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全光通信网中基于FBG的OADM与OXC的研究

作　者: 王建忠
导　师: 刘永智
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 全光网络 OADM OXC MG-OXC 网络抗毁性
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来，以IP为代表的数据业务井喷式增长和新型业务的不断涌现以及联网用户急剧增长，使得网络带宽需求量成指数级增长。面对上述形势的变化，“十五”规划通信主题围绕新一代信息网、自动交换光网络等部署了一批重大课题。以IP数据为支配业务的流量具有突发性，它要求光传送网能迅速响应、动态配置，自动交换光网络的概念应运而生并被作为通信863主题的研究重点，研制具有T比特交换容量、多种类型业务接入、动态资源分配、自动连接控制和网络保护恢复等功能的自动交换光网络(ASON：Automatic Switched Optical Network)节点设备。在全光通信网中，最重要的网络设备是光分／插复用器(OADM：OpticalAdd／Drop Multiplexing)和光交叉连接器(OXC：Optical Cross-Connect)，它们能完成全光网络中节点业务的分／插复用、直通以及节点之间的交换功能，而且OADM和OXC还具有解决网络交换过程中的“电子瓶颈”难题，它们具有灵活疏导业务量的能力，减轻业务层节点处理的业务量。OADM以及OXC还具有对网络客户层信号制式和速率的透明性，简化和加快高速业务的指配和业务供给速度。本论文研究了全光通信网中的OADM与OXC的关键技术。研究了基于光纤布喇格光栅的光分插复用器OADM和光交叉连接器OXC的结构设计，分析研究了多波长的光分插复用器OADM的结构、损耗，串扰等、光交叉连接器OXC的结构、损耗、双向OXC特性、多粒度OXC的结构设计及其路由及波长／波带／光纤分配算法、以及基于全光网络抗毁性等问题。第一章从国内、国外全光通信网络研究进展出发，综述目前全光通信网络在世界最新发展情况，以及全光通信网络中的关键设备OADM和OXC的最新研究现状。我国的“十五规划”，“十一五规划”均将“全光网络的基础研究”作为了国家重点基础研究项目。同时众多光网络公司投资与研发新型全光网络设备，因此研究全光网络OADM与OXC的关键技术是全光通信网关注的焦点。第二章对基于光纤布喇格光栅和环形器的OADM进行了深入的研究。提出了新型的固定波长的OADM以及可重构的OADM结构，并对其进行了仿真实验研究；对OADM的串扰进行了理论分析，分析了OADM的主要特性及性能指标。第三章对基于光纤布喇格光栅和环行器的OXC进行了研究。提出新型静态固定的OXC、动态可调的OXC结构、以及提出了新型双向OXC新型结构，并对其插入损耗、串扰、功率均衡以及管理技术进行了研究，将新型结构与目前其它的两种新型结构进行了对比分析，分析得出本文提出的结构具有插入损耗较小、可重构性较好等优点。对OXC的主要特性、性能指标进行了深入的研究，并对可重构的OXC进行了仿真实验研究。第四章对多粒度OXC(MG-OXC)进行了深入的研究，分析研究了三层MG-OXC交换结构、二层MG-OXC结构以及单层的MG-OXC交换结构。研究了MG-OXC内部交换矩阵规模与业务交换能力以及业务汇聚能力。提出了一种路由及波长／波带／光纤分配算法，并对其进行了仿真实验。第五章对基于光网络抗毁性进行了深入的研究。提出了一种新型的网络保护方案的设计，并对其性能进行了深入地研究。网络的抗毁性是网络设计的主要内容之一，网络的抗毁性技术有两种：保护与恢复。保护通常是以分布的方式执行，而不需要在网络中进行中央控制。恢复是利用节点间可用的任何容量，包括预留的空闲备用容量、网络专用的容量乃至低优先级业务可释放的额外容量，为网络中失效的工作通路寻找替代路由，可大大节约网络资源。第六章对全文进行了总结，对下一步需要研究的问题进行了探讨。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-25
  1.1 论文研究背景及意义  12-15
  1.2 光网络发展的历史回顾  15-17
  1.3 国外研究动态  17-19
