将不断发展并开始商用，在ODUk和波长级别加载智能化的控制层面，从而快速地响应业务网的传送带宽和网络连接请求，利用信令、路由和自动发现协议来自动建立端到端的业务通道，为上层的不同业务分别组建L1VPN，真正实现光传送网络面向业务运营的网络转型策略。

多业务传送技术基于SDH的MSTP技术在国内已经得到了广泛的应用，内嵌RPR和内嵌MPLS功能的MSTP也相继商用，从技术角度来看，内嵌RPR的MSTP可以提供对数据业务的动态、公平、高效的带宽共享利用，以及业务的CoS和QoS服务。

传输网-wdm及otn原理教材WDM及OTN原理目录第一章波分复用技术概述 (6)1.1波分复用光传输技术 (6)1.1.1波分复用的基本概念 (6)1.1.2WDM技术的发展背景 (6)1.2DWDM原理概述 (7)1.3WDM设备的传输方式 (8)1.3.1单向WDM (8)1.3.2双向WDM (9)1.4开放式与集成式系统 (9)1.5WDM系统组成 (10)1.6WDM的优势 (10)1.7CWDM简介 (11)1.8思考题 (12)2第二章WDM传输媒质 (13)2.1光纤的结构 (13)2.2光纤的模式 (14)2.2.1传播模式概念 (14)2.2.2多模光纤 (14)2.2.3单模光纤 (15)2.3模场直径和有效面积 (15)2.4光纤的种类 (16)2.5光纤的基本特性 (17)2.5.1光纤的损耗 (17)2.5.2光纤的色散 (18)2.5.3光纤的非线性效应 (20)2.6思考题 (23)3第三章DWDM关键技术 (24) 3.1光源 (24)3.1.1激光器的调制方式 (24)3.1.2激光器的波长的稳定 (27) 3.2光电检测器 (28)3.2.1PIN光电二极管 (28)3.2.2雪崩光电二极管（APD） (28) 3.3光放大器 (28)3.3.1光放大器概述 (28)3.3.2掺铒光纤（EDF） (29)3.3.3EDFA增益平坦控制 (30)3.3.4EDFA的增益锁定 (31)3.3.5掺铒光纤放大器的优缺点 (32) 3.3.6拉曼光纤放大器 (33)3.3.7有关光放大器的技术指标 (34) 3.4光复用器和光解复用器 (34) 3.4.1光栅型波分复用器 (34)3.4.2介质薄膜型波分复用器 (36) 3.4.3熔锥型波分复用器 (36)3.4.4集成光波导型波分复用器 (37) 3.4.5波分复用器件性能比较 (37) 3.4.6对光复用器件的基本要求 (38) 3.5光监控信道 (39)3.5.1光监控通路要求 (39)3.5.2监控通路接口参数 (40)3.5.3监控通路的帧结构 (40)3.6新技术 (41)3.6.1码型技术 (41)3.6.2FEC技术 (47)3.7思考题 (48)4第四章DWDM光传输系统的技术规范 (50)4.1ITU-T有关WDM系统的建议 (50)4.2传输通道参考点的定义 (50)4.3光波长区的分配 (51)4.4思考题 (55)5第五章OTN技术概述 (56)5.1OTN技术基本概念 (56)5.1.1OTN定义 (56)5.1.2OTN技术的发展背景 (56)5.1.3OTN技术的主要优势 (57)5.2OTN 标准体系 (58)5.3术语与定义 (59)5.3.1光通路optical channel (OCh[r]) (59)5.3.2光通路数据单元optical channel data unit (ODUk) (59)5.3.3ODUk通道ODUk path (ODUkP) (59)5.3.4ODUk TCM (ODUkT) (59)5.3.5光通路净荷单元optical channel payload unit (OPUk) (59)5.3.6光监控通路optical supervisory channel (OSC) (59)5.3.7光传送模块optical transport module (OTM-n[r].OTM-0.mvn) (59)5.3.8光通路传送单元optical channel transport unit (OTUk[V]) (59)6第六章OTN的结构及开销 (60)6.1OTN网络分层结构 (60)6.1.1光通路层（Och）网络 (61)6.1.2光复用段层（OMS）网络 (62)6.1.3光传输段层（OTS）网络 (62)6.2光通路帧结构 (62)6.2.1OTUk 帧结构 (62)6.2.2ODUk 帧结构 (63)6.2.3OPUk帧结构 (63)6.3光通路开销分类和描述 (64)6.3.1OTUk, ODUk和OPUk 的开销分类 (64) 6.3.2OTS、OMS 和Och的开销 (66)6.3.3开销描述 (66)6.4维护信号 (68)6.4.1OTUk维护信号 (68)6.4.2ODUk维护信号 (68)6.4.3客户维护信号 (70)6.4.4OPUk 客户信号失效指示 (70)7第七章OTN的映射与复用 (71)7.1复用和映射结构 (71)7.2比特速率和容量 (74)7.3OPUk虚级联 (76)8第八章OTN设备类型和基本要求 (78)8.1设备类型 (78)8.1.1OTN终端复用设备 (78)8.1.2OTN交叉连接设备 (79)8.2客户信号的映射 (81)8.2.1SDH业务 (81)8.2.2OTUk业务 (81)8.2.3GE业务 (81)8.2.410GE业务 (82)8.2.540GE/100GE业务的映射 (82)8.3设备功能要求 (82)8.3.1业务接口适配功能 (82)8.3.2线路接口处理功能 (83)8.3.3ODUk调度功能 (83)8.3.4光复用段和传输段处理 (83)8.3.5OCh调度功能 (83)8.3.6OTN开销处理 (84)8.4设备性能要求 (87)8.4.1误码性能 (87)9第九章OTN的保护机制 (89)9.1通用要求 (89)9.1.1拖延计时器 (89)9.1.2等待恢复时间 (89)9.1.3操作类型 (89)9.1.4APS信令通道 (90)9.1.5倒换类型 (90)9.1.6倒换性能 (90)9.2线性保护 (90)9.2.1OCh保护 (90)9.2.2ODUk SNC 保护 (91)9.3环网保护 (94)9.3.1OCh SPRing 保护 (94)9.3.2ODUk SPRing 保护 (95)10第十章专用词汇及缩略语 (97)第一章波分复用技术概述目标：掌握WDM的基本概念。

