光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展論文

1、通信系2014屆畢業(yè)設(shè)計論文 題 目：光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 專 業(yè)： 通信電源 班 級：通信技術(shù)1136（電源） 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 王 琦 起止時間：2013年12月20日 至2014年5月15日光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展論文題目光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展指導(dǎo)教師王 琦電 Email Wq_8500辦公室通信技術(shù)教研室時間要求論文初稿電子版上交指導(dǎo)教師郵箱，時間截止：2014年4月1日；論文終稿紙質(zhì)版上交指導(dǎo)教師本人，時間截止：2014年5月15日。內(nèi)容要求：1、光交換及其技術(shù)概述；2、光交換系統(tǒng)；3、光交換技術(shù)的應(yīng)用；4、光交換技術(shù)的發(fā)展趨勢。*論文字?jǐn)?shù)不少于8000字！

2、論文撰寫計劃(學(xué)生填寫): 2014年1月1日-20日完成對資料的收集；2014年1月21日-30日完成對資料的整理；2014年2月開始撰寫；2014年3月10日開始對其進(jìn)行初次修改；2014年3月底至4月1日交電子版論文；2014年4月10日結(jié)合老師的意見進(jìn)行再次修改。通信系2011級畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計的封面、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。陜郵職院通信系2014屆畢業(yè)設(shè)計論文成績評定表學(xué)生姓名性別 男男系

3、別 通 信 系專業(yè)通信電源課題名稱 光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展班級通信技術(shù)1136起止時間 2013年 12 月 2014 年 5 月 指導(dǎo)教師 王琦課題任務(wù)完成情況論文 10.0千字)； 圖紙 24(張)；其它(含附件)：表 2 (張)，流程圖 11 (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）目 錄摘 要11 光交換概述2 1.1光交換基礎(chǔ)2 1.1.1 光交換基本概念2 1.1.2 光交換的特點3 1.2光交換技術(shù)3 1.2.1光交換關(guān)鍵技術(shù)3 1.2.2光交換現(xiàn)狀7 1.2

4、.3光交換發(fā)展趨勢72 光交換系統(tǒng)9 2.1 光交換系統(tǒng)的主要組成9 2.2 光開關(guān)器件9 2.3 光波長轉(zhuǎn)變換器10 2.4 光存儲器11 2.5 光調(diào)制器12 2.6 光濾波器123 光交換技術(shù)應(yīng)用13 3.1 光突發(fā)交換技術(shù)的應(yīng)用13 3.2 光分組交換技術(shù)的應(yīng)用144 光交換技術(shù)發(fā)展趨勢16 4.1 光交換技術(shù)的發(fā)展前景16 4.1 .1智能自動化16 4.1.2光交換機(jī)多樣化16 4.2全光交換17 4.2.1 全關(guān)交換的技術(shù)17 4.2.2全光交換的發(fā)展趨勢18致 謝19參考文獻(xiàn)20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

5、為全光通網(wǎng)中一個重要支撐技術(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、光開關(guān)、光交換技術(shù)應(yīng)用 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。實現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)是寬帶通信網(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)又基本上可分為光監(jiān)控技術(shù)、光交換技術(shù)、光放大技術(shù)和光處理技術(shù)幾大類。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系

6、統(tǒng)中的一個重要支撐技術(shù)，它的全光通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，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。1.1光交換基礎(chǔ)光交換技術(shù)是指不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，在光域上直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特率和調(diào)制方式透明，可以大大提高交換單元的信息吞吐量。由于信息的傳輸技術(shù)的不斷完善，光交換技術(shù)成為全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵。1.1.1 光交換基本概念 光交換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

7、充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點。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)的一個發(fā)展方向。光交換技術(shù)也可以分為光路交換和分組交換。由于技術(shù)上的原因，目前還主要是開發(fā)光路交換，但今后發(fā)展方向?qū)⑹欠纸M光交換。目前市場上看到的光交換，多數(shù)是基于光電和光機(jī)械的。而基于熱學(xué)、液晶、聲學(xué)、微光機(jī)電技術(shù)等光交換機(jī)將逐步被研發(fā)出來。1.1.2 光交換的特點光交換技術(shù)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)卻需要由純光交換技術(shù)來完成信號路由功能以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。光交換技術(shù)

