光網(wǎng)絡實用組網(wǎng)技術(shù)

前言

　　于在低損耗光纖和激光光源方面研究的突破性進展，1970年被許多人稱為光纖通信元年。若以此來計算，光纖通信的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的歷史。光纖通信所提供的大容量、高速度、長距離的信息傳送能力已經(jīng)使我們獲取和傳遞信息的能力和靈活性等得到了飛速的改善。將點到點的光纖鏈路聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成信息傳送和交換的基礎平臺也已成為通信網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。光纖通信網(wǎng)主要由光節(jié)點、光纖鏈路、網(wǎng)絡控制和管理單元等共同構(gòu)成。這樣的網(wǎng)絡避免了電子瓶頸帶來的性能限制，具有更好的透明性、更高的可靠性和生存性、更強的可擴展性和可重構(gòu)性，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體信息實時高速傳輸和交換的必由之路?！　”緯?0章，第1章在簡要介紹電信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的基礎上，重點介紹了光網(wǎng)絡中的分層概念和分層結(jié)構(gòu)、光學層的用戶層（包括SDH、IP、ATM等）；最后回顧并展望了光網(wǎng)絡的發(fā)展歷程和未來的發(fā)展趨勢。第2章首先介紹了全光網(wǎng)絡的概念；接著根據(jù)近年來光網(wǎng)絡發(fā)展的脈絡，介紹了從光學層角度發(fā)展的光傳送網(wǎng)絡、將智能控制和管理與光網(wǎng)絡相結(jié)合的智能光網(wǎng)絡、將IP技術(shù)和光網(wǎng)絡相結(jié)合的光分組交換網(wǎng)絡和光互聯(lián)網(wǎng)絡；最后介紹了光纖通信技術(shù)在接入網(wǎng)領(lǐng)域的應用——光纖接入網(wǎng)。第3章首先描述了作為信息傳輸載體的光纖的物理特性（包括損耗、色散、非線性）；之后探討了與點到點光纖通信鏈路性能相關(guān)的調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、光信道多路復用和多址技術(shù)。第4章首先對用于光纖鏈路的器件進行了論述。有源器件包括了各種不同類型的光發(fā)射器件和光放大器，本書將用于把光信號還原成電信號的光檢測器也放在有源器件中介紹。無源器件主要包括耦合器、光開關(guān)、光濾波器及復用器等。之后論述了用于光節(jié)點的主要的光網(wǎng)絡關(guān)鍵網(wǎng)元，包括光線路終端（OLT）、光分插復用器（OADM）和光交叉互聯(lián)器（OXC）。最后討論波長轉(zhuǎn)換器，它將光信號從一種波長轉(zhuǎn)變成另一種波長，通常用在光網(wǎng)絡的外圍。第5章簡要介紹了光網(wǎng)絡規(guī)劃的基本原則、光網(wǎng)絡的參數(shù)以及光網(wǎng)絡規(guī)劃和設計的基本步驟。第6章較詳盡地論述了光網(wǎng)絡邏輯拓撲設計問題的提出及其基本概念和光網(wǎng)絡邏輯拓撲設計問題的求解方法，包括混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP）方法、啟發(fā)式算法及求解優(yōu)化目標的理論邊界的問題；最后通過一個光網(wǎng)絡邏輯拓撲設計的實例來論述技術(shù)方法的應用。第7章較詳盡地論述了波長路由光網(wǎng)絡的概念和結(jié)構(gòu)、路由與波長分配（RWA）問題的提出及其基本概念、求解靜態(tài)RWA和動態(tài)RWA問題的主要算法、RWA問題的理論邊界等問題；最后通過一個RWA問題的求解實例給出所討論技術(shù)的實際應用。第8章介紹了光網(wǎng)絡生存性的基本概念，分類闡述了現(xiàn)有光網(wǎng)絡的保護和恢復技術(shù)，按照電信網(wǎng)典型的四層結(jié)構(gòu)分別描述了SDH層、光層、IP層和ATM層的生存性技術(shù)；最后介紹了網(wǎng)絡的多層生存性問題。第9章首先介紹了光網(wǎng)絡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的基本功能；其次描述了以簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP）、通用管理信息協(xié)議（CMIP）、電信管理網(wǎng)絡（TMN）和公共對象請求代理架構(gòu)（CORBA）為代表的典型的網(wǎng)絡管理體系結(jié)構(gòu)；然后分別介紹和討論了SDH、WDM、OTN和ASON的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)；最后討論了網(wǎng)管分層結(jié)構(gòu)與多廠商網(wǎng)管互操作性問題。第10章首先簡要介紹了國內(nèi)外光網(wǎng)絡示范網(wǎng)的發(fā)展和現(xiàn)狀；然后通過引用兩個個案研究——長距離光網(wǎng)絡個案研究和城域環(huán)網(wǎng)的個案研究，介紹光網(wǎng)絡在實際應用中的規(guī)劃思路和相關(guān)的影響因素。　　本書作者力圖在體現(xiàn)內(nèi)容系統(tǒng)性和完整性的同時，著意突出先進性和實用性?！　”緯鴤?cè)重在光纖通信網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)方面，全書除第3章和第4章外，其余8章都是關(guān)于網(wǎng)絡技術(shù)方面的內(nèi)容。涵蓋了從光網(wǎng)絡的基本知識到網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、拓撲設計、波長分配、網(wǎng)絡生存性策略、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等各方面的技術(shù)內(nèi)容。這8章內(nèi)容自成系統(tǒng)，可供已具備光纖通信原理和技術(shù)方面知識的師生和工程技術(shù)人員參考和使用。

