兰州交通大学课程设计.docx

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1、兰州交通大学课程设计中文题目：基于CWDM的城域网设计方案英文题目：Metropolitan Area Network Design SchemeBased on CWDM课程：学院：专业：姓名：学号：指导教师:零一四年七月摘要粗波分复用系统（CWDM）能有效节省光纤资源和组网成本，它解决了光纤短缺和 多业务透明传输两个问题，主要应用在城域网汇聚和接入层，且可在短时间内建设网络 及开展业务。CWDM具有低成本、低功耗、小体积等诸多优点，目前在城域网传输中 已经有大量应用。运用于G.652、G.653、G.655光纤的EXP系列CWDM设备，给各大 运营商和系统集成商提供了一套低价格、高性能的传

2、输解决方案，是日益增长的城域网 组网的理想选择。CWDM系统组网方式灵活多样，可以组成点对点、星形、链形、环形等各种拓扑结 构，对于竞争区域的运营商有着比较大的吸引力。目前CWDM在行业市场上已经得到 了愈来愈多的应用。关键词：CWDM系统；城域网；组网AbstractCoarse Wavelength Division Multiplexing system (CWDM) can save the cost of fiber resources and networking, it addresses the shortage of fiber and multi-service trans

3、parent transmission of two issues, mainly used in metro aggregation and access layer, and in short time network and conduct business within the building. CWDM low cost, low power consumption, small size and many other advantages, the current transmission in the metropolitan area has a large number o

4、f applications.Shenzhen, Hong Yang Shun Technology Co, Ltd. Branch of market requirements, develop applied G.652, G.653, G.655 fiber EXP series CWDM equipment, to the major operators and system integrators to provide a low price , high-performance transmission solutions, is growing ideal for metropo

5、litan area networks.CWDM system, flexible networking mode, you can form point to point, star, chain, ring topology, etc, for the regional competition with larger operators in the appeal. CWDM in the industry currently on the market has been more and more applications.Keywords: CWDM system;Metropolit

6、an Area Networks; Networking目录1. 绪言12. CWDM技术特点与在城域网中的应用22.1 CWDM技术特点22.2 CWDM在城域网中的应用33. 设计方案43.1案例说明43.2方案简单说明43.2.1典型的点对点传输方案43.2.2某视频传输网扩容应用54. 需求分析64.1方案图64.2方案说明75. CWDM在某研究所实验网中的应用85.1项目需求95.2需求分析10总结13参考文献141.绪言近年来，随着高校扩招，很多学校校区的教学楼、学生宿舍已经不能满足学生日益 增多的要求。为顺应高等教育发展潮流，扩大办学规模、增强学校整体实力，各高校都 在建立新校

7、区。然而主校区一般都位于经济繁华区，如果扩建主校区，其成本是无法估 算的，且受周边诸多因素的影响，也不现实。这样，绝大部分高校都将新校区建在离主 校区几十公里的郊区。新校区建好了，可教学资源的分配问题又摆在了面前。新校区，学校教学和学生生活上网都需要很大的带宽资源。如果在新校区组建新的 网络，成本无疑很大，且在教学需求上新老校区还需要诸多的业务联系。如果在新校区 组建新的网络，成本无疑很大。而老校区有着强大的网络资源，如何利用？新老校区之间的光纤一般都是学校租用运营商的，然而租裸纤每年的费用特别高， 怎样才能租用很少的光纤而满足大业务量的要求？采用CWDM技术无疑是最佳的解决 方案。城域网（M

8、etro）原是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念，指城域范 围的计算机网络。数据通信和电信技术的发展赋予城域网新的内涵，将城域网的概念延 伸到整个通信网络，泛指运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所有网络。它以 宽带光传输为开放平台。各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入合各种增值 业务及智能业务，并与各运营商的长途网和公用电话交换网（PSTN）互通的本地宽带 综合业务网。城域网与广域网的主要区别在于城域网的业务范围不仅有话音，还有数据 和图像，是全业务网络。城域网需要支持各种客户层信号，而且要能很快地提供客户层 信号所需的带宽。局域网的地域限制使各行各业形成了一个个信息孤岛

9、，广域网的带宽 限制又使信息高速公路上的宽带应用大打折扣，核心问题可归结为带宽与距离的矛盾。 而城域网则是解决带宽和增加网络覆盖范围的很好方法，这使得城域网成为未来最具发 展潜力的网络系统。而在城域网由于传输距离短（一般100公里以内），不需要使用放大器，增加一根光 纤成本也不高，如果简单采用和广域网一样的DWDM设备，无疑将得不偿失。解决的 方法是采用粗波分复用（Coarse WDM，CWDM）技术。2. CWDM技术特点与在城域网中的应用2.1 CWDM技术特点CWDM设备具有DWDM设备的大部分特点，又具有DWDM设备所不具有的成本 优势，以下将逐一加以说明。1. 高带宽CWDM继承了

