波長變換——全光網(wǎng)中的關鍵技術之一.

1、波長變換全光網(wǎng)中的關鍵技術之一來源 : 世界寬帶網(wǎng)絡作者 : 劉剛余重秀張茹一引言21 世紀是一個信息化的社會，大量的信息傳送需要大容量的系統(tǒng)波分復用(WDM)技術。 WDM的實現(xiàn)使得光纖到戶已不再是遙不可及的夢想。WDM系統(tǒng)不僅僅能使系統(tǒng)的容量成倍增長，同時它可以利用波長完成路由和交換等功能。雖然WDM網(wǎng)絡的帶寬可以滿足每個用戶的需求，即使傳來更令人興奮的消息：在試驗室中實現(xiàn)了4000 個信道的 WDM系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的波長數(shù)目仍然大大少于實際的節(jié)點數(shù)目和用戶數(shù)目。來源 : 世界寬帶網(wǎng)絡作者: 劉剛余重秀張茹一 引言21 世紀是一個信息化的社會，大量的信息傳送需要大容量的系統(tǒng)波分復用 ( WD

2、M) 技術。 WDM的實現(xiàn)使得 光纖到戶已不再是遙不可及的夢想。 WDM系統(tǒng)不僅僅能使系統(tǒng)的容量成倍增長，同時它可以利用波長完成路由和交換等功能。雖然 WDM網(wǎng)絡的 帶寬可以滿足每個用戶的需求，即使傳來更令人興奮的消息：在試驗室中實現(xiàn)了 4000 個信道的 WDM系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的波長數(shù)目仍然大大少于實際的節(jié)點數(shù)目和 用戶數(shù)目。這就使得當兩個或多個波長信號向相同的節(jié)點連接時造成波長競爭，這時 WDM網(wǎng)絡會有很高的阻塞率。解決上述問題的關鍵技術就是利用波長變換 (WC)。波長變換即為波長的再分配和再利用以解決交叉連接中的波長競爭、有效地進行路由選擇、降低網(wǎng)絡的阻塞率。從而提高網(wǎng)絡的靈活性和可擴展性

3、，同時 也有利于網(wǎng)絡的運行、管理和控制，以及通道的保護倒換。實現(xiàn)波長變換有 光電光 (OEO)變換和全光變換兩大類。光電光型已經(jīng)實用，但是其變換效率低，對信號不透明。目前研究熱點集中在全光波長變換上，本文主要討論全光波長變換的應用和其在全光網(wǎng)中的作用。二 波長變換在 WDM中的應用根據(jù)全光波長變換功能和控制信號的不同大致可分為兩種：光閥型和光頻混合型，在光閥型中沒有新的波長產(chǎn)生，而在光頻混合型中有新的波長產(chǎn)生。在 WDM網(wǎng) 絡中以波長作為通道，每個通道通過其波長識別建立連接，不同的節(jié)點間的通道分配以不同的波長。信息從源到目的節(jié)點的過程中，波長一直保持不變，也就是“一 波到底”，在這種波長通道

4、(WP)方案中，波長是在整個網(wǎng)內(nèi)分配的，通道波長具有全網(wǎng)意義。波長通道具有固定性和連續(xù)性。當建立新的連接時，只有分配的某一波長在連接通路的所有鏈路段上都未被占用時，連接才能建立。為避免出現(xiàn)阻塞，網(wǎng)絡必須有足夠的波長數(shù)來支持。在實際中由于濾波器與放大器的帶寬有限，所以可用波長數(shù)有限，不足以支持大容量的需要，并且每波長通道的利用率很低。因此在設計中提出一種新的波長通道方案，在連接通路的不同鏈路上可 以采用不同波長，波長只在鏈路上有局部意義。如所示，這種通道稱為“虛”波長通道 (VWP)，使用這種方案可提高波長重用率，減少全網(wǎng)所需波長，對避免波長碰撞阻塞、故障排除和網(wǎng)絡升級擴容有重大意義。在節(jié)點處設

5、置波長變換器，以避開正在使用的波長( 1) ，使信號轉(zhuǎn)換到 其它未被占用的波長 ( 2) 上。波長變換在 WDM中的應用非常靈活，下面介紹三種主要的應用方案。1. 光開關矩陣與波長變換組合在 OXC結(jié)構(gòu)中的應用為避免 OXC交叉連接時可能出現(xiàn)的波長通道競爭，減少可能出現(xiàn)的阻塞，在空間光開關矩陣后接入 M個波長變換器，提高波長的再利用率，保持 OXC無阻塞透明傳輸特性。這種 OXC具有廣播發(fā)送和上下路插分復用功能。2. 分送耦合交換與波長變換組合在 OXC結(jié)構(gòu)中的應用利用分送耦合交換 (DCS)機制，可以設計不同的 OXC結(jié)構(gòu)。波長變換在這種結(jié)構(gòu)中的應用是分送耦合交換的基本單元是星形耦合器 (S

