《現(xiàn)代交換原理》課件第5章 光交換技術

1、第5章 光交換技術 概述、光交換元件、光交換網(wǎng)絡結構、光交換系統(tǒng)概述光傳送技術的發(fā)展當前商用化單波長光纖傳輸系統(tǒng)容量為10Gb/s，有報道已實現(xiàn)了40Gb/s。光波長復用技術可以使得一根單模光纖實現(xiàn)20010Gb/s或更大的傳輸容量。光器件，商品化光開關的控制響應速度已低于1ms，延遲線模式光緩存、波長變換等技術也已成功。概述考慮全光交換網(wǎng)絡的理由(1)歷史的觀點，模擬傳輸產(chǎn)生了機電制交換；PCM數(shù)字傳輸有了數(shù)字程控交換；當前光傳輸已成主角，因此下一代網(wǎng)絡將是全光交換。(2) 速度極限，由于電子器件的極限速度為幾個G10Gb/s，使得電子交換設備可能成為未來網(wǎng)絡的瓶頸。(3) 成本降低，采用光

2、傳輸?shù)碾娮咏粨Q系統(tǒng)，必須有光/電和電/光轉(zhuǎn)換，全光交換則不用。(4) 速度匹配，光傳輸，光交換，全光網(wǎng)絡。光交換技術分類光交換技術，指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，直接在光域上完成輸入到輸出端的信息交換。按照復用方式分類，光交換可分為：光空分交換技術。多點間建立光信息傳送物理通道的交換技術。光波分交換技術。利用光波分復用和波長變換技術，將信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一波長上。光時分交換技術。在時間軸上將光波長分成多個時段，互換時間位置來交換承載的信息。光碼分交換技術。不同用戶信號用不同碼序列填充，利用碼序列轉(zhuǎn)換來交換信息。光交換技術分類按承載和交換信息的光域粒度劃分，可分為：光路交換（OCS）技術，最小交換

3、單元是一個波長通道。光分組交換（OPS）技術，光域分組包作為最小交換顆粒。光突發(fā)交換（OBS）技術，多個分組構成更大分組，以突發(fā)方式在光域傳輸和交換。光標記分組交換（OMPLS）技術，MPLS和光網(wǎng)絡結合，MPLS控制標記分發(fā)和控制光開關，建立交換式光通道。 光交換技術的特點隨著發(fā)展，光交換技術已能保證網(wǎng)絡可靠性，并提供靈活的選路方案，為高速信息流提供動態(tài)光域處理。光交換不受監(jiān)測器、調(diào)制器等光電器件速度的限制，極大地提高了交換節(jié)點的吞吐量。不需要經(jīng)過光/電/光轉(zhuǎn)換，降低了交換節(jié)點成本。對比特率、調(diào)制方式和通信協(xié)議都具有透明性，有良好的升級能力。光交換元件半導體光開關半導體光放大器，當偏置信號為

4、零時，輸入信號將被器件完全吸收，輸出端沒有任何光信號輸出。耦合波導開關耦合波導開關，利用鈮酸鋰(LiNbO3)材料制作，在控制電極上施加一定電壓可改變波導的折射率和相位，從而可構成22交換開關。激勵電壓約5V，最大速率達Gb/s。 硅襯底平面光波導開關 硅襯底平面光波導開關特點是插入損耗小(0.5dB)、穩(wěn)定性高、可靠性好、成本低，適合大規(guī)模集成，不足點是響應速度較慢，12ms。波長轉(zhuǎn)換器 光存儲器 空間光調(diào)制器 光交換系統(tǒng)未來寬帶業(yè)務具有很大不確定性，交換系統(tǒng)設計應盡可能地靈活。對比特傳送速率應透明，業(yè)務和控制盡可能分離，控制系統(tǒng)簡單，具有廣播功能。系統(tǒng)設計應模塊化，易于維護、增刪和修改。技

