第10章光交換

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 10.1 概述概述 10.2光交換的基本器件光交換的基本器件10.3光交換原理光交換原理 10.4光分組交換技術(shù)光分組交換技術(shù)10.1 概概 述述welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience10.1.1什么是光交換？什么是光交換？ 光交換技術(shù)是一種光纖通信技術(shù)，它不經(jīng)過任何光光交換技術(shù)是一種光纖通信技術(shù)，它不經(jīng)過任何光/電裝換，在光域內(nèi)直接將輸入信號(hào)交換到不同的輸出端。電裝換，在光域內(nèi)直接將輸入信號(hào)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

2、傳輸線路與電子數(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)行光和交換機(jī)之間設(shè)置光端機(jī)進(jìn)行光/電（電（O/E）和電）和電/光光（E/O）交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信）交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信號(hào)的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。號(hào)的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。10.1 概概 述述welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience10.1.2 光交換的特點(diǎn)光交換的特點(diǎn) 1、由于光交換不涉及到電信號(hào)，所以不會(huì)受到電子、由于光交換不涉及到電信

3、號(hào)，所以不會(huì)受到電子器件處理速度的制約，可與高速的光纖傳輸速率匹配，器件處理速度的制約，可與高速的光纖傳輸速率匹配，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。 2、光交換根據(jù)波長對(duì)信號(hào)進(jìn)行路由和選路，與通信、光交換根據(jù)波長對(duì)信號(hào)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(shí)現(xiàn)透明采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳輸速率無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。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、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。路由手段。10.2 光交換的基本器件光交換的基本器件 電開關(guān)是電信號(hào)交換系統(tǒng)最基本的單元。將電開關(guān)是電信號(hào)交換系統(tǒng)最基本的單元。將許多

4、電開關(guān)組成一個(gè)陣列，在控制信號(hào)的控制下，許多電開關(guān)組成一個(gè)陣列，在控制信號(hào)的控制下，使某些電開關(guān)接通，某些電開關(guān)斷開，這樣，電使某些電開關(guān)接通，某些電開關(guān)斷開，這樣，電信號(hào)就能在這個(gè)陣列中進(jìn)行交換。信號(hào)就能在這個(gè)陣列中進(jìn)行交換。 同理，光開關(guān)是完成光交換的最基本的功能同理，光開關(guān)是完成光交換的最基本的功能器件。將一系列光開關(guān)組成一個(gè)陣列，構(gòu)成一個(gè)器件。將一系列光開關(guān)組成一個(gè)陣列，構(gòu)成一個(gè)多級(jí)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)陣列中完成光信號(hào)的交多級(jí)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)陣列中完成光信號(hào)的交換。換。 由于光交換中要控制的是光信號(hào)，所以光交由于光交換中要控制的是光信號(hào)，所以光交換中更多的要考慮結(jié)合光的物理特性進(jìn)行交換

5、。換中更多的要考慮結(jié)合光的物理特性進(jìn)行交換。10.2.1 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 圖圖 1 半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖 半導(dǎo)體光放大器可以對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行放大，并且可以利用一種被半導(dǎo)體光放大器可以對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行放大，并且可以利用一種被稱為偏置電信號(hào)的器件來控制光信號(hào)的放大倍數(shù)。當(dāng)偏置電信號(hào)的值為稱為偏置電信號(hào)的器件來控制光信號(hào)的放大倍數(shù)。當(dāng)偏置電信號(hào)的值為0時(shí)，輸入的光信號(hào)不能從光放大器的輸出端輸出，相當(dāng)于電開關(guān)的斷開；時(shí)，輸入的光信號(hào)不能從光放大器的輸出端輸出，相當(dāng)于電開關(guān)的斷開；當(dāng)偏置電信號(hào)的值為當(dāng)偏置電信號(hào)的值為1時(shí)，輸入的光信號(hào)可以從光放大器的輸出端輸出，時(shí)，

6、輸入的光信號(hào)可以從光放大器的輸出端輸出，相當(dāng)于電開關(guān)的接通。其結(jié)構(gòu)圖如下：相當(dāng)于電開關(guān)的接通。其結(jié)構(gòu)圖如下：10.2.2 耦合波導(dǎo)開關(guān)耦合波導(dǎo)開關(guān) 圖圖 2 耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 圖圖 3 耦合波導(dǎo)開關(guān)邏輯表示圖耦合波導(dǎo)開關(guān)邏輯表示圖 耦合波導(dǎo)開關(guān)有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。每個(gè)輸入和對(duì)應(yīng)的輸出形耦合波導(dǎo)開關(guān)有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。每個(gè)輸入和對(duì)應(yīng)的輸出形成一個(gè)光通道。兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出組成兩個(gè)光通道。用控制電極來控制成一個(gè)光通道。兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出組成兩個(gè)光通道。用控制電極來控制光信號(hào)的輸出狀態(tài)。當(dāng)控制電極上不加電時(shí)，其中一個(gè)光通路上的光信號(hào)光信號(hào)的輸出狀態(tài)。當(dāng)控制電極上不加電

