光交換技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

光交換技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

光交換技術(shù)是用光纖來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)交換傳輸技術(shù)。光纖通信的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)最大可能地利用光纖給人們提供巨大帶寬資源將信息進(jìn)行無阻礙的傳輸和交換。多年以前，人們就提出了構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想，那是一個(gè)完全建立在光域上進(jìn)行信息采集、處理、放大、存儲、傳輸、交換、恢復(fù)全過程光學(xué)化的理想光子網(wǎng)絡(luò)。然而，如此美好的設(shè)想在技術(shù)方面的實(shí)施卻是極其艱難的。目前人們心中的全光網(wǎng)已經(jīng)被廣義化了，現(xiàn)在的全光網(wǎng)是指在網(wǎng)絡(luò)中光信息流的傳輸和交換過程是以光的形式存在和完成，而電子技術(shù)在其中仍然發(fā)揮著極其重要的作用，例如用電子電路實(shí)現(xiàn)控制等得網(wǎng)絡(luò)。

隨著信息化的發(fā)展，各種新型業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)的寬帶和容量提出了更高的要求。但是，在目前的光纖通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)要經(jīng)過多次的光-電、電-光變換，而其中的電子器件在適應(yīng)高速、大容量的需求上存在諸多缺點(diǎn)，如帶寬限制、時(shí)鐘偏移、嚴(yán)重串話、高功耗等，由此產(chǎn)生通信網(wǎng)中的“電子瓶頸”現(xiàn)象。而且目前的電子交換機(jī)和信息處理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已經(jīng)接近了電子速率的極限。為了解決這一問題，充分發(fā)揮光纖通信的極寬頻帶、抗電磁干擾、保密性強(qiáng)、傳輸損耗低等優(yōu)點(diǎn)，研究人員開始在交換系統(tǒng)中引入光交換技術(shù)。

廣義化的全光網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一個(gè)由光學(xué)技術(shù)與電子學(xué)技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，但必須指出的是，在廣義化的全光網(wǎng)絡(luò)中，光學(xué)技術(shù)是主體，電子學(xué)技術(shù)只是輔助，這是有別于傳統(tǒng)的由O/E、E/O變換所構(gòu)成的光電結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的。

光電網(wǎng)絡(luò)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）提供巨大的帶寬。使人們上網(wǎng)的速度大大提高，節(jié)約了大量時(shí)間與精力，上網(wǎng)更加流暢，尤其是對企業(yè)用戶而言，能夠?qū)崿F(xiàn)效益最大化；（2）與如今所用的銅線相比，處理速度高且誤碼率低，且維護(hù)費(fèi)用低了很多；（3）采用光路交換的全光網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議透明性，即對信號形式不限制。允許采用不同的速率和協(xié)議，有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性；（4）全光網(wǎng)中采用了較多無源光器件，省去了龐大的光電光轉(zhuǎn)換工作量及設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度，降低了成本并有利于提高可靠性。

有如下幾種光交換模式：

碼分光交換,是指對進(jìn)行了直接光編碼和光解碼的碼分復(fù)用光信號在光域內(nèi)進(jìn)行交換的方法。所謂碼分復(fù)用,就是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號,而碼分光交換則是由具有光編解碼功能的光交換器將輸入的某一種編碼的光信號變成另一種編碼的光信號進(jìn)行輸出,由此來達(dá)到交換目的。隨著光碼分復(fù)用(OCDMA)技術(shù)的發(fā)展,碼分光交換技術(shù)必將得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。

復(fù)合型交換技術(shù),由于各種光交換技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不同的適應(yīng)性，將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起來進(jìn)行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢,以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。已見介紹的復(fù)合型光交換主要有:(1)空分/時(shí)分光交換系統(tǒng);(2)波分/空分光交換系統(tǒng);(3)頻分/時(shí)分光交換系統(tǒng);(4)時(shí)分/波分/空分光交換系統(tǒng)等。例如,將時(shí)分和波分技術(shù)合起來可以得到一種極有前途的大容量復(fù)合型光交換模塊,其復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積。如果他們的復(fù)用度分別為8,則可實(shí)現(xiàn)64路的時(shí)分2波分復(fù)合型交換。將此種交換模塊用于4級鏈路連接的網(wǎng)絡(luò),可以構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。分組交換也稱包交換，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長度，每個(gè)部分叫做一個(gè)分組。在每個(gè)分組的前面加上一個(gè)分組頭，用以指明該分組發(fā)往何地址，然后由交換機(jī)根據(jù)每個(gè)分組的地址標(biāo)志，將他們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，這一過程稱為分組交換。進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。從交換技術(shù)的發(fā)展歷史看，數(shù)據(jù)交換經(jīng)歷了電路交換、報(bào)文交換、分組交換和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字交換的發(fā)展過程。分組交換實(shí)質(zhì)上是在“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它

兼有電路交換和報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)。分組交換在線路上采用動(dòng)態(tài)復(fù)用技術(shù)傳送按一定長度分割為許多小段的數(shù)據(jù)分組。每個(gè)分組標(biāo)識后，在一條物理線路上采用動(dòng)態(tài)復(fù)用的技術(shù)，同時(shí)傳送多個(gè)數(shù)據(jù)分組。把來自用戶發(fā)端的數(shù)據(jù)暫存在交換機(jī)的存儲器內(nèi)，接著在網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。到達(dá)接收端，再去掉分組頭將各數(shù)據(jù)字段按順序重新裝配成完整的報(bào)文。分組交換比電路交換的電路利用率高，比報(bào)文交換的傳輸時(shí)延小，交互性好。

光突發(fā)交換技術(shù)，它的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)分組和控制分組獨(dú)立傳送，在時(shí)間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預(yù)留機(jī)制，以光突發(fā)作為最小的交換單元。obs克服了ops的缺點(diǎn)，對光開關(guān)和光緩存的要求降低，并能夠很好的支持突發(fā)性的分組業(yè)務(wù)，同時(shí)與ocs相比，它又大大提高了資源分配的靈活性和資源的利用率。被認(rèn)為很有可能在未來互聯(lián)網(wǎng)中扮演關(guān)鍵角色。OBS結(jié)合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)勢，同時(shí)避免了它們的缺點(diǎn)。通過控制與數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的分離，控制分組提前發(fā)送，并在中間節(jié)點(diǎn)經(jīng)過電信息處理，從而為數(shù)據(jù)分組預(yù)留相應(yīng)的資源。而數(shù)據(jù)分組隨控制分組之后傳送，在中間節(jié)點(diǎn)通過預(yù)留好的資源直通，無需光/電/光處理。同時(shí)它具有延時(shí)小(單向預(yù)留)，帶寬利用率(統(tǒng)計(jì)復(fù)用)，效率高，交換靈活、數(shù)據(jù)透明、交換容量大(電控光交換)等特點(diǎn)，可以達(dá)到Tb/s級的交換容量，甚

