全光通信網(wǎng)教學(xué)課件匯總完整版電子教案全書課件(最新)

1、全光通信網(wǎng)2022/8/29全光通信網(wǎng)全光通信光纖通信光通信通信按通信信道分類通信有線通信有線電通信光纖通信雙絞線同軸電纜無線通信短波通信微波通信衛(wèi)星通信紅外線通信同步衛(wèi)星中、低軌道衛(wèi)星按通信手段分類通信有線電通信光通信無線電通信自由空間光通信光纖通信大氣光通信深空光通信對潛光通信機載光通信全光通信網(wǎng)2022/8/29全光通信網(wǎng)課程主要內(nèi)容第一章 概述第二章 光開光技術(shù)第三章 光交換技術(shù)第四章 光傳送網(wǎng)技術(shù)第五章 光交叉連接設(shè)備第六章 光分插復(fù)用器第七章 全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與保護技術(shù)第八章 光傳送網(wǎng)管理第九章 IP over WDM第十章 自動交換光網(wǎng)絡(luò)2022/8/29教材及參考資料全光通信網(wǎng)技術(shù)

2、李維民北京郵電大學(xué)出版社2009.8IP數(shù)據(jù)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用黃善國人民郵電出版社2008.4光纖通信網(wǎng)李躍輝西安電子科技大學(xué)出版社2009.11智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用實踐唐雄燕電子工業(yè)出版社2005.32022/8/29全光通信網(wǎng)相關(guān)的中文期刊 光通信技術(shù) 光通信研究 光子學(xué)報 半導(dǎo)體光電 光電子. 激光 光學(xué)學(xué)報2022/8/29全光通信網(wǎng)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫 CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 CNKI中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 萬方數(shù)據(jù)庫 維普中文期刊數(shù)據(jù)庫 超星數(shù)字圖書館 國際光學(xué)工程協(xié)會會議文獻(SPIE) 美國IEL（IEEE/IEE Electronic Library）數(shù)據(jù)庫： 美國電氣與電子工

3、程師（IEEE）學(xué)會和英國電氣工程師（IEE） 2022/8/29全光通信網(wǎng)學(xué)時:20考核方法：“1:1:3:5”綜合評定方式成績組成分值合計平時作業(yè)及大作業(yè)10100課堂提問與發(fā)言10課程論文撰寫及匯報30課終考試成績50考核說明第一章 概述2022/8/29主要內(nèi)容1. 全光通信網(wǎng)基本概念2. 光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演變2022/8/29目的、要求：掌握全光通信網(wǎng)的基本概念；理解光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演進。重點：全光通信網(wǎng)的基本概念難點：光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演進2022/8/29全光通信網(wǎng)光纖通信工作在近紅外區(qū)，即波長是0.8-1.8m，對應(yīng)的頻率為167-375THz。 什么是光纖通信？ ？ 以光波為載頻，以

4、光導(dǎo)纖維（光纖)為傳輸媒介的通信方式。 2022/8/29全光通信網(wǎng)電端機電端機光發(fā)送機光接收機光纜光纜中繼器O/EE/O用戶信號用戶信號一般的光纖通信系統(tǒng)2022/8/29全光通信網(wǎng)1310nm、1550nm 兩個窗口 約27 THz0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.72.01.51.00.5 0(dB/km)(m)12THz15THz普通單模光纖的損耗特性曲線把光纖可能應(yīng)用到的波段范圍劃分為若干個波段，每個波段用作一個獨立的通道傳輸預(yù)定波長的光信號。WDM: Wavelength Division Multiplexing WDMl0數(shù)據(jù) 話音l1ln2

5、.波分復(fù)用：在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的 一種技術(shù)。WDM系統(tǒng)工作原理M40MUXDEMUXM40T1T2Tn-1Tn 1, 2, n12n-1nR1R2Rn-1Rnn-112n光 纖發(fā)送端接收端SDH signalIP packageATM cells2022/8/29全光通信網(wǎng)Wavelength Division Multiplexing 在一根光纖中用不同波長的光載波同時傳輸若干個信道的信號。 粗波分復(fù)用（CWDM），通道間隔小于50nm 密集波分復(fù)用（DWDM），通道間隔小于0.8nm超密集波分復(fù)用（SDWDM），間隔小于0.2nm2022/8/29全光通信網(wǎng) 單信道比特率2.

6、5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s 20G 80G 320G 40G 160G 640G400G 1.6T 6.4T1603216 8 1WDM通路數(shù)WDM網(wǎng)絡(luò)容量的演進如何提高網(wǎng)絡(luò)容量？2022/8/29全光通信網(wǎng)目前商用系統(tǒng)主要為(16-40)2.5/10Gb/s2009年單信道速率160Gb/s的DWDM系統(tǒng)2009.4單信道速率100Gb/s 在法國和德國電信網(wǎng)絡(luò)中開展商用試驗已規(guī)劃商用容量：6.4Tb/s(80 x80Gb/s)(北電)2022/8/29全光通信網(wǎng)WDM技術(shù)的發(fā)展研究方向 更多波長、單波長更高速率點對點系統(tǒng)環(huán)形網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng) WDM聯(lián)網(wǎng)什么是網(wǎng)絡(luò)？由節(jié)點和鏈路組成一定的

7、拓撲結(jié)構(gòu)什么是光網(wǎng)絡(luò)？由光纖鏈路和光節(jié)點設(shè)備（光終端、光交換、光路由等）組成的網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)的基本概念transmitterreceiverLinkTelecommunications: Point-to-Point SystemsNode 1LinkLinkLinkLinkLinkLinkNode 3Node 2Node kNode 1LinkLinkNode 3Node 2Node kServerNode 1LinkLinkLinkLinkNode 3Node 2Node kNode 1Node 3Node 2Node kTelecommunications NetworksMesh Topo

8、logyStar TopologyRing topologyBus TopologyLinkLinkLinkInformationInformation(voice, video, data)(voice, video, data)Transmission medium2022/8/29光網(wǎng)絡(luò)的基本概念代表由光纖提供的大容量、長距離、高可靠的鏈路傳輸手段。網(wǎng)絡(luò)強調(diào)在上述媒質(zhì)基礎(chǔ)上，利用先進的電或光交換技術(shù)，引入控制和管理機制，實現(xiàn)多節(jié)點間的聯(lián)網(wǎng)，以及針對資源與業(yè)務(wù)的靈活配置。光光網(wǎng)絡(luò)（ON，Optical Network） 2022/8/29全光通信網(wǎng)全光網(wǎng)絡(luò)（AON，All Optical

9、Network）業(yè)務(wù)信號的上傳、下載及交換過程均以光波的形式進行，而沒有任何的光電及電光轉(zhuǎn)換，全部過程都在光域范圍內(nèi)完成。 不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和交換節(jié)點的吞吐量。2022/8/29全光通信網(wǎng)光傳送網(wǎng)絡(luò)(OTN，Optical Transport Network)在現(xiàn)有的傳送網(wǎng)中加入光層，提供光交叉連接和分插復(fù)用功能，提供有關(guān)客戶層信號的傳送、復(fù)用、選路、管理、監(jiān)控和生存性功能。子網(wǎng)內(nèi)全光透明，而在子網(wǎng)邊界處采用O/E/O技術(shù)。 2022/8/29全光通信網(wǎng)光傳輸系統(tǒng)交換/選路節(jié)點 光網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成多波長光網(wǎng)絡(luò)示意

