第10章光交换技术共60页文档.ppt
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光交换技术
(7.19)
式中，E为电场，n0为E=0时的光纤折射率，约为1.45。这种光 纤折射率n随光强|E|2而变化特性，称为克尔(Kerr)效应，
n2 =10-22(m/V)2，称为克尔系数。虽然光纤中电场较大， 为106(V/m)，但总的折射率变化Δn=n-n0= |E|2还是很小(10-10)。 n2
d d d 2c C ( ) ( ) 2 0 d d dw
式 中 , τ=dβ ／ dω=1/Vg 为 群 延 时 ， Vg 为 群 速 度 ； ω=2πf=2πc/λ为光载波频率，c为光速；β″0=d2β/dω2, 比例于一 阶色散。 式(7.25)描述的单模光纤色散特性如图7.35所示，图中λD 为零色散波长。在λ<λD时，C(λ)<0,β″0>0，称为光纤正常色散
定向耦合器型电光开关
由一对靠得很近的条形光波导以及分布在条形光波导 上的表面电极构成。 通过注入电流改变波导臂的折射率，从而导致两个相 邻波导之间的能量耦合来实现传输通道的切换。耦合器的 耦合长度与相邻波导间的间距决定着波导间的能量耦合比。
MZI型和X交叉型光开关的结构示意图
MZI型光开关 由一个2×2的MZI和两个3dB定向耦合器 组成。通过电极两端的电压，改变波导臂的折射率，使两 个波导臂的光束产生相位差。当具有不同相位的两束光汇 集于输出定向耦合器时，两束光发生干涉，通过控制干涉 的状态(相长或相消干涉)，达到切换输出端口的目的。 X交叉型开关 也属于干涉型电光开关，它是通过交叉部 的模式间的干涉实现光的开/关。
(t ) 2L w(t ) [ n(t )] t t
如图7.34 所示， 在脉冲上升部分，|E|2增加， (t ) >0， t 2不变， n 得到Δω<0，频率下移；在脉冲顶部，|E| =0， 得 t 到Δω=0，频率不变；在脉冲下降部分，|E|2减小，Δnt<0， n 得到Δω>0，频率上移。频移使脉冲频率改变分布， 其前部(头) t 频率降低，后部(尾)频率升高。这种情况称脉冲已被线性调频，
第10章 光交换(交换原理与技术课件)
路电信号经过接口电路调制到工作于不同载波频率的光发射机
上，光复用器（OMUX）组合各发射机输出的光信号，并耦合 到同一光纤上传输。复合光信号在光纤线路上传输一段距离 后，要用光放大器（OA）对光信号进行中继放大。
l1
l2
光放大器
OMUX
lW
光纤
接口
光发射机
l1 l2
ODMX
lW
接口 光接收机
光域
在接收端，光解复用器 （ODMX）分离不同波长 的光信号，分别送给光接 收机，并将光信号转换为 电信号，作进一步的处理 后从不同的接口输出。
4
交换技术
光波分复用原理（续）
第 10 章
光交换
• WDM技术的主要特点
（1）利用多个载波并行传输，突破电子电路的速率 极限，减小了光纤色散的影响，充分利用了光纤 的巨大带宽资源；
（2）节省线路投资，便于实现已铺设光纤的扩容 ； （3）各波长的信道相对独立，可同时传输不同类型、
不同速率的信号；
（4）可降低对光发射机(E/O)和光接收机(O/E)器 件工作速率的要求；
同参数的 FBG，用以反射多个波长的光信号，在两个
环器行的端口3分别接上 波分复用器/解复用
环行器
1
2
FBG
环行器
1
2
器 ， 就 可 以 分 下 和 多波长输入 3
多波长输出 3
插入相应波长的光
ODMX
OMБайду номын сангаасX
光路的各波长链路的波长必须一致（这一约束称 为“波长一致性限制”）；否则，不受此约束。
IP SDH
N2
λ2 λ1
N1
λ1
N3
单波长网络
光交换技术.详解
复用/解复用
在适当的光波上传输
讲述的是一份快递从打包到加地址到发送的过程
26
OBS——Optical Burst Switching
OBS基本概念 突发（Burst） 偏置时间 JET协议
并没有搞懂是什么鬼！
27
OBS节点结构模型
28
OBS控制分组结构图
标签
波长ID
Cos
偏置时间
突发大小
……
1
……
……
N
……
输 入 接 口
输 出 接 口
……
N
解复用器
光存储器
复用器
波长变换器
22
光分组交换的帧格式
光时隙
固定持续时间 保 护 时 隙 保 护 时 隙 固定持 续时间 保 护 时 隙
载荷
分组头
23
交换中的竞争问题：
光分组缓存 在光存储器
波长转换 波长来解决
偏转路由器 改变分组在
中进行延时
CRC
帧间隔
同步
控制分组
帧间隔
Cos：服务类别
29
10.4 光交换的发展现状和前景 ☼钱（前）景：