至Pb/s量級。因此，OBS網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于不斷發(fā)展的大型城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

光標(biāo)記分組交換技術(shù)，也稱為gmpls或多協(xié)議波長交換.它是mpls技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。mpls是多層交換技術(shù)的最新進(jìn)展，將mpls控制平面貼到光的波長路由交換設(shè)備的頂部就具有mpls能力的光節(jié)點(diǎn)。由mpls控制平面運(yùn)行標(biāo)簽分發(fā)機(jī)制，向下游各節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)簽，標(biāo)簽對應(yīng)相應(yīng)的波長，由各節(jié)點(diǎn)的控制平面進(jìn)行光開關(guān)的倒換控制，建立光通道。201*年5月ntt開發(fā)出了世界首臺全光交換mpls路由器，結(jié)合wdm技術(shù)和mpls技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全光狀態(tài)下的ip數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。為了能適應(yīng)未來智能光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)地提供網(wǎng)絡(luò)資源和傳送信令的要求，我們需要對傳統(tǒng)的MPLS進(jìn)行擴(kuò)展和更新。OMPLS正是MPLS向光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的產(chǎn)物，它在支持傳統(tǒng)的分組交換、時(shí)分交換、波長交換和光纖交換的同時(shí)，還對原有的路由協(xié)議、信令協(xié)議作了修改和擴(kuò)展。

對光交換的探索始于20世紀(jì)70年代，80年代中期發(fā)展比較迅速。目前對光交換所需器件的研究已具有相當(dāng)水平。在光器件技術(shù)推動(dòng)下，光交換系統(tǒng)技術(shù)的研究也有了很大進(jìn)展。第一步進(jìn)行電控光交換，即信號交換是全光的，而光器件的控制仍由電子電路完成。目前實(shí)用系統(tǒng)大都處于這一水平，相關(guān)成果報(bào)道得也比較多。第二步為全光交換技術(shù)，即系統(tǒng)的邏輯、控制和交換均由光子完成。

我國在“七五”期間就開展了光交換技術(shù)的研究，并將光交換技術(shù)列為“八五”、“九五”期間的高科技基礎(chǔ)研究課題。1990年，清華大學(xué)實(shí)現(xiàn)了我國第一個(gè)時(shí)分光交換演示系統(tǒng)。1993年，北京郵電大學(xué)光通信技術(shù)研究所研制出光時(shí)分交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。目前，光交換技術(shù)市場日益成熟，價(jià)格也在迅速下降。許多運(yùn)營商，比如GlobalCrossing、法國電信和日本電信等都已經(jīng)計(jì)劃在他們的網(wǎng)絡(luò)中廣泛采用光交換技術(shù)。目前北京聯(lián)通已實(shí)現(xiàn)8M寬帶入戶，隨著帶寬的提升，北京三網(wǎng)融合項(xiàng)目之一的互聯(lián)網(wǎng)高清電視項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)，今年年底，聯(lián)通將推出此業(yè)務(wù)。

此前，北京市政府要求，到201*年底，互聯(lián)網(wǎng)家庭入戶帶寬要超過20M。推進(jìn)光纖到樓入戶，逐步替代傳統(tǒng)銅纜。在此基礎(chǔ)上，北京聯(lián)通早在201*年便開始實(shí)施“全光寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程”，預(yù)計(jì)在三年內(nèi)基本完成光纖到戶的覆蓋。據(jù)聯(lián)通公司的統(tǒng)計(jì)，截至201*年上半年，光纖到戶在全市覆蓋率為42%；預(yù)計(jì)到201*年底，光纖到戶在全市覆蓋率將達(dá)到55%。這對公司和個(gè)人無疑都是極好的消息，光交換技術(shù)的前景會越來越好。

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通信系201*屆畢業(yè)設(shè)計(jì)

論文

題目：光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展專業(yè)：移動(dòng)通信技術(shù)班級：移動(dòng)通信技術(shù)1032學(xué)生姓名：李倩(0202103239)導(dǎo)師姓名：王琦起止時(shí)間：201*年12月15日

至201*年5月15日

通信系201*級畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

論文題目指導(dǎo)教師王琦光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展電話辦公室15336113993通信技術(shù)教研室EmailWq_8500@163.com時(shí)間要求論文終稿紙質(zhì)版上交指導(dǎo)教師本人，時(shí)間截止：201*年5月15日。要求：1、光交換概述；2、光交換系統(tǒng)；3、光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)；4、光交換技術(shù)應(yīng)用。*論文字?jǐn)?shù)不少于8000字！論文初稿電子版上交指導(dǎo)教師郵箱，時(shí)間截止：201*年4月1日；參考資料：畢業(yè)設(shè)計(jì)的封面、任務(wù)書、成績評定表以及格式要求等相關(guān)資料，須在陜郵職院通信系網(wǎng)站進(jìn)行下載，格式必須按照要求書寫、打印、裝訂，如不符合要求的將按不合格處理；在畢業(yè)設(shè)計(jì)中嚴(yán)禁出現(xiàn)相互抄襲、雷同的情況，如有發(fā)現(xiàn)，將按照零分處理。I

陜郵職院通信系201*屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文成績評定表學(xué)生姓名課題名稱起止時(shí)間課題任務(wù)完成情況李倩性別女系別通信系專業(yè)班級光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展移動(dòng)通信技術(shù)移動(dòng)通信技術(shù)1032王琦201*年12月～201*年5月指導(dǎo)教師論文14300(千字)；圖紙22(張)；其它(含附件)：表2(張)，流程圖0(張)指導(dǎo)教師意見評閱成績：評閱/指導(dǎo)教師(簽字)：年月日學(xué)生實(shí)得成績(百分制)評閱成績評定級別（級別為“優(yōu)秀”、“合格”、“不合格”三檔）II

目錄

目錄.................................................................III摘要...................................................................11光交換概述............................................................2

1.1光交換..........................................................2

1.1.1光交換基本概念...........................................21.1.2光交換的特點(diǎn).............................................2

1.2光交換基本器件........................................................3

1.2.1光開關(guān)...................................................31.2.2波長轉(zhuǎn)換器...............................................31.2.3光存儲器.................................................41.2.4光調(diào)制器..................................................41.2.5光濾波器..................................................4

2光交換系統(tǒng)............................................................5

2.1光電路交換的分類................................................5

2.1.1時(shí)分光交換(TDPS）.......................................52.1.2時(shí)分光交換原理...........................................52.1.3空分光交換（SDPS).......................................62.1.4空分光交換原理...........................................62.1.5波分光交換(WDPS)........................................72.1.6波分光交換原理...........................................72.1.7復(fù)合光交換...............................................7

