毕业设计论文光纤通信的发展方向.doc
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1、武汉铁路职业技术学院 高职毕业生毕业设计(论文)高职毕业生毕业设计(论文) 课题名称:光纤通信的发展方向专 业 :通信工程 班 级 : 学 号 : 姓 名 : 指导教师: 摘 要对光纤通信技术的若干热点领域的最新发展趋势做了简要总结和展望。 主要提出了以下论点:电信级光以太网技术已经逐渐具备公用电信网所要求的必备功能和性能,成为未来城域网的重要发展方向;40Gbit/s系统技术已趋成熟。但是大规模应用还需时日;粗波分系统在我国城域网具有良好的发展前景;下一代ROADM的应用正向城域网领域扩展;点到点WDM传输将走向动态联网;EPON和GPON将主导FTTH技术。但大规模应用还需要解决成本、配套
2、技术和应用问题。 经历了光纤泡沫和多年沉寂的光通信在2006年上半年呈现出良好的发展势头。移动业务持续增长、短信业务如火如荼、对等通信(P2P)业务蓬勃发展、IP电视(IPTV)业务蓄势待发,使得带宽需求持续增长。世界网络带宽需求年增长率依然高达50%100%,而我国过去几年的干线业务量和带宽需求年增长率超过200%。这些业务层面上的发展态势不但对电信网的基础光通信提出了新的容量需求,而且在功能和性能方面也提出了新的需求。关键词光无线通信(FSO) MAC 点到点 目 录第一章 概述. 41.1 光无线通信技述综述. 41.2 光纤通信的特点. 51.3 报告提纲. 5第二章 电信级光以太网的
3、新发展. 52.1 概述. 52.2 MACinMAC封装技术. 52.3 PBT技术. 62.4 VPLS技术. 6第三章 光纤通信技术的发展与展望. 73.1 40Gbit/s传输系统的发展、挑战与应用. 73.2 CWDM技术的发展与应用. 83.3 下一代ROADM的发展与应用. 93.4 从点到点传输走向动态传送联网. 93.5 宽带无源光网络技术的新发展. 21第五章 结论. 10参考文献. 11第一章 概述11光无线通信技术综述光无线通信技术或称自由空间光通信(FSO,Free Space Optical Communication)是一种宽带接入方式,是光通信和无线通信结合的产
4、物,它利用光束信号通过大气空间,而不是通过光纤传送信号。这种技术的接入系统在组成结构上与光纤传送系统非常相似,这种系统的物理组成也是非常简单的,用户无需申请无线频率,而且起始投资低,运营费用低,能快速装设,可提供与光纤系统相似的传送带宽。已商用的光无线通信系统,容量从100Mb/s到2.5Gb/s,也有一些试验采用波分复用,达到更高速率。尽管受到气象条件的限制,只能在较短的距离内使用,一般限于2公里以下。但在许多场合,作为一种独特的方式,光无线接入可起到很好的作用,成为当前几种宽带接入方式很好的补充手段。 光无线通信有两种工作波长:850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜,一般应用在
5、传输距离不太远的场合。1550纳米的设备价格要高一些,但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收,照射不到视网膜,因此,相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高2个等级。 当然光无线通信技术并不是凭空突然出现的,早在四十多年之前,激光器件发明之后,这种技术就被工程开发中了。人们希望利用高度集中的光束,穿透大气空间,从而开始了在国防及民用中短距离通信的应用,主要是窄带的通信。到20世纪90年代之后,随着器件的成熟,特别是光纤通信规模应用后,器件价格的进一步下降,性能不断优化,宽带的光无线接入成为新的应用方向。随着互联网应用的兴
