現(xiàn)代交換技術(shù) 第十章 光交換

1、第10章 光交換10.1 光交換概述 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。 由于光技術(shù)在交換高速帶寬信號上具有獨特優(yōu)勢，光交換被認為是未來寬帶通信網(wǎng)的新一代交換技術(shù)，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：光信號具有極大的帶寬光交換對比特速率和調(diào)制方式透明具有空間并行傳輸信息的特性光器件體積小，便于集成光交換與光傳輸匹配可進一步實現(xiàn)全光通信網(wǎng)降低網(wǎng)絡(luò)成本，提高可靠性10.2 光交換器件 光開關(guān)是各種光通信系統(tǒng)實現(xiàn)高功能、高可靠性必不可少的光器件。 光開關(guān)在光通信中的作用：將某一光纖通道中的光信號切斷或開通。將某波長光信號由一個光線通道轉(zhuǎn)換到另一個光纖通道中去在同一光纖通道中，將一種波

2、長的光信號轉(zhuǎn)換為另一種波長的光信號。耦合波導(dǎo)光開關(guān)10.2 光交換器件 波長轉(zhuǎn)換器是一種能把帶有信號的光波從一個波長輸入轉(zhuǎn)換為另一個波長輸入的器件。 波長轉(zhuǎn)換器是解決相同波長爭用同一個端口時的信息阻塞的關(guān)鍵。 光存儲器是光交換網(wǎng)中時分型交換模塊的重要部件。光纖時延線光存儲器雙穩(wěn)態(tài)激光二極管光存儲器 在光纖通信中，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程就是調(diào)制。 光調(diào)制器是實現(xiàn)從電信號到光信號轉(zhuǎn)換的器件。10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 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)中傳輸及交換時始終以光的形式存在，而不需要經(jīng)過光電、電光變換。 信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳

3、輸過程中始終在光域內(nèi)，波長成為全光網(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程中以光的形式存在，控制部分則仍然用電路方法實現(xiàn)。 全光網(wǎng)絡(luò)可分為空分光交換網(wǎng)絡(luò)、時分光交換網(wǎng)絡(luò)、波分光交換網(wǎng)絡(luò)、混合型光交換網(wǎng)絡(luò)、自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)。10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 空分光交換網(wǎng)絡(luò):通過機械、電或光三種不同方式對光開關(guān)及相應(yīng)的光開關(guān)陣列/矩陣進行控制，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。 10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 時分光交換網(wǎng)絡(luò) :對于時分光交換，則是按時間順序安排的時分復(fù)用各路光信號進入時分交換網(wǎng)絡(luò)后，在時間上進行存儲或延遲，對時序

4、有選擇地進行重新安排后輸出。即基于光時分復(fù)用中的時隙交換。 10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 波分光交換網(wǎng)絡(luò) :波分交換即信號通過不同的波長，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通路來實現(xiàn)，由波長開關(guān)進行交換。波分交換的基本操作，是從波分復(fù)用信號中檢出某一波長的信號，并把它調(diào)制到另一個波長上去。10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 波分光交換網(wǎng)絡(luò) :信號檢出由相干檢測器完成，信號調(diào)制由不同的激光器完成。 為了使得波分交換系統(tǒng)在不同時刻實現(xiàn)不同的連接，各個相干檢測器的檢測波長可以由外加控制信號來改變。10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 波分光交換網(wǎng)絡(luò) :輸入端的N路電信號分別去調(diào)制N個可變波長激光器，產(chǎn)生N個波長的光信號。N路光信號經(jīng)星形耦合器耦合后形成一個

5、波分復(fù)用信號，并輸出到N個輸出端上。 每個輸出端可以利用光濾波器或相干光檢測器檢出所需波長的信號。調(diào)諧式單頻激光器調(diào)諧式單頻激光器調(diào)諧式單頻激光器星型耦合器112N2N調(diào)諧光濾波器或相干光檢測器調(diào)諧光濾波器或相干光檢測器調(diào)諧光濾波器或相干光檢測器12N10.3 光交換網(wǎng)絡(luò) 混合型光交換網(wǎng)絡(luò) :將時分、空分、波分光交換相結(jié)合就構(gòu)成了混合型交換網(wǎng)絡(luò)?；旌闲凸饨粨Q網(wǎng)絡(luò)，大大擴大了光交換網(wǎng)絡(luò)的容量。 每個輸出端可以利用光濾波器或相干光檢測器檢出所需波長的信號。10.4 光交換系統(tǒng) 光交換技術(shù)按照交換方式可分為光路交換和分組光交換:10.4 光交換系統(tǒng) 光分插復(fù)用器和光交叉連接:在分插復(fù)用的光網(wǎng)絡(luò)中，屬