6、C) 和光開關。每個光開關有 1 個輸入、 2 個輸出，能形成 4 種狀態(tài)：輸入信號不發(fā)送；輸入信號發(fā)送到第一個輸出口；輸入信號發(fā)送到第二個輸出口；輸入信號發(fā)送到兩個輸出口。在 分送耦合交換結(jié)構(gòu)中波長變換置于分送耦合開關之前，由于它具有波長選擇功能，因而可同時起到調(diào)光濾波器的作用，簡化了結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)除了需要個交叉點，還 需要個波長變換器，所以結(jié)構(gòu)還是相當復雜。其阻塞特性為嚴格無阻塞、路由策略為虛波長通道、 模塊為性波長或鏈路、傳輸性能中。3. 基于波長變換為交換單元的 OXC結(jié)構(gòu)基于波長交換的 OXC結(jié)構(gòu)方案中，交換直接在波長域進行。在結(jié)構(gòu)的輸入端，首先對每根輸入光纖上的 M個光信號波長用波

7、長變換器變到光譜的相鄰區(qū)域，然后 分送到星型耦合器、可調(diào)光濾波器和波長變換器，從中選擇各自的信道，并將其變換到合適的光波長，再由星型耦合器合路后送至輸出段口。這種OXC結(jié)構(gòu)，當星 型耦合器設計有足夠冗余時，還具有波長和鏈路的模塊性，便于網(wǎng)絡升級擴容。這種結(jié)構(gòu)中沒有空間開光，也沒有交叉點，但要用較多的光濾波器 TF 和波長變換器 WC，所以傳輸特性會有所不足。阻塞特性為嚴格無阻塞、路由策略為虛波長通道、模塊性為波長或鏈路、傳輸性能較差。在以上 3 種方案中加入波長變換器后，相對無波長變換的光網(wǎng)絡會使網(wǎng)絡的傳輸特性有所下降。這就需要我們來研究高性能的波長變換器，以適應網(wǎng)絡發(fā)展的需求。三 波長變換在

8、 WDM的作用波長變換對 WDM網(wǎng)絡的性能產(chǎn)生什么影響，也是我們需要討論的一大熱點話題。概括地說：波長變換器對于頻帶資源基本耗盡 ( 波長數(shù)量固定且業(yè)務量接近飽和 ) 的網(wǎng)絡作用不大。對于集中管理交換和環(huán)形網(wǎng)的影響也不明顯，而對于大容量的網(wǎng)格網(wǎng)， 由于波長變換器的加入會使得網(wǎng)絡阻塞率大大降低。有研究資料顯示，在 2.5Gb/s 的全光網(wǎng)中不加波長變換器會比加波長變換器的網(wǎng)絡大概損失 23 倍的容 量。如果在 21%的節(jié)點上加波長變換可以減少一半的損失；如果在 35%的節(jié)點上加波長變換可以減少 75%的容量損失。事實上，波長變換器的作用大小與 WDM光網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)、波長數(shù)、波長從源到目的地所經(jīng)過的節(jié)點數(shù)以及業(yè)務量都有密切關系。波長變換除了降低網(wǎng)絡阻塞率 外，在實現(xiàn)網(wǎng)間的互聯(lián)及分布式網(wǎng)管系統(tǒng)方面的作用也是顯而易見的。譬如對內(nèi)部所有波長可以進行調(diào)度和分配的子網(wǎng)，在子網(wǎng)和上層網(wǎng)絡連接時，可以通過波長變 換把信號變換到空閑波長上，實現(xiàn)網(wǎng)絡的分布式管理。此外，波長變換還具有適配功能，把非標網(wǎng)絡種波長轉(zhuǎn)換到網(wǎng)絡標準波長上來。理想的波長變換器應用到 WDM網(wǎng)絡中應具有諸如對各種調(diào)制方式的信號透明、具有高速的變換速率、消光比無劣化等等特性的要求。但是就目前實際研究，所有波長變換的方法只能滿足其中的幾個要求，這就是說對于特定的網(wǎng)絡需要選擇特定的波長變換器。四 總