6、起,在许多宽带的技术之中,光无线通信以其容量和价格的优势,受到越来越多电信营运公司的注意,应用范围不断扩大。光无线通信技术的优点 1。2光无线通信技术特点1.部署快速 因为不需要埋设光纤和等待各种手续上的问题,光无线通信可以在几小时,或者几天内完成连接。光无线通信的无线接收器大小如同一部保安摄像机,可以轻而易举地安装在屋顶、屋内甚至窗外。 2.无需频谱许可证 光无线通信因设备间没有信号的相互干扰,故无需像无线电通信(如微波、LMDs)那样申请频率许可证。 3. 传输频带宽,通信容量大 如果采取点到点的组网方式,光无线通信能支持155Mb/s10Gb/s的传输速率,传输距离在2-4公里之间。在点
7、到多点的组网方式中,光无线通信能支持155Mb/s10Gb/s的传输速率,但传输距离为12公里。如果采用网状网的组网方式则可支持622Mb/s的传输速率,传输距离为200400米。 4.抗干扰性强 光无线通信接入方式是一种新的宽带数据接入业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线宽带接入服务。由于这种技术的频谱位于光频段,微波等对其不会构成干扰。而且这种技术的频谱与大多数中低频段电磁波不同的是,已经达到300GHz以上的数值,这样的电磁波频段的应用在全球都不受管制,可以免费使用,惟一的要求是设备功率不能超过国际电子技术委员会规定的功率上限。 5.不容易出现传输堵塞 由于
8、光无线通信系统使用点对点的系统,在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后,光无线通信系统到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式,中间没有电转换的介入。这样,光无线通信系统内光信号的流动就没有光电转换的障碍,所以信息在传输时就不会出现信息堵塞现象。 6.安全保密性强 光无线通信的波束很窄,定向性非常好,非可视光,夜间也无法发现,因此无法探测到链路的位置,更不存在窃听的可能性。并且用户到集线器之间的链路通常是加密的,安全保密性较强。 7.协议透明 光无线通信以光为传输媒介,任何传输协议均可容易地叠加上去,对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。 8.成本低光 光无线通信的成本是光纤到楼的1
9、/101/3。 9.便携性 无线通信装置可灵活拆装,移装至其他位置,适于临时、应急的通信。 第二章 电信级光以太网的新发展2.1 概述近来,电信级以太网发展很快,一些最新的技术解决方案已经具有硬QoS和电信级网管的能力,能够提供50ms的保护倒换时间等。除了传统以太网的扩展和增强技术,例如QinQ及其增强技术以太网环保护(Ethernet Ring Protocol ERP)技术外,各标准化组织和厂商开发了很多新型的城域网技术,诸如RPR(Resilient Packet Ring,弹性分组环)、MSR(Multiple Services Ring,多业务环)、MAC in MAC封装、PBT
10、(Provider Backbone Transport,网络提供商骨干传送)技术、VPLS(Virtual Private LAN Service,虚拟专用局域网业务)等。下面简要介绍MAC in MAC封装、PBT和VPLS三种主流的城域以太网技术。 2.1 MACinMAC封装技术 MACinMAC封装技术基于IEEE802.1ah标准,它的基本思路是将用户的以太网数据帧再封装一个运营商的以太网帧头,形成两个MAC地址。这样做可以带来以下好处: (1)可以完全屏蔽用户侧的信息,从而隔离核心网和减轻用户MAC地址对核心网转发表的压力,解决网络安全问题。 (2)具有清晰的层次化结构。在运营商