8、為進(jìn)入節(jié)點的高速信息流提供動態(tài)光域處理，僅將屬于該節(jié)點及其子網(wǎng)的信息上下路并交由電交換設(shè)備繼續(xù)處理具有如下特點:(1)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，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。(2)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)，可以實現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。(3)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。(4)光網(wǎng)可以克服電子交換在容量上的瓶頸限制；可以大量節(jié)省建網(wǎng)成本；可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性1.2光交換技術(shù)光交換技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是指不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，直接將輸入光信號交換到不同的輸

9、出端。光交換的優(yōu)點在于光信號通過光交換單元時，無需經(jīng)過光電/電光轉(zhuǎn)換，因此不受監(jiān)測器和調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，可以大大提高交換單元的吞吐量。1.2.1關(guān)鍵技（1）光突發(fā)交換技術(shù)光突發(fā)交換如圖1-1所示（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更貼近實用?？梢哉f，OBS結(jié)合了OCS和OPS的優(yōu)點克服了兩者的部分缺點，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。圖1-1光突發(fā)交換技術(shù)液晶光交換技術(shù)：液晶光開關(guān)是利用其偏振特性來完成交換的.液晶是一個細(xì)長的

10、、幾乎是一維形狀的分子鏈.當(dāng)電場加到液晶上時-它們排列成行并且變得不透明-僅僅允許光在一定的方向上通過.液晶交換系統(tǒng)有一個默認(rèn)的設(shè)置-在沒有施加電壓時-光波被自動引導(dǎo)通過這個默認(rèn)路徑；當(dāng)加入電壓時-一條新的路徑被創(chuàng)建出來。因為液晶不僅能改變光的方向，而且也能抑制光的通過量，所以十分適合應(yīng)用于光交換機(jī)中，并且更適用于小型的波長選擇的交換機(jī).氣泡光開關(guān)技術(shù)一種使用在打印機(jī)上的非常流行的技術(shù)現(xiàn)在也成了光交換技術(shù)的核心-這就是氣泡技術(shù).該技術(shù)是在Si材料中做出偏振光束分支波導(dǎo)(PBS),再在每個分支波導(dǎo)交叉點處刻蝕出某種角度的槽,并將溝槽內(nèi)裝上與折射率匹配的液晶-液晶槽下面是電熱器.不加電時光束直通,

11、當(dāng)加熱硅片相應(yīng)點上的電熱器時,其上面的液晶體內(nèi)產(chǎn)生出一種氣泡-經(jīng)過全反射-使來自輸入波導(dǎo)的光改變方向-反射到要求輸出的光波導(dǎo).PBS起路由器作用-把信號引向要求的出口.熱光波導(dǎo)技術(shù):波導(dǎo)是集成電路上的通路可以使用與制造集成電路一樣的工藝過程來制造.波導(dǎo)與普通光纖一樣;仍然包括芯部和涂覆層。熱光波導(dǎo)使用溫度上的變化來改變光波通過波導(dǎo)的相位;作為相位變化的結(jié)果;光波可以采用不同的路徑通過波導(dǎo)。熱光交換器件有一個輸入波導(dǎo);兩個輸出波導(dǎo)。光通過兩個路徑被發(fā)送;一個是正常路徑;而另一個是通過上面加有電壓的小電阻來加熱的路徑.溫度的變化加熱了一個波導(dǎo);引起了這個波導(dǎo)在物理上的增長。這個增長改變了光波的相位

12、;當(dāng)光波一起返回時;相位差就把光波推進(jìn)了第二個輸出波導(dǎo)中。如果沒有對分離波長加熱;那么當(dāng)它們重新合并的時候;它們都將通過默認(rèn)的路徑前進(jìn)。如圖1-2所示圖1-2 熱光波導(dǎo) （5）光分組交換技術(shù)介紹光分組交換(如圖1-3）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)點需要緩存分組凈荷，等待分組頭處理，以確定路由。與OCS相比（如表1-1,1-2），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