一片大好
30
。。。。。。。。。。。。。
祝大家钱程步步高升
31
提前6.1节日快乐！
32
20
其中ATM光交换
ATM光交换是对ATM信元进行交换的技术。
ATM光交换遵循电信号领域
ATM交换的基本原理：
采用波分复用、电或光缓冲技术，先对信元波长进行 选路，依照信元的波长，将信元选路到输出端口的 光缓冲存储器中
21
OPS——光分组交换方式
OPS节点结构模型
光交换-肖增洋.ppt
• 时分光交换的过程
• 将一个时隙时间内的光信号在光纤延时线中传输的长度定义为一个基 本单位。那么，光信号需要延迟传输几个时隙，就让它经过几个单位 长度的光纤延时线。时分复用光信号经过分路器分离出每个时隙信号， 将这些信号分别经过不同的光纤延时线，即经过不同的时间延迟，变 换到相应的时隙中，再把所有的时隙信号经复用器复用输出，即完成 了时分光交换，如下图所示。
•
•
波分/频分光交换过程示意图
光交换的特点
电交换过程 光交换过程
光交换技术的分类
光电路交换 • 1.由电路交换而来 • 2.建立、连接、拆除三个 步骤 • 3.控制简单 • 4.业务时延小 • 5.不能高效传输突发性强 的IP业务 光分组交换 • 1.或称包交换 • 2.存储转发 • 3.较大的时延及其抖动 • 4.根据交换粒度不同可分 为：OPS光分组交换、OBS 光突发交换、OMPLS光标 记分组交换技术
透明光分组交换技术
通用的光分组交换节点 的结构模型如右图所示。 主要包括一系列复用器/ 解复用器、输入接口、输 出接口、交换矩阵、光存 储器、波长变换器以及交 换控制单元模块。由于光 分组交换有同步交换和异 步交换两种交换方式，同 步交换方式是目前比较常 见的交换方式，所以，这 里主要介绍使用同步交换 方式的光分组交换结构模 型的各功能模块。
光交换的特点
• 1.由于光交换不涉及到电信号源自所以不会受 到电子器件处理速度的制约，可与高速的 光纤传输速率匹配，实现网络的高速率。 • 2.光交换根据波长对信号进行路由和选择， 与通信采用的协议、数据格式和传输速率 无关，可以实现透明的数据传输。 • 3.光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活 的信息路由手段。
时分光交换
• 时分光交换的原理
现代交换原理与通信网技术——第10章 光交换
以下是几种主要的光开关器件： (1)半导体光放大器 半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且 可以利用一种叫偏置电信号的器件来控制对光信号的 放大倍数。当偏置电信号的值为0时，输入的光信号不 能从光放大器的输出端输出，相当于电开关的断开； 当偏置电信号的值不为0时，输入的光信号可以从输出 端输出，相当于电开关的接通。结构如图10.3所示。
图10.4 耦合波导开关结构图
(3) 硅衬底平面光波导开关 这种开关包含两个3dB的定向耦合器和两个长度相等的 波导臂，利用镀在Mach－Zehnder干涉仪波导臂上的 金属薄膜加热器形成相位延时器，通过控制两臂的相 位差来控制光信号的接通和断开。它的原理是利用在 硅介质波导内的热－电效应，平时偏压为零时，开关 处于交叉连接状态，但是当波导臂被加热后，开关切 换到平行的连接状态。如图10.5所示。
交换矩阵完成光信号在空间上的选路工作。交换矩阵要 能够完成基于分组级的信号处理。实现高速的信号处理 是交换矩阵的一个关键问题。交换矩阵必须在两个相继 分组到达的时间间隔内完成重新配置和交换。例如，在 一个10Gbit/s系统中，如果分组长度为125Byte （1kbit），一个分组要完全离开输入端口到达交换矩阵 需要大约100ns。两个分组之间的间隔也非常短，所以 交换矩阵重新配置和交换的时间必须是纳秒级的。
10.2.3 波分 频分光交换 波分/频分光交换 波分交换是根据光信号的波长来进行通路选择的交换 方式。其基本原理是对于波分复用信号使用不同的波 长来区别各路原始信号，通过改变输入光信号的波长， 把某个波长的光信号变换成另一个波长的光信号输出， 即实现波长互换，从而实现对各路原始信号的交换。 波分光交换模块由波长复用器/去复用器、波长选择空 间开关和波长变换器（波长开关）组成。 如图10.9所 示。
光交换技术
五、光交换技术的未来发展展望