10、DWDM高带宽的特点，国际电联已经规定了 G.652光纤上从1270 nm 开始的18个波长栅格，并倾向于规定8通道系统采用G.652光纤的第3个低损耗窗口 中从1470nm到l6l0nm的8个波长，其中每个通道最高速率等级为STM-16或 STM-16+FEC，以后还可以发展到16通道以及单通道速率为10Gbit/s的系统。2. 低成本CWDM采用较DWDM宽得多的波长问隔，降低了对光器件的要求：可以采用非制 冷的发送激光器，使用价格低的光复、解复用器和光分插复用等无源器件。相对SDH设备，由于CWDM设备可以在同一对光纤上承载8个波长，在提高可用 带宽的同时，又节约了宝贵的光纤资源。3.

11、灵活配置由于采用非制冷的发送激光器，CWDM可以使用热插拔的小封装光收发一体模块 SFP，增加了系统硬件配置的灵活性，也方便了对CWDM设备的工程安装和维护，当 CWDM设备某个波长的发送接收出现故障时，在不断电的情况下插拔一个光模块就可 以了。另外，采用可热插拔模块5FP可以减少运营商对光接口单元的备份数量。通常情况， 光接口单元就是一个单板，如DWDM设备中的OTU，对0TU进行备份时，每个波长 需要至少备份一个单板，当然也可以采用可调波长的0TU，但是由于波长可调节的范围 较小，而且价格比同定波长的盯OTU贵得多，所以成本较高；如果采用可热插拔的SFP 光模块，则光接口单7元分为两大部分

12、：母板和SFP，母板完成了除光收发部分以外的 所有光接口单元功能，此时只需要备份少量的母板以及一系列波长的SFP就可以完成对 所有波长的光接口单元的备份了。4. 多业务透明由于城域网存在复杂多样的业务，CWDM设备对于多业务的接入能力就显得尤其重 要。CWDM可以透明接入J00 Mbit/s-2.67 Gbit/s的客户信号，其中包含以太网FE/GE、 视频 HDTV、存储网 ESC0N/Fiber Channel 以及传统的 SDH/SONET 的 STM-1/4/16 和 0C3/12/24/48等多种业务.也可以把这些子速率的组合汇聚到一个波长上进行传输，节 约带宽；当接入速率超过所设定

13、的速率将限时，可以自动进行限制，这样方便运营商对 所接入业务实现按带宽收费。5. 强大的保护能力CWDM设备可以像DWDM那样，具有光复用段层保护和光通道层l+l保护功能， 提高了系统的可靠性。光复用段保护可以用来避免由于光缆断裂等原因引起的线路故障，光通道保护可以 用来避免由于某一光通道不正常工作带来的故障，其恢复时间应小于50ms。6. 存存的缺点当然，CWDM也并非十全十美，由于CWDM设备覆盖的光带宽太大，限制了 KDFA 的使用，目前还没有合适的光放大技术.所以CWDM不能支持太长的传输距离，一般 为 40-80 km。2.2CWDM在城域网中的应用随着数据、语音、视频等各种通信业务

14、在城域中的飞速发展，城域网已经成为当前 网络建设的热点，由于城市地理面积小、人口集中等客观存在的因素，使得城域网络具 有传输距离短、带宽要求高、业务种类复杂多样等特点。城域网节点之间的距离一般比较短，“四川省会城市成都为例，其刚修建的三环路总 长大致为50h （假设为圆型），则该城市两个网络节点之间的距离大致为16 km，CWDM 设备能支持的4080km完全可以满足城域网的要求，这使得CWDM不能使用光放大 器的缺点不会限制其在城域网中的应用。CWDM完全可必满足城域网的高带宽需求，一对光纤上单波速率为2. 5 Gbit/s的8 波系统，其总带宽为20 Gbit/s，是10 Gbit/s S

15、DH系统带宽的2倍，使用CWDM时分配 在相同带宽内的成本要比使用SDH便宜得多；同时CWDM设备又比相同带宽的DWDM 设备经济，所以从成本上考虑CWDM无疑是缓解城域网日益增长的带宽需求的理想选 择。CWDM漫备具自多业务信号的透明接入能力以及对多个低速率信号的汇聚能力，可 以对城域嘲中包括语音、数据、视频等多种业务进行传送CWDM系统既可以用于中小 城市的城域核心层，又可用于大城市的城域接入层。3. 设计方案3.1案例说明下图为我校CWDM系统应用的案例，其老校区网络中心为省网的节点，资源充足； 新老校区距离40km,租用当地运营商一对光纤。客户要求在一对光纤上扩容出6路双 向数据业务，