13、了一個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)

14、注，我國的863計劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為重點資助項目。表1-1 三種交換技術(shù)區(qū)別(1) 序號比較內(nèi)容光電路交換光分組交換光突發(fā)交換1交換粒度波長/波帶/光纖10納米-10微米光分組（小顆粒）1納米-100微米突發(fā)包（大顆粒）2交換方式直通存儲-轉(zhuǎn)發(fā)直通3控制方式帶外控制帶內(nèi)控制帶外控制4信息長度固定可變可變5建立鏈接時延高低低6建立鏈接占用 信道占用不占用占用表1-2 三種交換技術(shù)區(qū)別(2) 技術(shù)粒度特點光電路交換波長/波帶/光纖靜態(tài)配置或者端到端信令光突發(fā)交換1ms-100ms突發(fā)包預(yù)留帶寬交換，無需緩存光分組交換10ns-10ms光分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換，需要緩存圖1-3光分組交換技術(shù)1.2.

15、2光交換現(xiàn)狀經(jīng)過十余年的研究，實現(xiàn)Ops（光分組交換）所需的關(guān)鍵技術(shù)還沒有在實際產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，引起這種情況的原因主要有兩點：一是缺乏快速有效的光存儲機(jī)制，這使我們在光域上難以實現(xiàn)與電路由器相同的體系結(jié)構(gòu)；二是由于內(nèi)在的限制難以象硅半導(dǎo)體那樣高度集成。盡管有如上困難但光技術(shù)走向市場的時間也并非是遙不可及。例如，基于半導(dǎo)體光放大器的光交換技術(shù)很快就會產(chǎn)品化，已有實驗表明在一個4英寸的部件上可以集成幾十個光門每一個至少每秒可以通過幾十G，這些基本部件可以和分路器、波長多路復(fù)用器相結(jié)合實現(xiàn)簡單的波長加減功能。國內(nèi)也涌現(xiàn)了批有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，并逐步在國際市場上同國外產(chǎn)品一爭高下。武漢郵電科學(xué)院

16、與華中科技大學(xué)合作，研制開發(fā)了在光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件一半導(dǎo)體光放大器并很快實現(xiàn)了產(chǎn)品化，成為繼Alcatel公司之后能夠批量供應(yīng)國際市場用于光開關(guān)的半導(dǎo)體光放大器的供貨商。這標(biāo)志著我國自行研制的應(yīng)變量子阱器件邁出了商品化產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵一步。1.2.3光交換發(fā)展趨勢新一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢主要基于如下幾種方法：(1)：基于太比特級路由器的方法：這種路由器需要高度的并行性和復(fù)雜的內(nèi)部互聯(lián)，但價格并沒有大的下降可靠性也有待于驗證。該方法的一個顯著優(yōu)點是它完壘是IP驅(qū)動的，因此IP網(wǎng)絡(luò)的流量控制和分布式管理技術(shù)是完全兼容的(2)基于光波長交叉連接的方法：該方法引人光波長交叉連接設(shè)備，并與邊緣IP路由器緊密結(jié)臺

17、，具有臺理的價格和可伸縮性，成為近期實琨的主要目標(biāo)。目前，太多數(shù)全光交叉連接設(shè)備采用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMs)技術(shù)，光路可在毫秒量級內(nèi)重新配置，新的光交叉連接設(shè)備基于半導(dǎo)體光放大器(s0A)技術(shù)，可使時間縮短至納秒量級。采用密集渡分復(fù)用DWDM和光交叉連接設(shè)備OXC的光網(wǎng)絡(luò)可以支持更快更好的IP服務(wù)。(3)基于全光分組交換的方法：光分組交換(oPS)把IP分組交換的概念引入光域，它能充分利用光信道的巨大帶寬資源，支持各種服務(wù)而且使數(shù)據(jù)傳輸不受交換節(jié)點的影響，因此被認(rèn)為是新一代通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于當(dāng)前光技術(shù)發(fā)展水平所限主要采取光電混臺的電控光交換結(jié)構(gòu)以上所述的光波長交換和分組光交換是光交換