6、于光纖和波長級光節(jié)點設(shè)備，主要是光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接（OXC）。 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，實現(xiàn)傳統(tǒng)SDH設(shè)備中電的分插復(fù)用功能。它能從多波長波道中分出或插入一個或多個波長。 OXC的功能是在光纖和波長兩個層次上提供帶寬管理，如動態(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，動態(tài)調(diào)整各個光纖中的流量分布，提高光纖的利用率。10.4 光交換系統(tǒng) 光交叉連接有三種實現(xiàn)方式:光纖交叉連接：以一根光纖上所有波長的總?cè)萘繛榛A(chǔ)進行的交叉連接。波長交叉連接：將一根光纖上的任何波長交叉連接到使用相同波長的另一根光纖上。波長變換交叉連接

7、：將任何輸入光纖上的任何波長交叉連接到任何輸出光纖上。10.4 光交換系統(tǒng) 光分組交換能在細粒度上實現(xiàn)光交換/選路，極大地提高了光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和貸款利用率:輸入接口 對輸入信號進行定時、檢測、同步、識別，以便進行后續(xù)的處理和交換?？刂茊卧?負責(zé)處理、更新信頭信息，保持節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)表，并將新的信頭傳送給輸出接口。10.4 光交換系統(tǒng) 光分組交換主要由輸入/輸出端口、交換模塊、控制單元等部分組成:輸出接口 對輸出信號進行定時、同步、再生等操作交換單元 按照控制單元的指示，對信息有效負載進行交換操作。10.4 光交換系統(tǒng) 光分組交換主要由輸入/輸出端口、交換模塊、控制單元等部分組成:輸出接口 對輸出信號

8、進行定時、同步、再生等操作交換單元 按照控制單元的指示，對信息有效負載進行交換操作。 光分組交換中載有地址和管理信息的信頭部分需要進行較為復(fù)雜的光信號處理。但是，由于目前光信號處理技術(shù)尚處于初步發(fā)展階段，難以實現(xiàn)非常復(fù)雜的光信號的處理。10.4 光交換系統(tǒng) 光突發(fā)交換（OBS）兼顧了分組交換（OPS）和光路交換（OCS）的優(yōu)點:光突發(fā)交換網(wǎng)包括核心節(jié)點與邊緣節(jié)點。邊緣節(jié)點負責(zé)突發(fā)數(shù)據(jù)包的封裝和分類并提供各種接口；核心節(jié)點的任務(wù)是完成突發(fā)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與交換。邊緣節(jié)點將具有相同路由器地址和QoS要求的IP分組匯聚成突發(fā)包，生成突發(fā)數(shù)據(jù)分組和相應(yīng)的控制分組： 核心節(jié)點根據(jù)控制分組中的路由信息和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前

9、狀態(tài)，建立全光通道 突發(fā)數(shù)據(jù)分組直接在全光通道中傳輸，全程無須光電、電光轉(zhuǎn)換10.5 自動光交換網(wǎng)絡(luò) 光傳送網(wǎng)一直被看作是一個為電層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供連接通道的傳輸平臺?！爸悄堋敝饕w現(xiàn)在電層，而光層僅僅是為信息傳輸提供波長通道。 與傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)相比，ASON引入了獨立的控制平面，從而使光網(wǎng)絡(luò)能夠在信令的控制下完成資源的自動發(fā)現(xiàn)，連接的自動建立、維護和刪除等。 自動光交換網(wǎng)絡(luò)ASON體系結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在具有鮮明特色的三個平面、三種接口和三類連接方式上。10.5 自動光交換網(wǎng)絡(luò) ASON的三個平面為控制平面、管理平面、傳送平面：控制平面是ASON最具特色的核心部分，主要完成路由控制、連接及鏈路資源管理

10、、協(xié)議處理和其它策略控制功能。傳送平面由一系列的傳送實體組成，為業(yè)務(wù)的傳送提供端到端的單向或雙向傳輸通道。管理平面負責(zé)對傳送平面和控制平面進行管理。10.5 自動光交換網(wǎng)絡(luò) ASON的三種接口包括連接控制接口（CCI）、網(wǎng)管接口（NMI-T，NMI-A）：控制平面和傳送平面之間通過連接控制接口CCI相連，交互的信息主要是從控制平面到傳送平面的交換控制命令和從傳送平面到控制平面的資源狀態(tài)信息。管理平面通過網(wǎng)管接口NMI-T和NMI-A分別與傳送平面和控制平面交互，實現(xiàn)管理功能。NMI-A接口主要是對信令、路由和鏈路資源等功能模塊進行配置、監(jiān)視和管理。10.5 自動光交換網(wǎng)絡(luò) ASON的三種接口包括永久連接、交換連接、軟永久連接：交換連接（SC）是根