7、時(shí)，其中一個(gè)光通路上的光信號(hào)會(huì)完全耦合接到另一個(gè)光通道上，形成光信號(hào)的交叉連接；當(dāng)控制電極上會(huì)完全耦合接到另一個(gè)光通道上，形成光信號(hào)的交叉連接；當(dāng)控制電極上加電時(shí)，原先耦合到另外的光信號(hào)會(huì)耦合回到原來的光通道上，形成光信加電時(shí)，原先耦合到另外的光信號(hào)會(huì)耦合回到原來的光通道上，形成光信號(hào)的平行連接。號(hào)的平行連接。 10.2.3 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān) 圖圖 4 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)圖硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)圖 這種開關(guān)包含兩個(gè)這種開關(guān)包含兩個(gè)3dB的定向耦合器和兩個(gè)長度相等的波導(dǎo)臂，利用的定向耦合器和兩個(gè)長度相等的波導(dǎo)臂，利用鍍?cè)阱冊(cè)贛arch-Zehnder干涉儀波導(dǎo)臂上的金屬薄

8、膜加熱器形成相位延時(shí)器，干涉儀波導(dǎo)臂上的金屬薄膜加熱器形成相位延時(shí)器，通過控制兩臂的相位差來控制光信號(hào)的接通和斷開。它的原理是利用在硅通過控制兩臂的相位差來控制光信號(hào)的接通和斷開。它的原理是利用在硅介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)的熱介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)的熱 電效應(yīng)，平時(shí)偏壓為電效應(yīng)，平時(shí)偏壓為0時(shí)，開關(guān)處于交叉連接狀態(tài)，但時(shí)，開關(guān)處于交叉連接狀態(tài)，但是當(dāng)波導(dǎo)臂被加熱后，開關(guān)切換到平行的連接狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)圖如下：是當(dāng)波導(dǎo)臂被加熱后，開關(guān)切換到平行的連接狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)圖如下：10.2.4 波長轉(zhuǎn)換器波長轉(zhuǎn)換器 圖圖 5 光光/電電/光波長轉(zhuǎn)換器光波長轉(zhuǎn)換器 波長轉(zhuǎn)換器有多種實(shí)現(xiàn)方式，以下介紹一種比較簡單的波長轉(zhuǎn)換器有多種實(shí)現(xiàn)方式，

9、以下介紹一種比較簡單的O/E/O(光光/電電/光光)轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)一個(gè)波長為轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)一個(gè)波長為 的光信號(hào)輸入時(shí)，由一個(gè)被稱為光電探測的光信號(hào)輸入時(shí)，由一個(gè)被稱為光電探測器的器件把它轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電信號(hào)，然后通過外調(diào)制器調(diào)制或激光器把這個(gè)器的器件把它轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電信號(hào)，然后通過外調(diào)制器調(diào)制或激光器把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)波長為電信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)波長為 的輸出光信號(hào)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：的輸出光信號(hào)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：ii10.3 光光 交交 換換 原原 理理 空空 分分 光光 交交 換換 時(shí)時(shí) 分分 光光 交交 換換 波波 分分 / 頻頻 分分 光光 交交 換換10.3.1 空空 分分 光光

10、交交 換換 圖圖 6 22光開關(guān)光開關(guān) 空分光交換就是在空間域上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交換?？辗止饨粨Q的基本原空分光交換就是在空間域上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交換?？辗止饨粨Q的基本原理就是利用光開關(guān)組成開關(guān)矩陣，通過對(duì)開關(guān)矩陣進(jìn)行控制，建立任一輸理就是利用光開關(guān)組成開關(guān)矩陣，通過對(duì)開關(guān)矩陣進(jìn)行控制，建立任一輸入光纖到任一輸出光纖之間的物理通路連接。光開關(guān)是空分光交換中最基入光纖到任一輸出光纖之間的物理通路連接。光開關(guān)是空分光交換中最基本功能元件，它最基本的形式如下圖：本功能元件，它最基本的形式如下圖： 22的光開關(guān)與其他的光開關(guān)級(jí)聯(lián)、組合，可以構(gòu)成比較大型的空分的光開關(guān)與其他的光開關(guān)級(jí)聯(lián)、組合，可以構(gòu)成比較大型的空

11、分光交換單元?？辗止饨粨Q單元通過不同的方式連接可以構(gòu)成空分光交換網(wǎng)光交換單元?？辗止饨粨Q單元通過不同的方式連接可以構(gòu)成空分光交換網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。10.3.2 時(shí)時(shí) 分分 光光 交交 換換 圖圖 7 時(shí)分光交換過程示意圖時(shí)分光交換過程示意圖 時(shí)分光交換的原理是：將輸入的某一時(shí)隙上的光信號(hào)交換至另外一個(gè)時(shí)分光交換的原理是：將輸入的某一時(shí)隙上的光信號(hào)交換至另外一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行輸出。時(shí)隙進(jìn)行輸出。10.3.3 波波 分分 / 頻頻 分分 光光 交交 換換 圖圖 8 半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖 波分交換是根據(jù)光信號(hào)的波長來進(jìn)行通路選擇的交換方式。其基本原波分交換是根據(jù)光信號(hào)的波長來進(jìn)行通路選擇的交換

