《光交換技術(shù)》課件.ppt

1、理工大學(xué)通信工程學(xué)院 電信交換教研室,第12章 光交換技術(shù),概述,12.1,光交換器件,12.2,光交換網(wǎng)絡(luò),光交換系統(tǒng),12.4,12.3,第12章 光交換技術(shù),12.1.1電交換的缺點(diǎn),問(wèn)題： 電交換有哪些缺點(diǎn)?,21世紀(jì)的通信網(wǎng)應(yīng)該是能提供各種通信業(yè)務(wù)的、具有巨大通信能力的B-ISDN。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)將以寬帶視頻和高速數(shù)據(jù)及普通話音業(yè)務(wù)為主。為提供這些業(yè)務(wù)，需要高速、寬帶、大容量的傳輸系統(tǒng)和寬帶交換系統(tǒng)。 以電子技術(shù)為基礎(chǔ)的交換方式，交換容量都要受到電子器件工作速度的限制。,12.1.1電交換的缺點(diǎn),12.1.2 光交換的優(yōu)點(diǎn),（1）極寬的帶寬。 （2）運(yùn)行速度快。 （3）光交換與光傳輸匹配可

2、進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全光通信網(wǎng)。 （4）降低網(wǎng)絡(luò)成本，提高可靠性。 （5）模擬傳輸與數(shù)字傳輸均可進(jìn)行光交換，避免了寬帶電交換系統(tǒng)功耗大、串?dāng)_嚴(yán)重等問(wèn)題。 （6）具有空間并行傳輸信息的特性。 （7）光器件體積小，便于集成。,概述,12.1,光交換器件,12.2,光交換網(wǎng)絡(luò),光交換系統(tǒng),12.4,12.3,第12章 光交換技術(shù),12.2.1光開(kāi)關(guān),有三類： 將某一光纖通道的光信號(hào)切斷或開(kāi)通； 將某波長(zhǎng)光信號(hào)由一個(gè)光纖通道轉(zhuǎn)換到另一個(gè)光纖通道中去； 在同一光纖通道中將一種波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一種波長(zhǎng)的光信號(hào)（波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器）。,光開(kāi)關(guān)在光通信中的作用,1.半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān),2.耦合波導(dǎo)光開(kāi)關(guān),12.2.1光開(kāi)關(guān),3.

3、M-Z干涉型電光開(kāi)關(guān),4.液晶光開(kāi)關(guān),12.2.1光開(kāi)關(guān),5.微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）開(kāi)關(guān),12.2.1光開(kāi)關(guān),12.2.2波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器,波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是一種能把帶有信號(hào)的光波從一個(gè)波長(zhǎng)輸入轉(zhuǎn)換為另一個(gè)波長(zhǎng)輸出的器件。 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是解決相同波長(zhǎng)爭(zhēng)用同一個(gè)端口時(shí)的信息阻塞的關(guān)鍵。 理想的光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器應(yīng)具備有較高的速率、較寬的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換范圍、高的信噪比、高的消光比且與偏振無(wú)關(guān)。,波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的作用,光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu),12.2.2波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器,12.2.3光存儲(chǔ)器,在光交換中，需要存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的存儲(chǔ)。 常用的光存儲(chǔ)器有光纖延遲線光存儲(chǔ)器和雙穩(wěn)態(tài)激光二極管光存儲(chǔ)器。,光存儲(chǔ)器的作用,12.2.4光調(diào)制器,在光纖

4、通信中，通信信息由LED或LD發(fā)出的光波所攜帶，光波就是載波，把信息加載到光波上的過(guò)程就是調(diào)制。 光調(diào)制器是實(shí)現(xiàn)從電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換的器件。,光調(diào)制器的作用,概述,12.1,光交換器件,12.2,光交換網(wǎng)絡(luò),光交換系統(tǒng),12.4,12.3,第12章 光交換技術(shù),12.3.1 概述,全光網(wǎng)絡(luò)（全光通信網(wǎng)絡(luò)）是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中傳輸及交換時(shí)始終以光的形式存在，而不需要經(jīng)過(guò)光電、電光變換。 信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程中始終在光域內(nèi)，波長(zhǎng)成為全光網(wǎng)絡(luò)的最基本積木單元。 目前的全光網(wǎng)絡(luò)，并非是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全部光學(xué)化，而是指光信息流在傳輸和交換過(guò)程中以光的形式存在，控制部分則仍然用電路方法實(shí)現(xiàn)。,全

5、光網(wǎng)絡(luò),12.3.2空分光交換網(wǎng)絡(luò),通過(guò)機(jī)械、電或光三種不同方式對(duì)光開(kāi)關(guān)及相應(yīng)的光開(kāi)關(guān)陣列/矩陣進(jìn)行控制，為光交換提供物理通道，使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道相連。,空分光交換網(wǎng)絡(luò),空分光交換的優(yōu)點(diǎn)是各信道中傳輸?shù)墓庑盘?hào)相互獨(dú)立，且與交換網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)速率無(wú)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并可在空間進(jìn)行高密度的并行處理，因此能較方便地構(gòu)建容量大而體積小的交換網(wǎng)絡(luò)。 空分光交換網(wǎng)絡(luò)的主要指標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和無(wú)阻塞的程度。交換系統(tǒng)對(duì)阻塞的要求越高，則組成網(wǎng)絡(luò)的器件的單片集成度相應(yīng)地就越高，或者參與組合的單片器件數(shù)量越多，互連越復(fù)雜，相應(yīng)損耗也增加。,空分光交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn),12.3.2空分光交換網(wǎng)絡(luò),12.3.3