2.2光分組交換系統(tǒng)..................................................8

2.2.1光分組交換概念...........................................82.2.2光分組交換技術(shù)特點(diǎn)：......................................82.2.3光分組交換機(jī)組成.........................................82.2.3光分組交換原理...........................................92.2.4光分組交換優(yōu)點(diǎn)..........................................10

3光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)...............................................11

3.1光交換的特點(diǎn)...................................................113.2ATM光交換技術(shù).................................................11

3.2.1ATM光交換技術(shù)的機(jī)構(gòu).....................................113.2.2ATM光交換技術(shù)特點(diǎn).......................................12

3.3光突發(fā)交換技術(shù).................................................12

3.3.1光突發(fā)交換優(yōu)點(diǎn)..........................................123.3.2OBS的關(guān)鍵技術(shù)...........................................133.3.3OBS與OCS和OPS技術(shù)的比較...............................14

4光交換技術(shù)應(yīng)用.......................................................15

4.1光交換技術(shù)的交換方式及其應(yīng)用...................................15

4.1.1空分光交換方式...........................................154.1.2波分光交換方式...........................................154.1.3時(shí)分光交換方式...........................................16

III

4.1.4自由空間光交換方式.......................................164.1.5混合型光交換方式.........................................16

4.2光交換技術(shù)發(fā)展趨勢............................................17

4.2.1智能自動(dòng)化..............................................174.2.2全光交換.................................................174.2.3光交換機(jī)多樣化..........................................18

致謝.................................................................19參考文獻(xiàn).................................................................20

IV光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

摘要

近年來，隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，光交換技術(shù)是全光通信網(wǎng)中核心技術(shù)，光交換作為全光通網(wǎng)中一個(gè)重要支撐技術(shù)，在全光通信網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用。文章論述了在光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中對將發(fā)揮重要作用的光交換技術(shù)，并還詳細(xì)介紹了光交換技術(shù)的概念，空分光交換、時(shí)分光交換、波分光交換、ATM光交換技術(shù)、分組光交換技術(shù)，突發(fā)光交換技術(shù)，以及光交換技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行了描述。

關(guān)鍵字：光交換、通信技術(shù)、光交換技術(shù)應(yīng)用

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

1光交換概述

現(xiàn)代通信網(wǎng)中，先進(jìn)的光纖通信技術(shù)以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的。全光通信網(wǎng)是帶寬網(wǎng)未來發(fā)展目標(biāo)。從系統(tǒng)角度來看，支撐全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)又基本上分為光監(jiān)控技術(shù)、光交換技術(shù)、光處理技術(shù)、光放大技術(shù)幾大類。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要支撐技術(shù)，它在全光通信技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用。

1.1光交換

光交換是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域內(nèi)為輸入光信號選擇不同輸出信道的交換方式。

1.1.1光交換基本概念

光交換(photonicswitching)技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。與電子數(shù)字程控交換相比，光交換無須在光纖傳輸線路和交換機(jī)之間設(shè)置光端機(jī)進(jìn)行光/電O/E和電/光E/O交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。光纖傳輸技術(shù)與光交換技術(shù)融合在一起，可以起到相得益彰的作用，從而使光交換技術(shù)成為通信網(wǎng)交換技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。

1.1.2光交換的特點(diǎn)

a.由于光交換不涉及到電信號，所以不會受到電子器件處理速度的制約，與高速

的光纖傳輸速率匹配，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。

b.光交換根據(jù)波長來對信號進(jìn)行路由和選路，與通信采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳

輸速率無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。

c.光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

1.2光交換基本器件

1.2.1光開關(guān)

光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口。其作用是對光傳輸線路或集成光路中的光信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的光學(xué)器件。光開關(guān)和光放大、光信號儲存等都是光學(xué)裝置材料。光開關(guān)可以在皮秒（10-12秒）內(nèi)進(jìn)行操作。目前它以鈮酸鋰和鎵鋁砷化合物為基礎(chǔ)，從電子工業(yè)中脫胎形成。有一些新的材料，如液晶、聚乙炔等都比鈮酸鋰有更好的光學(xué)效用。

1.2.2波長轉(zhuǎn)換器

波長轉(zhuǎn)換是增加光交換網(wǎng)絡(luò)靈活性，降低阻塞的必要手段，對光網(wǎng)絡(luò)波長轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案也有很多。最簡單的當(dāng)然是專注式的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，也就是在復(fù)用前，給每個(gè)通道都各配置一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器，顯然這樣作是元件利用率最低的。一些波長轉(zhuǎn)換器的共享方案，也被陸續(xù)提出，常見的有節(jié)點(diǎn)共享式（SPN）和鏈路共享式（SPL）兩種。對前一種共享方案，通常需要較大的光開關(guān)以便在單節(jié)點(diǎn)可以共享同一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器。本期香港城市大學(xué)的研究者對此做了改進(jìn)研究，旨在使用更小更便宜的光開關(guān)，替換用在同樣的系統(tǒng)里，卻能獲得和原來一樣的性能。主要思路是預(yù)設(shè)一定數(shù)量的小尺寸光開關(guān)，來支持同樣通道數(shù)的波長轉(zhuǎn)換。當(dāng)任意一波長的輸入信號要進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換時(shí)，它先被切換到一個(gè)共享的波長轉(zhuǎn)換通道，以這種方式節(jié)點(diǎn)僅需要幾個(gè)小的光開關(guān)，且能共享昂貴的波長轉(zhuǎn)換器。

波長轉(zhuǎn)換器有直接波長轉(zhuǎn)換和外調(diào)制器波長轉(zhuǎn)換兩種。直接波長轉(zhuǎn)換是光/電/光轉(zhuǎn)換，如圖1.1所示，將波長為λi的輸入光信號，由光電探測器轉(zhuǎn)變成電信號，然后再去驅(qū)動(dòng)一個(gè)波長為λi的激光器，使得輸出光信號的輸出波長為λi

圖1-1直接波長轉(zhuǎn)換

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

全光波長轉(zhuǎn)換器是波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)及全光交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件。波長轉(zhuǎn)換器有多種結(jié)構(gòu)和機(jī)制，目前研究較為成熟的是以半導(dǎo)體光放大器為基礎(chǔ)的波長轉(zhuǎn)換器,包括交叉增益飽和調(diào)制型、交叉相位調(diào)制型以及四波混頻型波長轉(zhuǎn)換器等。

1.2.3光存儲器

光存儲器是由光盤驅(qū)動(dòng)器和光盤片組成的光盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),光存儲技術(shù)是一種通過光學(xué)的方法讀寫數(shù)據(jù)的一種技術(shù),它的工作原理是改變存儲單元的某種性質(zhì)的反射率,反射光極化方向,利用這種性質(zhì)的改變來寫入存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù).在讀取數(shù)據(jù)時(shí),光檢測器檢測出光強(qiáng)和極化方向等的變化,從而讀出存儲在光盤上的數(shù)據(jù).由于高能量激光束可以聚焦成約0.8μm的光束,并且激光的對準(zhǔn)精度高,因此它比硬盤等其他存儲技術(shù)具有較高的存儲容量。