16、每路速率2.5G。其原理如图3-1所示。Internet图3-1 CWDM系统应用3.2方案简单说明3.2.1典型的点对点传输方案1. CWDM波分复用设备满业务可以做到1： 8的扩容，即使用一芯光纤可以承载4 路8波双向业务，两芯光纤可承载8路16波双向业务。2. 每一路最高速率可以达到2.5G，向下兼容至100M。3. CWDM设备无中继传输最远可达100km。4. 此方案没有采用传统的单纤单向传输方式，将6路业务分开两组进行单纤双向传 输，若一条光纤出现故障，不会影响到另外一条光纤的业务。3.2.2某视频传输网扩容应用客户需求：1. A、B、C、D、E、F、G各节点需要两路视双向视频信号

17、往中心节点A汇聚。2. 每路信号要求速率达到2.5G。3. 各节点之间提供双芯光纤。如图3-2所示：图3-2双芯光纤4. 需求分析4.1方案图图A点为中心节点机房，与BDFG各节点机房构成星形拓扑；由于A-C、A-E节点 没有直接光纤链接，需分别经过B、D两点路由至A，以减少传输级联次数，A-B-C、 A-D-E构成链形拓扑，采用OADM技术。方案图如4-1所示。红外线检测信号的输入决定门开启的宽度，由PLC控制电机来实现开关门，还可以 根据电机电源的变化情况，通过A/D转换把数字信号送入PLC中，这样来达到防挤压 的目的。为了避免不必要的误操作，我们在导轨两端各安置了一个开关，当门关闭或开

18、启时，门扇上面的隔离锁将会带动开关将门锁闭，防止发生意外。4.2方案说明表示干线单芯光纤，表示一对光纤业务；此方案在F、G两点分别只用一芯光纤， 可为客户留出一芯用作备份或者扩容；此方案把B、C两点和D、E两点分别用一芯光 纤传输，这样只需在B、D两点采用OADM技术，从而可以有效降低因OADM级联层 数多所造成的干线光信号损耗；另外，为客户留出一芯光纤作备份或者扩容；全部使用 单芯双向技术，将业务隔离开，若一条光纤出现故障，不会影响到另外一条光纤业务； 此方案在B、C、D、E、F、G各点提供两路双向光业务，全部往A点汇聚。5. CWDM在某研究所实验网中的应用我国的大部分城市，包括东部发达地

19、区的一部分城市和西部不发达地区的大部分城 市，数据业务的需求不高，应用DWDM不能体现良好的性价比。此时，用低成本的 CWDM技术对城域网进行组织就显得十分必要OCWDM系统由于和DWDM系统一样， 具有多种业务接口，因此具有很广泛的适应性。在不发达地区，可以直接应用CWDM 技术进行城域核心层和城域汇聚层组网;在比较发达地区，数据业务发展比较好、光纤资 源不太紧张的城市，CWDM技术可以和路由器结合组织汇聚层网络，也可以和以太网 结合组织城域接入层网络。CWDM技术充分适应了城域传输网传输距离短的特点，而且不受EDFA放大波段的 限制，可以在1310nm-1560nm的整个光纤传输窗口上，以

20、比DWDM系统宽得多的波长 间隔进行波分复用。由于波长间隔宽、传输距离短，CWDM无须选择价格昂贵的高波 长稳定度和高色散容限的激光器，这至少可以从三个方面大幅度降低激光器成本：1. 由于使用无致冷激光器，使激光器制造和封装成本降低。2. 对波长误差的放宽也便于生产更廉价的激光器。3. CWDM用的激光器可以使用和DVD激光器一样的生产和封装技术，成本低，工 艺成熟简单，而今天DVD激光器正在大批量生产，这可进一步降低CWDM激光器的 生产成本。此外，CWDM无须选择成本昂贵的密集波分复用器和解复用器，只需选择廉价的粗 波分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无须

21、采 用EDFA，只须采用便宜得多的多通道激光收/发器作为中继。由于器件成本和系统要求 的降低，使得CWDM系统的造价比DWDM系统大幅下降。CWDM传输系统和高性能路由交换机连接起来就可以构成宽带IP城域网，也可以 把CWDM传输设备直接与路由交换机相连，由路由交换机直接驱动光传输设备。路由 交换机对各波长和数据流都可以进行分插。CWDM技术是应宽带IP城域网到需求而发展起来的，将CWDM传输系统和高性 能路由交换机连接起来就构成宽带IP城域网。另外一个趋势是将CWDM光传输设备和 路由交换机结合在一起，这就可以由路由交换机端口直接驱动光传输设备。最简单情况， 一根光纤只传输一路数据时，在裸光

