第6章 光交换

1、12目录目录第第1章章 绪论绪论第第2章章 电路交换技术电路交换技术第第3章章 信令系统信令系统第第4章章 分组交换原理分组交换原理第第5章章 ATM及及MPLS交换技术交换技术第第6章章 光交换技术光交换技术第第7章章 软交换技术软交换技术3交换引入交换引入(终端终端=5、线对数、线对数=10)4多台交换机组成的通信网多台交换机组成的通信网5数字交换机的系统结构数字交换机的系统结构6各种交换方式各种交换方式 7光传送技术的发展光传送技术的发展 当前商用化单波长光纤传输系统容量为当前商用化单波长光纤传输系统容量为10Gb/s，甚至到甚至到40Gb/s。 光波长复用技术可以使得一根单模光纤实现光

2、波长复用技术可以使得一根单模光纤实现200 10Gb/s或更大的传输容量。或更大的传输容量。 光器件，商品化光开关的控制响应速度已低于光器件，商品化光开关的控制响应速度已低于1ms，延迟线模式光缓存、波长变换等技术也延迟线模式光缓存、波长变换等技术也已成功。已成功。8全光交换网络的提出全光交换网络的提出(1)历史的观点历史的观点：模拟传输产生了机电制交换；：模拟传输产生了机电制交换；PCM数字数字传输有了数字程控交换；当前光传输已成主角，因此传输有了数字程控交换；当前光传输已成主角，因此下一代网络将是全光交换。下一代网络将是全光交换。(2) 速度极限速度极限：由于电子器件的极限速度为几个：由于

3、电子器件的极限速度为几个G10Gb/s，使得电子交换设备可能成为未来网络的瓶使得电子交换设备可能成为未来网络的瓶颈。颈。(3) 成本降低成本降低：采用光传输的电子交换系统，必须有光：采用光传输的电子交换系统，必须有光/电和电电和电/光转换，全光交换则不用。光转换，全光交换则不用。(4) 速度匹配速度匹配：光传输，光交换，全光网络。：光传输，光交换，全光网络。9第第6 6章光交换系统技术章光交换系统技术6.1 概述概述6.2 光交换元件光交换元件6.3 光交换网络结构光交换网络结构6.4 光交换系统光交换系统106.1 概述概述6.1.1 光交换技术分类光交换技术分类 光交换技术光交换技术：指不

4、经过任何光：指不经过任何光/电转换，直接在光域上电转换，直接在光域上完成输入到输出端的信息交换。完成输入到输出端的信息交换。 按照复用方式分类，光交换可分为：按照复用方式分类，光交换可分为： 光空分交换技术光空分交换技术：多点间建立光信息传送物理通道：多点间建立光信息传送物理通道的交换技术。的交换技术。 光波分交换技术光波分交换技术：利用光波分复用和波长变换技术，：利用光波分复用和波长变换技术，将信息从一个波长转移到另一波长上。将信息从一个波长转移到另一波长上。 光时分交换技术光时分交换技术：在时间轴上将光波长分成多个时：在时间轴上将光波长分成多个时段，互换时间位置来交换承载的信息。段，互换时

5、间位置来交换承载的信息。 光码分交换技术光码分交换技术：不同用户信号用不同码序列填充，：不同用户信号用不同码序列填充，利用码序列转换来交换信息。利用码序列转换来交换信息。116.1 概述概述6.1.1 光交换技术分类光交换技术分类 按承载和交换信息的光域粒度划分，可分为：按承载和交换信息的光域粒度划分，可分为： 光路交换（光路交换（OCS）技术）技术：最小交换单元是一个波长：最小交换单元是一个波长通道。通道。 光分组交换（光分组交换（OPS）技术）技术：光域分组包作为最小交：光域分组包作为最小交换颗粒。换颗粒。 光突发交换（光突发交换（OBS）技术）技术：多个分组构成更大分组，：多个分组构成更

6、大分组，以突发方式在光域传输和交换。以突发方式在光域传输和交换。 光标记分组交换（光标记分组交换（OMPLS）技术）技术： MPLS和光网和光网络结合，络结合，MPLS控制标记分发和控制光开关，建立控制标记分发和控制光开关，建立交换式光通道。交换式光通道。126.1 概述概述6.1.2 光交换技术特点光交换技术特点 提高了交换节点的吞吐量提高了交换节点的吞吐量 降低了交换节点成本。降低了交换节点成本。 良好的升级能力良好的升级能力136.2 光交换元件光交换元件 半导体光开关 耦合波导开关 硅衬底平面光波导开关 波长转换器 光存储器 空间光调制器146.2 光交换元件光交换元件6.2.1 半导

