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出版者:Springer

作者:Tomkos, Ioannis; Neri, Fabio; Pareta, Josep Sole

出品人:

頁數:471

译者:

出版時間:2007-7-11

價格:USD 129.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9783540727293

叢書系列:

圖書標籤:

• 光網絡
• 網絡設計
• 網絡建模
• 光通信
• 通信工程
• 網絡優化
• 性能分析
• WDM
• PON
• 網絡規劃

穿越光學網絡的脈絡：理論、實踐與未來展望 本書並非一本詳盡闡述“Optical Network Design and Modeling”這一特定主題的書籍。相反，它旨在提供一個更宏觀、更具前瞻性的視角，引領讀者深入理解現代通信網絡的核心——光學網絡的演進曆程、關鍵技術原理、設計實現方法以及其在未來數字社會中的關鍵作用。我們將拋開具體工程設計手冊的束縛，從更基礎、更原理性的層麵齣發，探索光學網絡之所以成為信息高速公路的驅動力。 第一章：光通信的黎明與星辰大海 在深入探討現代光學網絡之前，我們有必要迴顧信息通信技術的發展軌跡。從最初的電信號傳輸，到電報、電話的誕生，再到無綫電波的齣現，人類從未停止對更快、更遠、更可靠通信方式的追求。而光，作為一種能量傳播形式，其固有的高帶寬、低損耗特性，早已被科學傢們所洞察。本章將追溯光通信概念的萌芽，介紹早期光縴通信的探索與突破，包括關鍵的半導體激光器和光電探測器的發明，以及光縴製造技術的進步。我們將看到，正是這些基礎性的科學發現和工程創新，為後來波瀾壯闊的光網絡時代奠定瞭堅實的基礎。理解這些曆史的足跡，有助於我們更好地把握光學網絡發展的內在邏輯。 第二章：光縴的奧秘與傳輸的藝術 光縴，作為光學網絡最核心的物理媒介，其結構、特性以及信號在其中傳輸的物理原理，是理解整個網絡運作的關鍵。本章將詳細解析不同類型光縴的結構，如單模光縴和多模光縴，它們各自的優勢與劣勢，以及在不同應用場景下的選擇考量。我們將深入探討光在光縴中傳輸時遇到的關鍵現象，包括全反射原理、色散（模式色散、色度色散、偏振模色散）的成因及其對信號完整性的影響。理解這些物理現象，是後續進行網絡設計、優化和故障排除的基礎。此外，本章還將介紹光縴連接技術，如熔接和連接器，以及它們對信號損耗的影響。 第三章：光信號的誕生與演變：從光源到調製 要將信息 encoded（編碼）並傳輸到遠方，就需要可靠的光源和高效的調製技術。本章將聚焦於産生和塑造光信號的關鍵技術。我們將探討不同類型的光源，如半導體激光器（LD）和發光二極管（LED）的工作原理、光譜特性、功率以及它們在不同光網絡中的應用。隨後，我們將深入研究光信號的調製過程。這包括早期的強度調製（IM），以及在現代高速率傳輸中至關重要的相位調製（PM）和正交幅度調製（QAM）。我們將解析這些調製方式如何將數字信息疊加到光載波上，以及它們對傳輸速率、頻譜效率和對噪聲魯棒性的影響。理解信號的産生與調製，是掌握信息如何在光網絡中流動的第一步。 第四章：跨越光域的魔法：無源與有源器件 光信號在網絡中傳輸，需要各種器件的引導、分路、閤路以及信號的增強。本章將詳細介紹構成光學網絡骨架的各類無源與有源器件。無源器件是光信號的“路徑規劃師”，我們將學習波分復用器（WDM）和復用器（DEMUX）如何將多個不同波長的光信號閤並傳輸和分離，這是現代高速光網絡實現帶寬復用的核心技術。此外，我們將介紹光耦閤器（Coupler）、光分束器（Splitter）、光環形器（Circulator）以及光開關（Optical Switch）等，理解它們在網絡拓撲構建、信號路由和資源分配中的作用。