第10章光交换

1、主要内容主要内容 10.1 概述概述 10.2光交换的基本器件光交换的基本器件10.3光交换原理光交换原理 10.4光分组交换技术光分组交换技术10.1 概概 述述welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience10.1.1什么是光交换？什么是光交换？ 光交换技术是一种光纤通信技术，它不经过任何光光交换技术是一种光纤通信技术，它不经过任何光/电装换，在光域内直接将输入信号交换到不同的输出端。电装换，在光域内直接将输入信号交换到不同的输出端。与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤

2、传输线路与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光和交换机之间设置光端机进行光/电（电（O/E）和电）和电/光光（E/O）交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信）交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。号的高速、宽带和无电磁感应的优点。10.1 概概 述述welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience10.1.2 光交换的特点光交换的特点 1、由于光交换不涉及到电信号，所以不会受到电子、由于光交换不涉及到电信

3、号，所以不会受到电子器件处理速度的制约，可与高速的光纤传输速率匹配，器件处理速度的制约，可与高速的光纤传输速率匹配，实现网络的高速率。实现网络的高速率。 2、光交换根据波长对信号进行路由和选路，与通信、光交换根据波长对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、数据格式和传输速率无关，可以实现透明采用的协议、数据格式和传输速率无关，可以实现透明的数据传输。的数据传输。 3、光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息、光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。路由手段。10.2 光交换的基本器件光交换的基本器件 电开关是电信号交换系统最基本的单元。将电开关是电信号交换系统最基本的单元。将许多

4、电开关组成一个阵列，在控制信号的控制下，许多电开关组成一个阵列，在控制信号的控制下，使某些电开关接通，某些电开关断开，这样，电使某些电开关接通，某些电开关断开，这样，电信号就能在这个阵列中进行交换。信号就能在这个阵列中进行交换。 同理，光开关是完成光交换的最基本的功能同理，光开关是完成光交换的最基本的功能器件。将一系列光开关组成一个阵列，构成一个器件。将一系列光开关组成一个阵列，构成一个多级互联的网络，在这个阵列中完成光信号的交多级互联的网络，在这个阵列中完成光信号的交换。换。 由于光交换中要控制的是光信号，所以光交由于光交换中要控制的是光信号，所以光交换中更多的要考虑结合光的物理特性进行交换

5、。换中更多的要考虑结合光的物理特性进行交换。10.2.1 半导体光放大器半导体光放大器 图图 1 半导体光放大器结构图半导体光放大器结构图 半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且可以利用一种被半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且可以利用一种被称为偏置电信号的器件来控制光信号的放大倍数。当偏置电信号的值为称为偏置电信号的器件来控制光信号的放大倍数。当偏置电信号的值为0时，输入的光信号不能从光放大器的输出端输出，相当于电开关的断开；时，输入的光信号不能从光放大器的输出端输出，相当于电开关的断开；当偏置电信号的值为当偏置电信号的值为1时，输入的光信号可以从光放大器的输出端输出，时，

6、输入的光信号可以从光放大器的输出端输出，相当于电开关的接通。其结构图如下：相当于电开关的接通。其结构图如下：10.2.2 耦合波导开关耦合波导开关 图图 2 耦合波导开关结构图耦合波导开关结构图 图图 3 耦合波导开关逻辑表示图耦合波导开关逻辑表示图 耦合波导开关有两个输入端和两个输出端。每个输入和对应的输出形耦合波导开关有两个输入端和两个输出端。每个输入和对应的输出形成一个光通道。两个输入和两个输出组成两个光通道。用控制电极来控制成一个光通道。两个输入和两个输出组成两个光通道。用控制电极来控制光信号的输出状态。当控制电极上不加电时，其中一个光通路上的光信号光信号的输出状态。当控制电极上不加电

7、时，其中一个光通路上的光信号会完全耦合接到另一个光通道上，形成光信号的交叉连接；当控制电极上会完全耦合接到另一个光通道上，形成光信号的交叉连接；当控制电极上加电时，原先耦合到另外的光信号会耦合回到原来的光通道上，形成光信加电时，原先耦合到另外的光信号会耦合回到原来的光通道上，形成光信号的平行连接。号的平行连接。 10.2.3 硅衬底平面光波导开关硅衬底平面光波导开关 图图 4 硅衬底平面光波导开关图硅衬底平面光波导开关图 这种开关包含两个这种开关包含两个3dB的定向耦合器和两个长度相等的波导臂，利用的定向耦合器和两个长度相等的波导臂，利用镀在镀在March-Zehnder干涉仪波导臂上的金属薄

8、膜加热器形成相位延时器，干涉仪波导臂上的金属薄膜加热器形成相位延时器，通过控制两臂的相位差来控制光信号的接通和断开。它的原理是利用在硅通过控制两臂的相位差来控制光信号的接通和断开。它的原理是利用在硅介质波导内的热介质波导内的热 电效应，平时偏压为电效应，平时偏压为0时，开关处于交叉连接状态，但时，开关处于交叉连接状态，但是当波导臂被加热后，开关切换到平行的连接状态，其结构图如下：是当波导臂被加热后，开关切换到平行的连接状态，其结构图如下：10.2.4 波长转换器波长转换器 图图 5 光光/电电/光波长转换器光波长转换器 波长转换器有多种实现方式，以下介绍一种比较简单的波长转换器有多种实现方式，