11、域的MAC帧头具有24bit业务标签,理论上可以支持1600万用户,从根本上解决网络扩展性和业务扩展性问题。 (3)运营网与用户网隔离,规避了用户网中可能发生的广播风暴和潜在的转发环路问题,使网络具有健壮性。 (4)运营商无需担心运营网的VLAN和MAC地址与用户网冲突,简化了网络的规划与运营。 (5)MACinMAC采用二层封装技术,无需复杂的信令机制。 (6)运营网的以太网交换机只需学习自己的MAC地址,从而减少了存储和处理的需求,使设备、建网和运维等成本降低。 2.2 PBT技术 在MACinMAC封装的基础上,只需少量改动,关掉某些以太网功能,利用现有以太网硬件就可以提供新的转发功能,
12、将无连接的以太网改造为面向连接的二层隧道技术,提供具有硬QoS和电信级性能的专用以太网链路,这就是所谓的PBT技术。PBT技术的主要特点如下: (1)扩展性好。关掉MAC学习功能,可以消除导致MAC泛洪和限制网络规模的广播功能。此外,PBT采用VID+MAC地址作为全球惟一地址和基于目的地地址的转发,VID不再表示传统的无环路域,而是用来识别某些特定通道,不具有全球惟一性,从而消除了业务扩展性限制,使网络具有几乎无限的隧道数目(260)。 (2)具有硬QoS、带宽预留和50ms保护倒换时间能力。转发信息不再依靠传统的泛洪和学习,而是由网管/控制平面直接提供,从而可以为网络提供确知的通道,保证在
13、各种情况下网络的行为都是可预见的,无需超额指配网络容量就能提供硬QoS,实现带宽预留和50ms保护倒换时间。 (3)业务提供灵活。作为二层隧道技术,PBT可以与现有WAN技术互通,不仅能支持各种以太网业务,还能支持各种基于MPLS的业务,包括二层的VPLS和虚拟伪线业务以及三层的IPVPN业务等,具有相当的业务灵活性。 (4)具备电信级网管功能。PBT采用了大量IEEE和ITU定义的网管功能,并将这些功能从物理层或重叠的网络层移植到数据链路层,使其能基本达到类似SDH的电信级网管功能。 简而言之,PBT技术结合了以太网和MPLS的优点,为城域网提供了一种新的、扁平化的、低成本的融合架构。但是,
14、PBT存在N2问题,需要大量连接,从而增加了管理难度;此外,自动隧道建立能力还有待开发。 2.3 VPLS技术 VPLS是在点到点MPLS基础上进一步发展而成的多点互联的二层VPN技术,将广域网的MPLS扩展到以太网的接入层。从用户角度来看,仿佛所有节点都连至一个专有LAN;从业务提供者角度来看,可以重新利用IP/MPLS基础设施来提供多种业务。 VPLS基于MPLS,独立于具体物理拓扑,可以利用MPLS的流量工程实现资源配置最佳化;VPLS利用FRR(ForwordResourceReservation,前向资源预留)可以实现50ms保护倒换时间。VPLS支持2/3/4层可扩展的ACL(Ac
15、cess Control Lists,访问控制列表)能力和每用户的ACL控制,能够提供较安全的控制和策略机制。VPLS具有良好的二层汇聚能力,支持的用户数量突破了传统以太网4 096个VLAN用户的限制。VPLS提供分层的VPLS(HVPLS),进一步改进了扩展性,用户数可扩展到百万级。VPLS能够区分并保证每用户中的不同业务流量,网络业务配置简单,业务提供快。VPLS具有清晰的运营网和用户网间的界限,便于管理。总的来说,VPLS在QoS和流量工程方面比MAC in MAC更好,非常适合网络边缘层的应用。 但是,VPLS采用复杂的三层协议建立信令,设备成本相对较高。其次,VPLS协议栈层次多,
16、运行比较复杂,对于超大型城域网的管理和运行成本较高。不过,对于IPTV等新型业务需求较为强劲的大型城域网而言,VPLS依然是一个有前瞻性的技术选择,特别是核心网部分。 可以预见,随着网络中IP/以太网业务量的日益增加以及基于以太网技术的新型解决方案的不断出现,电信级以太网多业务平台在城域网中的应用将会越来越多,成为面向未来的主流技术。 第三章 光纤通信的技术发展展望3.1 40Gbit/s传输系统的发展、挑战与应用 目前,10Gbit/s传输系统已大批量装备网络,许多电信公司开始进行40Gbit/s传输系统的现场试验和试商用。为了提高核心网的效率和功能,核心网的单波长速率向40Gbit/s发展