1. 市场和用户是决定光网络去向何方的重要因素。目前光的电路交换技术已发展 的较为成熟，进入实用化阶段。光分组交换作为更加高速、高效、高度灵活的交换技 术，其能够支持各种业务数据格式——计算机通信数据、话音、图表、视频数据和高 保真音频数据的交换。自十九世纪七十年代以来，分组交换网经历了从X.25网、帧中 继网、信元中继网、④ISDN到⑤ATM网的不断演进，以至今天的OPS网成为被广泛关注 和研究的热点。超大带宽的OPS技术易于实现10Gb/s速率以上的操作，且对数据格式与 速率完全透明，更能适应当今快速变化的网络环境，能为运营商和用户带来更大的收 益。在更加实用化的光缓存器件和光逻辑器件产生以前，对二者要求不是很高的OBS以 及OMPLS技术作为OPS的过渡性解决方案，将会成为市场的主流。
（2） 光波分交换技术
指光信号在网络节点中不经 过光 / 电转换，直接将所携带的 信息从一个波长转移到另一个波 长上。 （4） 光码分交换技术 光码分复用（OCDMA）是一种 扩频通信技术，不同户的信号用 互成正交的不同码序列填充，接 受时只要用与发送方相同的法序 列进行相关接受，即可恢复原用 户信息。光码分交换的原理就是 将某个正交码上的光信号交换到 另一个正交码上，实现不同码子 之间的交换。
（4）波长变换器
全光波长转换器是波分复用光网络及全光交换网络中 的关键部件。 波长转换器有多种结构和机制，目前研究 较为成熟的是以半导体光放大器 (SOA) 为基础的波长转换 器 ,包括交叉增益饱和调制型 (XGM SOA)、交叉相位调制 型 (XPM SOA)以及四波混频型波长转换器 (FWM SOA)等。
完结
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光交换原理
光交换原理光交换是指利用光来进行信息交换和传输的技术。
在光交换系统中，光信号可以直接在光域内进行交换和传输，而不需要先将光信号转换为电信号再进行交换，这样可以大大提高交换效率和传输速度。
光交换技术是未来通信网络发展的重要方向，具有重要的理论和应用价值。
光交换系统主要包括光交换机和光交换网络。
光交换机是光交换系统的核心部件，它能够实现光信号的交换和路由。
光交换网络则是由多个光交换机组成的网络结构，能够实现光信号在网络中的传输和交换。
光交换原理主要包括光交换机的结构和工作原理。
光交换机的结构包括输入端口、输出端口和交换矩阵。
输入端口接收来自光纤的光信号，输出端口将光信号发送到目标光纤，交换矩阵则实现光信号的交换和路由。
光交换机的工作原理是通过控制交换矩阵中的开关状态来实现光信号的交换和路由。
当一个光信号需要从输入端口传输到输出端口时，交换矩阵中的开关会打开，将光信号传输到目标输出端口。
光交换原理的实现主要依赖于光交换技术。
光交换技术包括光交换机的设计和制造、光交换网络的构建和管理等方面。
光交换技术的发展对光交换原理的实现起着至关重要的作用。
随着光交换技术的不断发展，光交换原理得到了越来越广泛的应用，已经成为了未来通信网络发展的重要方向。
光交换原理的实现对通信网络的发展具有重要的意义。
光交换原理可以大大提高通信网络的传输速度和交换效率，能够满足未来通信网络对高速、大容量、低时延的需求。
光交换原理的实现还能够降低通信网络的能耗和成本，提高网络的可靠性和稳定性。
因此，光交换原理的实现对推动通信网络的发展具有重要的意义。
总之，光交换原理是利用光进行信息交换和传输的重要技术，具有重要的理论和应用价值。
光交换原理的实现主要依赖于光交换技术的发展，对通信网络的发展具有重要的意义。
随着光交换技术的不断发展，光交换原理将会得到越来越广泛的应用，成为未来通信网络发展的重要方向。
光交换
4.2 光交换网络技术的发展现状和前景
• 光通信网络正逐步向光网络发展。世界各国都在研究和开 发全光网络产品，力求解决现行通信网中由于电子处理速 度二形成的速率“瓶颈”问题。以光交换技术为基础的全 光网络将是未来的新型通信网络的发展方向。 • 目前，以波长为路由方式的光路光交换技术已经比较成熟 ，在光通信网中得到了广泛的应用。而光分组交换技术目 前还主要在实验领域内进行研究。 • 光分组交换技术能以更细的力度快速分配信道，支持ATM 和IP的光分组交换是下一代的全光网络技术的核心，应用 前景广阔。
1.3 光交换的基本器件
• 光开关是完成光交换的最基本的功能器件。
• 将一系列光开关组成一个阵列，构成一个多级互联的网络 ，在这个阵列中完成光信号的交换。
下面是几种主要的光开关器件： 1. 半导体光放放大器 半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且 可以利用一种被称为偏置电信号的器件来控制光信号的放 大倍数。
半导体光放大器
光输入
光输出
控制电流
2. 耦合波导开关 耦合波导开关不像半导体光放大器那样只有一个输入 端和一个输出端，而是有两个输入端和两个输出端。
控制电极 光信号通道
输入
