波分复用网络波分复用网络的保护

WDM技术使得单根光纤链路同时传输多路客户信号成为可能，而与此相对立的就是各种网络故障均会导致大量业务的异常中断，因此，WDM网络的可靠性一直受到业界人士的广泛关注。当今最为常用的保护方法就是在网络规划和设计时预留一定的冗余资源，且这些冗余资源构成的备用路径(backuppath)必须满足与受保护的业务路径(workingpath)存在链路分离(link-disjoint)或节点分离(node-disjoint)的关系，这样才能提供真正的保护。工作路径与备用路径之间并不存在严格的一一对应关系，而是根据受损工作路径对于承载业务的影响程度以及网络冗余资源的分配策略才能为工作路径创建合适的备用路径。基于网状WDM网络的生存策略及其保护方法的研究已经引起了业界人士的大量兴趣。

研究主要解决了冗余波长信道的使用效率问题，即如何以一定的网络冗余资源来取得最大的恢复性能；而对于实施这些生存方案所需要的保护倒换时间还没有得到较为深入的研究，尽管部分文献就环型WDM网络分析了APS技术的保护倒换时间，但并不能直接作用于网状WDM网络。

在数据通信中，我们需要一个具备分组交换能力的网络去支持像计算机通信或基于ATM通信等这样基于分组交换的大量现存应用。由于电处理的极限限制了数据速率的提高，所以，需一个“全光”的解决方案来处理这些基于分组(Packet)或信元(Cell)的通信，在这个方案中，数据净荷除了在源和目的节点外不会遇到电处理。分组业务具有很大的突发性，如果用光路交换的方式处理将会造成资源的浪费。

在这种情况下，一个全光的分组交换将是最为理想的选择，它将大大提高链路的利用率。要实现全光分组交换有许多问题需要解决。首先，需要建立一个新的路由机制。由于缺乏较好的光存储技术，光数据的寻径和交换必须不停顿地进行，也即不用电处理不用存储转发，这就需要一个全新的分组交换体系结构和技术，新的结构必须考虑到光领域的特殊性。其次是全光网交换和存储器件的实用性。这些全光器件都还在研制的过程中。最后则是一些基础研究，如光纤的非线性问题，窜扰(crosstalk)问题等等。

在分组交换网络里，每个分组都必须包含自己的路由信息，通常是放在头部(header)中。交换机只需要根据头部信息就可以决定向何处转发，而其他的信息如净荷则不需要被交换机处理。光交换机通常是分布存储式的交换机。

全光的分组交换一般有两种方法。最简单的一种是顺序比特分组交换法(BSPS:Bit-SequentailPacket-Switching)，这是由电分组交换直接演化而来的:一个二进制的序列头部数据告诉交换机向哪儿转发分组；另一种是并行比特分组交换法(BPPS:Bit-ParallelPacket-Switching)。

光路交换WDM网是研究得最多，也是最接近实用化的一种网络。在美国、日本以及欧洲的一些国家已经建立了基于光交换的WDM实验网络，如:LondonFiberNetwork，欧洲的RACEIIMultiwavelengthTransportNetwork(MWTN)，等等。

从拓扑结构上看光交换的全光WDM网络有两种主要的形式:①广播和选择网络(thebroadcastandselectnetwork)，也就是常说的星型结构的网络；②波长寻径网络。

波分复用网络广播和选择网络

广播和选择网络中各个节点通过光纤和无源星型耦合器连接，每个节点被分给不同的波长。各节点以自己特定的波长发出的信息经耦合器汇集，分流后到达各节点的收信端，每个节点利用可调谐接收器选择接收。各节点的发射器是固定频率的，接收器是可调谐的(实际上也可以有相反的情况)。注意，此处接收节点要想接受某发送节点的信息，必须利用调谐接收器把接受波长调到与发送信息的波长一致，这就要用到某种介质访问控制协议(MAC协议）

由于星型耦合器和光纤链路都是无源的，所以这种网络很可靠，而且易于控制。但是广播和选择网络有两个很明显的不足之处。第一，这种网络非常浪费光能，因为每一个要传输信号的光能几乎都被平分到网络中的所有节点上去了；第二，每一个节点都需要一个不同的传输波长，而光波波长数目有限，所以网络中的节点数目也就有限了。因此广播和选择网较适合用作局域网。