5、術上多種模式相結合，取各自優(yōu)點，統(tǒng)籌優(yōu)化融合。光交叉連接設備光交叉連接設備(OXC)是實現(xiàn)自動交換光網(wǎng)絡(ASON)的核心技術。OXC可依據(jù)控制面功能，按照用戶請求在全光網(wǎng)絡環(huán)境中自動建立一條符合用戶需求的光波長通道。光交叉連接設備 由輸入部分、光交叉連接部分、輸出部分、控制和管理部分5個功能模塊構成。輸入部分包括放大器EDFA和波長解復用DMUX，將每根光纖上的光信號放大、分離后送交叉連接矩陣。輸出部分，均功器的作用是對受到不同衰減的光波長信號進行功率均衡，以減小不同光波長間的干擾?？刂坪凸芾聿糠謱儆陔娮釉O施，通過信令協(xié)議接收用戶及網(wǎng)管系統(tǒng)請求，完成自動保護倒換、連接指配、波長選路等功能。光

6、交叉連接設備光交叉連接設備主要用于骨干傳送網(wǎng)中，完成任一光纖某個波長信號到其他光纖的傳送連接。OXC具有信號復用、信號交換、光路保護倒換、監(jiān)控管理等功能。除控制管理部分外，其余部分的信號處理都在光域完成。因此OXC具有極大的交叉容量，可達幾千T比特級別。光交叉連接矩陣實現(xiàn)光交叉連接矩陣，光機械開關、LiNb03開關、InP開關、半導體光放大器（SOA）開關等 ，現(xiàn)常用微電子機械開關（MEMS）構成。 MEMS為無源光開關，介入損耗和串擾都較小，屬完全透明的連接模式，連接處理過程不需光/電轉(zhuǎn)換。容量極大，可構成12961296端口連接矩陣，每端口傳送40個波長40Gb/s的信號容量，總傳送容量達

7、到2.07petabit/s，具有嚴格無阻塞特性。 OXC的工作原理OXC不同于標準交換設備，它不是按照每一個通信請求建立連接，是在控制面和管理面操作下提供永久/半永久波長路由通道。永久連接，由管理面發(fā)起和維護，通過路由指配消息和信令為具體業(yè)務建立波長路由通道。交換式連接，由控制面發(fā)起和維護，控制面處理用戶接口發(fā)來的請求，建立滿足用戶需求的通道，通知管理面。軟永久性連接，連接建立、拆除請求由管理面發(fā)出，傳送面的資源配置和控制動作指令則由控制面發(fā)出。OXC的工作原理 抵達OCX的多波長光信號先摻餌光纖放大器放大，然后由DMUX分離成多個單波長信號送入連接矩陣。在業(yè)務信息進入連接矩陣之前，控制和管

8、理面已根據(jù)業(yè)務需求指定了每個輸入口波長的輸出端口，光信號將自動流出。OUT是一個波長變換器，由于波分復用不能在一根光纖中有兩個以上的相同波長信號，需要OUT將相關波長信號轉(zhuǎn)換成光纖所需波長。光突發(fā)交換系統(tǒng)交換系統(tǒng)，目標是根據(jù)每個用戶的請求即時提供連接服務，業(yè)務吞吐容量可達幾千T比特秒，交換控制機制是關鍵問題。解決復雜問題的鑰匙是對問題進行多維度分解，將復雜問題看作多個簡單問題的有序組合。光突發(fā)交換系統(tǒng)光突發(fā)交換系統(tǒng)，是在OXC波長路由交換的基礎上，將同一波長上的承載容量在時間軸上再細分成多個突發(fā)時段，每個突發(fā)時段以統(tǒng)計復用方式承載不同用戶業(yè)務。OBS交換技術是構成IP over WDM的下一代網(wǎng)絡(NGN)的基礎技術，其主要特點是資源利用率高、網(wǎng)絡靈活、硬件實現(xiàn)方便，可以透明方式承載不同用戶業(yè)務。光突發(fā)交換網(wǎng)絡基本結構 光突發(fā)交換網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和控制分離 OBS基本思想是數(shù)據(jù)分組與控制分組的傳輸相分離，提前發(fā)送控制分組，為隨后的數(shù)據(jù)分組預留資源和建立傳輸通路。OBS邊緣路由器負責數(shù)據(jù)分組的匯集和分發(fā)，檢測數(shù)據(jù)分組的源/目的地址和服務等級，分類組