输出
3. 硅衬底平面光波导开关 硅衬底平面光波导开关是利用在硅介质波导内的热电效应，平时偏压为零时，开关处于交叉连接状态，但是 当波导臂被加热后，开关切换到平行的连接状态。
2. OBS节点结构模型
3. OBS控制分组结构
标签
波长ID
Cos
偏置时间
突发大小
CRC
帧间隔
同步
控制分组
帧间隔
Cos：服务类别
4、光交换的发展现状和前景
4.1 光交换机的发展现状和前景
光交换技术概述
光交换技术综述（《现代交换技术》课程报告）一、什么是光交换技术在通信领域中，传统的交换技术属于电交换，网络中交换机接续的是电信号。
对于这种交换机，如果传输线路采用目前已经得到广泛使用的光纤传输光信号，则需要在交换机的输入端，将光信号通过光/电转换器件转换为电信号，交换机内部对电信号进行接续并送到输出端口，输出端口输出的电信号再通过电/光转换器件转换为光信号，然后再发送到光纤上去。
鉴于影响网络通信能力的两大主要元素是物理传输媒介和网络转接设备，现在，网络传输媒介已使用光纤，而很多网络的转节点处仍在使用电交换技术。
因此，网络转节点处的电交换技术成为了整个通信网络性能提升的瓶颈。
要消除通信网络性能提升的瓶颈，网络转节点处必须采用光交换技术。
所谓的光交换技术是指不经过任何光/电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。
二、典型的光交换元器件实现光交换的设备是光交换机，而光交换机是由基本光交换器件组成的。
因此，光交换器件是构成光交换网络的基础。
典型的光交换器件主要包括光开关、光耦合器、波长转换器和光存储器，下面分别加以叙述。
1、光开关构成一个电交换系统最简单的方法是使用电开关，每个电开关都可以在通信信号的控制下，使它的入线和出线接通或断开，从而使入线上的信号通过这个电开关出现或不出现在出线上。
将这些电开关排成阵列，在它们的控制端加上适当的控制信号，就可以使得有些开关接通，有些开关断开，从而就实现了电信号的交换。
同理，构成一个光交换系统最简单的方法是采用光开关。
与电开关不同的是，光开关接通或断开的是光信号。
光开关在通信中的作用主要是：⏹将某一光纤通道中的光信号接通或断开；⏹将某个光纤通道中的光转换到另一个光纤通道中去；⏹在同一光纤通道中将某种波长的光信号转换成另一种波长的光信号；可以作为光开关的元器件种类繁多，下面主要介绍半导体光开关、耦合波导开关、硅衬底平面光波导开关三种光开关元器件。
（1）半导体光开关（放大器）半导体光开关可以对输入的光信号进行放大，并且通过偏置电信号可以控制它的放大倍数。
现代通信中的光交换技术.ppt
32
现代通信中的光交换技术
（4）多维光交换系统
33
现代通信中的光交换技术 五、光分组交换(OPS)与光子IP路由
1. OPS
交换方式: • 固定分组长度同步方式 (时隙型)
• 可变分组长度异步方式 (非时隙型)
34
光分组交换与光子IP路由
OPS节点结构
35
光分组交换与光子IP路由 • 空分分组交换型 • 分组波长广播－选择型 • 波长路由型 • Tb/s级混合型 • 环形网结构
54
现代通信中的光交换技术
55
现代通信中的光交换技术
56
现代通信中的光交换技术
57
现代通信中的光交换技术
58
现代通信中的光交换技术
59
现代通信中的光交换技术
60
现代通信中的光交换技术
4. MEMS光交换
特点： 以集成回路形式在石英基片上建立多层、三维结构 低损耗、低串扰、高质量、高容量光交换
18
现代通信中的光交换技术
（5）特点 优点：所需互连不用物理接触 无信号干扰和串音 有效利用空间维数 能以低速交换宽带信号 分辨率高 缺点：光机械封装技术困难 交换控制复杂
19
现代通信中的光交换技术
4. 波/频分光交换
（1）定义
波长/频率分割：—— 建立不同的波长子通道 按照信息交换的要求，改变其信息传输的波长子通道。
2. OXC 节点及其技术
功能：光通道的交叉连结、本地上/下路 （配置/恢复/监测光信号）
OXC的性能评价
1. 是否支持波长通道（WP）和虚波长通道（VWP） 2. 阻塞特性 3. 链路模块性 4. 波长模块性 5. 广播发送能力 6. 成本
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现代通信中的光交换技术
（4）多维光交换系统
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现代通信中的光交换技术 五、光分组交换(OPS)与光子IP路由
1. OPS
交换方式: • 固定分组长度同步方式 (时隙型)
• 可变分组长度异步方式 (非时隙型)