7、体光开关半导体光开关 半导体光放大器，当偏置信号为零时，输入信半导体光放大器，当偏置信号为零时，输入信号将被器件完全吸收，输出端没有任何光信号号将被器件完全吸收，输出端没有任何光信号输出。输出。156.2 光交换元件光交换元件6.2.2 耦合波导开关耦合波导开关 耦合波导开关，利用铌酸锂耦合波导开关，利用铌酸锂(LiNbO3)材料制作，材料制作，在控制电极上施加一定电压可改变波导的折射在控制电极上施加一定电压可改变波导的折射率和相位，从而可构成率和相位，从而可构成2 2交换开关。交换开关。166.2 光交换元件光交换元件 6.2.3 6.2.3 硅衬底平面光波导开关硅衬底平面光波导开关偏压为零

8、时，处于交叉连接偏压为零时，处于交叉连接176.2 光交换元件光交换元件 6.2.4 波长转换器波长转换器直接转换直接转换调制（间接）转换调制（间接）转换186.2 光交换元件光交换元件 6.2.5 光存储器光存储器光纤延迟线光纤延迟线双稳态激光二极管存储器双稳态激光二极管存储器双稳态激光二极管触发双稳态激光二极管触发器器196.2.6 空间光调制器空间光调制器 206.2 光交换元件光交换元件 半导体光开关 耦合波导开关 硅衬底平面光波导开关 波长转换器 光存储器 空间光调制器216.3 光交换网络结构光交换网络结构 光交换网络结构依赖于光交换元件的技术发展，也取光交换网络结构依赖于光交换元

9、件的技术发展，也取决于信息传送方式的要求。决于信息传送方式的要求。 最初的光交换网络结构为空分模式，单根光纤所传信最初的光交换网络结构为空分模式，单根光纤所传信息通过交换机构转移到另一光纤通路。息通过交换机构转移到另一光纤通路。 多波长复用和波长转换器产生后有了波长互换交换机多波长复用和波长转换器产生后有了波长互换交换机制，光信号输出可控及延迟线技术产生了时分交换结制，光信号输出可控及延迟线技术产生了时分交换结构。构。 通过对流入信息模式的整理和交换元件的组合，产生通过对流入信息模式的整理和交换元件的组合，产生了多维交换模式，当前热点是光突发交换模式。了多维交换模式，当前热点是光突发交换模式。

10、226.3 光交换网络结构光交换网络结构 空分光交换网络空分光交换网络 波分光交换网络波分光交换网络 时分光交换网络时分光交换网络 自由空间光交换网络自由空间光交换网络 混合型光交换网络混合型光交换网络236.3.1 空分光交换网络空分光交换网络 基本单元是基本单元是2 2光交换模块，输入端两根光纤，光交换模块，输入端两根光纤，输出端两根光纤，平行和交叉连接两种工作状输出端两根光纤，平行和交叉连接两种工作状态。态。24空分光交换网络空分光交换网络 256.3.2 波分光交换网络波分光交换网络 26波分光交换网络波分光交换网络 276.3.3 时分光交换网络时分光交换网络 28时分光交换网络时分

11、光交换网络 296.3.4 自由空间光交换网络自由空间光交换网络 30自由空间光交换网络自由空间光交换网络 316.3.5 混合型光交换网络混合型光交换网络 326.3 光交换网络结构光交换网络结构 空分光交换网络空分光交换网络 波分光交换网络波分光交换网络 时分光交换网络时分光交换网络 自由空间光交换网络自由空间光交换网络 混合型光交换网络混合型光交换网络336.4 光交换系统光交换系统 未来宽带业务具有很大不确定性，交换系统设未来宽带业务具有很大不确定性，交换系统设计应尽可能地灵活。对比特传送速率应透明，计应尽可能地灵活。对比特传送速率应透明，业务和控制尽可能分离，控制系统简单，具有业务和

12、控制尽可能分离，控制系统简单，具有广播功能。广播功能。 系统设计应模块化，易于维护、增删和修改。系统设计应模块化，易于维护、增删和修改。 技术上多种模式相结合，取各自优点，统筹优技术上多种模式相结合，取各自优点，统筹优化融合。化融合。346.4.1 光交叉连接设备光交叉连接设备 光交叉连接设备光交叉连接设备(OXC)是实现自动交换是实现自动交换光网络光网络(ASON)的核心技术。的核心技术。 OXC可依据控制面功能，按照用户请求可依据控制面功能，按照用户请求在全光网络环境中自动建立一条符合用在全光网络环境中自动建立一条符合用户需求的光波长通道。户需求的光波长通道。356.4.1 光交叉连接设备