1.2.4光調(diào)制器

光調(diào)制器也稱電光調(diào)制器,是高速、長距離光通信的關(guān)鍵器件，也是最重要的集成光學(xué)器件之一。它是通過電壓或電場的變化最終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依據(jù)的基本理論是各種不同形式的電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、Franz-KEldYsh效應(yīng)、量子阱Stark效應(yīng)、載流子色散效應(yīng)等。在整體光通信的光發(fā)射、傳輸、接收過程中,光調(diào)制器被用于控制光的強(qiáng)度,其作用是非常重要的。

1.2.5光濾波器

光濾波器是用來進(jìn)行波長選擇的儀器，它可以從眾多的波長中挑選出所需的波長，而除此波長以外的光將會被拒絕通過。它可以用于波長選擇、光放大器的噪聲濾除、增益均衡、光復(fù)用/解復(fù)用。

光耦合器或者光復(fù)用器是把不同波長的光復(fù)用到一根光纖中的，不同的波長傳載著不同的信息。那么在接收端，要從光纖中分離出所需的波長，就要用到光濾波器。

光濾波器類型有：基于干涉原理的濾波器（熔錐光纖濾波器、法布里-伯羅濾波器、多層介質(zhì)膜濾波器、馬赫-曾德爾干涉濾波器）；基于光柵原理的濾波器（體光柵濾波器、陣列波導(dǎo)光柵濾波器、光纖光柵濾波器、聲光可調(diào)諧濾波器）。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2光交換系統(tǒng)

光交換技術(shù)可分成光路交換（OS）系統(tǒng)、分組光交換(OPS)系統(tǒng)。光路交換系統(tǒng)可分為空分交換、時(shí)分交換、波分交換、混合交換等等�？辗钟址譃椋翰▽�(dǎo)空分和自由空間，分組光交換系統(tǒng)可分為：光分組交換、光突發(fā)交換、光標(biāo)記分組交換和光子時(shí)隙路由。

2.1光電路交換的分類

光電路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)SD、時(shí)分交換技術(shù)TD、波分/頻分交換技術(shù)WD/FD、碼分交換技術(shù)和復(fù)合型交換技術(shù)，其中空分交換技術(shù)包括波導(dǎo)空分和自由空分光交換技術(shù)。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。

2.1.1時(shí)分光交換(TDPS）

時(shí)分光交換是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)，把時(shí)間劃分為若干互不重疊的時(shí)隙，由不同的時(shí)隙建立不同的子信道，通過時(shí)隙交換網(wǎng)絡(luò)完成話音的時(shí)隙搬移，從而實(shí)現(xiàn)入線和出線間話音交換的一種交換方式。其基本原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲器（如光纖延遲存儲器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器）、光選通器（如定向復(fù)合型陣列開關(guān)）以進(jìn)行相應(yīng)的交換。

2.1.2時(shí)分光交換原理

TDPS的基本原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)匹配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲器如光纖延遲存儲器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器、光選通器，如定向復(fù)合型陣列開關(guān)，以進(jìn)行相應(yīng)的交換。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2.1.3空分光交換（SDPS)

這是指在交換過程中的入線是通過在空間的位置來選擇出線，并建立接續(xù)。通信結(jié)束后，隨即拆除。比如，人工交換機(jī)上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務(wù)員按主叫要求把塞繩的另一端連接被叫的出線塞孔，這就是最形象的空分交換方式。此外，機(jī)電式（電磁機(jī)械或繼電器式）、步進(jìn)制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機(jī)、以至寬帶交換機(jī)都可以利用空分交換原理實(shí)現(xiàn)交換的要求。

2.1.4空分光交換原理

SDPS的基本原理是將光交換組成門(Gate)陣列開關(guān),并適當(dāng)控制門陣列開關(guān),即可在任一路輸入光纖和任一輸出光纖之間構(gòu)成通路。因其交換元件的不同可分為機(jī)械型、光電轉(zhuǎn)換型、復(fù)合波導(dǎo)型、全反射型和激光二極管門開關(guān)等,如耦合波導(dǎo)型交換元件鑰酸鉀,它是一種電光材料,具有折射率隨外界電場的變化而發(fā)生變化的光學(xué)特性。以鈮酸鉀為基片,在基片上進(jìn)行鈦擴(kuò)散,以形成折射率逐漸增加的光波導(dǎo),即光通路,再焊上電極后即可將它作為光交換元件使用。當(dāng)將兩條很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合,通過這兩條波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換。能量交換的強(qiáng)弱隨復(fù)合系數(shù)。平行波導(dǎo)的長度和兩波導(dǎo)之間的相位差變化,只要所選取的參數(shù)適當(dāng),光束就在波導(dǎo)上完全交錯(cuò),如果在電極上施加一定的電壓,可改變折射率及相位差。由此可見,通過控制電極上的電壓,可以得到平行和交叉兩種交換狀態(tài)。

波分光交換以光波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光信號的波長進(jìn)行通路選擇。其基本原理是通過改變輸入光信號的波長，把某個(gè)波長的光信號變換成另一個(gè)波長的光信號輸出。波分光交換模塊由波長復(fù)用器（合分器）/解分器（分波器）、波長轉(zhuǎn)換器組成，如圖2-1所示。

圖2-1波分光交換模塊

這是來自一條多路復(fù)用輸入的光信號，先通過分波器進(jìn)行分路；再用波長轉(zhuǎn)換器進(jìn)行交換處理；對每個(gè)波長信道分別進(jìn)行波長變換；最后通過合波器進(jìn)行合路，輸出的還是一個(gè)多路復(fù)用光信號，經(jīng)由一條光纖輸出。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2.1.5波分光交換(WDPS)

WDPS充分利用光路的寬帶特性,獲得電子線路所不能實(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)。可調(diào)波長濾波器和波長變換器是實(shí)現(xiàn)波分(WD)光交換的基本元件。前者的作用是從輸入的多路波分光信號中選出的光信號,后者則將可變波長濾波器選出的光信號變換為適當(dāng)?shù)牟ㄩL后輸出。WDPS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)等效于一個(gè)NAN陣列型交換系統(tǒng)。它將每個(gè)輸入的光波變換成波長(1-(N中的一個(gè)波,用星型耦合器將這N條光波混合,再通過輸出端的可調(diào)波長濾波器,分別選出所需波長的光波，這樣就完成了N條光波的交換。也可在兩個(gè)輸出端口上選取波長相同的光波，以實(shí)現(xiàn)廣播分配型的通信。