18、技術(shù)的兩種類型，前者可利用()ADM、0XC等設(shè)備來實現(xiàn)，而后者對光部件的性能要求更高。相信在不久的將來，光交換技術(shù)一定會在全光通信網(wǎng)中發(fā)揮重要的作用，會為通信技術(shù)的發(fā)展帶來革命性的進(jìn)步。2、光交換系統(tǒng)2.1 光交換系統(tǒng)的主要組成光交換系統(tǒng)是由各種不同光開關(guān)器件、光波長轉(zhuǎn)變換器、光存儲器、光調(diào)制器和光濾波器等組成。2.2 光開關(guān)器件光開關(guān)是一種具有一個或多個可選的傳輸端口。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。主要是用來實現(xiàn)觀層面上的路由選擇、波長選擇、光分插復(fù)用、光交叉鏈接和自愈保護(hù)等功能。光開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示圖2-1 光開關(guān)示意圖常用的光開關(guān)光開關(guān)主

19、要有機(jī)械型光開關(guān)、熱光型光開關(guān)（如圖2-2、2-3所示）、微電子機(jī)械型光開關(guān)和半導(dǎo)體光放大器門型光開關(guān)。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。其功能有：光開關(guān)具有的功能：（1）光開關(guān)是按一定要求將一個光通道的光信號轉(zhuǎn)換到另一個光通道的器件。（2）光開關(guān)可使光路之間進(jìn)行直接交換, 是光網(wǎng)絡(luò)中完成全光交換的核心器件,在全光網(wǎng)絡(luò)中, 光開關(guān)可實現(xiàn)在全光層的路由選擇、波長選擇、光交叉連接以及自愈保護(hù)等重要功能。（3）其中光交叉連接設(shè)備(OXC) 和光分插復(fù)用設(shè)備(OADM) 可以

20、說是全光網(wǎng)的核心。而光開關(guān)和光開關(guān)陣列恰恰是OXC 和OADM的核心技術(shù)。（4）全光網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的光開關(guān)應(yīng)具有快的響應(yīng)速度、低的插入損耗、低通道串音、對偏振不敏感、可集成性和可擴(kuò)展性、低成本、低功耗、熱穩(wěn)定性好等特性。圖2-2熱光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖2-3熱光導(dǎo)開關(guān)2.3 光波長轉(zhuǎn)變換器波長轉(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)點的設(shè)計方案也有很多。最簡單的當(dāng)然是專注式的轉(zhuǎn)換節(jié)點設(shè)計，也就是在復(fù)用前，給每個通道都各配置一個波長轉(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)點共享式（SPN）和鏈路共享式（SPL）兩種。對前一種共享方案，通

21、常需要較大的光開關(guān)以便在單節(jié)點可以共享同一個波長轉(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，它先被切換到一個共享的波長轉(zhuǎn)換通道，以這種方式節(jié)點僅需要幾個小的光開關(guān)，且能共享昂貴的波長轉(zhuǎn)換器。其功能為：光波長轉(zhuǎn)換器的主要功能：（1）增加網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬和傳輸距離。并大大減低網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容成本，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性；（2）具有光中繼、波長轉(zhuǎn)換、傳輸介質(zhì)在單模光纖與多模光纖之間轉(zhuǎn)換等。波長轉(zhuǎn)換器有直接波長轉(zhuǎn)換和外調(diào)制器波長轉(zhuǎn)

22、換兩種。直接波長轉(zhuǎn)換是光/電/光轉(zhuǎn)換，如圖2-4所示，將波長為i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)動一個波長為i的激光器，使得輸出光信號的輸出波長為i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。圖2-4波長轉(zhuǎn)換器2.4光存儲器光存儲器是由光盤驅(qū)動器和光盤片組成的光盤驅(qū)動系統(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

23、存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù).在讀取數(shù)據(jù)時,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0.8m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。2.5光調(diào)制器光調(diào)制器也稱電光調(diào)制器（如圖2-5所示）, 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