內(nèi)容概要

　　本書比較詳盡地描述了光網(wǎng)絡組網(wǎng)涉及的各個關(guān)鍵單元技術(shù)， 并側(cè)重于以設計實例的形式來闡述相關(guān)技術(shù)的應用。 在保證內(nèi)容系統(tǒng)性和先進性的同時， 著意突出了實用性。 本書共10章， 主要內(nèi)容包括光纖通信網(wǎng)絡概述、 光纖通信網(wǎng)絡縱覽、 光纖通信網(wǎng)技 術(shù)基礎、 光網(wǎng)絡組網(wǎng)的核心網(wǎng)元、 光網(wǎng)絡的規(guī)劃與設計、 光網(wǎng)絡邏輯拓撲優(yōu)化設計、 波長路由光網(wǎng)絡中的路由與波長分配、 光網(wǎng)絡的生存性、 光網(wǎng)絡的網(wǎng)絡管理， 以及光網(wǎng)絡應用實例， 書末附縮略語對照表?！　”緯勺鳛閺氖滦畔⒓夹g(shù)， 特別是通信與計算機網(wǎng)絡技術(shù)研究和應用的研發(fā)人員、 工程技術(shù)人員和高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、 研究生和教師的參考書。

書籍目錄

第1章 光纖通信網(wǎng)絡概述　1?1.1 電信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)　1?1.2 光學層　2?1.2.1 網(wǎng)絡的分層結(jié)構(gòu)　2?1.2.2 光學層概述　5?1.2.3 網(wǎng)絡透明性　9?1.3 工作于光學層之上的用戶層　10?1.3.1 SDH　10?1.3.2 ATM　16?1.3.3 IP　20?1.3.4 其他類型的用戶層　23?1.4 光網(wǎng)絡的演化發(fā)展　25?第2章 光纖通信網(wǎng)絡縱覽　32?2.1 全光網(wǎng)絡　32?2.1.1 全光網(wǎng)的特性　32?2.1.2 全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)　33?2.2 光傳送網(wǎng)絡　34?2.2.1 光傳送網(wǎng)概述　34?2.2.2 光傳送網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)　36?2.2.3 光傳送網(wǎng)的主要網(wǎng)元　38?2.3 光互聯(lián)網(wǎng)絡　40?2.3.1 傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡的局限性　40?2.3.2 光網(wǎng)絡互聯(lián)　41?2.4 智能光網(wǎng)絡　47?2.4.1 智能光網(wǎng)絡概述　47?2.4.2 自動交換光網(wǎng)絡　48?2.4.3 通用多協(xié)議標記交換智能光網(wǎng)絡　52?2.5 光交換網(wǎng)絡　55?2.5.1 光分組交換網(wǎng)絡概述　55?2.5.2 光分組交換網(wǎng)絡　56?2.5.3 光標記交換網(wǎng)絡　60?2.6 光纖接入網(wǎng)絡　63?2.6.1 光纖接入網(wǎng)絡概述　63?2.6.2 無源光網(wǎng)絡　66?2.6.3 有源光網(wǎng)絡　68?第3章 光纖通信網(wǎng)技術(shù)基礎　71?3.1 光纖　71?3.1.1 光纖的類型　71?3.1.2 光纖的色散和損耗　73?3.1.3 光纖的非線性　77?3.2 光調(diào)制技術(shù)　84?3.2.1 光調(diào)制的原理和特性　84?3.2.2 光調(diào)制的器件技術(shù)　88?3.3 光編碼技術(shù)　90?3.3.1 光正交碼　91?3.3.2 光時域編碼　93?3.3.3 光頻域編碼　97?3.4 光信道多路復用技術(shù)和多址技術(shù)　101?3.4.1 光波分復用技術(shù)　101?3.4.2 光時分復用技術(shù)　103?3.4.3 光碼分復用技術(shù)　105?3.5 光交換技術(shù)　106?3.5.1 空分光交換　107?3.5.2 時分光交換　108?3.5.3 波分光交換　108?3.5.4 碼分光交換　109?