1、第10章宽带IP网,Internet的迅速发展及多实时媒体系统广泛应用,一方面使网络业务呈现出IP化、宽带化的趋势,另外使IP技术占据了网络技术的主导地位。本章我们简要介绍目前主流的IP宽带网技术。,10.1 IP宽带网的结构,10.1.1什么是IP宽带网 网络应用的IP化与宽带化的结合造就了宽带IP网。随着宽带IP技术的发展,宽带IP网已成为集中体现网络发展趋势的结合点。,10.1.1什么是IP宽带网,所谓宽带IP网就是一个运行实时业务时能保证服务质量(QoS)的IP网。其交换机、中继通信线路、用户终端都是宽带化的,通常中继线带宽为几至几十Gbps,接入带宽为1100Mbps。各种宽带多媒体
2、业务可以直接在宽带IP网上运行,这种宽带IP网是一个真正的综合业务网,它可以提供数据、语音、视频综合传输业务,可以为企事业单位宽带接入因特网。,10.1.2平面结构,传统的IP网络结构如图10-1所示。,图10-1传统IP网络结构,宽带IP网络结构,如图10-2所示。,图10-2典型宽带IP网络结构,10.1.3层次结构,IP宽带网的层次结构如图10-3所示。,图10-3 IP宽带网络模型,10.2 SDH和DWDM,为了后面介绍IP over SDH、IP over WDM等技术,我们下面先简单介绍SDH/SONET、DWDM等宽带传输技术。,10.2.1 SDH含义,SDH(Synchro
3、nous Digital Hierarchy)是一种新的数字传输体制。SDH采用同步时分交换技术,具有强大的网络运行、管理和维护功能,是高速大容量传输系统。 宽带网络的物理传输媒介是光纤,光同步数字传输网(SDH)是目前宽带网络的骨干网。SDH的,10.2.1 SDH含义,推出使电视、图像、话音、数据以及数字微波传输发生了重大改变。SDH网络的引入和使用,可以容易地实现高智能的、高效的、维护功能齐全、操作运行廉价的宽带网络。,10.2.2 SDH的产生,要介绍SDH的产生,必须先说明PDH的缺陷。 1.PDH的缺陷 以往的准同步(PDH)系统已越来越不适应电信网的发展,因为PDH体制有以下固有
4、的一些缺点:,PDH的缺点,(1)标准不统一:目前世界上有三种异步复接体制,三者互不兼容,国际互联时必须进行转换。另外,目前只有统一的电接口标准(G.703),而没有统一的光接口标准,即使在同一种异步复接体制中,也不能保证光接口的互通。同为欧州体制的4次群系统,光接口就可能有几种。光信号的码型、码率都 不同时,很难互通,只有通过光电变换将光接口转换为电接口后才能保证互通。这增加了网络成本,影响了光纤系统的互联,与目前光纤通信飞速发展的形势不符。,表10-1 三种异步复接体制,PDH的缺点,(2)复用结构复杂:要完成数字复接,各低速数字支路必须彼此同步,有两种方法可以保证这一点:建立同步网络和采
5、用异步复接。在准同步网络中,各群次独立定时,因此高次群复接都采用以比特为单位的异步复接。,PDH的缺点,异步复接实际上是通过两个步骤实现的:先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、相位都一致,然后进行同步复接。一般采用正码速调速,这样在发端就要插入一些码速调整比特,一路低速信号往往要经过多次码速调整,使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号,要上下话路,只能采用一系列背靠背的复接器,将高次群信号一步步 地解复用到所要解出的低次群上,上下路后,再重新一步步地复用到高次群上(图10-4)。显然,这种异步复用方式结构复杂,成本高,设备利用率低,硬件所占的成分大,因此很不灵活。,图10-4异步复
6、接系统上下路方法,PDH的缺点,(3)缺乏强大的网络管理功能:在光纤通信系统中必须有辅助工作系统及相应的辅助信道,而目前的PDH网络已很难挖掘出足够的辅助信道容量,因为PDH网的运行、管理和维护主要采用人工数字交叉连接和暂停业务进行测试的方法,因此帧结构中没有过多设置OAM比特。现代通信网的发展要求网络管理功能越来越强,网络管理功能的缺乏使PDH网络已无法支持新一代电信网。 要在原有的技术体制中对PDH网进行修补已是得不偿失,只有进行根本的改革才是出路,于是就出现了光同步传输网。,2.SDH的优势,SDH技术同传统的PDH技术相比,有下面几个明显的优点: (1)统一的比特率:在PDH中,世界上