24、強(qiáng)度,其作用是非常重要的。其功能是（1）提供實時或準(zhǔn)時的一維或二維光學(xué)傳感器件或運算器件；（2）模擬圖像存儲功能；（3）將待處理的原始信息處理為系統(tǒng)所需要的輸入形式。圖2-5光調(diào)制器示意圖2.6 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

25、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）。3 光交換技術(shù)應(yīng)用 光交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)、時分交換技術(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：光突發(fā)交換技術(shù)，光分組交換技術(shù)，光標(biāo)記分組交換技術(shù)，光子時隙路由技術(shù)等。光路交換技術(shù)已經(jīng)實用化。光分組交換技術(shù)目前主要是在實驗室內(nèi)進(jìn)行研究與功能實現(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)價值的

26、熱點技術(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 光交突發(fā)換技術(shù)的應(yīng)用 OBS（如圖3-1）的應(yīng)用 OBS技術(shù)是為了滿足業(yè)務(wù)增長的需要成長起來的，它具有延時小(單向預(yù)留)、帶寬利用率高、交換靈活、數(shù)據(jù)透明、交換容量大(電控光交換)等優(yōu)點，可以達(dá)到Tb/s級的交換容量。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)城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)廣域網(wǎng) 。它可以支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，如電話、SDH 、IP、FDDI ，F(xiàn)DDI 和 ATM ATM 等，也可以支持未來具有較高突發(fā)性和多樣性的業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽、視視頻點播、視頻會議 等。對于大型的城域網(wǎng)，一個或多個大學(xué)、大型寫字樓、小區(qū)企事業(yè)

27、單位，各個郊縣或衛(wèi)星城，以及人口密集的公共場所等，放置一個OBS邊緣路器，完成本地多種業(yè)務(wù)的會聚，生成突發(fā)。它的接入業(yè)務(wù)可以是多種多樣的，如以太網(wǎng)以太網(wǎng) (10M、100M、1G或10G)、ATM、x DSL、 DSL 等。再在各主要地方放置一些OBS核心路由器，完成光突分組的預(yù)留和交換。這樣，就構(gòu)建出了一個都市OBS網(wǎng)。盡OBS在標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議方面還不成熟，有很多技術(shù)還在進(jìn)一步研究之中，OBS仍是一種非常有前途的光交換技術(shù)，它結(jié)合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)勢，同時避免了它們的缺點。OBS的特點是控制與數(shù)據(jù)在時間和空間上分離，控制分組提前發(fā)送，并且在中間節(jié)點經(jīng)過電信息處理，為數(shù)據(jù)分組預(yù)留資源；而

28、數(shù)據(jù)分組隨控制分組之后傳送，在中間節(jié)點通過預(yù)留好的資源直通，無需光/電/光處理；采用單向預(yù)留機(jī)制，帶寬利用率高，并且無需光緩存，實現(xiàn)相對容易。隨著快速波長變換技術(shù)的成熟，光突發(fā)交換技術(shù)將得到飛速發(fā)展，成為下一代光傳輸與交換網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。圖3-1OBS組成圖 3.2 光分組交換技術(shù)的應(yīng)用 分組交換(如圖3-2)在商業(yè)中的應(yīng)用較廣泛。如銀行系統(tǒng)在線式信用卡（POS機(jī)）的驗證。由于分組交換提供差錯控制的功能，保證了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。首先，各大商場?nèi)部形成局域網(wǎng)，網(wǎng)上的服務(wù)器提供卡的管理作用，用戶刷卡后，通過服務(wù)器上的X .25分組端口或路由器設(shè)備連到商業(yè)增殖網(wǎng)，它與金卡網(wǎng)絡(luò)結(jié)算中心通過數(shù)字