13、光交叉连接设备 由输入部分、光交叉连由输入部分、光交叉连接部分、输出部分、控接部分、输出部分、控制和管理部分制和管理部分5个功能个功能模块构成。模块构成。输入部分包括放大器输入部分包括放大器EDFA和波长解复用和波长解复用DMUX，将每根光纤上，将每根光纤上的光信号放大、分离后的光信号放大、分离后送交叉连接矩阵。送交叉连接矩阵。输出部分，均功器的作输出部分，均功器的作用是对受到不同衰减的用是对受到不同衰减的光波长信号进行功率均光波长信号进行功率均衡，以减小不同光波长衡，以减小不同光波长间的干扰。间的干扰。控制和管理部分属于电控制和管理部分属于电子设施，通过信令协议子设施，通过信令协议接收用户及

14、网管系统请接收用户及网管系统请求，完成自动保护倒换、求，完成自动保护倒换、连接指配、波长选路等连接指配、波长选路等功能。功能。OXC的组织结构的组织结构366.4.1 光交叉连接设备光交叉连接设备 光交叉连接设备主要用于骨干传送网中，完成光交叉连接设备主要用于骨干传送网中，完成任一光纤某个波长信号到其他光纤的传送连接。任一光纤某个波长信号到其他光纤的传送连接。 OXC具有信号复用、信号交换、光路保护倒具有信号复用、信号交换、光路保护倒换、监控管理等功能。换、监控管理等功能。 除控制管理部分外，其余部分的信号处理都在除控制管理部分外，其余部分的信号处理都在光域完成。因此光域完成。因此OXC具有极

15、大的交叉容量，具有极大的交叉容量，可达几千可达几千T比特级别。比特级别。37光交叉连接矩阵光交叉连接矩阵 实现光交叉连接矩阵，有实现光交叉连接矩阵，有 光机械开关、光机械开关、LiNb03开关、开关、InP开关、半导体光放开关、半导体光放大器（大器（SOA）开关等）开关等 现常用微电子机械开关（现常用微电子机械开关（MEMS）构成。）构成。 MEMS为无源光开关，介入损耗和串扰都较为无源光开关，介入损耗和串扰都较小，属完全透明的连接模式，连接处理过程不小，属完全透明的连接模式，连接处理过程不需光需光/电转换。电转换。 MEMS容量极大，可构成容量极大，可构成12961296端口连端口连接矩阵，

16、每端口传送接矩阵，每端口传送40个波长个波长40Gb/s的信号的信号容量，总传送容量达到容量，总传送容量达到2.07petabit/s，具有严，具有严格无阻塞特性。格无阻塞特性。 38OXC的工作原理的工作原理 OXC不同于标准交换设备，它不是按照每一不同于标准交换设备，它不是按照每一个通信请求建立连接，是在控制面和管理面操个通信请求建立连接，是在控制面和管理面操作下提供永久作下提供永久/半永久波长路由通道。半永久波长路由通道。 永久连接永久连接，由管理面发起和维护，通过路由指，由管理面发起和维护，通过路由指配消息和信令为具体业务建立波长路由通道。配消息和信令为具体业务建立波长路由通道。 交换

17、式连接交换式连接，由控制面发起和维护，控制面处，由控制面发起和维护，控制面处理用户接口发来的请求，建立满足用户需求的理用户接口发来的请求，建立满足用户需求的通道，通知管理面。通道，通知管理面。 软永久性连接软永久性连接，连接建立、拆除请求由管理面，连接建立、拆除请求由管理面发出，传送面的资源配置和控制动作指令则由发出，传送面的资源配置和控制动作指令则由控制面发出。控制面发出。39OXC的工作原理的工作原理 抵达抵达OCX的多波长光信的多波长光信号先掺饵光纤放大器放号先掺饵光纤放大器放大，然后由大，然后由DMUX分离分离成多个单波长信号送入成多个单波长信号送入连接矩阵。连接矩阵。在业务信息进入连

18、接矩阵在业务信息进入连接矩阵之前，控制和管理面已根之前，控制和管理面已根据业务需求指定了每个输据业务需求指定了每个输入口波长的输出端口，光入口波长的输出端口，光信号将自动流出。信号将自动流出。OUT是一个波长变换器，是一个波长变换器，由于波分复用不能在一根由于波分复用不能在一根光纤中有两个以上的相同光纤中有两个以上的相同波长信号，需要波长信号，需要OUT将将相关波长信号转换成光纤相关波长信号转换成光纤所需波长。所需波长。406.4.2 光突发交换光突发交换(OBS)系统系统 光突发交换系统，是在光突发交换系统，是在OXC波长路由交换的波长路由交换的基础上，将同一波长上的承载容量在时间轴上基础上，将同一波长上的承载容量在时间轴上再细分成多个突发时段，每个突发时段以统计再细分成多个突发时段，每个突发时段以统计复用方式承载不同用户业务。复用方式承载不同用户业务。 OBS交换技术是