10、圖2022/8/29全光通信網(wǎng)多波長光網(wǎng)絡(luò)的基本思想 將點到點的WDM系統(tǒng)用OXC節(jié)點和OADM節(jié)點連接起來，組成以端到端為基礎(chǔ)的光傳送網(wǎng)。 WDM技術(shù)負責(zé)完成OTN節(jié)點之間的多波長通道的光信號的傳輸； OXC節(jié)點和OADM節(jié)點則負責(zé)完成對光通道的交換配置功能。 2022/8/29全光通信網(wǎng) ASON, Automatic Switched Optical Network自動交換光網(wǎng)絡(luò) 在傳統(tǒng)的靜態(tài)光網(wǎng)絡(luò)中引入動態(tài)交換和智能控制能力，從而使傳送網(wǎng)實現(xiàn)從承載網(wǎng)向業(yè)務(wù)網(wǎng)的演進。2022/8/29全光通信網(wǎng)光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演變?nèi)饩W(wǎng)絡(luò)光電混合網(wǎng)電網(wǎng)絡(luò)2022/8/29全光通信網(wǎng)以光傳送網(wǎng)(OTN)

11、為代表以SDH網(wǎng)絡(luò)為代表以ASON/ASTN為代表的智能光網(wǎng)絡(luò)第一代第二代第三代 光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程2022/8/29全光通信網(wǎng)ADMADMADMADMADMADMDXCSDH/SONET環(huán)網(wǎng)SDH/SONET環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸采用光技術(shù)，而交換采用電技術(shù)；交換粒度：一般為STM-1（155Mb/s），可對E1 （2Mb/s）分插復(fù)用。第一代光網(wǎng)絡(luò)：SDH/SONET環(huán)網(wǎng)強大而靈活的交叉調(diào)度能力多種完善的保護機制規(guī)范的映射、復(fù)用，多層次的嵌入式開銷豐富的可運營可管理經(jīng)驗SDH的優(yōu)勢電層處理機制 目前的光電混合網(wǎng)絡(luò)僅由光傳輸系統(tǒng)和電子節(jié)點組成。光電混合網(wǎng)電子節(jié)點光節(jié)點邊緣電網(wǎng)絡(luò)光傳輸系統(tǒng)核心光網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有光

12、電混合網(wǎng)不足： 光技術(shù)僅用于兩個節(jié)點間的點對點傳輸，以VC調(diào)度為基礎(chǔ)，不能滿足未來骨干網(wǎng)節(jié)點Tbit/s以上的大容量業(yè)務(wù)調(diào)度SDH在傳送層面的不足2022/8/29全光通信網(wǎng)OXC，OADM+DXC，ADM驅(qū)動力：光傳輸容量急劇提高，節(jié)點處交換量大增 （Tb/s至Pb/s）ADMADMOXCADMOADMADMOADMDXCADMOADMADMOADM第二代光網(wǎng)絡(luò)：OTNOBA.MuxDemux. l1.OTUOSCOSCOSCOSCOBA：光功率放大器OLA：光線路放大器OPA：光前置放大器OSCOPAOLAOLAOPAOLAOLAOBADemuxMuxlkk+1Nl1lkk+1NOTUOT

13、UOTU彩色接口彩色接口彩色接口彩色接口普通接口普通接口客戶客戶客戶客戶普通接口普通接口客戶客戶客戶客戶多波長傳輸信號OTU：光轉(zhuǎn)發(fā)單元OSC：光監(jiān)控信道Mux/Demux：復(fù)用器/解復(fù)用器WDM點亮了光網(wǎng)絡(luò)層波分復(fù)用系統(tǒng)：WDM業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活組網(wǎng)能力差保護機制不完善簡單的OSC，無法對通道進行精確的管理傳統(tǒng)WDM在寬帶業(yè)務(wù)承載方面的局限傳統(tǒng)的WDM設(shè)備無法滿足要求，問題主要在調(diào)度、保護、管理等方面。WDM和OTN技術(shù)比較WDM波分復(fù)用把不同波長的光信號復(fù)用到一 根光纖中傳送的技術(shù)主要功能（線路技術(shù)、模擬信號）多波長復(fù)用高速長距離傳輸光層監(jiān)控和管理OTN光傳送網(wǎng)絡(luò)通過引入電域子層，為客戶信號提

14、供在波長/子波長上進行傳送、復(fù)用、交換、監(jiān)控和保護恢復(fù)的技術(shù)特點（節(jié)點技術(shù)、數(shù)字化、交叉）線路上采用WDM技術(shù)采用G.709封裝和開銷管理，提高管理和互通能力對波長/子波長進行交叉連接提高組網(wǎng)、保護和調(diào)度能力2022/8/29全光通信網(wǎng)routerrouterOXCrouterOADMrouterOADMrouterrouterOADMrouterOADMOXC，OADM+router驅(qū)動力：動態(tài)帶寬分配，集成的智能控制層面。第三代光網(wǎng)絡(luò)：智能光網(wǎng)絡(luò)等級鉆石級金級銀級銅級鐵級標(biāo)志保護方式永久11保護保護與恢復(fù)（重路由）恢復(fù)（重路由）無保護額外傳送業(yè)務(wù)恢復(fù)時間30ms50ms100ms2s不保證

15、不保證業(yè)務(wù)分級，提供差異化等級服務(wù) 通過將業(yè)務(wù)配置為不同的保護和恢復(fù)類型，可劃分不同的業(yè)務(wù)等級，為用戶提供差異化服務(wù) 傳送平面控制平面智能控制的引入豐富了光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)涵信令處理資源管理業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)保護恢復(fù)路由控制提供BoD、OVPN等新型增值業(yè)務(wù)Time7:00pm3:00pm 9:00am帶寬需求9:003:003:007:007:00后BBOD實現(xiàn)真正的按需分配按需帶寬業(yè)務(wù)2022/8/29全光通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)將從不透明逐步走向透明透明子網(wǎng)不透明節(jié)點透明子網(wǎng)中光通道實現(xiàn)端到端的連接不透明節(jié)點實現(xiàn)子網(wǎng)間互聯(lián)，包括電子3R再生隨著光子技術(shù)的發(fā)展，透明子網(wǎng)的范圍逐步擴大。透明節(jié)點光交換結(jié)構(gòu)電交換結(jié)構(gòu)不透明節(jié)