29、專線連接。商業(yè)增殖網(wǎng)主要完成來自各大商場的數(shù)據(jù)線路匯接及對商場銷售情況的統(tǒng)計等。結(jié)算中心又同各大銀行的主機(jī)系統(tǒng)連接，實現(xiàn)對信用卡的驗證和信用卡的消費。 在遍步全市的各大超市中，已有相當(dāng)一部分超市利用分組網(wǎng)來改善經(jīng)營管理手段，拓展市場，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在超市中設(shè)立電子消費通道，消費者手持的儲金卡經(jīng)刷卡后，信息送到該超市的后臺服務(wù)器。服務(wù)器的作用是對儲金卡的金額計算和超市的銷售情況的統(tǒng)計。個超市的營業(yè)網(wǎng)點通過話上復(fù)用DOV（Data Over Voice)的專線方式，連到超市管理中心，進(jìn)行一系列的結(jié)算、統(tǒng)計等，來擴(kuò)大超市的消費市場。 分組交換網(wǎng)的利用率高，傳輸質(zhì)量好，能同時多路通信的特點，因

30、此它的經(jīng)濟(jì)性能也較好。在一些全國性的集團(tuán)公司中，總公司把指示下達(dá)給全國各地分公司甚至國外的機(jī)構(gòu)，利用分組交換就非常經(jīng)濟(jì)。中遠(yuǎn)集團(tuán)在全國各地的分支機(jī)構(gòu)在本地形成局域網(wǎng)絡(luò)，通過路由器連到分組交換網(wǎng)，與海關(guān)、EDI中心等互通信息。它的主機(jī)系統(tǒng)也通過分組交換網(wǎng)實行全程連網(wǎng)，傳送定艙資料、貨運情況、EDI報文等，也可遠(yuǎn)程登錄至香港，與海外溝通信息。圖3-2光分組交換技術(shù)的組成4 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。4.1光交換技術(shù)的發(fā)展前景雖然光時分交換和波分交換都有美好的應(yīng)用前景，但是由于

31、目前高速光開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和工藝水平還難以達(dá)到實用化程度，特別是有效的、大容量的光緩存器的缺乏，使高速、頻繁的時分光交換近期內(nèi)還難以實現(xiàn)。全光波長轉(zhuǎn)換器的研究雖然有了一些進(jìn)展，但也還遠(yuǎn)沒有達(dá)到實用化階段。因此，近期光交換的發(fā)展和應(yīng)用重點仍是空分光交換，必要時使用“光電光型”波長轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)波分光交換。WDM技術(shù)正在廣泛應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中，使單波長傳輸系統(tǒng)升級為WDM多波長傳輸系統(tǒng)。將逐漸成熟的空分光交換技術(shù)引入光纖通信系統(tǒng)后，可以以波長為單位，在不同的光纖間交換光信號。從而在可以預(yù)見的將來，將點到點光纖通信系統(tǒng)升級為光網(wǎng)絡(luò)，使通信網(wǎng)的基礎(chǔ)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。相信在不久的將來，光交換技術(shù)一定會在全光通信

32、網(wǎng)中發(fā)揮重要的作用，會為通信技術(shù)的發(fā)展帶來革命性的進(jìn)步。4.1 .1 智能自動化 智能自動交換光網(wǎng)絡(luò)即網(wǎng)絡(luò)的管理和控制具有智能化特點，能夠動態(tài)、自動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，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，同時業(yè)務(wù)指配和故障恢復(fù)也能夠更快地自動完成并具有智能性的方向發(fā)展。近期，在組網(wǎng)技術(shù)方面的兩項技術(shù)進(jìn)展使得對光網(wǎng)絡(luò)帶寬的動態(tài)指配成為可能。首先是可重構(gòu)型的光聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的開發(fā)成功，如光交叉連接器和光分插復(fù)

33、用器，使得由運營商動態(tài)支配帶寬成為現(xiàn)實。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。4.1.2 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，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，入射光束

34、將維持它的極化狀態(tài)不變。而由聲光技術(shù)實現(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。4.2 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)

35、務(wù)，把選路定位在波長上而不是光纖上，遇到故障可以自動恢復(fù)工作。由于無須ATM交換機(jī)、SONET ADM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)計成熟的產(chǎn)品很快就能面世。4.2.1 全關(guān)交換的技術(shù)波分復(fù)用（WDM）、光分插復(fù)用（OADM）如圖4-1所示、空分復(fù)用、時分復(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