7、存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。而SDH中实现了统一的比特率。此外还规定了统一的光接口标准,因此为不同厂家设备间互联提供了可能。 (2)极强的网管能力:在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节,可提供满足各种要求的能力。,2.SDH的优势,(3)自愈保护环:在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式,这样可有效地防止传输媒介被切断,通信业务全部终止的情况。 (4)SDH技术中采用的字节复接技术:若把SDH技术与PDH技术的主要区别用铁路运输类比一下的话,PDH技术如同散装列车,各种货物(业务)堆在车厢内,若想把某一包特定货物(某一项传输业务)在某一站取下,即需把车上的所有货物先全部卸
8、下,找到你所需要的货物,然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上,运走。,2.SDH的优势,因此,PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。而SDH技术就好比集装箱列车,各种货物(业务)贴上标签(各种开销:Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子,一级套一级,这样通过各级标签,就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下,而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内),因此,只有在SDH中,才可以实现简单地上下电路。,2.SDH的优势,上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。而SDH技术就好比集装箱列车,各种
9、货物(业务)贴上标签(各种开销:Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子,一级套一级,这样通过各级标签,就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下,而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内),因此,只有在SDH中,才可以实现简单地上下电路。,10.2.3 SONET与SDH的比较,美国贝尔公司首先提出了同步光网络(SONET),美国国家标准协会(ANSI)于20世纪80年代制 定了有关SONET的国家标准。当时的CCITT采纳了SONET的概念,进行了一些修改和扩充,重新命名为同步数字体系(SDH),并制定了一系列的国际标准。 SDH
10、和SONET的基本原理完全相同,标准也兼容,但还是略有差别(表10-2)。,表10-2 SONET、SDH比较,SONET、SDH比较,SONET的电信号称同步传递信号STS(Synchronous Transport Signal),光信号载体OC(Optical Carrier Level)的基本比特率是51.840Mbps;SDH的基本速率为155.520Mbps,其速率分级名称为同步传递模块STM(Synchronous Transport Module)。我 国采用SDH标准,因此下面的叙述都按SDH分级方式。,10.2.4 SDH的特点,SONET的电信号称同步传递信号STS(Sy
11、nchronous Transport Signal),光信号载体OC(Optical Carrier Level)的基本比特率是51.840Mbps;SDH的基本速率为155.520Mbps,其速率分级名称为同步传递模块STM(Synchronous Transport Module)。我 国采用SDH标准,因此下面的叙述都按SDH分级方式。,10.2.4 SDH的特点,SDH网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能,这三点在后面都要详细说明。SDH网络还是一个非常灵活的网络,这体现在以下几个方面。 (1)支持多种业务:SDH的复用结构中定义了多种容器C和虚容器VC,各种业务只要装
12、入虚容器就可作为一个独立的实体在SDH网中进行传送。C、VC以及联和复帧结构的定义使SDH可以灵活地支持多种电路层业务,包括各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等,以及将来可能出现的新业务。另外,段开销中大量的备用通道也增强了SDH网的可扩展性。,10.2.4 SDH的特点,SDH的这种灵活性和可扩展性使它成为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。 (2)迅速、灵活地更改路由,具有很强的生存性:PDH中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线,耗时长、成本高且易出错。在SDH网中,大规模采用软件控制,通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备,需要改变路由时,通过软件更