9、以下介绍一种比较简单的O/E/O(光光/电电/光光)转换方式。当一个波长为转换方式。当一个波长为 的光信号输入时，由一个被称为光电探测的光信号输入时，由一个被称为光电探测器的器件把它转变为一个电信号，然后通过外调制器调制或激光器把这个器的器件把它转变为一个电信号，然后通过外调制器调制或激光器把这个电信号转换为一个波长为电信号转换为一个波长为 的输出光信号，其系统结构图如下图所示：的输出光信号，其系统结构图如下图所示：ii10.3 光光 交交 换换 原原 理理 空空 分分 光光 交交 换换 时时 分分 光光 交交 换换 波波 分分 / 频频 分分 光光 交交 换换10.3.1 空空 分分 光光

10、交交 换换 图图 6 22光开关光开关 空分光交换就是在空间域上对光信号进行交换。空分光交换的基本原空分光交换就是在空间域上对光信号进行交换。空分光交换的基本原理就是利用光开关组成开关矩阵，通过对开关矩阵进行控制，建立任一输理就是利用光开关组成开关矩阵，通过对开关矩阵进行控制，建立任一输入光纤到任一输出光纤之间的物理通路连接。光开关是空分光交换中最基入光纤到任一输出光纤之间的物理通路连接。光开关是空分光交换中最基本功能元件，它最基本的形式如下图：本功能元件，它最基本的形式如下图： 22的光开关与其他的光开关级联、组合，可以构成比较大型的空分的光开关与其他的光开关级联、组合，可以构成比较大型的空

11、分光交换单元。空分光交换单元通过不同的方式连接可以构成空分光交换网光交换单元。空分光交换单元通过不同的方式连接可以构成空分光交换网络。络。10.3.2 时时 分分 光光 交交 换换 图图 7 时分光交换过程示意图时分光交换过程示意图 时分光交换的原理是：将输入的某一时隙上的光信号交换至另外一个时分光交换的原理是：将输入的某一时隙上的光信号交换至另外一个时隙进行输出。时隙进行输出。10.3.3 波波 分分 / 频频 分分 光光 交交 换换 图图 8 半导体光放大器结构图半导体光放大器结构图 波分交换是根据光信号的波长来进行通路选择的交换方式。其基本原波分交换是根据光信号的波长来进行通路选择的交换

12、方式。其基本原理是对于波分复用信号使用不同的波长来区分各路原始信号，通过改变输理是对于波分复用信号使用不同的波长来区分各路原始信号，通过改变输入光信号的波长，把某个波长的光信号变换成另一个波长的光信号输出，入光信号的波长，把某个波长的光信号变换成另一个波长的光信号输出，即实现波长互换，从而实现对各路原始信号的交换。即实现波长互换，从而实现对各路原始信号的交换。10.4 光分组交换技术光分组交换技术 光分组交光分组交换系统换系统光路交换光路交换方式方式（）（）光分组交光分组交换方式换方式（）（）空分交换空分交换ATM光交换时分交换时分交换波分频波分频分交换分交换透明光分组交换光突发交换10.4.

13、1 透明光分组交换技术透明光分组交换技术 1.交换节点结构模型交换节点结构模型 图图 9 通用的光分组交换节点结构模型通用的光分组交换节点结构模型 2.光分组交换的帧格式光分组交换的帧格式 图图 10 光分组交换的帧格式光分组交换的帧格式光分组交换的帧结构包括分组头和载荷，如下图所示：光分组交换的帧结构包括分组头和载荷，如下图所示： 分组头包括分组头同步比特和路由标记，载荷则包括载荷同步分组头包括分组头同步比特和路由标记，载荷则包括载荷同步比特和净荷。在分组头和载荷的中间存在一定的保护时隙。为了比特和净荷。在分组头和载荷的中间存在一定的保护时隙。为了补偿光器件的交换时间、净荷在节点处可能存在的

14、抖动以及在网补偿光器件的交换时间、净荷在节点处可能存在的抖动以及在网络节点处同步单元的有限冲突，在分组头前和载荷后都要插入保络节点处同步单元的有限冲突，在分组头前和载荷后都要插入保护时隙。为了在交换节点和采用光纤延长线的分组缓存中简化同护时隙。为了在交换节点和采用光纤延长线的分组缓存中简化同步的操作，光分组采用具有固定比特率的分组头。而净荷只是具步的操作，光分组采用具有固定比特率的分组头。而净荷只是具有固定的时隙有固定的时隙3.网络参考模型网络参考模型 图图 11 光分组交换分层网络参考模型光分组交换分层网络参考模型 光分组交换的网络参考模型分为三层：高层、光分组交换的网络参考模型分为三层：高

15、层、OTP层和透明光传输层和透明光传输层，如下图所示：层，如下图所示： 图图 12 光透明分组层的参考模型光透明分组层的参考模型 数据汇聚子层（数据汇聚子层（DCSL）、网络子层（）、网络子层（NSL）、）、链路子层（链路子层（LSL）和波长汇聚子层（）和波长汇聚子层（WLSL）10.4.2 光突发交换技术（光突发交换技术（OBS）突发：由具有相同出口边缘路由器地址和相同服务质量（突发：由具有相同出口边缘路由器地址和相同服务质量（QoS）要求的分）要求的分 组（包括组（包括IP分组、以太网帧、帧中继等）汇聚而成，它是分组、以太网帧、帧中继等）汇聚而成，它是OBS的的基本交换单位。基本交换单位。 偏置时间：在偏置时间：在OBS中，控制分组先于突发数据分组传送，偏置时间是控制中，控制分组先于突发数据分组传送，偏置时间是控制分组和它相对应的突发数据分组之间的时间间隔。分组和它相对应的突发数据分组之间的时间间隔。 JET协议：协议：JET协议有两个重要的特征：一是控制分组包含必