波分复用网络波长寻径网络

波长寻径网络中，特定波长上的信号被直接寻径到目的节点，而不是向全网广播。这样就减少了不必要的信号光能损失，同时又能使一个波长在网络的非重叠部分被多次使用(图1)。

图1中:节点3经过节点5与节点2通信，用的是波长1；与此同时，节点1经过节点n与节点4通信，用的是同样的信道波长1。因为这两条路径是非重叠的。而若同时节点1经过节点n与节点3通信，则需要用信道波长2了。

在最简单的情况下，路由是固定的，并不需要像光交换设备这样的可配置光器件。但是为了使网络有更大的灵活性和可扩展性，必须在网络中使用光路由设备，它可以动态重新配置路由以改变到达目的节点的光路。这样一来，网络中就需要用到一个或多个控制器来配置这些光路由设备。

为了使网络具有最大限度的可扩展性，则需要在波长寻径网络的光路由设备后面级联一个波长转换器，这样的话，连接就可以在不同光纤的不同波长信道中转换了。这将最大限度地重复利用有限的可用波长。但值得注意的是，全光波长转换器并没有完全研制出来。要达到波长的转换还必须利用光电转换和再生。因此，在实用中，波长寻径网络并没有用波长转换器。由此不难看出波长寻径网较适合用作城域网或广域网。

波分复用网络全光网的互连

在实际的应用中，一个光路交换WDM网总是由以上两种网络组合起来的。广播和选择网通常总是作为局域网(LAN)，它们通过波长寻径网互连起来(见图2)，形成一个分层结构。图2中的小圆代表LAN中的用户节点，LAN中节点之间的通信是通过广播方式完成的，它占用了一个固定的波长集合(此例中是波长1)。

在第二个层次，几个LAN互连成一个组(Group)，同一个Group不同LAN中的用户要通信，则要使用波长2，波长不在LAN的固定波长集合中。以这种方式可以级联成多个层次。但是，由于固定波长集合的存在，限制了网络中用户数的扩展(可以通过使用波长转换器来解决)。

有鉴于光节点的能力和可用波长的数目有限，因此有必要在全光网上加上一层常规的高速电子层，如ATM。光层提供多个高速信道(如SONET)“粗糙”路由，电子层则提供较低速度的“精细”处理(如完成ATM的信元交换)。这样的分层结构好处在于:光节点之间存在大容量、高速、透明的光路由，而光层的端节点完成常规的较低速、单信道、与协议有关的“精细”处理。光层与常规电子层构成的混合结构能够实现真正意义上的用户数目的可扩展性，而这是仅仅依靠WDM全光网所不能实现的。

波分复用网络定义

波分复用网络将单模光纤的可用带宽划分成多个独立的波长，每个波长是一个通道，各信道的速率在技术所能实现的范围内(如100Mbit/s～10Gbit/s)任意选择。网络中不同用户的不同业务可在不同逻辑通道上传送，这样多个信道速率的总和就构成了网络的速率，增加波分复用的信道数，就可进一步挖掘光纤的带宽资源；而多个独立非重叠信道可以同时传送不同类型的服务，这样也实现了网络综合业务的功能。一根光纤上可用的光波长为2、4、8、16、32、64，最多为132个，因此光波长数是有限的。

全光波分复用网络有两种交换方式:光路交换(Circuit-switching)和光分组交换(Packet-switching)，由此形成了两种全光波分复用网络的网络形式，即光路交换WDM(波分复用)网和分组交换WDM（波分复用）网。

波分复用网络背景

近几年来，全世界计算机及通信技术得到了长足的发展，由于网络构筑所依赖的以电为基本传输介质的物理层已到了其极限，使得现有的网络在多方面已不能适应需求:带宽匮乏、灵活性差、速度慢。

现有的基于时分复用方式工作的光纤网络由于受到电子器件的极限工作速率的限制，网络综合带宽难以突破10Gbit/s的量级。为充分利用光纤提供的巨大通信带宽，在网络中采用并行访问方式是必然的选择。