第4章 光網(wǎng)絡組網(wǎng)的核心網(wǎng)元　111?4.1 光網(wǎng)絡有源器件　111?4.1.1 光發(fā)射器件　111?4.1.2 光放大器件　119?4.1.3 光檢測器件　127?4.2 光網(wǎng)絡無源器件　130?4.2.1 耦合器　130?4.2.2 隔離器和環(huán)形器　132?4.2.3 復用器和濾波器　133?4.3 光線路終端　153?4.4 光分插復用器件　155?4.4.1 光分插復用器的結(jié)構(gòu)　156?4.4.2 可重配置的光分插復用器　159?4.5 光交叉互聯(lián)器件　161?4.5.1 全光連接器結(jié)構(gòu)　165?4.5.2 光開關(guān)　167?4.6 波長轉(zhuǎn)換器件　175?第5章 光網(wǎng)絡的規(guī)劃與設計　181?5.1 光網(wǎng)絡的規(guī)劃與設計概述　181?5.2 表征光網(wǎng)絡的參數(shù)　182?5.2.1 表征拓撲的參數(shù)　182?5.2.2 表征物理限制的參數(shù)　183?5.2.3 表征業(yè)務需求的參數(shù)　183?5.2.4 表征網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的參數(shù)　184?5.2.5 表征生存性的參數(shù)　185?5.3 光網(wǎng)絡規(guī)劃與設計的方法　185?5.3.1 光網(wǎng)絡規(guī)劃與設計問題分解　185?5.3.2 光網(wǎng)絡的規(guī)劃與設計的基本步驟　186?5.4 業(yè)務需求分析　187?5.4.1 現(xiàn)有業(yè)務的帶寬需求預測　187?5.4.2 新業(yè)務的帶寬需求預測　188?5.5 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計　189?5.5.1 光網(wǎng)絡的基本結(jié)構(gòu)　189?5.5.2 環(huán)狀網(wǎng)與網(wǎng)狀網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)對比分析　190?5.6 WDM光層設計　194?5.6.1 環(huán)狀光網(wǎng)絡的設計　194?5.6.2 網(wǎng)狀光網(wǎng)絡的設計　195?5.6.3 網(wǎng)狀光網(wǎng)絡設計實例　196?5.7 物理層的設計　198?5.7.1 物理層中光信號的傳輸損傷模型　199?5.7.2 物理層設備優(yōu)化配置分析　199?5.7.3 光網(wǎng)絡鏈路傳輸系統(tǒng)設計　202?第6章 光網(wǎng)絡邏輯拓撲優(yōu)化設計　204?6.1 引言　204?6.2 基本概念　205?6.2.1 物理拓撲與邏輯拓撲　205?6.2.2 邏輯拓撲設計的優(yōu)化目標　206?6.3 采用MILP方法進行邏輯拓撲設計　207?6.3.1 LTD問題的MILP數(shù)學模型　207?6.3.2 采用MILP求解LTD問題示例　209?6.4 求解邏輯拓撲設計問題的啟發(fā)式算法　212?6.4.1 MILP問題的啟發(fā)式求解　212?6.4.2 最大化單跳業(yè)務流量法　213?6.4.3 最大化單跳和多跳的業(yè)務量法　214?6.4.4 優(yōu)化網(wǎng)絡節(jié)點配置算法　217?6.5 邏輯拓撲設計中的理論邊界　218?6.5.1 擁塞下限　218?6.5.2 波長數(shù)下限　219?6.6 邏輯拓撲設計實例　219?6.6.1 基于業(yè)務量矩陣和時延矩陣的權(quán)重定義方式　220?6.6.2 基于權(quán)重均衡的光網(wǎng)絡邏輯拓撲優(yōu)化算法　222?6.6.3 算法仿真結(jié)果及其分析　223?