现代交换技术(北大版)10光交换技术

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3.
光存储器 光存储器的功能是存储光域的信息。 常见的光缓存结构有：可编程的并联FDL阵 列、串联FDL阵列和有源光纤环路。 4. 光逻辑器件 5. 空间光调制器
10.2 波分光交换技术
10.2.1
光波分复用的基本概念 10.2.2 WDM技术的主要特点 10.2.3 WDM系统的基本结构
1. 按复用方式分类 1) 波分光交换技术 2) 时分光交换技术 3) 空分光交换技术 4) 码分复用光交换技术 5) 复合光交换技术 2. 按交换配置模式分类 1) 光路交换(OCS，Optical Circuit Switching)技术 2) 光分组交换(OPS，Optical Packet Switching)技术 3) 光突发交换(OBS，Optical Burst Switching)技术 4) 光标记分组交换(OMPLS，Optical Multi-Protocol Label Switching)技术
10.3.2 光时分复用基本原理

在光传输技术中，通常把由基带比特流数据级通 道混合成高比特流数据级通道，称之为复用；把 已经复用的高比特流数据拆分成原来的低速比特 流，称之为解复用。在OTDM系统中，由于各支 路脉冲的位置可用光学方法来调整，并由光纤耦 合器来合路，因而复用和解复用设备中的电子电 路只工作在相对较低的速率。图10.7是一个典型 的OTDM点对点传输系统示意图。光时分复用将 低速基带信号复用成高速率信号过程可以由采样、 延时和复合三步完成。
10.1.4 光交换技术的发展
目前市场上出现的光交换机大多数是基于光电和 光机械的，随着光交换技术的不断发展和成熟， 基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机 将会逐步被研究和开发出来。 随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将会成为光 网络系统中的一个重要设备，该交换设备主要由 液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成， 而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极 化角。
10.4.1 OCDMA基本原理
图10.8
OCDMA基本原理





光码分多址技术的主要特点如下： (1) 接入简单，为每个用户分配不同的码字，以区分不同 用户发出的信息，因此光码分多址允许多个用户随机接入 同一信道，不要求波长可调和稳定器件。 (2) 可异步接入，码分多址不要求各节点同步，几乎没有 接入时延。可以实现“讲完即走”(tell-and-go)工作方 式，适合局域网中突发流量、大流量和高速率环境。 (3) 可构成真正“透明”的全光网通信光码分多址只在发 射节点和接收节点对用户数据进行编译码，与网络结构无 关。另外，光码分多址可构成灵活的高速通用网络，能同 时提供各种业务。 (4) 安全性高，码分多址采用扩谱技术编码，只有接收端 与发送端严格匹配才能解出用户信号，否则为伪噪声随机 信号。
10.4.2 OCDMA关键技术
由于OCDMA技术采用很多新的理论，光学信号 处理技术也远未成熟，所以有很多问题需要解决， 归纳起来，OCDMA发展过程中的关键技术有以 下几方面。 1. 光地址码理论 2. 光编/解码器技术 3. 码字同步技术 4. 超短脉冲光源技术 5. 光功率控制技术 6. 光学逻辑运算技术

图10.7 典型的OTDM点对点传输系统
10.3.3 光时分复用的特点
OTDM技术是光纤通信的未来发展方向，
它具有以下特点： (1) 传输速率大大提高。 (2) 各ONU发射的信号是周期性的光脉冲 信号，只在规定的时隙内发射光脉冲序列。 (3) 大大提高系统容量。 (4) 采用光时分复用技术比较容易实现信道 的按需分配。
10.4 码分光交换技术

光码分多址(OCDMA)是一种全新的频率资源利 用思路，它的信道占用同一个宽频带，从而原则 上不需要光滤波器件，不同信道之间相互独立地 发送与接收信号，从而不需要网际规模的时钟同 步。这些特点能提供一个接入灵活、多址功能简 单的综合业务网或局域网，OCDMA的异步操作 模式能支持突发性业务，码分多址本身的特性同 时也提高了一定的安全性，从其潜在的优势及应 用前景来看，OCDMA能满足目前及将来通信发 展的要求：异步、高速、宽带和可靠。
10.1.2 光交换技术的特点
光交换技术具有以下几个优点： (1)
可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题。 (2) 可以大量节省建网和网络升级成本。 (3) 可以大大提高网络的重构灵活性和生存 性，以及加快网络恢复的时间。
10.1.3 光交换技术的分类






10.1 概述
10.1.1 10.1.2 10.1.3
10.1.4
10.1.5
光交换技术的概念 光交换技术的特点 光交换技术的分类 光交换技术的发展 光交换元件
10.1.1 光交换技术的概念
光交换是指对光纤传送的光信号直接进行
交换。与电子数字程控交换相比，光交换 无须在光纤传输线路和交换机之间设置光 端机进行光/电(O/E)和电/光(E/O)转换， 而且在交换过程中，还能充分发挥光信号 的高速、宽带和无电磁感应的优点。

10.4.3 OCDMA系统的应用



OCDMA系统主要应用在局域网、接入网、全光网及其他共用信道结 构系统中。 OCDMA 技术在LAN中，主要采用环型或总线型拓扑结构，这就要求 为每一个用户分配一个地址码，当某一用户要向该用户发送数据时， 需将自己的发送机的编码器结构进行更改以实现寻址，这就要求采用 易于实现寻址的码组和编码器(如前面介绍的并行和梯形光纤延迟线 光编码器及跳频型光编码器等)。 OCDMA技术在公用网中主要是在光接入网(OAN)中使用，因为在骨 干网中色散和损耗将限制其传输速率、容量和距离。在接入网中，主 要采用无源星型或树型拓扑，由光耦合器和分路器实现信道共享 OCDMA在骨干网中应用时，其超短脉冲受光纤色散影响相当严重， 一种较为实用的方案是采用WDM和OCDMA结合的方式，在WDM基 础上，在每个波长的信道内采用OCDMA技术实现多址接入，这样具 有更强的灵活性，这种WDM+OCDMA更适合将来的接入网。