16、點O/EE/O2022/8/29全光通信網(wǎng)下一代光網(wǎng)絡(luò)： 智能感知、面向業(yè)務(wù)應(yīng)用、可贏利的光網(wǎng)絡(luò)“技術(shù)”與“需求”的推、拉二重奏“手腳”與“頭腦”的革命帶寬服務(wù)的“量變”與“質(zhì)變”效益幾點結(jié)論 一代立標(biāo)準(zhǔn)、二代擴容量、三代重智能、四代比服務(wù) 2022/8/29全光通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進傳輸復(fù)用交換/選路組網(wǎng)全光傳輸距離約為600km，無電再生中繼距離已達4000km向基于光分組的統(tǒng)計復(fù)用方式發(fā)展沿著“點到點環(huán)多環(huán)網(wǎng)狀網(wǎng)”的方向發(fā)展沿著“干線網(wǎng)本地/城域網(wǎng)接入網(wǎng)/用戶駐地網(wǎng)”的次序逐步滲透應(yīng)用向光分組交換的方向發(fā)展2022/8/29全光通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)功能的演變2022/8/29全光通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

17、技術(shù)的發(fā)展2022/8/29全光通信網(wǎng)小 結(jié)光通信的發(fā)展WDM技術(shù)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演變 超高速大容量長距離網(wǎng)絡(luò)化更多波長、單波長更高速率WDM聯(lián)網(wǎng)WDM在城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的應(yīng)用幾個基本概念光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進傳輸、復(fù)用、交換、組網(wǎng)方式和應(yīng)用領(lǐng)域2022/8/29全光通信網(wǎng)作業(yè) 1. 簡述光網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)絡(luò)和光傳送網(wǎng)的含義。 2. 簡述光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演變過程。 第二章 光開關(guān)技術(shù)2022/8/29全光通信網(wǎng)開關(guān)switch 開關(guān)動作switching光開關(guān)optical switch, optical switching optical switching光交換主要內(nèi)容2022/8/29全光通信

18、網(wǎng)一. 光開關(guān)的基本概念二. MEMS光開關(guān)三. 熱光開關(guān)四. 氣泡光開關(guān)五. 光開關(guān)在光通信中的應(yīng)用2022/8/29全光通信網(wǎng)？光開關(guān)參量：功率(光強)、波長(頻率)、方向、相位、偏振等定義1：使光信號的參量發(fā)生快速、可逆轉(zhuǎn)換的器件。李淳飛全光開關(guān)原理科學(xué)出版社2022/8/29全光通信網(wǎng)光開關(guān)定義2：光開關(guān)是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口、可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的器件。全光通信網(wǎng)技術(shù)2022/8/29全光通信網(wǎng)22 平行連接 交叉連接光開關(guān)基本的形式2022/8/29全光通信網(wǎng)2*2光開關(guān)級聯(lián)構(gòu)成8*8光開關(guān)光開關(guān)的性能參數(shù)插入損耗開關(guān)時間消光比隔離

19、度串?dāng)_某一輸出端口與輸入端口光功率的比值。2022/8/29全光通信網(wǎng)Pi輸入功率Pn直通功率Pm1. 插入損耗（Insertion Loss)插入損耗與開關(guān)的狀態(tài)有關(guān)！指開關(guān)端口從某一初始狀態(tài)轉(zhuǎn)為通或斷所需的時間。開關(guān)時間(Switching Time)開關(guān)時間從開關(guān)上施加或撤去轉(zhuǎn)換能量的時刻算起。 開-關(guān)比/消光比(Extinction Ratio)2022/8/29ILin表示當(dāng)i、n兩端口處于導(dǎo)通狀態(tài)的插入損耗IL0in 表示當(dāng)i、n兩端口處于不導(dǎo)通狀態(tài)的插入損耗 輸入和輸出兩端口處于導(dǎo)通（開啟）與非導(dǎo)通（關(guān)閉）狀態(tài)的插入損耗之差。開-關(guān)比/消光比(Extinction Ratio)2

20、022/8/29全光通信網(wǎng)Pmax表示光開關(guān)的最大輸出光功率Pmin表示光開關(guān)的最小輸出光功率 開關(guān)比的大小影響著光交換信號的質(zhì)量，最終影響光傳輸系統(tǒng)的誤碼率（數(shù)字系統(tǒng)）或質(zhì)量（模擬系統(tǒng)）。2022/8/29全光通信網(wǎng)Pi輸入功率Pn直通功率Pm隔離度（Isolation）指兩個相隔離輸出端口光功率的比值。n導(dǎo)通，m斷開，Pin是光從i端口輸入時n端口的輸出光功率；Pim是光從i端口輸入時在m端口測得的光功率。2022/8/29串?dāng)_（crosstalk) 串入相鄰某輸出端的光功率與光開關(guān)接通輸出端的光功率的比值。Pn為從開關(guān)接通的n輸出端輸出的光功率；Pm為串入m輸出端的光功率。2022/8/

21、29全光通信網(wǎng)光通信網(wǎng)絡(luò)中的光開關(guān)2022/8/29按照器件原理，光開關(guān)可以分為機械式開關(guān)和非機械式開關(guān)。損耗越來越高，速度越來越快機械式光開關(guān)非機械式光開關(guān)電機械原理熱光原理電光原理移動軌道光反射反射鏡棱鏡SiO2聚合物交叉波導(dǎo)MEMS電介質(zhì)半導(dǎo)體液晶LiNb03InpSOA光開關(guān)的分類其他原理(聲光/磁光等)2022/8/29依靠光纖或光學(xué)元件的移動或旋轉(zhuǎn)，使光路發(fā)生改變輸入光纖輸出光纖12N1N移動光纖光開關(guān)12移動反射鏡開關(guān)旋轉(zhuǎn)軸反射鏡光纖機械式光開關(guān)反射鏡型光開關(guān)示意圖 2022/8/29全光通信網(wǎng)機械式光開關(guān)優(yōu)缺點優(yōu)點 插入損耗低(45dB)，與波長和偏振無關(guān)； 制作技術(shù)成熟。缺點

22、 開關(guān)動作時間較長（ms量級）； 體積偏大，且不易做成大型的光開關(guān)矩陣； 有時存在回跳抖動和重復(fù)性差的問題。2022/8/292022/8/29依靠電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)和熱光效應(yīng)等來改變波導(dǎo)折射率使光路發(fā)生變化具有開關(guān)時間短，體積小，便于集成的優(yōu)點，但插入損耗大，隔離度低。非機械式光開關(guān)（波導(dǎo)型光開關(guān)）MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems)2022/8/29全光通信網(wǎng)MEMS光開關(guān)MEMS是一種在半導(dǎo)體襯底材料上，用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝制造出可以前傾后仰、上下移動或旋轉(zhuǎn)的微反射鏡陣列，在驅(qū)動力的作用下，對輸入光信號可切換到不同輸出光纖的微機電系統(tǒng)。二維

23、微鏡轉(zhuǎn)動示意圖2022/8/29全光通信網(wǎng)二維微電機系統(tǒng)(MEMS )光開關(guān)示意圖2022/8/29全光通信網(wǎng)二維MEMS開關(guān)需要N2個微鏡來完成NN自由空間光交叉連接 2022/8/29全光通信網(wǎng)MEMS微機電系統(tǒng)開關(guān) 2022/8/29全光通信網(wǎng) 在硅片上用微加工技術(shù)做出大量可移動的微型鏡片構(gòu)成的開關(guān)陣列。左圖采用16個可以轉(zhuǎn)動的微型反射鏡，實現(xiàn)兩組光纖束間的44光互連。 開關(guān)微鏡及其陣列的顯微照片2022/8/29全光通信網(wǎng)開關(guān)微鏡及其陣列的顯微照片三維MEMS光開關(guān) 2022/8/29全光通信網(wǎng)三維是通過光束偏轉(zhuǎn)改變光束方向，實現(xiàn)光交叉互連。其在N路輸入光纖和N路輸出光纖之間使用了2N