第7章 波長路由光網(wǎng)絡中的路由與波長分配　228?7.1 引言　228?7.2 波長路由光網(wǎng)絡的概念和結(jié)構(gòu)　228?7.2.1 波長路由光網(wǎng)絡中的關(guān)鍵網(wǎng)元器件　228?7.2.2 波長路由光網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)　229?7.2.3 波長路由光網(wǎng)絡中的兩個限制條件　230?7.3 靜態(tài)RWA問題　231?7.3.1 靜態(tài)RWA問題描述　231?7.3.2 靜態(tài)RWA的數(shù)學模型　231?7.3.3 靜態(tài)RWA的類型及求解思路　232?7.3.4 靜態(tài)RWA中的路由選擇子問題　233?7.3.5 靜態(tài)RWA中的波長分配子問題　235?7.4 動態(tài)RWA問題　238?7.4.1 動態(tài)RWA的問題描述　239?7.4.2 動態(tài)RWA問題的求解思路　239?7.4.3 動態(tài)RWA中的路由選擇子問題　239?7.4.4 動態(tài)RWA中的波長分配子問題　241?7.5 RWA問題的理論邊界　243?7.5.1 靜態(tài)RWA中波長需求的下限　243?7.5.2 靜態(tài)RWA中波長需求的上限　244?7.6 RWA中的其他問題　244?7.6.1 業(yè)務量疏導的RWA問題　244?7.6.2 多播RWA問題　245?7.6.3 抗毀網(wǎng)絡的RWA問題　246?7.7 求解RWA問題實例分析　246?7.7.1 網(wǎng)絡模型的建立　247?7.7.2 動態(tài)門限的定義和表述　248?7.7.3 動態(tài)門限的求解　248?7.7.4 基于動態(tài)門限的波長分配算法　250?7.7.5 算法仿真及結(jié)果分析　250?第8章 光網(wǎng)絡的生存性　254?8.1 網(wǎng)絡生存性的概念　254?8.1.1 網(wǎng)絡生存性的定義　254?8.1.2 網(wǎng)絡生存性的設計內(nèi)容　255?8.1.3 網(wǎng)絡生存性的部署方法　255?8.1.4 網(wǎng)絡生存性的評價指標　256?8.2 光網(wǎng)絡的保護和恢復　256?8.2.1 保護和恢復的概念　256?8.2.2 保護和恢復分類　257?8.2.3 故障類別及恢復原則　259?8.3 SDH層的保護和恢復技術(shù)　259?8.3.1 點到點鏈路保護技術(shù)　259?8.3.2 環(huán)網(wǎng)保護技術(shù)　261?8.4 光層的保護和恢復技術(shù)　266?8.4.1 光層自愈的必要性　266?8.4.2 光層的結(jié)構(gòu)　267?8.4.3 光層中的線路保護倒換　267?8.4.4 光層中的環(huán)保護　268?8.4.5 光層中的網(wǎng)狀網(wǎng)恢復　269?8.5 IP層的保護和恢復技術(shù)　271?8.5.1 IP動態(tài)路由——傳統(tǒng)的IP恢復方案　272?8.5.2 改進的IP恢復方案　272?8.5.3 基于MPLS的生存性策略　273?8.5.4 雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測　274?8.6 ATM層的保護和恢復技術(shù)　274?8.6.1 ATM層的保護技術(shù)　274?8.6.2 ATM恢復技術(shù)　276?8.7 網(wǎng)絡的多層生存性　276?8.7.1 多層生存性的基本概念　276?8.7.2 多層生存性的規(guī)劃原則　278?