2.1.6波分光交換原理

波分光交換以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光信號的波長進(jìn)行通路選擇。其基本原理是通過改變輸入光信號的波長，把某個(gè)波長的光信號變換成另一個(gè)波長的光信號輸出。波分交換模板由波長復(fù)用器（合波器）/解復(fù)用器(分波器）、波長轉(zhuǎn)換器組成，如圖2-2所示。

圖2-2波分光交換原理

這波分光交換原理圖，來自一條多路復(fù)用輸入的光信號，先通過分波器進(jìn)行交換處理，對每個(gè)波長信道分別進(jìn)行波長變換；最后通過合波器進(jìn)行合路，輸出的還是一個(gè)多路復(fù)用光信號，經(jīng)由一條光纖輸出。是從1到4輸入的多路波分復(fù)用光信號中選出所需波長的光信號。

2.1.7復(fù)合光交換

該技術(shù)是指在一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)應(yīng)用兩種以上的光交換方式。例如，在波分技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級鏈路連接，鏈路連接在各級內(nèi)均采用波分交換技術(shù)。因這種方法需要把多路信號分路接入鏈路，故抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。解決這個(gè)問題的措施是在鏈路上利用波分復(fù)用方法,實(shí)現(xiàn)多路化鏈路的連接,空分波分復(fù)合型光交換系統(tǒng)就是復(fù)合型光交換技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用。空分波分復(fù)合型光交換系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是，鏈路級數(shù)和交換元件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單,可提供廣播型的多路連接。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

另一種極有前途的大容量復(fù)合型光交換系統(tǒng)就是時(shí)分波分復(fù)合型交換模塊。其復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積，即二者復(fù)用度分別為8時(shí),可實(shí)現(xiàn)64路復(fù)合型交換。若將這種交換模塊用于4級鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)，則可構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。

2.2光分組交換系統(tǒng)

光分組交換系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光分組交換（OPS)技術(shù)；光突發(fā)交換(OBS）技術(shù)；光標(biāo)記分組交換(OMPLS）技術(shù)；光子時(shí)隙路由（PSR)技術(shù)等。這些技術(shù)能確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程都在光域內(nèi)進(jìn)行。2.2.1光分組交換概念

光分組交換是電分組交換在光域的延伸，交換單位是高速光分組。OPS沿用電分組交換的“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式，是無連續(xù)的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立路由和分配資源。采用單向預(yù)約機(jī)制，分組凈荷緊跟分組頭后，在相同光路中傳輸，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要緩存分組凈荷，等待分組頭處理，以確定路由。與OCS相比，OPS有著很高的資源利用率和很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。

光突發(fā)交換為IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個(gè)非常有競爭力的方案。一方面，通過光突發(fā)交換可以使現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術(shù)的帶寬潛力，另外一方面，由于光突發(fā)交換網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過任何的光電轉(zhuǎn)化，從而使光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實(shí)現(xiàn)所謂的T比特級光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難。此外，光突發(fā)交換的QOS支持特征也符合下一代Internet的要求。因此，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)很有希望取代當(dāng)前基于ATM/SDH架構(gòu)和電子路由器的IP骨干網(wǎng)，成為下一代光子化的Internet骨干網(wǎng)。作為一項(xiàng)具有廣泛前景和技術(shù)優(yōu)勢的交換方式，光突發(fā)交換技術(shù)已引起了國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，我國的863計(jì)劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為重點(diǎn)資助項(xiàng)目。2.2.2光分組交換技術(shù)特點(diǎn)：

a.大容量、數(shù)據(jù)率和格式的透明性、可配置性等特點(diǎn)，支持未來不同類型數(shù)據(jù)。b.能提供端到端的光通道或者無連接的傳輸。

c.帶寬利用效率高，能提供各種服務(wù)，滿足客戶的需求。2.2.3光分組交換機(jī)組成

OPS交換由輸入接口、光交換矩陣單元、控制單元和輸出接口組成，如圖2.3所示。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

圖2-3OPS交換模式

a.輸入接口:對來自不同輸入端口的光分組進(jìn)行時(shí)間和相位對準(zhǔn)，完成光分組讀取和同步功能，并保持?jǐn)?shù)據(jù)凈荷的透明傳輸。

b.交換矩陣單元：OPS節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵部分，它為同步的光分組選擇路由并解決輸出端口的競爭問題。光交換矩陣單元具有光分組緩存功能，對于本

c.地交換節(jié)點(diǎn)，光交換矩陣單元同時(shí)完成上下路功能。根據(jù)使用交換開關(guān)類型的不同，OPS結(jié)構(gòu)分為空間光開關(guān)結(jié)構(gòu)、廣播選擇交換結(jié)構(gòu)、波長路由交換結(jié)構(gòu)等。

d.控制單元：利用光分組頭信息控制核心交換�？刂撇糠忠�處理信頭信息，并發(fā)出必要的指示。

輸出接口：通過輸出同步和再生模塊，降低交換機(jī)內(nèi)部不同路徑光分組的相位抖動(dòng)，進(jìn)行功率均衡，同時(shí)完成光分組頭的重寫和光分組再生，以補(bǔ)償光交換矩陣所帶來的消光比和信噪比惡化。2.2.3光分組交換原理

a.在發(fā)送端，先把較長的報(bào)文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。b.每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。

c.每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，暫存到交換機(jī)的存儲器（內(nèi)存）中。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)處理分組的過程：

（1）把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲；

（2）查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；（3）把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。

d.用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終的目的地。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

e.接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟�原成報(bào)文2.2.4光分組交換優(yōu)點(diǎn)

（1）OPS屬于分組級的光信號處理，和OTDM相比對光器件工作速度的要求大大降低，與WDM相比更加靈活，可有效地提高帶寬利用率。

（2）交換粒度小，能與IP分組很好地兼容。

（3）容量大、可配置、數(shù)據(jù)率和格式透明，可支持未來不同類型數(shù)據(jù)。(4)能提供端到端的光通道或者無連接傳輸，帶寬利用效率高，適應(yīng)性好，能提供各種服務(wù)。

(5)將大量的交換業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到光域，交換容量與WDM傳輸容量匹配，同時(shí)與OXC、MPLS等新技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與資源的合理利用，有很高的資源利用率和很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

3光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)

光路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)、時(shí)分交換技術(shù)、波分／頻分交換技術(shù)、碼分交換技術(shù)和復(fù)合型交換技術(shù)，其中空分交換技術(shù)包括波導(dǎo)空分和自由空分光交換技術(shù)。光分組交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)主要包括：光分組交換技術(shù)，光突發(fā)交換技術(shù)，光標(biāo)記分組交換技術(shù)，光子時(shí)隙路由技術(shù)等。