13、改交叉连接设备和分插复用器的连接,只要几秒钟就可灵活地重组网络。特别是SDH的自愈环,在某条链路出现故障时,可以迅速地改变路由,从而大大提高了SDH网的可靠性。,10.2.4 SDH的特点,(3)定义了标准的网络接口和标准网络单元,提高了不同厂商之间设备的兼容性,使组网时 有更大的灵活性。,10.2.5 SDH原理,1.网络节点接口 (1)NNI含义 所谓网络节点接口(NNI:Network Node Interface)表示网络节点之间的接口。在实际中也可看成是传输设备与网络节点之间的接口如图10-5所示。,图10-5 NNI的位置,1.网络节点接口,(2)特征 同步数字系列的网络节点接口N
14、NI的基本特征是,具有国际标准化的接口速 率和信号帧结构。,2.SDH帧结构,(1)STM-1帧结构 首先来看一下STM1的帧结构(图10-6),STM1比特率为155.520Mbps,帧长为125s,因此一帧包括19440比特,即2430字节,如图排列成9行270列,发送顺序为从左至右;从上至下依次发送。每行的前9个字节(前9列),共81字节中放置了段开销(SOH:Section Over Head)和管理单元指针(AUPTR);每行的后261个字节构成了信息净负荷区(Payload),其中有9字节为通道开销(POH:Path Over Head)。,图10-6 SDH帧结构,2.SDH帧结
15、构,(2)段开销和通道开销字节 段开销和通道开销字节的安排如图10-7。段开销的前3行为再生段开销(ROSH),第59行为复接段开销(MSOH)。再生段、复接段以及通道在实际系统中的位置可参见图10-8,POH在整个通道中保持不变;RSOH由再生段终端修改,在一个再生段内保持不变;MSOH由复接段设备(如ADM、SDXC)修改,在一个复接段内不变。,图10-7段开销和通道开销的各字节安排,图10-8段、通道在实际系统中的位置,2.SDH帧结构,段开销和通道开销各字节功能如下: A1A2为帧定位字节,其中A1=11110110 A2=00101000。 B1B2B3为误码监测字节,其中B1为再生
16、段误码监测,偶校验的比特间插奇偶校验8位码(BIP8码);B2为复接段误码监测,BIP24码;B3为通道误码监测。 C1C2为标记符号字节,其中C1为STM识别符,识别每个STM1信号在STMN复用信号中的位置;C2为信号指示标记,标明VC中映射的是ATM信元、FDDI、MAN还是某种PDH信号。,2.SDH帧结构,D1D12为数据通信通路(DCC),构成SDH管理网(SMN)的传送链路,其中D1D3为192kbps的数据通道,用于再生段。D4D12为576kbps的数据通道,用于复接段。 E1E2提供两路64kbps的公务联络语声通路,其中E1为用于本地公务通路,在再生器接入;E2为用于直达
17、公务通路,在复接段终端接入。 F1F2为用户通路,为特定维护目的提供临时的数据语声通路。 G1:通道状态字节。,2.SDH帧结构,H4:TU位置指示字节,指示当前TU帧在TU复帧中的位置。 J1:用于跟踪通道连接状态,在J1中重复发送高阶通道接入点识别符,以使接收终 端能根据J1确认与发送终端处于连接状态。 K1K2用于自动保护倒换,专用于保护目的的128kbps APS信令信道。 Z1Z5:分别为复接段和通道段备用字节。 X标示为国内备用字节,其余为国际备用字节。,2.SDH帧结构,从段开销和通道开销的内容可知:段开销SOH提供帧定位,另外SOH和POH都提供了误码监测 、自动保护倒换以及维
18、护公务信道,SOH的DCC信道则为网管提供了专门的通路,这些都显示了SDH网丰富的辅助通路资源。 STM1是SDH网中最低等级的速率,N个STM1以字节为单位同步交错复接后构成STMN信号,STMN的帧结构如图10-9所示。,图10-9 STM-N帧结构,10.2.6 DWDM原理,10.2.6.1 DWDM分类 DWDM系统分类方法很多,如以信道速率分为:2.5Gbps、10Gbps、40Gbps、及混合速率;以信道承载业务分为:PDH、SDH、ATM、IP或混合业务等;以信道数分为:4波、8波、16波、32波等;以系统总容量分为:10Gbps、20Gbps、40Gbps、80Gbps等;以