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光分组交换与光子IP路由
OPS节点结构
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光分组交换与光子IP路由 • 空分分组交换型 • 分组波长广播－选择型 • 波长路由型 • Tb/s级混合型 • 环形网结构
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现代通信中的光交换技术
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现代通信中的光交换技术
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现代通信中的光交换技术
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现代通信中的光交换技术
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现代通信中的光交换技术
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现代通信中的光交换技术
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现代通信中的光交换技术
4. MEMS光交换
特点： 以集成回路形式在石英基片上建立多层、三维结构 低损耗、低串扰、高质量、高容量光交换
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现代通信中的光交换技术
（5）特点 优点：所需互连不用物理接触 无信号干扰和串音 有效利用空间维数 能以低速交换宽带信号 分辨率高 缺点：光机械封装技术困难 交换控制复杂
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现代通信中的光交换技术
4. 波/频分光交换
（1）定义
波长/频率分割：—— 建立不同的波长子通道 按照信息交换的要求，改变其信息传输的波长子通道。
2. OXC 节点及其技术
功能：光通道的交叉连结、本地上/下路 （配置/恢复/监测光信号）
OXC的性能评价
1. 是否支持波长通道（WP）和虚波长通道（VWP） 2. 阻塞特性 3. 链路模块性 4. 波长模块性 5. 广播发送能力 6. 成本
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现代交换技术(北大版)10光交换技术
i
j
j
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。
第10章 光交换(交换原理与技术课件)
与电分组交换相似，光分组交换也是一种存储转发式的交 换，不过存储转发的基本数据单元是光分组(Optical Packet)。光 分组由分组首部、载荷域和保护时间三部分组成。
在光分组交换结点中必须设有光分组的缓冲存储器，用以解 决两个或两个以上的分组同时或接近同时到达同一输出端口而引 起的“输出冲突”问题。
的光滤波器会给光信
号带来一定的损伤， 从而会影响系统的传 输性能。
ODMX WDM信号
OMUX WDM信号
分出 λ s 插入
本地设备
9
交换技术
OADM的实现方法及其工作原理(续)
第9章 以太网交换
• 基于光纤MZI和FBG的OADM
基于光纤马赫－曾德尔干涉仪(MZI)和光纤布喇格 光栅(FBG)构成的全光纤型OADM如下图所示。
(a) 1× 1
断 型 和 1×2 的 传 导 型 两 种 。 1
基本的空分光交换单元是
1× 1
2
1× 1
3
1×2和2×2光开关。
(c) 1×2
2
1
3
V
1
2
3
(b) 1 × 2
1 1× 2
2
4
3
(d) 2×2
13
交换技术
光交叉连接设备(OXC) （续）
第 10 章
光交换
• 空分光交换---举例
基于空分光交换基本单元，通过集成，可以构成更 大规模的空分交换矩阵或交换网络。
第10章 光交换(交换原理与技术课件 ）
交换技术
关于光交换
第 10 章
光交换
目前广泛应用的光网络是基于波分复用(WDM)与波长选路 (WR)的光承载网络(OTN)。OTN中采用的交换技术为光路交 换。光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备(OXC)是两种 光路交换设备。本章将在讲述WDM和OTN的基本原理之后， 着重讨论OADM和OXC的工作原理与关键技术。最后介绍光 分组交换和突发交换的概念。