第1章WDM概述1.1 WDM技术的产生背景1.1.1 光网络复用技术的发展随着信息时代宽带高速业务的不断发展，不但要求光传输系统向更大容量、更长距离发展，而且，要求其交互便捷。

因此，在光传输系统中引入了复用技术。

所谓复用技术是指利用光纤宽频带、大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多路信号。

在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要作用。

光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段的发展。

SDM技术设计简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数，投资效益较差；TDM技术的应用很广泛，缺点是线路利用率较低；WDM技术在1根光纤上承载多个波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。

光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统(经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段)，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。

波分复用技术从光纤通信出现伊始就出现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室的厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（1310／1550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为2×1.7Gb／s。

但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快.从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。

WDMWDM又叫波分复用技术，是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术，就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。

在接收部分将再由分波器将不同波长的光载分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以双向传输问题，迎刃而解。

wdm应用场景
WDM（Wavelength Division Multiplexing）即波分复用技术，在多个领域有广泛应用，主要包括：
光通信领域：WDM技术在光通信领域应用广泛，可以用于光纤通信、光纤传感、光纤放大器等方面。

在光纤通信中，WDM 技术可以将单根光纤的带宽最大化利用，提高网络传输的速度和带宽。

在光纤传感中，WDM技术可以将不同的光信号传输到不同的传感器中，从而实现多点传感。

数据中心：随着云计算和大数据的兴起，数据中心的带宽需求也越来越高。

WDM技术可以将数据中心的带宽最大化利用，提高数据传输的速度和效率。

同时，WDM技术还可以实现数据中心的光纤互联，提高数据中心的可靠性和稳定性。

5G前传：在5G前传中，WDM技术承载着无源解决方案，具有高带宽、高可靠性、低成本、低延迟等优点，显著节省光纤资源，并易于安装、部署和维护。

此外，随着技术的演进和发展，WDM技术的应用不断下沉，逐步应用到城域网、接入网等领域。

同时，掌握密集波分复用（DWDM）系统的阵列波导光栅（AWG）、可调光功率波分复用器（VMUX）相关技术的企业，能够在未来波分复用技术的广泛应用中占据主动地位。

总之，WDM技术已成为现代通信领域中不可或缺的技术之
一，未来其应用领域还将不断扩展。