19、传输方向分为单向和双向等;以地理域分为:海底系统、陆地系统等;以网络层次分为:核心网、城域网、局域网等;以系统接口分为:集成式或开放式。,10.2.6.2DWDM系统组成,通常,DWDM系统是由光发射、光接收、光传输、光监控和网管五部分组成。 (1)光发射部分主要指发射机。根据ITU-T建议DWDM系统用作发射机光源的应是特定波长、波长稳定、色散容限大的激光器。如:发光二极管、多纵模激光器、单纵模激光器、分布反馈激光器、量子激光器等。 (2)光接收部分主要是指用作接收机的光探测器。它们应是能容忍一定信噪比信号的光二极管和雪崩二极管。合波器和分波器的功能是用对不同波长的光信号进行复合和分离.,1
20、0.2.6.2DWDM系统组成,它们应是信道隔离度高的无源器件,其性能应满足ITU-G.671建议要求。DWDM系统中常用的合波器有:耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型等;分波器有:光纤光栅型、干涉滤波器等类型。 (3)光传输部分是小色散系数光纤和增益平坦和增益锁定的EDFA共同组成的。小色散系数光纤可以延长色散受限距离,减少色散补偿成本。EDFA增益平坦使不同波长的光信号具有相同的放大增益。增益锁定应考虑不同数量光信道同时工作时,各信道增益保持稳定。,10.2.6.2DWDM系统组成,(4)光监控部分主要为光监控信道的物理层和帧结构,ITU-T建议监控通道波长1510,监控速率2bps
21、。 (5)网管部分对DWDM系统进行网元级管理,它包括工作站、设备操作终端上的管理软件,以及在各子框上的网管理单元机盘和各机盘上的盘控器等。,10.2.6.3 DWDM工作原理,DWDM系统的工作原理是在发送端将个光发射机发出特定波长的光信号,通过合波器合并起来在一根单模光纤的低衰减区中进行传输;在接收端,再由一个分波器将个不同波长的光信号分开实现一纤波大容量传输,达到充分利用单模光纤自身具有的巨大带宽资源的目的。,10.2.6.4关键技术,波分复用技术和掺铒光纤放大器共同构筑了密集波分复用系统。DWDM系统所涉及到的关键技术有:波长稳定技术、抗串扰技术、抗光纤的色散和非线性效应技术、EDFA
22、的增益与锁定技术、噪音积累技术等。,1.波长稳定技术,波长稳定是按YD/T10602000光波分复用系统技术要求3225Gbps部分标准规定的波长信道间隔要求,DWDM系统所用的光源波长和信道间隔精确度高,且配有波长监测与稳定控制装置来对光源的波长和信道间隔进行精确的控制,以防止波长的漂移,实现系统稳定、可靠的工作。,1.波长稳定技术(续),现行的波长控制方法有:温度反馈控制法和波长反馈控制法。温度反馈控制法是通过激光器芯片所在的热沉上的温度检测控制相应的温度电路,达到控制波长与稳定波长的目的。波长反馈控制法是通过对光信号的输出端检测光波长,利用相应的输出电压与标准参考电压的差值来控制激光器的
23、温度,并形成闭环结构来锁定中心波长。,2.抗串扰技术,光信道间的串扰是影响接收机灵敏度的主要因素,它主要取决于光纤的非线性和无源光合波(分波)器件的滤波特性。对2.5Gbps系统光信道间隔为1.6或0.8的情况,光合波(分波)器的光信道隔离度大于25dB满足DWDM系统的要求。,3.抗光纤色散和非线性效应,光纤色散和非线性效应是限制高速率和远距离传输的两个障碍。光纤色散对于高速系统十分明显。,3.抗光纤色散和非线性效应(续),例如,G.655光纤传输速率为10Gbps系统的色散受限距离为2830左右,但传输速率为40Gbps系统受限距离为18左右。系统采用EDFA后,光功率增大,光纤在一定条件
24、下将呈现出非线性效应,极大地限制了系统的传输距离和传输质量。光纤的非线性效应主要有:受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制、交叉相位调制和四波混频。目前,DWDM系统巳找到一些克服光纤色散和光纤非线性效应的方法。解决光纤色散的方法是通过调整光纤折射率剖面结构参数来制造出色散位移光纤、非零色散位移光纤、色散补偿光纤等。,3.抗光纤色散和非线性效应(续),解决光纤非线性效应的方法是限制注入光纤总光功率、使用外调制技术、采用G655光纤、增大G.655光纤有效面积等等。,4.EDFA的增益和锁定技术,EDFA的增益和锁定是指在DWDM系统中EDFA的增益必须平坦,即使各个信道上的增益偏差处在允许的
25、范围内。EDFA锁定技术是考虑到DWDM系统某些光信道完全断路时剩下的信道增益使泵浦功率中的EDFA应具有锁定功能。,5.噪音积累技术,噪音积累是指DWDM系统中光信号经EDFA放大后,信噪比劣化程度。 通常,级连的EDFA数量越多,EDFA之间光纤段越长,信噪比就越严重。因此,在系统色散受距离确定的情况下,应使EDFA之间的光纤段跨距控制在80120之间,以保证系统传输性能对信噪比的要求。,10.3宽带IP网络技术比较,10.3.1 概述 目前主要的宽带IP网络技术包括IP over ATM、 IP over SDH、IP over WDM等。IP 0ver ATM融合了IP和ATM技术特点