24、個微鏡，每個微鏡有N個可能的位置，從而實現(xiàn)NN開關(guān)矩陣。通常微反射鏡的尺寸只有140m150m，驅(qū)動力可以利用熱力效應(yīng)、磁力效應(yīng)和靜電效應(yīng)產(chǎn)生。2022/8/29全光通信網(wǎng)MEMS光開關(guān)的特點這種器件的特點是體積小、消光比大(60dB左右)、對偏振不敏感、成本低，其開關(guān)速度適中(約5ms)，插入損耗小于1 dB。 波導(dǎo)型光開關(guān)通過改變波導(dǎo)折射率使光路發(fā)生改變，從而實現(xiàn)對光信號的開關(guān)控制。其中折射率的改變可基于不同的原理，如磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、電光效應(yīng)和熱光效應(yīng)等。2022/8/29全光通信網(wǎng)熱光開關(guān)波導(dǎo)型光開關(guān)的定義2022/8/29全光通信網(wǎng) 指通過電流加熱的方法，使介質(zhì)的溫度變化，導(dǎo)致光在

25、介質(zhì)中傳播的折射率和相位發(fā)生改變的物理效應(yīng)。 干涉式光開關(guān)（Interferometric Switches）數(shù)字光開關(guān)（DOS：Digital Optical Switches） 也叫分支器型熱光開關(guān)熱光效應(yīng)2022/8/29 主要利用馬赫-曾德爾干涉原理制造，主導(dǎo)思想：利用光相位特性與光的傳輸距離有關(guān)，輸入光被分成兩路，在兩個分開的光波導(dǎo)里面進行傳輸，再合并。在兩個波導(dǎo)臂上鍍上金屬薄膜加熱器形成相位延時器，通過控制加熱器實現(xiàn)干涉的相長或相消，以達到開關(guān)的目的。干涉式熱光開關(guān)2022/8/29全光通信網(wǎng)3dB定向耦合器I2I1O1(不加熱)O2(加熱)熱光移相器(薄膜加熱)LnMZI型熱光開

26、關(guān)P，P /2, (p), (-p)P /2,(-p/2)(-p/2), (-p/2)(p), (-p)(p/2), (-p/2)不加熱時為交叉連接加熱時為平行連接干涉式光開關(guān) MZI型熱光開關(guān)2022/8/29I2I1O1(不加熱)O2(加熱)熱光移相器(薄膜加熱)L n材料折射率相移區(qū)域長度設(shè)信號從I1端輸入，則從O2端與O1端輸出的透射率分別為：為溫度的變化量；為真空波長；a為熱光系數(shù)，與材料的種類有關(guān)；L為相移區(qū)域的長度；MZI型熱光開關(guān)為相位的變化.2022/8/29全光通信網(wǎng)干涉式光開關(guān) 消光比是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的2倍。器件制作的容差能力加大。相當(dāng)于兩個帶通濾波器并聯(lián)，有較大的帶寬，有益于

27、DWDM網(wǎng)絡(luò)。在開關(guān)陣列中減少開關(guān)數(shù)量。雙MZI型熱光開關(guān)不通電流加熱：1 2，2 1 通電流加熱：1 1，2 2數(shù)字式光開關(guān) 2022/8/29全光通信網(wǎng)原理：非對稱Y分支器中，光波主要向有效折射率大的分支傳輸。被加熱的分支波導(dǎo)折射率減小，從而阻止光沿著該分支傳輸（即處于“關(guān)”的狀態(tài)）功耗比較大(200mW左右)，插損約3 - 4dB，消光比約20dB。薄膜加熱器輸入輸出1輸出22022/8/29全光通信網(wǎng) 安捷倫公司結(jié)合熱噴墨打印和硅平面光波導(dǎo)兩種技術(shù)，開發(fā)出的二維光交叉連接系統(tǒng)。又稱為“光子交換平臺”。 由許多交叉的硅波導(dǎo)和經(jīng)過交叉點的溝道組成，溝道中填充特定的折射率匹配液。 缺省條件下

28、，入射光可沿著波導(dǎo)無交換傳輸。當(dāng)需要交換時，一個熱敏硅片會在液體中波導(dǎo)交叉點處產(chǎn)生一個氣泡，氣泡將入射波導(dǎo)中的光信號全反射至輸出波導(dǎo)，實現(xiàn)光路的選擇、轉(zhuǎn)換。四、氣泡光開關(guān) 2022/8/29全光通信網(wǎng)匹配液被加熱形成氣泡對通過的光產(chǎn)生全反射交叉點匹配液波導(dǎo)Agilent公司已制出32x32光開關(guān)子系統(tǒng)開關(guān)時間小于10ms,串?dāng)_做到-70dB四、氣泡光開關(guān) 2022/8/29全光通信網(wǎng)各種光開關(guān)的性能比較2022/8/29全光通信網(wǎng)器件種類串?dāng)_dB優(yōu)點缺點應(yīng)用機械光開關(guān)60100插入損耗小，串?dāng)_低體積大，低速，擴展性差網(wǎng)絡(luò)保護、OADM電光開關(guān)(LiNbO3波導(dǎo))3035高速(1ns)損耗大、串

29、擾大、偏振敏感、擴展性差保護、OADM熱光開關(guān)30集成度高損耗大、串?dāng)_大、消耗功率大、擴展性差保護、OADM半導(dǎo)體增益門開關(guān)50高速(1ns)能補償損耗噪聲大、失真大、擴展性差保護、廣播、OADM、分組交換液晶開關(guān)40規(guī)模大溫度敏感、封裝不容易保護、OXC、OADM氣泡技術(shù)開關(guān)4550規(guī)模大擴展性差、封裝不容易保護、OXC、OADM微電機系統(tǒng)MEMS5055規(guī)模大封裝不容易OXC光網(wǎng)絡(luò)的保護倒換系統(tǒng)光纖測試中的光源控制網(wǎng)絡(luò)性能的實時監(jiān)控系統(tǒng)光器件的測試構(gòu)建OXC設(shè)備的交換核心光分插復(fù)用光傳感系統(tǒng)光學(xué)測試2022/8/29全光通信網(wǎng)光開關(guān)在光通信中的應(yīng)用 當(dāng)工作通道傳輸中斷或性能劣化到一定程度，