第9章 光網(wǎng)絡的網(wǎng)絡管理　280?9.1 光網(wǎng)絡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的基本功能　280?9.1.1 服務管理系統(tǒng)層　281?9.1.2 綜合網(wǎng)絡管理系統(tǒng)層　281?9.1.3 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)層　283?9.1.4 網(wǎng)元管理系統(tǒng)層　284?9.2 現(xiàn)有的幾種典型網(wǎng)絡管理體系結(jié)構(gòu)　284?9.2.1 SNMP體系結(jié)構(gòu)　284?9.2.2 CMIP體系結(jié)構(gòu)　286?9.2.3 TMN體系結(jié)構(gòu)　287?9.2.4 CORBA體系結(jié)構(gòu)　289?9.3 SDH的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)　290?9.3.1 SDH管理網(wǎng)的管理層次　290?9.3.2 SDH管理網(wǎng)的管理功能　291?9.3.3 SDH管理網(wǎng)的組織模型　292?9.3.4 SMN、 SMS和TMN之間的關(guān)系　293?9.4 WDM的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)　293?9.4.1 WDM網(wǎng)管分層結(jié)構(gòu)　293?9.4.2 WDM系統(tǒng)網(wǎng)元劃分　294?9.4.3 WDM網(wǎng)元管理系統(tǒng)要求　295?9.5 OTN的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)　299?9.5.1 OTN管理結(jié)構(gòu)　299?9.5.2 OTN管理功能　303?9.6 ASON的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)　306?9.6.1 ASON管理架構(gòu)　306?9.6.2 ASON網(wǎng)絡各個平面間的管理關(guān)系　307?9.6.3 管理面與控制面　307?9.6.4 ASON管理面要求　307?9.7 網(wǎng)管分層結(jié)構(gòu)與多廠商網(wǎng)管互操作性　311?9.7.1 網(wǎng)管系統(tǒng)的升級　311?9.7.2 OTN網(wǎng)絡下的網(wǎng)管互通　311?9.7.3 ASON網(wǎng)絡下的網(wǎng)管互通　311?第10章 光網(wǎng)絡應用實例　313?10.1 國內(nèi)光網(wǎng)絡應用概況　313?10.1.1 國內(nèi)光網(wǎng)絡試驗網(wǎng)　313?10.1.2 國內(nèi)電信運營商的光網(wǎng)絡應用情況　322?10.2 國外光網(wǎng)絡應用概況　323?10.2.1 國外光網(wǎng)絡試驗網(wǎng)示例　323?10.2.2 國外電信運營商的光網(wǎng)絡應用情況　329?10.3 長距離光網(wǎng)絡個案研究　330?10.4 城域環(huán)網(wǎng)的個案研究　336?附錄 縮略語對照表　340?參考文獻　353