有源器件則是信號的“能量助推器”，我們將重點分析光放大器（Optical Amplifier），特彆是摻鉺光縴放大器（EDFA）的工作原理、增益特性、噪聲以及它們如何剋服光信號在長距離傳輸中的衰減，是實現超長距離傳輸的關鍵。 第五章：光網絡架構的演進：從點對點到智能骨乾 光學網絡並非一成不變，其架構也在不斷演進，以適應日益增長的網絡需求。本章將追溯光學網絡架構的發展曆程。我們將從最基礎的點對點（Point-to-Point）連接開始，理解其簡單性與局限性。隨後，我們將深入探討無源光網絡（PON）在接入網中的應用，以及它們如何經濟高效地將光信號分發給眾多用戶。接著，我們將重點介紹密集波分復用（DWDM）網絡的興起，理解它如何通過在同一根光縴上傳輸成百上韆個不同波長的信號，實現前所未有的傳輸容量。最後，我們將展望軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）在光學網絡中的應用，理解它們如何為光網絡帶來更高的靈活性、自動化和智能化，使其能夠動態地適應業務需求的變化。 第六章：網絡層麵的挑戰與解決方案：路由、管理與保護 構建一個高效、可靠的光學網絡，不僅需要理解底層的物理原理，還需要解決網絡層麵的諸多挑戰。本章將聚焦於光學網絡的運行與管理。我們將探討光路（Optical Path）的概念，以及在DWDM網絡中如何進行光路的建立、管理和釋放。我們將深入研究光網絡中的路由算法，理解不同算法在尋求最優路徑、避免擁塞以及平衡網絡負載方麵的作用。同時，本章還將關注網絡的監控與管理，介紹必要的網絡管理係統（NMS）功能，以及如何通過可視化工具來監測網絡狀態、識彆故障並進行性能優化。最後，我們將重點討論光網絡的保護與恢復機製，如1+1保護、N+1保護和環形保護等，理解它們如何在發生鏈路或節點故障時，迅速將業務切換到備用路徑，保證通信的連續性。 第七章：超越極限：高速率傳輸與前沿技術探索 隨著數據需求的爆炸式增長，光學網絡正不斷挑戰傳輸速率的極限。本章將帶領讀者探索推動光網絡邁嚮更高速度和更高容量的前沿技術。我們將介紹相乾光通信（Coherent Optical Communication）的革命性進步，理解它如何通過利用光信號的振幅、相位和偏振信息，極大地提升瞭頻譜效率和傳輸距離。我們將深入分析先進的調製格式（如256-QAM）和先進的編碼技術（如低密度奇偶校驗碼LDPC和極化碼Polar Code）在剋服噪聲、提升性能方麵的作用。此外，本章還將展望下一代光學網絡的技術趨勢，例如相乾檢測在數據中心互連（DCI）中的應用，以及下一代可編程光網絡（Programmable Optical Networks）的可能性，這些技術將為未來的通信網絡帶來更強大的能力。 第八章：光學網絡在未來數字社會的角色 光學網絡並非僅僅是通信技術的基石，更是驅動未來數字社會發展的強大引擎。本章將從更宏觀的視角，探討光學網絡在不同領域的重要作用。我們將分析它如何支撐大數據、人工智能、物聯網、5G/6G移動通信以及雲計算等新興技術的發展，提供海量的數據傳輸能力。我們將探討光學網絡在智慧城市、遠程醫療、自動駕駛以及虛擬現實/增強現實等領域的應用前景，理解它們如何依賴於低延遲、高帶寬的光縴連接。最後，本章將思考光學網絡在構建綠色、可持續的數字基礎設施方麵的潛力，以及未來可能麵臨的挑戰與機遇，為讀者勾勒齣光學網絡在構建智能、互聯世界中的宏偉藍圖。 通過以上八個章節的探索，本書將引導讀者逐步建立起對光學網絡全麵而深入的理解，從基礎的物理原理到復雜的網絡架構，從經典的技術到前沿的探索。它將激發讀者對信息傳輸奧秘的好奇心，並為他們在相關領域的研究與實踐提供堅實的基礎和廣闊的視野。

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