30、光開關(guān)將主信號自動轉(zhuǎn)至備用光纖系統(tǒng)傳輸。2022/8/29全光通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)的保護倒換系統(tǒng)源端橋接保護通道工作通道目的端優(yōu)收光耦合器光開關(guān)TXRX2022/8/29全光通信網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)的保護倒換系統(tǒng) 在遠端光纖測試點，通過1N多路光開關(guān)把多根光纖接到光時域反射儀上，進行實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。2022/8/29全光通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的實時監(jiān)控系統(tǒng) 利用1N光開關(guān)，每一個通道對應(yīng)一個特定的測試參數(shù)，可同時測試多種光器件，提高效率。光器件的測試 12光開關(guān)在光纖測試技術(shù)中主要應(yīng)用于控制光源的接通和切斷。 光纖測試中的光源控制2022/8/29全光通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的實時監(jiān)控、光器件的測試2022/8/29全光通信網(wǎng)光開關(guān)

31、DEMUXDEMUX光開關(guān)MUXMUX波長變換節(jié)點共享波長變換器的OXC結(jié)構(gòu) 構(gòu)建OXC設(shè)備的交換核心2022/8/29全光通信網(wǎng) 用光開關(guān)OADM可以通過軟件控制動態(tài)上下任意波長，增加網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性。光分插復(fù)用器OADMSingle wavelength drop portsInput portOutput portSingle wavelength add portsi j j i j i 1 n i 1 j n 輸出信號 光開關(guān) 解 復(fù) 用 器 復(fù) 用 器 上路波長 下路波長輸入信號 1N光開關(guān)還可應(yīng)用于點傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)空分復(fù)用和時分復(fù)用。2022/8/29全光通信網(wǎng)光傳感系統(tǒng) 1N和

32、N1光開關(guān)還可組成光學(xué)掃描鏡陣列。光學(xué)測試2022/8/29全光通信網(wǎng)思考題： 光開關(guān)技術(shù)的研究進展。作業(yè)題：書上P26，13題 1. 簡述光開關(guān)的應(yīng)用范圍。 2. 什么是MEMS光開關(guān)？簡述其工作原理。 3. 什么是波導(dǎo)型光開關(guān)？熱光開關(guān)主要有幾種？ 畫圖并說明MZI型熱光開關(guān)的工作原理 。？光開關(guān)參量：功率(光強)、波長(頻率)、方向、相位、偏振等定義1：使光信號的參量發(fā)生快速、可逆轉(zhuǎn)換的器件。李淳飛全光開關(guān)原理科學(xué)出版社插入損耗開關(guān)時間消光比隔離度串?dāng)_二維微電機系統(tǒng)(MEMS )光開關(guān)示意圖2022/8/29全光通信網(wǎng)二維MEMS開關(guān)需要N2個微鏡來完成NN自由空間光交叉連接 3dB定向

33、耦合器I2I1O1(不加熱)O2(加熱)熱光移相器(薄膜加熱)LnMZI型熱光開關(guān)1，211(p)1, 2(-p)2(-p/2)1(-p/2), 2(-p/2)1(p), 2(-p)1(p/2), 2(-p/2)不加熱時為交叉連接加熱時為平行連接為相位的變化.第三章 光交換技術(shù)3.1-3.4課堂主要內(nèi)容2022/8/29全光通信網(wǎng)一. 光交換技術(shù)概述二. 空分光交換三. 時分光交換四. 波分光交換理解理解2022/8/29全光通信網(wǎng)終端終端傳輸媒介點對點通信有交換設(shè)備的通信交換機可降低用戶線路的投資光交換：指不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。2022/8/29全光通

34、信網(wǎng)1）業(yè)務(wù)的需求2）技術(shù)的發(fā)展3）網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化2022/8/29全光通信網(wǎng)光交換的必要性 光電混合網(wǎng)電子節(jié)點光節(jié)點邊緣電網(wǎng)絡(luò)光傳輸系統(tǒng)核心光網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有光電混合網(wǎng)光交換特點2022/8/29全光通信網(wǎng)不受檢測器、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。2022/8/29全光通信網(wǎng)工作原理不同復(fù)用方式不同光路交換(OCS)光分組交換(OPS) 光分組交換技術(shù) 光突發(fā)交換技術(shù) 光標(biāo)簽交換技術(shù)空分光交換時分光交換波分光交換碼分光交換復(fù)合型光交換 優(yōu)點：控制相對簡單, 不必為每個

35、IP包尋找路由。而且光通路建立后, 其業(yè)務(wù)的時延小, 丟包率很低, 能保證業(yè)務(wù)的QoS 要求。2022/8/29全光通信網(wǎng)光路交換傳送數(shù)據(jù)之前需要建立好光連接通路（獨占的一條光纖線路或光復(fù)用線上的一個信道）Choose capacityand path/next-hop 用戶信息經(jīng)過光調(diào)制形成一串光脈沖，它被分割成一個個同一文本的分組，每個分組被貼上光標(biāo)記(分組報頭)，說明它的源地址、目的地址及其序號等。通過逐個查對分組報頭的標(biāo)記，獲得路由信息并尋找空閑的路由，將它們發(fā)送到目的地。2022/8/29全光通信網(wǎng)光分組交換以分組為單位進行交換、傳輸AB12345678136457282828123

36、456784572022/8/29全光通信網(wǎng)光通信網(wǎng)絡(luò)中的光開關(guān)光路交換與光分組交換2022/8/29全光通信網(wǎng)123123123123(a) Cross-Connect (1000 by 1000, ms switching time)123123123123(b) Packet-Switch (64x64, with ns switching time)22434311光路交換與光分組交換five src/dest pairscircuit-switching (wavelength routing)3 ls if without l- conversion only 2 ls other

37、wise packet-switchingonly 1 l needed with statistical muxing2022/8/29全光通信網(wǎng)光路交換光分組交換本質(zhì)區(qū)別適用業(yè)務(wù)2022/8/29全光通信網(wǎng)光路交換光分組交換本質(zhì)區(qū)別任一通信業(yè)務(wù)獨立地占用一條通路或信道任一通路只在傳送某一用戶信息包時才被占用，其他時間可以傳送別的用戶信息包適用業(yè)務(wù)實時性、互動性通信業(yè)務(wù)間歇性、交互性通信業(yè)務(wù)2022/8/29全光通信網(wǎng)光分組交換技術(shù)光突發(fā)交換技術(shù)光標(biāo)記分組交換技術(shù)2022/8/29全光通信網(wǎng)光分組交換分類根據(jù)對控制包頭處理及交換粒度的不同光分組交換技術(shù)光突發(fā)交換技術(shù)光標(biāo)簽交換技術(shù)控制包頭處理

38、方法交換粒度2022/8/29全光通信網(wǎng)光分組交換技術(shù)光突發(fā)交換技術(shù)光標(biāo)簽交換技術(shù)控制包頭處理方法光分組頭識別、光分組頭重寫控制分組在電域中單獨傳送提取更換光包頭標(biāo)簽，識別、分析包頭標(biāo)簽信息交換粒度光分組(定長分組頭凈荷保護時間）光突發(fā)(由多個分組組成)光包(IP數(shù)據(jù)包光標(biāo)簽包頭）2022/8/29全光通信網(wǎng)2022/8/29全光通信網(wǎng)空分光交換1.定義： 根據(jù)需要在兩個或多個點之間建立物理通道，這個通道可以是光波導(dǎo)也可以是自由空間的波束，信息交換通過改變傳輸路徑來完成。 功能：使光信號的傳輸通路在空間上發(fā)生改變。2. 基本原理：用光開關(guān)組成門陣列開關(guān)，通過控制開關(guān)矩陣的狀態(tài)使輸入端的任一信道