章節(jié)摘錄

　　第2章　光纖通信網(wǎng)絡縱覽　　毫無疑問，光網(wǎng)絡具有巨大的性能優(yōu)勢和廣泛的應用前景，而且由于其還處于起步階段，在許多方面都有待開發(fā)完善，因此，如今光網(wǎng)絡的發(fā)展呈現(xiàn)出四面開花、多頭并進的趨勢?，F(xiàn)在可以看到各種各樣的光網(wǎng)絡概念，這些不同名稱的網(wǎng)絡既有自己獨特的發(fā)展重點和相關(guān)技術(shù)，又在某些方面和其他網(wǎng)絡概念相交叉。本章將對常見的、重要的光網(wǎng)絡進行簡要介紹。　　本章首先介紹全光網(wǎng)絡的概念。全光傳輸和交換的新型網(wǎng)絡是下一代網(wǎng)絡模式，如今人們正在從不同的研究、應用方向向這個目標努力，比如從光學層角度發(fā)展的光傳送網(wǎng)絡、將智能控制和管理與光網(wǎng)絡相結(jié)合的智能光網(wǎng)絡、將IP技術(shù)和光網(wǎng)絡相結(jié)合的光分組交換網(wǎng)絡和光互聯(lián)網(wǎng)絡。最終的全光網(wǎng)絡必然是這些技術(shù)有機融合的產(chǎn)物。本章最后將介紹光纖通信技術(shù)在接入網(wǎng)領(lǐng)域的應用。　　2.1　全光網(wǎng)絡　　2.1.1　全光網(wǎng)的特性　　通信網(wǎng)傳輸容量需求的增加促進了光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖近30THz的巨大潛在帶寬容量使光纖通信成為支撐通信業(yè)務量增長最重要的技術(shù)。光的復用技術(shù)——波分復用、時分復用、空分復用等越來越受到人們的重視。但在以這些技術(shù)為基礎的現(xiàn)有通信網(wǎng)中，網(wǎng)絡的各個節(jié)點要完成光—電—光的轉(zhuǎn)換，其中的電子器件在適應高速、大容量的需求上，存在著諸如帶寬限制、時鐘偏移、嚴重串話、高功耗等缺點，由此產(chǎn)生了通信網(wǎng)中的“電子瓶頸”現(xiàn)象。為了解決這一問題，人們提出了全光網(wǎng)絡（A11-Optical Network，AoN）的概念。　　所謂全光網(wǎng)絡，就是指業(yè)務信號的上傳、下載及交換過程均以光波的形式進行，而沒有任何的光—電及電—光轉(zhuǎn)換，全部過程都在光域范圍內(nèi)完成。電—光轉(zhuǎn)換與光—電轉(zhuǎn)換僅僅存在于信源端（發(fā)送端）和接收端。在全光網(wǎng)絡中，由于沒有光—電轉(zhuǎn)換的障礙，所以允許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式，信息傳輸具有透明性，且無需面對電子器件處理信息速率難以提高的困難。

編輯推薦

　　介紹了光網(wǎng)絡的規(guī)劃與優(yōu)化設計；介紹了光網(wǎng)絡的核心器件和傳輸技術(shù)；介紹了光網(wǎng)絡的類型、生存性和管理技術(shù)；突出實用性，突出概念介紹與掌握，內(nèi)容簡明扼要?！　”緯勺鳛楦叩仍盒Ｍㄐ?、電子類本科生教材或研究生參考書籍，也適合光通信相關(guān)專業(yè)的從業(yè)人員閱讀。

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