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第八章光交換技術(shù)概述、光交換元件、光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光交換系統(tǒng)18.1概述*光傳送技術(shù)的發(fā)展*當(dāng)前商用化單波長光纖傳輸系統(tǒng)容量10Gb/s,有報道已實現(xiàn)了40Gb/s。*光波長復(fù)用技術(shù)可以使得一根單模光纖實現(xiàn)20010Gb/s或更大的傳輸容量。*光器件,商品化光開關(guān)的控制響應(yīng)速度已低于1ms,延遲線模式光緩存、波長變換等技術(shù)也已成功。28.1概述考慮全光交換網(wǎng)絡(luò)的理由(1)歷史的觀點,模擬傳輸產(chǎn)生了機(jī)電制交換;PCM數(shù)字傳輸有了數(shù)字程控交換;當(dāng)前光傳輸已成主角,因此下一代網(wǎng)絡(luò)將是全光交換。(2)
速度極限,由于電子器件的極限速度為幾個G~10Gb/s,使得電子交換設(shè)備可能成為未來網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。(3)
成本降低,采用光傳輸?shù)碾娮咏粨Q系統(tǒng),必須有光/電和電/光轉(zhuǎn)換,全光交換則不用。(4)
速度匹配,光傳輸,光交換,全光網(wǎng)絡(luò)。38.1.1光交換技術(shù)分類*光交換技術(shù),指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換,直接在光域上完成輸入到輸出端的信息交換。*按照復(fù)用方式分類,光交換可分為:光空分交換技術(shù)。多點間建立光信息傳送物理通道的交換技術(shù)。光波分交換技術(shù)。利用光波分復(fù)用和波長變換技術(shù),將信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一波長上。光時分交換技術(shù)。在時間軸上將光波長分成多個時段,互換時間位置來交換承載的信息。光碼分交換技術(shù)。不同用戶信號用不同碼序列填充,利用碼序列轉(zhuǎn)換來交換信息。48.1.1光交換技術(shù)分類*按承載和交換信息的光域粒度劃分,可分為:光路交換(OCS)技術(shù),最小交換單元是一個波長通道。光分組交換(OPS)技術(shù),光域分組包作為最小交換顆粒。光突發(fā)交換(OBS)技術(shù),多個分組構(gòu)成更大分組,以突發(fā)方式在光域傳輸和交換。光標(biāo)記分組交換(OMPLS)技術(shù),MPLS和光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,MPLS控制標(biāo)記分發(fā)和控制光開關(guān),建立交換式光通道。
58.1.1光交換技術(shù)的特點*隨著發(fā)展,光交換技術(shù)已能保證網(wǎng)絡(luò)可靠性,并提供靈活的選路方案,為高速信息流提供動態(tài)光域處理。*光交換不受監(jiān)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。68.2光交換元件8.2.1半導(dǎo)體光開關(guān)半導(dǎo)體光放大器,當(dāng)偏置信號為零時,輸入信號將被器件完全吸收,輸出端沒有任何光信號輸出。78.2.2耦合波導(dǎo)開關(guān)耦合波導(dǎo)開關(guān),利用鈮酸鋰(LiNbO3)材料制作,在控制電極上施加一定電壓可改變波導(dǎo)的折射率和相位,從而可構(gòu)成22交換開關(guān)。激勵電壓約5V,最大傳信速率達(dá)Gb/s。
89.2.3硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)
9硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)特點是插入損耗小(0.5dB)、穩(wěn)定性高、可靠性好、成本低,適合大規(guī)模集成,缺點是響應(yīng)速度較慢,1~2ms。108.2.4波長轉(zhuǎn)換器
118.2.5光存儲器
128.2.6空間光調(diào)制器
138.3光交換系統(tǒng)*未來寬帶業(yè)務(wù)具有很大不確定性,交換系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)盡可能地靈活。對比特傳送速率應(yīng)透明,業(yè)務(wù)和控制盡可能分離,控制系統(tǒng)簡單,具有廣播功能。*系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)模塊化,易于維護(hù)、增刪和修改。*技術(shù)上多種模式相結(jié)合,取各自優(yōu)點,統(tǒng)籌優(yōu)化融合。148.3.1光交叉連接設(shè)備*光交叉連接設(shè)備(OXC)是實現(xiàn)自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)的核心技術(shù)。*OXC可依據(jù)控制面功能,按照用戶請求在全光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中自動建立一條符合用戶需求的光波長通道。158.4.1光交叉連接設(shè)備