26、,发挥ATM支持多业务、提供QoS(服务质量保证)的技术优势。IP 0ver SDH直接在SDH上传送IP业务,对IP业务提供了完善支持,提高了效率。而IP over WDM采用高速路由交换机设备和DWDM(密集波分复用)技术,极大地提高了网络带宽,对不同码率、数据帧格式的业务提供全面支持。宽带IP网络技术如图10-10所示。,图10-10 IP over ATM、IP over SDH和IP over DWDM关系图,10.3.1 IP over ATM,IP over ATM的基本原理和工作方式为:将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元,以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接
27、收到一个IP数据包时,它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理,按路由转发。随后,按已计算的路由在ATM网上建立虚电路(VC)。以后的TP数据包将在此虚电路VC上以直通(Cut-Through)方式传输而下再经过路由器,从而有效地解决了IP的路由器的瓶颈问题,并将IP包的转发速度提高到交换速度。,10.3.1 IP over ATM,实现IP over ATM,ITU-TSG-13小组把相应的解决方案分为两种模型:重叠模型和集成模型。 1.重叠模型 重叠模型的实现方式主要有:IETF推荐的IPOA。CIPOA, c1assic IP Over ATM、 ATM Forum推荐
28、的LAN仿真(LANE:LAN Emulation)和多协议MPOA等(MPOA:Muti-Protocol over ATM)。重叠技术的主要思想是:IP的路由功能仍由IP路由器来实现,需要地址解析协议ARP实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。而其中的主机不需要传统的路由器,任何具有MPOA功能的主机或边缘设备都可以和,10.3.1 IP over ATM,另一设备通过ATM交换直接连接,并由边缘设备完成包的交换即第三层交换。 信令标准完善成熟,采用ATM ForumITU-T的信令标准,与标准的ATM网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部,子网间的组
29、播需通过传统路由器,因而对广播和多发业务效率较低。,2.集成模型,集成模型的实现技术主要有:Ipsilon公司提出IP交换(IP Swtich技术、Cisco公司提出的标记交换(Tag swtich)技术和IETF推荐的MPLS技术。,2.集成模型(续),集成模型的主要思想是:将ATM层看成IP层的对等层,将IP层的路由功能GN 层的交换功能结合起来,使IP网络获得ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址标识,从而不需要地址解析协议。该技术传输IP数据包效率较高,且不需地址解析协议。但目前标准还未完成,与标准的ATM技术结合不是很好。从以上分析可以看出,IP Over ATM具有以下特点:
30、,3.IP over ATM优点,(1)由于ATM技术本身能提供QoS保证,因此可利用此特点提高IP业务的服务质量。 (2)具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力,网络可靠性高。 (3)适应于多业务,具有良好的网络可扩展能力。 (4)对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。,4.IP over ATM 缺点,(1)目前:IP over ATM还不能提供完全的005保证。因为目前还没有一种标准方法实现:P优先级(Cos)分类映射到ATM的QoS。 (2)对P路由的支持一般,P数据包分割加入大量头信息,造成很大的带宽浪费(2030)。 (3)在复制多路广播方面缺乏高效率。 (4)由于ATM本身
31、技术复杂,导致管理复杂。,10.3.2 IP over SDH,IP Over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装,把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中,然后向下,经过SDH传输层和段层,加上相应的开销,把净荷装入一个SDH帧中,最后到达光层,在光纤中传输。IP over SDH,也称Packet over SDH(PoS)。它保留了IP面向无连接的特征。 下面简要介绍与IP over SDH有关的协议。,IP over SDH有关的