39、與輸出端的任一信道接通或斷開。 2022/8/29全光通信網(wǎng)空分光交換的基本結(jié)構(gòu)控制空分交換矩陣12N12M輸入輸出 空分光交換節(jié)點包括光開關(guān)陣列和控制回路，由控制回路給出控制信號，控制光開關(guān)處于通或斷狀態(tài)，使用戶光信號從一個空間子通道變換到另一個空間子通道上。 空分光交換基本單元 2022/8/29全光通信網(wǎng)較大型的空分光交換單元 2022/8/29全光通信網(wǎng)in Aout Ain Bout B12345678123456781234567812345678a) crossbar 結(jié)構(gòu)2022/8/29全光通信網(wǎng)b) Banyan 樹拓撲主要性能指標(biāo)：對不同空間光交換網(wǎng)絡(luò)進行評價 2022/

40、8/29全光通信網(wǎng) 基本光開關(guān)數(shù)和可集成度 阻塞特性光路損耗信噪比 幾種空分光交換網(wǎng)絡(luò) 2022/8/29全光通信網(wǎng)絕對無阻塞型：不需特殊的交換算法就能將任何入線連接至任何未占用的出線。廣義無阻塞型：利用特殊的交換算法就能將任何入線連接至任何未占用的出線?？芍貥?gòu)無阻塞型：將目前存在的連接重新調(diào)整后可以能將任何入線連接至任何未占用的出線。有阻塞型：雖然入線和出線都空閑，但是由于交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題，在它們之間無法建立連接。2022/8/29全光通信網(wǎng)部分連接光網(wǎng)絡(luò)(部分光互連)阻塞型空分光交換網(wǎng)絡(luò)1032547610325476若25，則3不能到達4 雖然入線和出線都空閑，但是由于交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)

41、構(gòu)問題，在它們之間無法建立連接。2022/8/29全光通信網(wǎng)88 Benes三級互連網(wǎng)絡(luò)(全光互連)1032547610325476若25，則3只能到達03，不能連接到4，6，7阻塞型空分光交換網(wǎng)絡(luò)2022/8/29全光通信網(wǎng)88 Benes光交換網(wǎng)絡(luò)44 Benes網(wǎng)絡(luò)1032547610325476輸入輸出 將目前存在的連接重新調(diào)整后可以能將任何入線連接至任何未占用的出線。可重構(gòu)無阻塞型空分光交換網(wǎng)絡(luò)2022/8/29全光通信網(wǎng)廣義無阻塞型空分光交換網(wǎng)絡(luò)輸入輸出10321032 利用特殊的交換算法就能將任何入線連接至任何未占用的出線。2022/8/29全光通信網(wǎng)88 Benes光交換網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)

42、格無阻塞型空分光交換網(wǎng)絡(luò)10320輸入輸出123不需特殊的交換算法就能將任何入線連接至任何未占用的出線空分光交換典型系統(tǒng)日本NTT的多媒體空分光交換系統(tǒng)2022/8/29全光通信網(wǎng)波導(dǎo)光開關(guān)陣列系統(tǒng)構(gòu)成：空分光交換節(jié)點；單、雙向傳輸 鏈路；呼叫檢測器等提供四種典型的終端業(yè)務(wù)數(shù)字傳真業(yè)務(wù)數(shù)字通信業(yè)務(wù)電視圖像業(yè)務(wù)高清晰度圖形傳輸業(yè)務(wù) 呼叫檢測器根據(jù)各終端發(fā)出的基帶頻率信號來區(qū)分不同的業(yè)務(wù)，并選用相應(yīng)的傳輸媒體。波分復(fù)用終端信令時分復(fù)用 分3級，每級由88光開關(guān)單元組成 88光開關(guān)由64個22光開關(guān)組成多媒體空分光交換系統(tǒng)2022/8/29全光通信網(wǎng)波導(dǎo)光開關(guān)具有低損耗、低串話，也不存在脈沖整形、再

43、生的問題，不會引起光信號失真波導(dǎo)光開關(guān)陣列為這些窄帶、寬帶及高清晰度電視的綜合業(yè)務(wù)提供了路由交換由波導(dǎo)光開關(guān)組成的空分光交換網(wǎng)能夠支持模擬或數(shù)字通信業(yè)務(wù)，且不同數(shù)字業(yè)務(wù)的比特率可以是不同的空分光交換特點 優(yōu)點：直接利用光交換的寬帶特性 能夠以低速交換（開關(guān)速度要求不高） 只采用光矩陣開關(guān)即可構(gòu)成交換網(wǎng) 構(gòu)成簡單，易于實現(xiàn)（所用光電器件少） 缺點：實現(xiàn)大規(guī)模交換有困難 同步與控制困難 2022/8/29全光通信網(wǎng)適合中小容量交換機2022/8/29全光通信網(wǎng)時分光交換 以時分復(fù)用為基礎(chǔ)，用時隙互換原理實現(xiàn)交換功能。即在時間軸上將復(fù)用的光信號的時間位置t1轉(zhuǎn)換成另一個時間位置t2。 時分復(fù)用是把時

44、間劃分成幀，每幀劃分成N個時隙，并分配給N路信號，再把N路信號復(fù)接到一條光纖上，在接收端用分接器恢復(fù)各路原始信號。 時隙互換，即把時分復(fù)用幀中各個時隙的信號互換位置。首先使時分復(fù)用信號經(jīng)過分接器，在同一時間內(nèi)，分接器每條出線上依次傳輸某一個時隙的信號；然后使這些信號分別經(jīng)過不同的光延遲器件，獲得不同的延遲時間；最后用復(fù)接器把這些信號重新組合起來。 2022/8/29全光通信網(wǎng)2022/8/29全光通信網(wǎng) 時分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時隙交換器，通過光讀寫門對光存儲器的控制完成交換動作。 時隙交換器完成將輸入信號一幀中任一時隙交換到另一時隙輸出的功能，目前由空間光開關(guān)和一組光纖延時線構(gòu)

45、成。 2022/8/29全光通信網(wǎng)時分光交換網(wǎng)絡(luò) 工作原理：首先，把時分復(fù)用信號送入空間開關(guān)分路，使它的每條出線上同時都只有某一個時隙的信號；然后，把這些信號分別經(jīng)過不同的光延遲線器件，使其獲得不同的時間延遲；最后，再把這些信號經(jīng)過一個空間開關(guān)復(fù)用重新復(fù)合起來，時隙互換就完成了。時分光交換的典型系統(tǒng)2022/8/29全光通信網(wǎng)時分光交換優(yōu)缺點 優(yōu)點：能與現(xiàn)有光傳輸系統(tǒng)良好匹配構(gòu)成全光通信網(wǎng) 與WDM相比，交換硬件減少，控制和管理簡單 可利用光的高速處理能力，支持任意速率等級及格式的數(shù)據(jù) 缺點：光定時檢測與控制同步較難硬件限制，僅能小規(guī)模集成（缺少成熟的高速光處理器件）2022/8/29全光通信