12、方式。其基本原理是對(duì)于波分復(fù)用信號(hào)使用不同的波長來區(qū)分各路原始信號(hào)，通過改變輸理是對(duì)于波分復(fù)用信號(hào)使用不同的波長來區(qū)分各路原始信號(hào)，通過改變輸入光信號(hào)的波長，把某個(gè)波長的光信號(hào)變換成另一個(gè)波長的光信號(hào)輸出，入光信號(hào)的波長，把某個(gè)波長的光信號(hào)變換成另一個(gè)波長的光信號(hào)輸出，即實(shí)現(xiàn)波長互換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各路原始信號(hào)的交換。即實(shí)現(xiàn)波長互換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各路原始信號(hào)的交換。10.4 光分組交換技術(shù)光分組交換技術(shù) 光分組交光分組交換系統(tǒng)換系統(tǒng)光路交換光路交換方式方式（）（）光分組交光分組交換方式換方式（）（）空分交換空分交換ATM光交換時(shí)分交換時(shí)分交換波分頻波分頻分交換分交換透明光分組交換光突發(fā)交換10.4.

13、1 透明光分組交換技術(shù)透明光分組交換技術(shù) 1.交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型 圖圖 9 通用的光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型通用的光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型 2.光分組交換的幀格式光分組交換的幀格式 圖圖 10 光分組交換的幀格式光分組交換的幀格式光分組交換的幀結(jié)構(gòu)包括分組頭和載荷，如下圖所示：光分組交換的幀結(jié)構(gòu)包括分組頭和載荷，如下圖所示： 分組頭包括分組頭同步比特和路由標(biāo)記，載荷則包括載荷同步分組頭包括分組頭同步比特和路由標(biāo)記，載荷則包括載荷同步比特和凈荷。在分組頭和載荷的中間存在一定的保護(hù)時(shí)隙。為了比特和凈荷。在分組頭和載荷的中間存在一定的保護(hù)時(shí)隙。為了補(bǔ)償光器件的交換時(shí)間、凈荷在節(jié)點(diǎn)處可能存在的

14、抖動(dòng)以及在網(wǎng)補(bǔ)償光器件的交換時(shí)間、凈荷在節(jié)點(diǎn)處可能存在的抖動(dòng)以及在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處同步單元的有限沖突，在分組頭前和載荷后都要插入保絡(luò)節(jié)點(diǎn)處同步單元的有限沖突，在分組頭前和載荷后都要插入保護(hù)時(shí)隙。為了在交換節(jié)點(diǎn)和采用光纖延長線的分組緩存中簡化同護(hù)時(shí)隙。為了在交換節(jié)點(diǎn)和采用光纖延長線的分組緩存中簡化同步的操作，光分組采用具有固定比特率的分組頭。而凈荷只是具步的操作，光分組采用具有固定比特率的分組頭。而凈荷只是具有固定的時(shí)隙有固定的時(shí)隙3.網(wǎng)絡(luò)參考模型網(wǎng)絡(luò)參考模型 圖圖 11 光分組交換分層網(wǎng)絡(luò)參考模型光分組交換分層網(wǎng)絡(luò)參考模型 光分組交換的網(wǎng)絡(luò)參考模型分為三層：高層、光分組交換的網(wǎng)絡(luò)參考模型分為三層：高

15、層、OTP層和透明光傳輸層和透明光傳輸層，如下圖所示：層，如下圖所示： 圖圖 12 光透明分組層的參考模型光透明分組層的參考模型 數(shù)據(jù)匯聚子層（數(shù)據(jù)匯聚子層（DCSL）、網(wǎng)絡(luò)子層（）、網(wǎng)絡(luò)子層（NSL）、）、鏈路子層（鏈路子層（LSL）和波長匯聚子層（）和波長匯聚子層（WLSL）10.4.2 光突發(fā)交換技術(shù)（光突發(fā)交換技術(shù)（OBS）突發(fā)：由具有相同出口邊緣路由器地址和相同服務(wù)質(zhì)量（突發(fā)：由具有相同出口邊緣路由器地址和相同服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求的分）要求的分 組（包括組（包括IP分組、以太網(wǎng)幀、幀中繼等）匯聚而成，它是分組、以太網(wǎng)幀、幀中繼等）匯聚而成，它是OBS的的基本交換單位?；窘粨Q單位。 偏置時(shí)間：在偏置時(shí)間：在OBS中，控制分組先于突發(fā)數(shù)據(jù)分組傳送，偏置時(shí)間是控制中，控制分組先于突發(fā)數(shù)據(jù)分組傳送，偏置時(shí)間是控制分組和它相對(duì)應(yīng)的突發(fā)數(shù)據(jù)分組之間的時(shí)間間隔。分組和它相對(duì)應(yīng)的突發(fā)數(shù)據(jù)分組之間的時(shí)間間隔。 JET協(xié)議：協(xié)議：JET協(xié)議有兩個(gè)重要的特征：一是控制分組包含必