在光分组交换结点中必须设有光分组的缓冲存储器，用以解 决两个或两个以上的分组同时或接近同时到达同一输出端口而引 起的“输出冲突”问题。
的光滤波器会给光信
号带来一定的损伤， 从而会影响系统的传 输性能。
ODMX WDM信号
OMUX WDM信号
分出 λ s 插入
本地设备
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交换技术
OADM的实现方法及其工作原理(续)
第9章 以太网交换
• 基于光纤MZI和FBG的OADM
基于光纤马赫－曾德尔干涉仪(MZI)和光纤布喇格 光栅(FBG)构成的全光纤型OADM如下图所示。
(a) 1× 1
断 型 和 1×2 的 传 导 型 两 种 。 1
基本的空分光交换单元是
1× 1
2
1× 1
3
1×2和2×2光开关。
(c) 1×2
2
1
3
V
1
2
3
(b) 1 × 2
1 1× 2
2
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(d) 2×2
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交换技术
光交叉连接设备(OXC) （续）
第 10 章
光交换
• 空分光交换---举例
基于空分光交换基本单元，通过集成，可以构成更 大规模的空分交换矩阵或交换网络。
第10章 光交换(交换原理与技术课件 ）
交换技术
关于光交换
第 10 章
光交换
目前广泛应用的光网络是基于波分复用(WDM)与波长选路 (WR)的光承载网络(OTN)。OTN中采用的交换技术为光路交 换。光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备(OXC)是两种 光路交换设备。本章将在讲述WDM和OTN的基本原理之后， 着重讨论OADM和OXC的工作原理与关键技术。最后介绍光 分组交换和突发交换的概念。
光交换技术分类光交换技术共25页PPT
பைடு நூலகம்
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
光交换技术分类光交换技术
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
光交换技术分类光交换技术
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现代交换技术 第十章 光交换
在同一光纤通道中，将一种波长的光信号转换为另一种波长的光信号。
耦合波导光开关
10.2 光交换器件
• 波长转换器是一种能把带有信号的光波从一个波长输入转换为另 一个波长输入的器件。
• 波长转换器是解决相同波长争用同一个端口时的信息阻塞的关键。 • 光存储器是光交换网中时分型交换模块的重要部件。 光纤时延线光存储器 双稳态激光二极管光存储器 • 在光纤通信中，通信信息由LED或LD发出的光波所携带，光波就 是载波，把信息加载到光波上的过程就是调制。 • 光调制器是实现从电信号到光信号转换的器件。
10.4 光交换系统
• 光交叉连接有三种实现方式: 光纤交叉连接：以一根光纤上所有波长的总容量为基础进行的交叉 连接。 波长交叉连接：将一根光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长 的另一根光纤上。 波长变换交叉连接：将任何输入光纤上的任何波长交叉连接到任何 输出光纤上。
10.4 光交换系统
• 自动光交换网络ASON体系结构主要体现在具有鲜明特色的三个平 面、三种接口和三类连接方式上。
10.5 自动光交换网络
• ASON的三个平面为控制平面、管理平面、传送平面：
控制平面是ASON最具特色的核心部分，主要完成路由控制、连接及链 路资源管理、协议处理和其它策略控制功能。
传送平面由一系列的传送实体组成，为业务的传送提供端到端的单向 或双向传输通道。 管理平面负责对传送平面和控制平面进行管理。
• 光分组交换能在细粒度上实现光交换/选路，极大地提高了光网络的灵活性和贷 款利用率: 输入接口 对输入信号进行定时、检测、同步、识别，以便进行后续的处理 和交换。 控制单元 负责处理、更新信头信息，保持节点转发表，并将新的信头传送 给输出接口。
10.4 光交换系统
耦合波导光开关
10.2 光交换器件
• 波长转换器是一种能把带有信号的光波从一个波长输入转换为另 一个波长输入的器件。