22、纤上直接运行吉位以太网（GE）。如果需要传输多 路数据可采用CWDM系统，根据需要逐步增加波长通道。宽带IP城域网采用IP Over CWDM系统和NXGBE帧格式。传输采用CWDM系统， 路由器采用NxGBE端口较SDH端口要便宜得多。因此，IP over CWDM系统的成本比 IP over DWDM要低得多。这种系统的另外一个好处是由于采用自适应速率对光缆的性 能要求不高，一些由于性能下降原来已经不能使用的旧光缆也有了使用价值。由于采用 以太网帧格式，任何有局域网使用经验的人都可以租借，购买光缆来构成自己的城域网 甚至广域网。IP over CWDM宽带IP城域骨干网与100/1000M

23、b/s以太网接入网可以无缝连接，中 间不需要格式转换，可以便宜高效率地实现100/1000Mb/s接入速率的宽带IP城市域网。该实验网有八个节点，由一芯光纤串联成环网。5.1项目需求每个节点提供3个双向光业务。每个业务速率2.5G。要求使用最少数量CWDM波长传输。提供节点掉电业务保护方案，以备以后升级。提供环网光纤保护方案，以备以后升级。项目路由逻辑图如图5-1所示。逻辑图图5-1路由逻辑图5.2需求分析由逻辑图看，每个节点业务分布均匀，路由逻辑性强；由于是环网，此项目在每个 节点需要采用OADM技术；传输路由规划：考虑最短跨点路由，可以有效减少传输光 在节点处的损耗。1- 4： 1-2-3

24、-40-5： 0-7-6-52- 7： 2-1-0-73- 6： 3-4-5-6；波长分配：相邻点间采用点对点方式，使用两个波长，中间有四个跨节点路由，使 用链状传输方式，由于不相交，可以使用公用四个波长，所以总使用波长为6波；节点 掉电业务保护方案：每个节点在无源输入输出端并用一只2x2非锁定式光开关，保护原 理如图5-2所示。图5-2保护原理图采用此保护方案，若传输设备掉电，图中开关1-2闭合，切断此节点与网络的连接， 保护正在传输的业务，且路由清晰；环网光纤保护方案：在客户提供多一芯环网光纤的 情况下，可以实施此方案；在每个节点进出两端接入我公司OPS-1-1光路保护自动切换仪，当主路由

25、光纤发 生故障时，能自动监测识别，将传输业务整体切换到备用光纤，切换时间小于15ms， 完全不影响业务的传输。切换原理如图5-3所示。主路由传输设备备路由传输设畜图5-3切换原理图传输设凿图5-4组建方案根据分析，组建方案如图5-4所示。柴蜡位所试般网LViHM方*方案说明：此方案采用CWDM和OADM技术，实现在一条环状光纤上八个节点之间多业务传 输；此方案逻辑性强，每个节点均可实现三通道双向路由，每通道速率2.5G；此方案 在每个节点均采用OADM技术，且优化了路由；图中每一个颜色连线代表一个波长的 物理连接，共使用6个波长；CWDM（OADM）也可与RPR、SDH环网结合，既可以 实现现

26、有的网络容量倍增，又能利用RPR、SDH设备的自愈、保护倒换和调度灵活的 特点，从而构成高效率、高可靠，性和大容量的信息高速公路。总结采用可重构架构的CWDM系统组网，在节约光纤资源的基础上，组网方式可以更 加灵活。我衷心的感谢我的论文指导老师，是他们给予我帮助和鼓励，本论文是在他们 的精心指导下完成的，祝你们工作顺利，身体健康！在这次课程设计中我也学习到了很多学习上的方法，受益匪浅。1. 学会了怎样在网上跟好的选择参考资料，怎样把他们与所学的知识连接起来。2. 怎样在设计中优化版面，熟练地利用所学过的软件和知识，把许多不会的东西都 了解了。3. 在本次设计中遇到了许多困难，我和同学们学习交流

27、，互相进步，都有了许多进 步，增进了团队交流合作能力。4. 在做一件事的时候，一定要坚持，往往最后才是最难得地方，所以一定不能大意。在完成毕业论文的过程中，参考了一些著名学者的相关著作，论文吸取了许多有益 的成果，这些都在参考书目中得到列出，向这些作者致以衷心的感谢！参考文献1 李乐民.宽带光纤通信网J.电子科技大学学报,1992 (S1) :36-382 孙海荣、刘朴、李乐民.城域网综述J.电信科学,1993 (06) :25-263 王志军.DWDM城域网组网方案分析J.微计算机信息,2007 (3) :12-154 张煦.光纤区域通信网的发展过程和趋向J.上海交通大学学报,1992 (6) :4-55 吴重阳.展望光纤光缆产业和技术的发展J.全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议,2001:3-86 胡钢、李乐民.城域网MAC层协议的优先级结构及性能J.电子科技大学学报.1992 (S1) :7-127 余顺争、张光昭.双总线城域网的同步排队协议J.通信学报,1992 (04) :5-128 陈琪.南京宽带IP城域网开通J.市场报,2000:2-4