  1.4 国内研究动态  19-23
  1.5 论文主要研究内容  23-25
第二章基于FBG的OADM研究  25-57
  2.1 研究背景  25-26
  2.2 FBG的理论分析  26-29
    2.2.1 FBG工作原理  27
    2.2.2 光纤光栅的反射特性  27-29
  2.3 OADM结构、功能与分类  29-42
    2.3.1 OADM结构  29-32
    2.3.2 OADM的功能  32-34
    2.3.3 OADM的分类  34-42
  2.4 OADM设计原则及发展趋势  42-44
    2.4.1 OADM设计原则  42-43
    2.4.2 OADM的发展趋势  43-44
  2.5 基于FBG的新型OADM结构设计与分析  44-50
    2.5.1 新型OADM的结构与功能  44-46
    2.5.2 ODAM插入损耗的理论分析  46-48
    2.5.3 OADM串扰特性的理论分析  48-50
  2.6 动态多信道OADM结构设计与分析  50-56
    2.6.1.动态OADM结构(Ⅰ)  50-52
    2.6.2 动态OADM结构(Ⅱ)  52
    2.6.3 动态OADM结构(Ⅲ)  52-54
    2.6.4 新型动态OADM结构设计与分析  54-56
  2.7 本章小结  56-57
第三章基于FBG的OXC研究  57-82
  3.1 研究背景  57
  3.2 OXC的功能  57-60
  3.3 OXC的主要性能指标  60-62
  3.4 OXC结构分析  62-67
    3.4.1 基于空间交换的OXC结构  62-63
    3.4.2 基于阵列波导光栅的OXC结构  63-64
    3.4.3 光纤Bragg光栅型OXC  64-67
  3.5 新型的OXC结构设计分析  67-69
  3.6 OXC插入损耗理论分析  69-70
  3.7 OXC串扰理论分析  70-75
  3.8 功率均衡与功率管理技术  75-77
  3.9 多波长双向OXC设计分析  77-81
    3.9.1 三种新型双向的OXC结构设计  77-79
    3.9.2 三种新型双向的OXC插入损耗对比分析  79-81
  3.10 本章小结  81-82
第四章多粒度OXC研究  82-98
  4.1 研究背景  82-83
  4.2 多粒度OXC设计分析  83-88
    4.2.1.三层多粒度交换结构  83-87
    4.2.2.二层多粒度交换结构  87
    4.2.3.单层的多粒度交换结构  87-88
  4.3 内部交换矩阵规模和业务交换及汇聚能力比较  88-90
  4.4 3种交换结构的阻塞性能比较  90-93
  4.5 基于MG-OXC路由与多粒度分配算法  93-96
    4.5.1 基于MG-OXC的路由算法  93-94
    4.5.2 基于MG-OXC多粒度分配算法  94-95
    4.5.3 仿真结果与分析  95-96
  4.6 本章小结  96-98
第五章全光网络抗毁性研究  98-111
  5.1 研究背景  98
  5.2 网络抗毁性基础  98-99
  5.3 网络抗毁性策略  99-100
  5.4 网络抗毁保护结构模型研究  100-106
    5.4.1 点到点网络抗毁保护结构模型  100-102
    5.4.2 环形网络抗毁保护结构模型  102-105
    5.4.3 网状光网络的抗毁性  105-106
  5.5 新型部分共享路径保护(P-SPP)  106-110
    5.5.1 光互联网协议模型  106-107
    5.5.2 光互联层的保护与恢复  107-110
  5.6 本章小结  110-111
第六章全文总结  111-114
  6.1 论文主要内容  111-112
  6.2 论文主要创新点  112-113
  6.3 下一步需要研究的问题  113-114
致谢  114-115
参考文献  115-123
攻读博士期间取得的研究成果及简历  123-124

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