• 波长转换器是解决相同波长争用同一个端口时的信息阻塞的关键。 • 光存储器是光交换网中时分型交换模块的重要部件。 光纤时延线光存储器 双稳态激光二极管光存储器 • 在光纤通信中，通信信息由LED或LD发出的光波所携带，光波就 是载波，把信息加载到光波上的过程就是调制。 • 光调制器是实现从电信号到光信号转换的器件。
10.4 光交换系统
• 光交叉连接有三种实现方式: 光纤交叉连接：以一根光纤上所有波长的总容量为基础进行的交叉 连接。 波长交叉连接：将一根光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长 的另一根光纤上。 波长变换交叉连接：将任何输入光纤上的任何波长交叉连接到任何 输出光纤上。
10.4 光交换系统
• 自动光交换网络ASON体系结构主要体现在具有鲜明特色的三个平 面、三种接口和三类连接方式上。
10.5 自动光交换网络
• ASON的三个平面为控制平面、管理平面、传送平面：
控制平面是ASON最具特色的核心部分，主要完成路由控制、连接及链 路资源管理、协议处理和其它策略控制功能。
传送平面由一系列的传送实体组成，为业务的传送提供端到端的单向 或双向传输通道。 管理平面负责对传送平面和控制平面进行管理。
• 光分组交换能在细粒度上实现光交换/选路，极大地提高了光网络的灵活性和贷 款利用率: 输入接口 对输入信号进行定时、检测、同步、识别，以便进行后续的处理 和交换。 控制单元 负责处理、更新信头信息，保持节点转发表，并将新的信头传送 给输出接口。
10.4 光交换系统
光交换技术发展概述
光交换技术发展概述光交换技术发展概述光交换技术发展概述摘要：光交换是光通信的关键技术。
本文分类阐述了光交换的不同类型。
比较了纯光交换和电交换的差异。
最后展示了光交换发展的几大趋势。
关键词：光交换类型电交换趋势现代通信网中，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，它的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。
一、什么是光交换光交换(photonicswitching)技术也是一种光纤通信技术，它是在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。
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）交换，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。
光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以起到相得益彰的作用，从而使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。
光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。
光路光交换可利用ＯＡＤＭ、ＯＸＣ等设备来实现，而分组光交换对光部件的性能要求更高，由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制，即所谓的电控光交换。
随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。
随着通信网络逐渐向全光平台发展，网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重霎。
光交换技术能够保证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台，尽管现有的通信系统都采用电路交换技术，但发展中的全光网络却需要由纯光交换技术来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。
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图10-5 外调制器的结构
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10-6 光波长转换器结构示意图
1．光纤延迟线光存储器 2．双稳态激光二极管光存储器
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光交换网络完成光信号在光域的直接 交换，不需通过光—电—光的变换。
根据光信号的复用方式，光交换技术 可分为空分、时分和波分3种交换方式。