32、协议,1.PPP协议 PPP协议(IETF FRC1661:The Point-to-Point Protocol和RFC2153:PPP vendor Extension)是一个简单的OSI第二层网络协议。其首部只有两个字节,没有地址信息,只是按点到点顺序,面向无连接。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧(符合RFC1662:PPP in HDLC-Link Faming)以满足映射到SDHSONET帧结构(符合RFC1619:PP over SDH)上的要求。,2.简化的数据链路协议(SDL),在IPPPPHDLCSDH中,使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题,主要表现在:用户使用H
33、DLC帧时,网管需要对每一个输入、输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码与标志字节相同时,网管需要进行填充、去填充操作。 为此,Lucent提出了简化数据链路协议SDL。SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP数据包进行高速定界,可适用于OC-48STM-16以上速率的IP over SDH。 SDL协议主要应用于点到点的IP传送,可以用于任何类型的数据包(如IPv4、IPv6等)。,2.简化的数据链路协议(SDL),与HDLC相比,SDL更容易应用于高速链路,并且可能提供链路层的QoS。,3. IP over SDH的优点,从以上分析可以看出,IP over SDH具有以下特点: (1)对
34、IP路由的支持能力强,具有很高的IP传输效率。 (2)符合Internet业务的特点,如有利于实施多路广播方式。,3. IP over SDH的优点,(3)能利用SDH技术本身的环路,故可利用自愈合(Self-healing Ring)能力达到链路纠错;同时又利用OSPF协议防止备和链路故障造成的网络停顿,提高网络的稳定性。 (4)省略了不必要的ATM层,简化了网络结构,降低了运行费用。,4.IP over SDH缺点,(1)仅对IP业务提供好的支持,不适于多业务平台。 (2)不能像IP crver ATM技术那样提供较好的服务质量保障(QoS)。 (3)对IPX等其它主要网络技术支持有限。,
35、10.3.3 IP over WDM,1.IP over WDM原理 IP over WDM,也称光因特网。其基本原理和工作方式是:在发送端,将不同波长的光信号组合(复用)送入一根光纤中传输,在接收端,又将组合光信号分开(解复用)并送入不同终端。IP over WDM是一个真正的链路层数据网。在其中,高性能路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤,由它控制波长接入、交换、选路和保护。,2.IP over WDM帧,IP over WDM的帧结构有两种形式:SDH帧和千兆以太网帧。目前,主要网络再生设备大多采用SDH帧格式,此种格式下报头载有信令和足够的网络管理信息,便于网络管理。但相
36、较而言,在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割(SAR)处理耗时,影响网络吞吐量和性能,巨采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。,2.IP over WDM帧,目前,在局域网中主要采用千兆以太网帧结构,此种格式下报头包含的网络状态信息不多,但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备,因而成本相对较低。由于使用的是“异步”协议,对抖动和时延不那么敏感。同时由于与主机的帧结构相同,因而在路由器接口上下需对帧进行拆装分割(SAR)操作和为了使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作。,3. IP over DWDM,支持IP over WDM技术的协议、标准、技术和草案主要是DWDM(密集波分复用)。一般峰值波
37、长在110nm量级的WDM系统称为DWDM。在此系统中,每一种波长的光信号称为一个传输通道(channel)。每个通道都可以是一路155Mb/s、622Mb/s、2.5G/b甚至10Gbs的ATM或SDH或是千兆以太网信号等。,3. IP over DWDM,DWDM提供了接口的协议和速率的无关性,在一条光纤上,可以同时支持ATM、SDH和千兆以太网,保护了已有投资,并提供了极大灵活性。,4.IP over DWDM的优点,从以上分析可以看出,IP over WDM具有以下特点: (1)充分利用光纤的带宽资源,极大地提高了带宽和相对的传输速率。 (2)对传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传