光路交換技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化。光分組交換技術(shù)目前主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行研究與功能實(shí)現(xiàn)，確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)。其中，光分組交換技術(shù)和光突發(fā)交換技術(shù)是光交換中的最有開發(fā)價(jià)值的熱點(diǎn)技術(shù)，也是全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，她將有著廣泛的市場應(yīng)用前景。

3.1光交換的特點(diǎn)

隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護(hù)和自愈功能在光通信領(lǐng)域中越來越重霎。光交換能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號路由平臺，盡管現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都采用電路交換技術(shù)，但發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)卻需要由純光交換來完成信號路由功能以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。光交換為進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的高速信息流提供動(dòng)態(tài)光域處理，僅將屬于該節(jié)點(diǎn)及其子網(wǎng)的信息上下路并交由電交換設(shè)備繼續(xù)處理，這樣具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

a.可以克服純電子交換的容量瓶頸問題。

b.可以大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本。如果采用全光網(wǎng)技術(shù)，將使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省70%，設(shè)備費(fèi)用節(jié)省90%。

c.可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，以及加快網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時(shí)間。d.可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。

3.2ATM光交換技術(shù)

ATM光交換遵循電領(lǐng)域ATM交換的基本原理，以ATM信元為交換對象，采用波分復(fù)用、電或光緩存技術(shù)，由信元波長進(jìn)行選路。依照信元的波長，信元被選路到輸出端口的光緩存器中，然后將選路到同一輸出端口的信元存儲于輸入公用的光緩存器內(nèi)，完成交換的目的。

3.2.1ATM光交換技術(shù)的機(jī)構(gòu)

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

一是采用廣播選擇方式的超短光脈沖星形網(wǎng)絡(luò)。具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本較低等優(yōu)點(diǎn)；

二是采用光矩陣開關(guān)的超立方體網(wǎng)絡(luò)。具有模塊化結(jié)構(gòu)、可擴(kuò)展性、路由算法簡單、高可靠的路由選擇等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.2ATM光交換技術(shù)特點(diǎn)

.ATM是采用固定長度的信元，可使信元像STM的時(shí)隙一樣定時(shí)出現(xiàn)。因此，ATM可以采用硬件方式高速地對信頭進(jìn)行識別和交換處理。

.具有同樣標(biāo)志的信元的傳輸線上并不對應(yīng)某個(gè)固定的時(shí)隙，也不是按周期出現(xiàn)的。.任何業(yè)務(wù)都能按實(shí)際需要來占用資源。

.信息傳輸速率隨信息到達(dá)的速率而變化，因此網(wǎng)絡(luò)資源得到最大限度的利用。.ATM傳送技術(shù)融合了電路傳送模式與分組傳送模式的特點(diǎn)。

.ATM網(wǎng)絡(luò)可以適用于任何業(yè)務(wù)，不論其特性如何，網(wǎng)絡(luò)都按同樣的模式來處理。

3.3光突發(fā)交換技術(shù)

光突發(fā)交換（OBS)是作為OCS向OPS的過渡技術(shù)提出的。OBS的交換單位是突發(fā)，即為多個(gè)分組的集合，其帶寬粒度介于OCS和OPS之間。OBS比OCS靈活、帶寬利用率高，比OPS更貼近實(shí)用�？梢哉f，OBS結(jié)合了OCS和OPS的優(yōu)點(diǎn)克服了兩者的部分缺點(diǎn)，且由于對光器件的要求較低，因此成為目前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

3.3.1光突發(fā)交換優(yōu)點(diǎn)

（1）粒度適中：OBS的粒度介于OCS和OPS之間，它比OCS粒度細(xì)，比OPS粒度粗。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顆粒度的基本尺寸一般用幀長表示。例如：假定在1000Km光纖傳輸中，在10Gbit/s傳輸速率條件下，基本波長的OCS以SDH作為基本，以125微妙為基本顆粒度，幀長為160k比特。

（2）BCP與BP在信道上分離：BCP與BP在時(shí)間和空間上分離，空間上分離指在物理信道上采用同一光纖中的不同波長；時(shí)間上分離是指BCP提前于BP一段時(shí)間發(fā)送，且在中間節(jié)點(diǎn)經(jīng)過電信息處理，為BP預(yù)留資源，而BP在BCP之后傳送，在中間節(jié)點(diǎn)通過預(yù)留好的資源直通，無需O/E/O處理。將BCP于BP分離的意義在于BCP可以先于BP傳輸，以彌補(bǔ)BCP在交換節(jié)點(diǎn)的處理過程中O/E/O變換及電處理造成的時(shí)延。隨后發(fā)出的BP在交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全光交換透明傳輸，無需進(jìn)行光存儲，避開了目前光緩存器技術(shù)不成熟的缺點(diǎn)。

（3）無光緩存：突發(fā)數(shù)據(jù)在中間節(jié)點(diǎn)不需要任何光存儲，而是通過相應(yīng)的BCP預(yù)

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

留進(jìn)行直通傳輸，因而在經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)時(shí)無時(shí)延，偏置時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長路由中的波長通道建立時(shí)間。

（4）單向預(yù)留：采用單向預(yù)留方式分配資源，即BCP提前于BP一段時(shí)間發(fā)送，為BP預(yù)留資源，源點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)之前，不需要等待目的節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，因此端到端時(shí)延相對較小。

（5）透明傳輸：由于OBS網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不需要經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，從而使OBS能夠真正的實(shí)現(xiàn)比特級光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難的問題。

（6）統(tǒng)計(jì)復(fù)用：允許每一個(gè)波長的突發(fā)數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)復(fù)用，不需要占用幾個(gè)波長，效率高、交換靈活、交換容量大。

3.3.2OBS的關(guān)鍵技術(shù)

OBS關(guān)鍵技術(shù)主要包括高速光交叉模塊技術(shù)、競爭解決方案、光子時(shí)隙路由技術(shù)、組裝算法、波長分配和生存性。

a.光交叉模塊，是OBS核心節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵部分，對OBS網(wǎng)絡(luò)的性能影響很大。OBS要求其中的光開關(guān)速度達(dá)到微秒級甚至納秒級。全息光開關(guān)，開關(guān)速度非�？�，只需幾個(gè)納秒，可靠性比較好，插入損耗小于4dB，但是它的功耗比較大，并且需要高電壓供電。因此高速光交叉矩陣技術(shù)有待進(jìn)一步研究。

b.競爭解決方案：為了處理當(dāng)多個(gè)分組同時(shí)到達(dá)同一個(gè)輸出端口時(shí)，競爭解決方案是

必需的，這是所有分組交換方式所必然會遇到的問題，即所謂的外部阻塞。比較典型的解決方式是通過緩存其它沖突的分組，只允許一個(gè)輸出。在OBS與OPS中，競爭解決方案有光緩存、波長變換和偏射路由，或者其中多種技術(shù)融合。