46、網(wǎng)2022/8/29全光通信網(wǎng)波分光交換 波分光交換(或交叉連接)是以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，采用波長選擇或波長轉(zhuǎn)換的方法實現(xiàn)交換功能。 波分光交換技術(shù)，是指光信號在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中不經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換，直接將所攜帶的信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一個波長上。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。2022/8/29全光通信網(wǎng)波分光交換 波分光交換網(wǎng)絡(luò)由波長復(fù)用器/去復(fù)用器、波長選擇空間開關(guān)和波長變換器（波長開關(guān)）組成。 波長變換器將波分復(fù)用信號中任一波長i變換成另一波長j。 波分光交換2022/8/29全光通信網(wǎng) 一般先用波分解復(fù)用器件將波分信道空間分割開，然后對每一波長信道分別進行波

47、長變換，再把它們復(fù)用起來輸出，從而實現(xiàn)波分交換。WCWC波分解復(fù)用器 耦合器/波分復(fù)用器 WC1N 1N 1 i N .波長變換器j k 2 12ijN波分光交換優(yōu)缺點優(yōu)點：利用波長資源，光交換信號具有透明性波長子通道比特速率獨立利用光頻的寬帶性，速率達100Tb/s交換硬件減少（相對于其他光交換方式）缺點：器件開發(fā)難 同步與控制較困難 2022/8/29全光通信網(wǎng)2022/8/29全光通信網(wǎng)波長變換器是實現(xiàn)波分交換的關(guān)鍵器件。O/E/O方案 光信號首先被轉(zhuǎn)換為電信號，再用電信號來調(diào)制新的光源。新光源最好是波長可調(diào)諧激光器，可以將輸入波長變換到需要的各種波長上。2022/8/29全光通信網(wǎng)輸入

48、轉(zhuǎn)換可調(diào)諧激光器PIN探測器電子放大和再生外調(diào)制器光電光型波長變換器原理結(jié)構(gòu)基于SOA的交叉增益調(diào)制（XGM）型基于SOA的交叉相位調(diào)制（XPM）型基于SOA的四波混頻效應(yīng)（FWM）型 半導(dǎo)體光放大器（SOA）具有響應(yīng)速度快（10 Gbit/s）、易于和其他半導(dǎo)體光電器件集成等優(yōu)點，因此基于SOA的光電處理器，尤其是全光波長變換器（AOWC）受到了廣泛的重視。2022/8/29全光通信網(wǎng)b.全光波長變換器 2022/8/29全光通信網(wǎng)光泵電泵信號光S信號光S輸出探測光C輸出增益調(diào)制連續(xù)的探測光C電流SOA基于SOA中XGM的AOWC原理圖原理：當(dāng)信號波長為邏輯高電平“1”時，探測光信號不會被放

49、大， 而當(dāng)信號波長為邏輯低電平“0”時，探測光則得到放大。 2022/8/29全光通信網(wǎng)波長選擇法交換 2022/8/29全光通信網(wǎng)波長轉(zhuǎn)換法交換 用同一個NWNW空分交換器處理NW路信號的交叉連接，在空分交換器的輸出必須加上波長變換器，然后進行波分復(fù)接 空分時分光交換系統(tǒng)；波分空分光交換系統(tǒng)；頻分時分光交換系統(tǒng)；時分波分空分光交換系統(tǒng)。2022/8/29全光通信網(wǎng)混合型光交換2022/8/29全光通信網(wǎng)混合型光交換光交換層次示列作業(yè)光交換2022/8/29全光通信網(wǎng)1、什么是光交換技術(shù)？與電交換技術(shù)相比，光交換技術(shù)有哪些特點？2、試比較光電路交換與光分組交換。3、目前的復(fù)合型光交換方式有哪些

50、？請設(shè)計并畫出其中一種復(fù)合光交換的結(jié)構(gòu)圖。4、說明空分光交換的原理，并設(shè)計一個3*3嚴(yán)格無阻塞的空分光交換網(wǎng)絡(luò)，完成下列交換：交換光5、說明時分光交換的原理，設(shè)計一個時分光交換網(wǎng)絡(luò)，完成下列交換：“abcd”“bdca”，并計算延時量。光路交換與光分組交換2022/8/29全光通信網(wǎng)123123123123(a) Cross-Connect (1000 by 1000, ms switching time)123123123123(b) Packet-Switch (64x64, with ns switching time)224343112022/8/29全光通信網(wǎng)時分光交換網(wǎng)絡(luò) 工作原理

51、：首先，把時分復(fù)用信號送入空間開關(guān)分路，使它的每條出線上同時都只有某一個時隙的信號；然后，把這些信號分別經(jīng)過不同的光延遲線器件，使其獲得不同的時間延遲；最后，再把這些信號經(jīng)過一個空間開關(guān)復(fù)用重新復(fù)合起來，時隙互換就完成了。2022/8/29全光通信網(wǎng)(a) TST結(jié)構(gòu)；(b) STS結(jié)構(gòu)兩種空分與時分結(jié)合型光交換單元1) 空分與時分結(jié)合型交換系統(tǒng)2022/8/29全光通信網(wǎng)一種波長復(fù)用的空分光交換模塊 2) 波分與空分結(jié)合型交換系統(tǒng) 2022/8/29全光通信網(wǎng)混合型光交換光交換層次示列第三章 光交換技術(shù)3.5-3.7課堂主要內(nèi)容2022/8/29全光通信網(wǎng)一. OPS基本概念二. OPS關(guān)鍵

52、技術(shù)三. OBS基本概念四. OBS關(guān)鍵技術(shù)五. OBS與OCS及OPS技術(shù)的比較理解理解理解光分組交換（OPS）技術(shù)（OPS: Optical Packet Switching) 不同類型的用戶能夠用靈活和有效的方式來動態(tài)地分享帶寬?；诓ㄩL路由的光傳送網(wǎng)盡管很具優(yōu)勢，但交換的粒度較大，不能有效地使用WDM系統(tǒng)的傳輸能力，傳送的效率較低。2022/8/29全光通信網(wǎng)OPS基本概念OPS定義2022/8/29全光通信網(wǎng) OPS是以光分組的形式來承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，凈荷的傳輸和交換在光域中進行，而信頭處理和控制在光域或電域中完成。2022/8/29全光通信網(wǎng)保護時隙保護時隙保護時隙路由標(biāo)記載荷同步比特

53、分組頭同步比特時隙 T: 1.646s = 128byte (分組頭為622Mbit/ s)5字節(jié)14字節(jié)2字節(jié)102字節(jié)5字節(jié)分組頭180ns64.3ns26ns64.3ns載 荷1311ns時間保護時隙用來補償光器件的交換時間、凈荷在節(jié)點處可能的抖動以及在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口處同步單元的有限的沖突解決能力。載荷比特率在一定程度上是透明的(比特率可變)。光分組的固定時隙長度可簡化同步操作。2.5-10G透明光分組的幀格式2022/8/29全光通信網(wǎng)OPS節(jié)點結(jié)構(gòu)及工作原理光分組的預(yù)放大和同步、信頭提取、凈荷定位和緩存等 光分組凈荷的輸出緩存、定位、同步、放大以及新報頭插入、沖突解決等負責(zé)光分組路由交