6、時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò),對(duì)于時(shí)分光交換，則是按時(shí)間順序安排的時(shí)分復(fù)用各路光信號(hào)進(jìn)入時(shí)分交換網(wǎng)絡(luò)后，在時(shí)間上進(jìn)行存儲(chǔ)或延遲，對(duì)時(shí)序有選擇地進(jìn)行重新安排后輸出。即基于光時(shí)分復(fù)用中的時(shí)隙交換。,時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò),時(shí)分光交換的優(yōu)點(diǎn)是能與現(xiàn)在廣泛使用的時(shí)分?jǐn)?shù)字通信體制相匹配。但它必須知道各路信號(hào)的比特率，即不透明。另外需要產(chǎn)生超短光脈沖的光源、光比特同步器、光延遲器件、光時(shí)分合路/分路器、高速光開(kāi)關(guān)等，技術(shù)難度較空分光交換大。,時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn),12.3.3 時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò),12.3.4 波分光交換網(wǎng)絡(luò),波分交換即信號(hào)通過(guò)不同的波長(zhǎng)，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)，由波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行交換。波分光交換網(wǎng)絡(luò)由波長(zhǎng)復(fù)用/去

7、復(fù)用器、波長(zhǎng)選擇空間開(kāi)關(guān)和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)）組成。 波分交換網(wǎng)絡(luò)中，采用不同的波長(zhǎng)來(lái)區(qū)分各路信號(hào)，從而可以用波分交換的方法實(shí)現(xiàn)交換功能。,波分光交換網(wǎng)絡(luò),波分交換原理,12.3.4 波分光交換網(wǎng)絡(luò),與光時(shí)分交換相比，光波分交換的優(yōu)點(diǎn)是，各個(gè)波長(zhǎng)信道的比特率相互獨(dú)立，各種速率的信號(hào)都能透明地進(jìn)行交換，不需要特別高速的交換控制電路，可采用一般的低速電子電路作為控制器。另外它能與波分復(fù)用（WDM）傳輸系統(tǒng)相配合。,光波分交換的優(yōu)點(diǎn),12.3.4 波分光交換網(wǎng)絡(luò),概述,光交換器件,12.2,光交換網(wǎng)絡(luò),光交換系統(tǒng),12.1,12.3,第12章 光交換技術(shù),12.4,12.4 光交換系統(tǒng),1.光交換

8、技術(shù)分類,12.4.2光分插復(fù)用器和光交叉連接,在基于WDM的光網(wǎng)絡(luò)中，屬于光纖和波長(zhǎng)級(jí)的粗粒度帶寬處理的光節(jié)點(diǎn)設(shè)備，主要是光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接（OXC），通常由WDM復(fù)用/解復(fù)用器、光交換矩陣（由光開(kāi)關(guān)和控制部分組成）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和節(jié)點(diǎn)管理系統(tǒng)組成，主要完成光路上下、光層的帶寬管理、光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)、恢復(fù)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)等功能。,概述,OADM的功能是在光域內(nèi)從傳輸設(shè)備中有選擇地下路、上路或直通傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)SDH設(shè)備中電的分插復(fù)用功能。它能從多波長(zhǎng)波道中分出或插入一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)。 固定型只能上下一個(gè)或多個(gè)固定的波長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)的路由是確定的，缺乏靈活性，但性能可靠，延時(shí)小。 可重構(gòu)型能

9、動(dòng)態(tài)交換OADM節(jié)點(diǎn)上、下通道的波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)資源得到合理的分配，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,OADM的功能,12.4.2光分插復(fù)用器和光交叉連接,OXC的功能是在光纖和波長(zhǎng)兩個(gè)層次上提供帶寬管理，如動(dòng)態(tài)重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)，提供光信道的交叉連接，以及本地上、下話路功能，動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)光纖中的流量分布，提高光纖的利用率。 OXC還在光層提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和恢復(fù)等生存性功能，如出現(xiàn)光纖斷裂情況可通過(guò)光開(kāi)關(guān)將光信號(hào)倒換至備用光纖上，實(shí)現(xiàn)光復(fù)用段1+1保護(hù)。通過(guò)重新選擇波長(zhǎng)路由實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，處理包括節(jié)點(diǎn)故障在內(nèi)的更廣泛的網(wǎng)絡(luò)故障。,OXC的功能,12.4.2光分插復(fù)用器和光交叉連接,12.4.3

10、光分組交換,分組光交換，由于光信息處理技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，光在細(xì)粒度的數(shù)據(jù)交換方面有些先天不足。 目前比較成熟的光交換技術(shù)還是O/E/O（光 - 電 - 光）的模式，即光信號(hào)首先經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，然后通過(guò)高速的交換電路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最后再進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換。,概述,光分組交換能夠在非常小的粒度上實(shí)現(xiàn)光交換/選路，極大地提高光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和帶寬利用率，非常適合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，是未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。,12.4.3光分組交換,光分組交換的優(yōu)點(diǎn),本章小結(jié),光纖具有信息傳輸容量大、對(duì)比特流透明、不受電磁干擾、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中傳送信息的極佳媒質(zhì)。光交換被認(rèn)為是為未來(lái)寬帶通信網(wǎng)服務(wù)的新一代交換技術(shù)。 光交換的基礎(chǔ)器件有各種類型光開(kāi)關(guān)（半導(dǎo)體、耦合波導(dǎo)、M-Z干涉型電光、液晶、微機(jī)電系統(tǒng)等）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、半導(dǎo)體激光放大器、光耦合器、光調(diào)制器和光存儲(chǔ)器等，通過(guò)這些基本器件的不同組合，構(gòu)成了五種不同的光交換結(jié)構(gòu)，即空分光交換、時(shí)分光交換、波分光交換、混合型光交換及自由空間光交換。,習(xí)題與思考題,12.1 簡(jiǎn)要說(shuō)明光交換的特點(diǎn)。 12.2 試敘述幾種主要的光交換器件實(shí)