17、是合乎逻辑的。 从实际应用来看,40Gbit/s传输系统必须采用外调制器,目前具备足够输出电压能够驱动外调制器的驱动集成电路还不成熟;沿用多年的NRZ调制方式能否有效、可靠地工作于40Gbit/s系统还不确定,可能需要转向性能更好的普通归零(RZ)码乃至调制效率更高的其他调制方式。 除了技术因素外,经济上是否可行也是必须考虑的关键因素。经验表明,只有成本降到2.5倍以内才有可能获得规模应用。理论上,40Gbit/s传输系统理想的应用场合是长途网。但是,由于前几年的大规模建设,尽管目前我国干线网络的波道利用率已经超过70%,但是光纤利用率不到30%,SDH电路利用率不到50%,因此只需要在波分复
18、用层面上扩容即可,光缆网的总体容量依然有余,并不需要立即全面升级到40Gbit/s速率。另一个需要认真考虑的因素是光缆的极化模色散特性。如果说我国光缆网的极化模色散特性除了少数路由外在支持10Gbit/s传输方面还基本可行的话,那么当速率提高到40 Gbit/s时能否有效支持长距离传输,还需要进行大规模的实地测试后才清楚。不过,对于短距离传输,无须色散补偿、光放大器和外调制器,40 Gbit/s传输系统具有很低的单位比特成本,上述问题不是障碍。因此,40 Gbit/s传输系统完全可以由短距离互连应用开始,包括端局内路由器、交换机和传输设备间的互连,乃至扩展至城域网范围和短距离长途应用。 3。2
19、 CWDM技术的发展与应用 随着技术和业务的发展,WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展。尽管城域WDM系统的建设成本明显低于长途网WDM系统,但是目前的绝对成本仍然较高,特别是需要使用光纤放大器的长距离应用成本较高。此外,当前在网络边缘需要整个波长带宽的用户和应用毕竟很少,WDM多业务平台主要适用于核心层,特别是扩容需求较大、距离较长的应用场合。 为了进一步降低城域WDM多业务平台的成本,出现了CWDM(CoarseWaveDivisionMultiplexer,粗波分复用)系统。这种系统的典型波长组合有4、8和16三种,波长通路间隔达20 nm,允许波长漂移6.5 nm,大大降低了对激
20、光器的要求,成本也大为降低。此外,由于CWDM系统对激光器的波长精度要求较低,无需制冷器和波长锁定器,不仅功耗低、尺寸小,而且封装可以采用简单的同轴结构,比传统碟型封装成本低,激光器模块的总成本可以减少2/3。从滤波器角度看,典型的100 GHz间隔的介质薄膜滤波器需要150层镀膜,而20 nm间隔的CWDM滤波器只需要50层镀膜,其成品率和成本都可以获得有效改善。 综上所述,CWDM系统无论是对激光器输出功率、温度的敏感度、色散容忍度、封装的要求,都远低于DWDM激光器,再加上对滤波器要求的降低,成本有望大幅度下降。8波长CWDM系统的光谱安排由于避开了1385nm附近的OH吸收峰,适用于任
21、意一类光纤,因此将会首先获得应用。 从业务应用上看,CWDM收容器已经应用于吉比特接口转换器(GBIC)和小型可插拨器件(SFP),可以直接插入吉比特以太网变换机和光纤通路交换机中,其体积、功耗和成本远小于对应的DWDM器件。显然,从业务需求和成本考虑出发,CWDM在我国城域网具有良好的发展前景。3。3 下一代ROADM的发展与应用 可重构光分插复用器(R0ADM)并不是一个新概念,最简单的形式就是在WDW环结构上能够远程控制分插所需上下路波长的二维ROADM。ROADM通常应用在长途网领域,目前正向城域网领域扩展。 从技术角度看,目前主要有三种实现技术。第一代采用微电子机械系统(MEMS)的
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- 毕业设计 论文 光纤通信 发展方向
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