54、換、上/下路、沖突解決等，決定了節(jié)點的交換速率、吞吐量、可擴展性等分析、判斷報頭信息，發(fā)出同步、交換路由的控制信號去控制輸入模塊和交換矩陣，再產(chǎn)生新報頭信息輸入到輸出模塊中2022/8/29全光通信網(wǎng)純空分型OPS節(jié)點輸入分組在其報頭信息被識別并給出控制信號后，由第一級空分交換選擇不同的延遲線，這樣使某些將在同一時刻到達同一輸出口的分組經(jīng)歷不同的延時，然后由第二級空分矩陣對這些分組的輸出口進行交換選擇。2022/8/29全光通信網(wǎng)廣播-選擇型OPS節(jié)點光分組由WC轉(zhuǎn)換成不同的波長進入NK星形耦合器中，后被廣播發(fā)送到K條光纖延遲線上，被延時的光分組再被廣播發(fā)送到各個輸出端口，由兩級光開關(guān)實現(xiàn)對輸

55、出口的路由選擇：第一級進行路由和延時的篩選，第二級進行波長選擇。2022/8/29全光通信網(wǎng)波長路由型OPS節(jié)點 WDM分組信號一方面被報頭處理器提取報頭信息加以分析，并輸出光分組的緩存、路由等信息至控制回路；另一方面各分組的凈荷在控制回路的控制下確定其緩存要選取的延遲線，并由TWC將外部波長轉(zhuǎn)換到這條延遲線所對應(yīng)的內(nèi)部波長上，由第一個AWG將這些光分組分配到各自選擇的延遲線上，得到各自的延時量后，由第二個AWG從M條入線轉(zhuǎn)換到N條出線。根據(jù)各分組數(shù)據(jù)的輸入端口和所使用的波長對其進行選路，即固定路由的波長路由器的作用2022/8/29全光通信網(wǎng)OPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光分組網(wǎng)的分層參考模型近期中期遠期底

56、層為物理層：也稱傳輸層，與光纖鏈路的物理特性直接相關(guān)。中間層為光層，即透明光分組層，由光傳輸層和光分組層組成。今后隨著光層功能的集成，光分組層與光傳輸層的功能將聚合在一起。最上層為業(yè)務(wù)層，由ATM、SDH和IP等構(gòu)成。2022/8/29全光通信網(wǎng)光透明分組的接入接口劃分成4個子層數(shù)據(jù)匯聚子層：用于數(shù)據(jù)速率的適配，將IP數(shù)據(jù)包封裝成光的分組網(wǎng)絡(luò)子層：產(chǎn)生光透明分組的路由標(biāo)簽/地址，并將其插入光透明分組頭中。鏈路子層：利于簡單的FIFO的規(guī)則對鏈路子層進行復(fù)用/解復(fù)用，然后將其作為一個獨特的數(shù)據(jù)包流發(fā)送。波長匯聚子層：提供適用于在光纖中傳輸?shù)倪m當(dāng)?shù)牟ㄩL編碼。 光分組的產(chǎn)生 2022/8/29全光通

57、信網(wǎng)OPS關(guān)鍵技術(shù) 必須具有碼速提升的功能，即分組壓縮，才能在連接的用戶信息（ATM信元或IP分組）中加入必須的分組頭部分和保護時間。方案1：同步裝置由一系列串聯(lián)的22光開關(guān)和FDL組成。分組同步2022/8/29全光通信網(wǎng)2X2光開關(guān)2X1光耦合器輸入1/2分組長度光纖延時線1/4分組長度 分組長度光纖延時線輸出 分組長度分組同步2022/8/29全光通信網(wǎng)兩種方案都已得到現(xiàn)場測試與檢驗。信頭讀取控制器可調(diào)諧波長 轉(zhuǎn)換器高色散光纖方案2：充分利用色散來控制光信號的傳輸時間 不同波長的光信號在高色散光纖中的傳輸時延不同，因此將數(shù)據(jù)包調(diào)制到恰當(dāng)?shù)牟ㄩL上就能得到恰當(dāng)?shù)臅r延。2022/8/29全光通

58、信網(wǎng) 在OPS節(jié)點處，有2個以上的同一波長的數(shù)據(jù)包同時去往同一個輸出端時，就會發(fā)生對輸出端資源的競爭，從而使競爭失敗的數(shù)據(jù)包受阻，這時稱輸出端產(chǎn)生了沖突。分組的競爭與沖突2022/8/29全光通信網(wǎng)光緩存.分組的競爭與沖突(1)可編程的并行FDL陣列，由2個空分交換開關(guān)與一系列并行的延時不同的FDL組成，如圖(a)所示，可以動態(tài)配置，但損耗大，不易升級；2022/8/29全光通信網(wǎng)B個K(B+1)(B+1)KFDL(a)常見的光緩存結(jié)構(gòu)(2)串聯(lián)的FDL陣列由22光開關(guān)與FDL串聯(lián)而成，如圖 (b)所示，在同步機制中也常采用這種結(jié)構(gòu)；2022/8/29全光通信網(wǎng)22FDL(b)FDLFDL常見

59、的光緩存結(jié)構(gòu)(3)有源或無源的光纖環(huán)路 這是反饋式的緩存結(jié)構(gòu)，環(huán)路上配有偏振控制器，還可能有光放大器，光信號可以在環(huán)路中多次環(huán)回。2022/8/29全光通信網(wǎng)空分交換矩陣光放大器光纖環(huán)路常見的光緩存結(jié)構(gòu)光突發(fā)交換(OBS)的提出2022/8/29全光通信網(wǎng) OPS存在著兩個近期內(nèi)難以克服的障礙： 1. 光緩存器技術(shù)還不成熟，目前實驗系統(tǒng)中采用的光纖延遲線往往比較笨重、不靈活，存儲深度有限； 2. 在OPS的節(jié)點處，多個輸入分組的精確同步難以實現(xiàn)OBS基本概念2022/8/29全光通信網(wǎng)OBS( Optical Burst Switching，光突發(fā)交換)2022/8/29全光通信網(wǎng) OBS采用

60、單向資源預(yù)留機制，以光突發(fā)作為交換網(wǎng)中的基本交換單位，突發(fā)是多個分組的集合，包括突發(fā)數(shù)據(jù)分組（BDP：Burst Data Packet）和突發(fā)控制分組（BCP: Burst Control Packet）兩部分。 OBS( Optical Burst Switching，光突發(fā)交換) 帶寬粒度介于電路交換和分組交換之間，比電路交換靈活、帶寬利用率高，比光分組交換更貼近實用。2022/8/29全光通信網(wǎng) OBS首先在控制波長上發(fā)送控制分組(連接建立)，然后在另一個不同的波長上發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)。突發(fā)數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點始終在光域內(nèi)傳輸，而控制分組在每個節(jié)點都需要進行光/電/光的變換以及電處理。OB