c.光子時(shí)隙路由(PSR)(PhotonicSlotRouting)技術(shù)，按照PSR原理，用戶的分組數(shù)據(jù)在被連帶交換的所有波長上的相同時(shí)隙(光子時(shí)隙)內(nèi)傳輸，交換節(jié)點(diǎn)將每一個(gè)時(shí)隙作為一個(gè)整體來看待，而無需在不同的分立波長上執(zhí)行分組的變換或接入。從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)特定節(jié)點(diǎn)的分組數(shù)據(jù)，首先在該節(jié)點(diǎn)上被分配到可用波長上的一個(gè)特定的時(shí)隙中，以便被正確傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。注意，該時(shí)隙就是專門被指定要去那個(gè)特定目的瑞節(jié)點(diǎn)的一個(gè)特定時(shí)隙。

d.組裝算法：光交換技術(shù)的邊緣接入節(jié)點(diǎn)要按照一定規(guī)則對進(jìn)入OBS網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚組裝，如何將來來自不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)適配組裝成合適的突發(fā)包是OBS網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。突發(fā)包的組裝一般兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是組裝時(shí)間，另一個(gè)是突發(fā)包的最大長度。

e.波長分配：在波長路由網(wǎng)絡(luò)中，波長分配問題是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問題，在

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

OBS中，控制分組在每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)分組發(fā)送之前發(fā)送，雖然克服了波長一制性原則，波長資源是統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，利用率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于波長路由網(wǎng)絡(luò)，但是在沒有全光波長變換的情況下，波長分配問題仍是制約網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要問題，它通知該數(shù)據(jù)分組要通過的中間節(jié)點(diǎn)在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)為該分組預(yù)留資源。如果預(yù)留失敗，該數(shù)據(jù)分組將被丟棄或使用反射路由送到其他節(jié)點(diǎn)。

f.生存性：光突發(fā)交換技術(shù)的生存性包括控制信道和數(shù)據(jù)信道的保護(hù)機(jī)制，它與傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)由許多相似的地方，可以借鑒傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制。但OBS網(wǎng)絡(luò)其有自身的特性，如控制信道要經(jīng)過O/E/O處理，數(shù)據(jù)信息在光域中透明傳輸，所以光突發(fā)交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的生存性在許多方面有待進(jìn)一步研究。

3.3.3OBS與OCS和OPS技術(shù)的比較

表3-2三種交換技術(shù)區(qū)別(1)

序號1交換粒度比較內(nèi)容光電路交換波長/波帶/光纖23交換方式控制方式制456信息長度建立鏈接時(shí)延建立鏈接占用信道固定高占用可變低不占用可變低占用直通帶外控10納米-10微1納米-100微光分組交換光突發(fā)交換米光分組（小顆粒）米突發(fā)包（大顆粒）存儲-轉(zhuǎn)發(fā)帶內(nèi)控制直通帶外控制表3-3三種交換技術(shù)區(qū)別(2)

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技術(shù)粒度特點(diǎn)光電路交換光突發(fā)交換光分組交換波長/波帶/光纖1s-100s突發(fā)包10ns-10s光分組靜態(tài)配置或者端到端信令預(yù)留帶寬交換，無需緩存存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換，需要緩存光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4光交換技術(shù)應(yīng)用

4.1光交換技術(shù)的交換方式及其應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)在通信網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)未來的發(fā)展目標(biāo)。讓更多的光交換技術(shù)發(fā)展起來。

4.1.1空分光交換方式

空分光交換的基本原理是將光交換節(jié)點(diǎn)組成可控的門陣列開關(guān),通過控制交換節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開,完成光信號的交換。簡言之,光空分交換是使按空間順序排列的各路信息進(jìn)入空分交換陣列后,交換陣列節(jié)點(diǎn)根據(jù)信令對信號的空間位置進(jìn)行重新排列,然后輸出,完成交換�？辗止饨粨Q的交換過程是在光波導(dǎo)中完成的,有時(shí)也稱為光波導(dǎo)交換�？辗止饨粨Q的交換節(jié)點(diǎn)可由機(jī)械、電、光、聲、磁、熱等方式進(jìn)行控制。就目前情況而言,機(jī)械式控制光節(jié)點(diǎn)技術(shù)是比較成熟和可靠的空分光交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)。

4.1.2波分光交換方式

在光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中,可采用光信號時(shí)隙互換的方法實(shí)現(xiàn)交換。在光波分復(fù)用系統(tǒng)中,則可采用光波長互換(或光波長轉(zhuǎn)換)的方法來實(shí)現(xiàn)交換。光波長互換的實(shí)現(xiàn)是通過從光波分復(fù)用信號中檢出所需的光信號波長,并將它調(diào)制到另一光波長上去進(jìn)行傳輸。在波分光交換系統(tǒng)中,精確的波長互換技術(shù)是關(guān)鍵。波分光交換方式能充分利用光路的寬帶特性,獲得電子線路所不能實(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)�？烧{(diào)波長濾波器和波長變換器是實(shí)現(xiàn)波分光交換的基本元件,前者的作用是從輸入的多路波分復(fù)用光信號中選出所需波長的光信號;后者則將可變波長濾波器選出的光信號變換為所需要的波長后輸出。用分布反饋型和分布布喇格反射型的半導(dǎo)體激光器可以實(shí)現(xiàn)這兩類元件的功能。目前,能用的波長轉(zhuǎn)換方式主要還是有源的方式,利用某些光學(xué)晶體在特定條件下能夠改變光波頻率的現(xiàn)象在此不妨大膽設(shè)想一下：也許不久的將來，一種無源的光波長變換實(shí)用化裝置就會誕生,它能夠在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬頻帶的光波長變換。如果這一設(shè)想能夠成為現(xiàn)實(shí),將會給波長光交換帶來廣闊的應(yīng)用空間。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4.1.3時(shí)分光交換方式

時(shí)分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學(xué)的時(shí)分交換原理基本相同,只不過它是在光域里實(shí)現(xiàn)時(shí)隙互換而完成交換的,因此,它能夠和時(shí)分多路復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)匹配。時(shí)分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時(shí)隙交換器,通過光讀寫門對光存儲器的受控有序讀寫操作完成交換動(dòng)作。由于時(shí)分光交換可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件,所以能夠減少硬件設(shè)備,構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。時(shí)分光交換系統(tǒng)能與光傳輸系統(tǒng)很好配合構(gòu)成全光網(wǎng),所以時(shí)分光交換技術(shù)研究開發(fā)進(jìn)展很快,其交換速率幾乎每年提高1倍,目前已研制出幾種時(shí)分光交換系統(tǒng)。