波分复用网络基础研究

全光WDM网的路由选择和波长分配(RAW)是重要的应用基础性研究问题，它解决怎样通过光交叉连接或其它设备构成运载信号的光通道，并合理地分配通道所使用的波长，使有限资源能提供尽量大的通信容量。

给出一组建立全光连接(光通路)的请求，RAW问题由两部分组成:①为每个源节点寻找到达目的节点的路径；②在这些路径上分配波长。因为波长数有限，不可能在每对节点间建立光通路。RAW问题可分为动态RAW和静态RAW。动态RAW一般是考虑建立光连接的请求随机到达，静态RAW则是考虑在进行路由和波长分配前已知所有的希望建立的光连接。

在较早的研究中，假定网络中没有波长转换的光部件，这种情况下的RAW问题已有较多的研究，但是还有探讨的必要。随着光部件的发展，网络中可以采用波长变换，在某些情况下，网络性能得到改善，这方面的研究很活跃。

为支持数据、话音、图像等多种业务，采用分组方式进行传输和交换具有很多优点。特别是Internet的空前发展，使得人们必须研究IP分组怎样进入全光网的问题。但是，由于真正的光分组交换技术的不成熟，使得我们不能采取真正光的方式进行分组交换，只能采用在全光网上加一层常规电子层(如ATM，IP)方法来解决这个问题。以逻辑拓扑为基础的交换网络能充分发挥光技术和电技术的特长，让携带信息的分组在逻辑拓扑上以光的形式尽量向前传输；当分组必须由一条光通道转发到另一条光通道时，才引入电交换虽然WDM如何与IP和ATM结合的问题在过去研究得比较少，但是这方面的研究已经兴起，而且将是未来的研究热点。

由于它具有极高的传输速率，因此探索能在尽可能短的时间内为被中断的业务寻找新的传输路由和自愈方案是十分必要的。网络生存性属于网络完整性的一部分。完整性包括通信质量、可靠性和生存性等，涉及通信系统多方面的技术。网络生存性泛指网络遭受各种故障仍能维持可接受的业务质量的能力。网络生存性策略包括恢复技术、控制管理技术等。 2100433B

光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型，介质膜型，光栅型和平面型四种

波分复用性能指标

其主要特性指标为插入损耗和隔离度

由于光链路中使用波分复用设备后，光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长λ₁,λ₂通过同一光纤传送时，在与分波器中输入端λ₂的功率与λ₁输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。

波分复用光波分复用器特点&优势

充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱（1310nm-1550nm）极少一部分，波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz，传输带宽充足。

具有在同一根光纤中，传送2个或数个非同步信号的能力，有利于数字信号和模拟信号的兼容，与数据速率和调制方式无关，在线路中间可以灵活取出或加入信道。

对已建光纤系统，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原系统有功率余量，可进一步增容，实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动，具有较强的灵活性。

由于大量减少了光纤的使用量，大大降低了建设成本、由于光纤数量少,当出现故障时，恢复起来也迅速方便。

有源光设备的共享性，对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。

系统中有源设备得到大幅减少，这样就提高了系统的可靠性

波分复用现状

由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高，技术实施有一定难度，同时多纤芯光缆的应用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的局面，因而WDM的实际应用还不多。但是，随着有线电视综合业务的开展，对网络带宽需求的日益增长，各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等等，WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来，表现出广阔的应用前景，甚至将影响CATV网络的发展格局。

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。

波分复用复用类型

光波分复用包括频分复用和波分复用

光频分复用（FDM）技术和光波分复用（WDM）技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分，光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光信道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。

波分复用结构

光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器（也称合波/分波器）分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的

WDM是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。波分复用器采用的就是这个技术。

目录

一 名词解释

二 WDM

三 CWDMCWDM系统原理

CWDM系统的优点

CWDM产品存在的不足

CWDM的发展方向

四 DWDM

DWDM系统原理概述

DWDM结构分

DWDM光信道

光波分复用的技术特点与优

势如下充分利用光纤的低损耗波段具有在同一根光纤中传送多个信号的能力较强的灵活性恢复起来也迅速方便降低了成本提高了系统的可靠性

五 应用图