38、送不同码率的ATM、SDHSONET和千兆以太网格式的业务。,4.IP over DWDM的优点,(3)不仅可以与现有通信网络兼容,还可以支持未来的宽带业务网及网络升级,并具有可推广性、高度生存性等特点。,5.IP over DWDM缺点,(1)目前,对于波长标准化还没有实现。一般取193.1THz为参考频率,间隔取1OOGHz。 (2)WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光域上加上开销和光信号的处理技术还不完善,从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。 (3)目前,WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式,还没有形成“光网”。,10.3.4总结,(1)IP over SDH
39、技术是目前建设和改造Internet骨干网的首选方案。 (2)IP over SDH能使IP数据包通过PPP协议直接映射到SDH帧结构上,省去中间的ATM层,简化了IP网络体系结构,提高了数据传输效率。 (3)将IP网络技术建立在SDH传输平台上,可以很容易地跨越地区和国界,兼容各种不同的技术和标准,易于实现网络互联。,10.3.4总结(续),(4)目前,国内外广泛建设的SDH环境为IP over SDH的实施创造了良好的条件。随着千兆高速路由器的进一步成熟和IP业务的进一步增大,对IP over SDH的应用会越来越广泛。但是,应注意到,在一段时期内,IP over ATM、IP over
40、SDH将会共存互补,各有其最佳应用场合和领域,但最终会过渡到IP over WDM 。,10.4 CATV宽带技术,10.4.1 CATV宽带综合服务网的特点 (1)模拟信号和数字信号并存:目前电视信号仍以模拟信号为主,并且过渡到全数字电视信号还要有一个相当长的过渡时期,因为现有的数亿台电视接收机是模拟电视信号接收机,并且在宽带综合网传送的信号中,电视广播信号仍占有绝对大的比重。,10.4.1 CATV宽带网的特点,数字信号目前主要在交互式通信中使用,如计算机数据传输和电话,这些信号已实现了数字化,今后将逐步增加数字电视信号的传输比例。目前卫星转播电视信号已采用了数字压缩编 码的信号,今后将逐
41、步会在CATV网络上传输64QAM的数字电视信号。,10.4.1 CATV宽带网的特点,(2)频分复用与时分复用并存:对于多路模拟信号的复用应采用频分复用方式,对于多路数字信号的复用常采用时分复用方式。由于CATV网中既有模拟信号又有数字信号,故系统中必然存在频分复用和时分复用并存的复杂情况。 在CATV宽带综合网中将充分利用频分复用和时分复用各自的优势,力求以有限的频带来传输更多的节目和信息,力求以最低的经济代价来换取更多的服务。,10.4.1 CATV宽带网的特点,(3)光缆与电缆并存:目前我国很多地区已建立了光缆电缆混合网即HFC网。因为全光纤网,即光纤到家的网络是目前社会经济水平难以承
42、受的。 (4)信号分配与信号交换并存:电视广播是一个单向的分配系统,而通信则是双向交互式信息交换过程。,10.4.2 CATV宽带网组成方案,CATV宽带综合服务网的一般组成方案如图10-11所示。,图10-11 CATV宽带网组成方案,10.4.2.1系统的频谱设置,从图10-11中可以看出CATV宽带综合网中既有模拟信号又有数字信号,两类信号的处理方法上是完全不同的。实际上整个系统由两部分通道按频分方式混合而成。,10.4.2.1系统的频谱设置(续),上面部分为模拟信号通道以模拟电视信号为代表,当然还包括FM声音等。其组成及各部分的功能已为人们所熟悉。就如我国大多数CATV系统那样,在此不
43、再讲述。 下面部分为数字信号通道,这部分信号在前端下行光发射机前与模拟信号进行数模混合,在用户终端系统中于下行光接收机后进行数模分离,然后送后Cable Modem,最后送到各种 终端设备,如电话机,计算机等设备。,10.4.2.1系统的频谱设置(续),目前数字信号主要是窄带信号。如话音和计算机数据信号等,其频带宽度为几十KHz至几MHz。 今后将在这部分加入数字电视信号。这种数字电视信号将以64QAM或256QAM调制方式进行传输。由于采用了MPEG数字压缩编码和正交幅度调制方法,信号频带被大大压缩,对于不同等 级的电视信号占有不同的带宽。对于主级和主类(MPML)大约1MHz带宽可传输1套