4.1.4自由空間光交換方式

自由空間光交換可以看作是一種空分光交換,它是通過在空間無干涉地控制光的路徑來實(shí)現(xiàn)的。由于自由空間光交換方式的構(gòu)成比較簡單,有時(shí)只需移動(dòng)棱鏡或透鏡即可實(shí)現(xiàn)交換，因此它是較早出現(xiàn)的光交換技術(shù)。它與空分光交換的不同在于:在自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)中，光是通過在自由空間或均勻材料中傳播而到達(dá)目標(biāo)的;而空分光交換中光的傳播則完全在波導(dǎo)進(jìn)行。與空分光交換相比,因?yàn)樗�利用的是光束互連,適合做三維高密度組合,即使光束相互交叉,也不會相互影響,因此比較容易構(gòu)成大規(guī)模的交換系統(tǒng)。典型的自由空間光交換是由二維光偏振控制的交換陣列或開關(guān)門器件組成。另外,使用全息光交換技術(shù)可以構(gòu)成大規(guī)模的自由空間光交換系統(tǒng),且無需多級連接。

4.1.5混合型光交換方式

由于各種光交換技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不同的適應(yīng)性,將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起來進(jìn)行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢,以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。已見介紹的復(fù)合型光交換主要有:

(1)空分/時(shí)分光交換系統(tǒng);(2)波分/空分光交換系統(tǒng);(3)頻分/時(shí)分光交換系統(tǒng);(4)時(shí)分/波分/空分光交換系統(tǒng)等。

例如，將時(shí)分和波分技術(shù)合起來可以得到一種極有前途的大容量復(fù)合型光交換模塊，其復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積。如果他們的復(fù)用度分別為8,則可實(shí)現(xiàn)64路的時(shí)分2波分復(fù)合型交換。將此種交換模塊用于4級鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4.2光交換技術(shù)發(fā)展趨勢

現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中，先進(jìn)的光通信技術(shù)以其高速、寬帶的明顯特征而為世人矚目，可以這樣說光交換技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也決定了全光通信的發(fā)展。

4.2.1智能自動(dòng)化

智能自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)即網(wǎng)絡(luò)的管理和控制具有智能化特點(diǎn)，能夠動(dòng)態(tài)、自動(dòng)地完成端到端光通道的建立、拆除和修改。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔�、可用的資源信息、配置信息等動(dòng)態(tài)指配最佳恢復(fù)路由。對這種技術(shù)的需求源自互聯(lián)網(wǎng)容量的增長。容量的增長要求光交換層的交換能力不斷增強(qiáng)，使之向更易于管理、更加靈活和更具有健壯性，同時(shí)業(yè)務(wù)指配和故障恢復(fù)也能夠更快地自動(dòng)完成并具有智能性的方向發(fā)展。近期，在組網(wǎng)技術(shù)方面的兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展使得對光網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)指配成為可能。首先是可重構(gòu)型的光聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的開發(fā)成功，如光交叉連接器和光分插復(fù)用器，使得由運(yùn)營商動(dòng)態(tài)支配帶寬成為現(xiàn)實(shí)。另外，由于在IP路由器、ATM交換機(jī)等設(shè)備中強(qiáng)化了新的流量技術(shù)和路由技術(shù)，使這些設(shè)備具有了動(dòng)態(tài)決定增減帶寬的能力。這兩種技術(shù)的使用，為傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)引入了智能控制和管理信令，從而使光網(wǎng)絡(luò)具有了智能性和自動(dòng)性，為發(fā)展按需分配帶寬和買賣帶寬的新型商業(yè)模式提供了條件。

4.2.2全光交換

所謂全光交換是指從波長到波長的轉(zhuǎn)換，基于這種技術(shù)的光交換或波長路由器能使網(wǎng)絡(luò)配置更靈活，使運(yùn)營商可以在光骨干網(wǎng)中方便地提供OC-1到光波長的業(yè)務(wù)，把選路定位在波長上而不是光纖上，遇到故障可以自動(dòng)恢復(fù)工作。由于無須ATM交換機(jī)、SONETADM和數(shù)字交叉連接器等設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)將得到大大簡化。近期在光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)熱潮中，運(yùn)營商和制造商都顯示出了對全光交換設(shè)備的濃厚興趣，預(yù)計(jì)成熟的產(chǎn)品很快就能面世。

現(xiàn)代波分復(fù)用（WDM）、空分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn)，豐富了光信號交換和控制的方式，使得全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)出全新的面貌。專家認(rèn)為，未來全光網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)架可能就是以WDM技術(shù)為主導(dǎo)，結(jié)合光時(shí)分復(fù)用（OTDM）和光碼分復(fù)用（OCDMA）技術(shù)。OTDM技術(shù)可以使一個(gè)固定波長的光波攜帶信息量十幾倍、幾十倍地增長，OCDMA則提供一種全光的接入方式。

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4.2.3光交換機(jī)多樣化

隨著液晶技術(shù)的成熟，液晶光交換機(jī)將會成為光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，該交換設(shè)備主要由液晶片、極化光束分離器、成光束調(diào)相器組成，而液晶在交換機(jī)中的主要作用是旋轉(zhuǎn)入射光的極化角。當(dāng)電極上沒有電壓時(shí)，經(jīng)過液晶片的光線極化角為90°，當(dāng)有電壓加在液晶片的電極上時(shí)，入射光束將維持它的極化狀態(tài)不變。而由聲光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光交換設(shè)備，因其中加入了橫向聲波，從而可以將光線從一根光纖準(zhǔn)確地引導(dǎo)到另一根光纖，該類型的交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)微秒級的交換速度，可方便地構(gòu)成端口較少的交換機(jī)。但它不適合用于矩陣交換機(jī)。

另外，市場上目前又開發(fā)了基于不同類型的特殊微光器件的光交換機(jī)，這種類型的交換機(jī)可以由小型化的機(jī)械系統(tǒng)激活，而且它的體積小，集成度高，可大規(guī)模生產(chǎn)，我們相信這種類型的交換機(jī)在生產(chǎn)工藝水平不斷提高的將來，一定能成為市場的主流。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

致謝

這篇論文是在王琦老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在寫作過程中，王琦老師給我提出切實(shí)可行的指導(dǎo)性建議，并細(xì)心全面地修改了我的論文。王琦老師這種一絲不茍的負(fù)責(zé)精神，使我深受感動(dòng)。更重要的是王琦老師在指導(dǎo)我的論文的過程中，始終踐行著“授人以魚，不如授之以漁”的原則。

在此向?qū)�師表示衷心地感謝！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！

通過該畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對無線局域網(wǎng)的發(fā)展有了大致的了解，熟悉了無線局域網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)在社會中的應(yīng)用和未來的發(fā)展，更使我加深了對本課題的理解。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

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