10.1.5 光交换元件



1. 光开关 1) 固态波导光开关 2) 微机械光开关 3) 液晶光开关 4) 热光技术光开关 5) 全息光开关图

7) 衬底平面光波导开关 图10.2 硅衬底平面光波导开关


2. 波长转换器 波长转换器有多种实现方式，这里介绍一种比较简单的O/E/O(光/电 /光)转换方式。当一个波长为的光信号输入时，由一个被称为光电探 测器的器件把它转变为一个电信号，然后通过外调制器调制或激光器 把这个电信号转换为一个波长为的输出光信号，其系统结构如图10.3 所示。 图10.3 光/电/光波长转换器
第10章 光交换技术
10.1 概述 10.2 波分光交换技术 10.3 时分光交换技术 10.4 码分光交换技术 10.5 光分组交换技术 10.6 光突发数据交换技术 10.7 光标记交换技术 10.8 全光通信网——智能光交换网络 10.9 小结 10.10 习题
10.5 光分组交换技术
10.5.1
概述 10.5.2 光分组交换分层网络参考模型 10.5.3 光分组交换节点的结构 10.5.4 光分组交换的关键技术
10.5.1 概述



光分组交换(OPS)是指从信源到信宿的过程中，数据包的净荷部分都 保持在光域中，而依据交换/控制的技术不同，数据包的控制部分(开 销)可以在中间交换节点处经过或不经过O/E/O变换。 光分组交换网是基于分组交换技术的智能光网络，OPS网络的基本功 能有： (1) 路由，即根据数据包分组头中的路由信息，为数据包寻找从源头 到宿的光通道。 (2) 控制流量并解决冲突，即控制网络流量，防止数据包的混叠和资 源拥塞。 (3) 同步，在交换节点输入与输出端对数据包进行时间和相位上的校 准，以使数据包的位置与交换操作相配合。 (4) 识别并更新分组头，即在交换节点输入端捕获分组头并读取信息， 在输出端插入新分组头。 (5) 级联能力，在多个交换节点上统一配置数据包的路由、定时、缓 存和竞争排除机制。在图10.9给出了光分组交换的基本原理图(分为 同步分组交换和异步分组交换)。
10.3.4 光时分复用关键技术
1. 2. 3.
4.
5. 6. 7. 8.
精确的发送定时技术 网络管理控制 光放大技术 全光信号再生技术 时分光交换技术 超短脉冲光源 光定时提取技术 高速信号传输技术
10.4 码分光交换技术
10.4.1
OCDMA基本原理 10.4.2 OCDMA关键技术 10.4.3 OCDMA系统的应用
第10章 光交换技术


教学提示：现代通信网中，先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明 显特征而为世人瞩目。实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是 宽带通信网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技 术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技 术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术， 它在全光通信系统中发挥着重要的作用，可以这样说，光交换技术的 发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。光交换技术是一项高新 技术，大部分还处在实验室研究阶段，光交换技术的发展还有很长的 路要走，很多未知的问题有待发现和解决。本章就各种光交换技术的 概念、特点、分类，以及发展趋势进行详细地介绍。 教学要求：通过本章的学习，读者能够了解光纤通信的概念和特点， 重点掌握波分光交换、时分光交换技术、空分光交换、光分组交换、 光突发数据交换、光标记交换及全光通信网的原理和特点。
10.3 时分光交换技术
10.3.1
概述 10.3.2 光时分复用基本原理 10.3.3 光时分复用的特点 10.3.4 光时分复用关键技术
10.3.1 概述
光时分复用(OTDM)技术是当比特率超过
10Gbit/s时，为克服高速电子器件和半导 体激光器直接调制能力限制所采用的扩大 传输容量复用方式。它用多个电信道信号 调制具有同一个光频的不同光信道，经复 用后在同一根光纤传输的技术。该方法避 开使用高速电子器件而改用宽带光电器件。 光时分复用系统还有同目前已经存在的全 光数字网兼用的优点，OTDM技术将会在 高速光纤通信系统中发挥重要作用。


1. WDM系统结构 一般来说，WDM系统主要由以下五部分组成：光发射机、光中继放大、光接 收机、光监控信道和网络管理系统(如图10.5所示)。 图10.5 WDM系统总体结构示意图(单向)


2. WDM系统的基本形式 1) 双纤单向传输 单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，如图10.4所示。在发送 端将载有各种信息的、具有不同波长的已调光信号，，…，通过光复用器组合在一起, 并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同光波长携带的，所以彼此之间不会 混淆。在接收端通过光解复用器将不同光波长的信号分开，完成多路光信号传输的任 务。反方向通过另一根光纤传输，原理相同。 2) 单纤双向传输 双向WDM是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，如图10.6所示，所用 波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。 图10.6 单纤双向传输示意图
1 1
2
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1，2， ，n L
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10.2.2 WDM技术的主要特点
1.
充分利用光纤的巨大带宽资源 2. 同时传输多种不同类型的信号 3. 节省线路投资 4. 降低器件的超高速要求 5. 高度的组网灵活性、经济性和可靠性 6．IP的传送通道
10.2.3 WDM系统的基本结构
10.2.1 光波分复用的基本概念

光波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光 纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波 长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输， 在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原 信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分 复用技术 图10.4 波分复用系统的基本原理