44、电视节目,则100MHz带宽大约可传输100套电视节目。,10.4.2.1系统的频谱设置(续),各国对CATV宽带综合服务网的频谱配置还未取得完全的统一。频率的上端北美和欧洲均取为860MHz,上行频道的规定则有所不同。美国为42MHz欧洲为65MHz。我国的有线电视系统的频 率配置可能按表10-3,但还未成为正式标准发布。,表10-3 有线电视系统的频率配置,从表10-3可以看出:,(1)我国有线电视宽带综合网可能频率上限为750MHz,而不是860MHz,这是根据需要和可能而定的。按理根据需要今后也可以扩展到860MHz,标准是可以修改的。 (2)我国可能采用上行频道的频率上限为65MHz
45、,这并不影响我们采用北美的标准。频带宽则留有余地,开展其他多功能业务,不一定目前就要用完。 (3)从110550MHz为模拟电视频道的频率范围,频道带宽为8MHz。,从表10-3可以看出: (续),(4)550750MHz为下行多功能业务。其中包括窄带数据信息,也可以包含今后的数字电视的业务。例如: (5)550650MHz作为数字电视传输大约可传输100套电视节目,在相当长的历史时期也是够用的 。 (6)650750MHz作为窄带下行通信业务,其带宽可是足够的。,10.4.2.2CATV宽带综合网的组成,从图10-11可以看出整个系统由三部分组成,即前端系统,HFC传输网及用户终端系统。,1
46、.前端系统,前端系统的功能广义地概括起来讲有三项。即信号的接收,信号的处理和信号的控制。 对于模拟信号 信号的接收,则是接收来自卫星的信号,开路广播的信号和自办的来自演播室的信号。 信号的处理则是信号的放大,即电平的处理,1.前端系统(续),信号频谱的处理,如信号的调制,信号的变频, 信号的混合等。信号的控制则主要是信号电平的自动控制和频率精度的控制等。这些功能已 为广大有线电视工作者所熟悉,不在此讲述。 对于数字信号 信号的接收,主要是指接收来自邮电网,计算机网和上行数据,对于数字信号接收的含义应 理解为执行网络节点接口协议和接口转换。 信号的处理的内容很多,例如,信号结构的形成,信号的分复
47、接,数字信号的调制,信号的同步等等。,1.前端系统(续),信号的控制如流量控制,误码控制,故障控制,性能管理和安全管理等等。 数字前端的主要设备之一是电缆调制调器端接系统即CMTS(Cable Modem Termination System)。它包括分复接与接口转换,调制器和解调器。 CMTS的网络侧包括一些与网络连结有关的设备,如远端服务器,骨干网适配器和本地服务器等 ,应该指出这些设备的种类很多,名称可能也不一样,但作用应大致相同。在图10-11中这些设备包括在局端环路和数据框图中。,1.前端系统(续),在CMTS的射频侧,则有数模混合器,分接器,光发射机和光接收机等设备。,2.HFC传
48、输网,HFC传输网的任务是将信号传输给用户,前面已经做了初步介绍,另外在第8章结合具体系统再做深入分析,因此不再赘述。,3.用户终端系统,用户终端设备由用户Cable Modem和用户室内设备构成。用户Cable Modem是这类设备的一个总称。它由调制器,解调器和分复接与接口转换设备构成。不同的厂家有时名称不同,结构也不同,例如有的厂家,称为远端设备(RIU)。,4.接入网与骨干网的连接,接入网与骨干网(ATMSDH)的连接通过SDM(分插复用器)连接。这方面有多种设备,如图10-12所示。图10-12中SDM包括ADM(分插复用器)和电视、电话及数据业务的集成服务器。NCX 1E6为多业务
49、ATM交换机,NCX 1E4为多业务交换机。可以将ATM信元变换为 IP、FR(帧中继)和ATM形式输出。,图10-12综合网数字信号部分链路,10.4.3 CATV宽带综合网的各种模式及功能发展,CATV宽带综合网的模式有多种多样,目前也还处在试验阶段,围绕着提高系统性能,降低造价两方面,推出了各种各样的系统模式。,10.4.3.1数据平台与电视平台分离模式,对于数据传输如果正向信号都从前端发出,而反向信号又都回传至前端,则前端的设备势必十分庞大,所需的传输频带也非常宽。会给系统造价带来十分不利的影响,也会给数据传输的 速率和网络的管理带来不利的影响。数据传输通信网络已自成体系。骨干网的任何一点都可 以切入,无需在前端一处进行。网络中各部分,根据光节点的地理分布可以就近切入。,10.4.3.1数据平台与电视平台分离模式(续),这样就减轻了系统负担,降低了造价,从另一个角度上说提高了数据传输的效率和网络管理功能的 简化,提高了系统的可靠性。当然对于电缆传输部分是公用的,而对光纤传输部分则是广播 信号和数据信号通过不同的光纤传输即光纤网 大部分同缆不同纤,也许只是到分配区的最 后一段是同缆同纤。,10.4.3.2减少功能的简化系统,