由輸入部分、光交叉連接部分、輸出部分、控制和管理部分5個功能模塊構(gòu)成。輸入部分:包括放大器EDFA和波長解復(fù)用DMUX,將每根光纖上的光信號放大、分離后送交叉連接矩陣。輸出部分:包括波長變換器OUT、復(fù)用器、均功器。均功器的作用是對受到不同衰減的光波長信號進(jìn)行功率均衡,以減小不同光波長間的干擾??刂坪凸芾聿糠謱儆陔娮釉O(shè)施,通過信令協(xié)議接收用戶及網(wǎng)管系統(tǒng)請求,完成自動保護(hù)倒換、連接指配、波長選路等功能。168.3.1光交叉連接設(shè)備*光交叉連接設(shè)備主要用于骨干傳送網(wǎng)中,完成任一光纖某個波長信號到其他光纖的傳送連接。*OXC具有信號復(fù)用、信號交換、光路保護(hù)倒換、監(jiān)控管理等功能。*除控制管理部分外,其余部分的信號處理都在光域完成。因此OXC具有極大的交叉容量,可達(dá)幾千T比特級別。17光交叉連接矩陣*實現(xiàn)光交叉連接矩陣,光機(jī)械開關(guān)、LiNb03開關(guān)、InP開關(guān)、半導(dǎo)體光放大器(SOA)開關(guān)等,現(xiàn)常用微電子機(jī)械開關(guān)(MEMS)構(gòu)成。
*MEMS為無源光開關(guān),介入損耗和串?dāng)_都較小,屬完全透明的連接模式,連接處理過程不需光/電轉(zhuǎn)換。*容量極大,可構(gòu)成1296×1296端口連接矩陣,每端口傳送40個波長×40Gb/s的信號容量,總傳送容量達(dá)到2.07petabit/s,具有嚴(yán)格無阻塞特性。
183.OXC的工作原理*OXC不同于標(biāo)準(zhǔn)交換設(shè)備,它不是按照每一個通信請求建立連接,是在控制面和管理面操作下提供永久/半永久波長路由通道。*永久連接,由管理面發(fā)起和維護(hù),通過路由指配消息和信令為具體業(yè)務(wù)建立波長路由通道。*交換式連接,由控制面發(fā)起和維護(hù),控制面處理用戶接口發(fā)來的請求,建立滿足用戶需求的通道,通知管理面。*軟永久性連接,連接建立、拆除請求由管理面發(fā)出,傳送面的資源配置和控制動作指令則由控制面發(fā)出。193.OXC的工作原理
抵達(dá)OCX的多波長光信號先摻餌光纖放大器放大,然后由DMUX分離成多個單波長信號送入連接矩陣。在業(yè)務(wù)信息進(jìn)入連接矩陣之前,控制和管理面已根據(jù)業(yè)務(wù)需求指定了每個輸入口波長的輸出端口,光信號將自動流出。OUT是一個波長變換器,由于波分復(fù)用不能在一根光纖中有兩個以上的相同波長信號,需要OUT將相關(guān)波長信號轉(zhuǎn)換成光纖所需波長。208.3.2光突發(fā)交換系統(tǒng)*交換系統(tǒng),目標(biāo)是根據(jù)每個用戶的請求即時提供連接服務(wù),業(yè)務(wù)吞吐容量可達(dá)幾千T比特秒,交換控制機(jī)制是關(guān)鍵問題。*解決復(fù)雜問題的鑰匙是對問題進(jìn)行多維度分解,將復(fù)雜問題看作多個簡單問題的有序組合。21光突發(fā)交換系統(tǒng)*光突發(fā)交換系統(tǒng),是在OXC波長路由交換的基礎(chǔ)上,將同一波長上的承載容量在時間軸上再細(xì)分成多個突發(fā)時段,每個突發(fā)時段以統(tǒng)計復(fù)用方式承載不同用戶業(yè)務(wù)。*OBS交換技術(shù)是構(gòu)成IPoverWDM的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的基礎(chǔ)技術(shù),主要特點:資源利用率高、網(wǎng)絡(luò)靈活、硬件實現(xiàn)方便,可以透明方式承載不同用戶業(yè)務(wù)。22光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)
23光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和控制分離
OBS基本思想:是數(shù)據(jù)分組與控制分組的傳輸相分離,提前發(fā)送控制分組,為隨后的數(shù)據(jù)分組預(yù)留資源和建立傳輸通路。OBS邊緣路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分組的匯集和分發(fā),檢測數(shù)據(jù)分組的源/目的地址和服務(wù)等級,分類組裝成突發(fā)分組
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