若光信号同时采用两种或三种交换方 式，则称为混合光交换。
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5
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概述 光交换器件 光交换网 光交换系统 光交换的现状和发展
【本章内容简介】 光交换技术是交换 技术未来的发展方向。
本章从交换光交换概念出发，介绍了 光纤通信的发展简史及主要特点，阐述了 光交换技术的实现方式与原理，主要涉及 光交换器件、各种光交换网络、光交换系 统等内容，同时对光交换技术的现状和发 展概况进行了简要介绍。
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图10-2 半导体光放大器及等效开关示意图
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图10-3 耦合波导光开关
液晶是介于液体与晶体之间的一种物 质状态。
一般的液体内部分子排列是无序的， 而液晶具有流动性，其分子又按一定规律 有序排列，使它呈现晶体的各向异性。
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当光通过液晶时，会产生偏振面旋转， 双折射等效应。
所谓光纤通信，就是利用光纤来传送 携带信息的光波以达到通信之目的。
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光纤通信的原理是：在发送端首先要 把传送的信息（如语音）变成电信号，然 后调制到激光器发出的激光束上，使光的 强度随电信号的幅度（频率）变化而变化， 并通过光纤发送出去；在接收端，检测器 收到光信号后把它变换成电信号，经解调 后恢复原信息。
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光开关在光通信中的作用一是将某一 光纤通道中的光信号切断或开通；其次是 将某波长光信号由一个光纤通道转换到另 一个光纤通道中去；再是在同一光纤通道 中将一种波长的光信号转换成另一种波长 的光信号。
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依据开关实现技术的物理机理来分， 可分为机械式光开关、热光开关和电光开 关等。
此外，光纤是绝缘体，不会受高压线 和雷电的电磁感应，抗核辐射的能力也强， 因而在某些特殊场合，电通信受干扰不能 工作而光纤通信却能照常工作。
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光纤几乎可做得不漏光，因此保密性 好，光缆中的光纤也互不干扰。
当通信容量较大，距离较远时，光纤 通信系统的每话路公里的造价较电缆通信 的为低。
光纤通信因有这些优点而得到迅速发 展。
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【本章重点难点】 重点掌握光交换器 件和光交换网络。
难点是光存储器的工作原理。
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光交换（photonic switching）技术是 在光域直接将输入光信号交换到不同的输 出端，完成光信号的交换。
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1．光纤通信技术的发展
光纤用于通信是1978年，首先应用于 商业性实验。
传统的PDH和2.5Gbit/s速率以下的 SDH系统使用的LED或LD光源基本上采用 的都是这种调制方式。
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间接调制，这种调制方式又称为外调 制。
即不直接调制光源，而是在光源的输 出通路上外加调制器对光波进行调制，此 调制器实际上起到一个开关的作用。其结 构如图10-5所示。
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图10-1 数字光纤通信系统
大家知道，光波也是电磁波，但它的 频率比电信中利用的其他电磁波频率高出 几个数量级。
频率极高使得通信系统拥有极大的通 信容量，所用光纤和由多根光纤组成的光 缆体积小，重量轻，易于运输和施工。
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光纤的衰耗很低，故无中断，通信距 离很长。
液晶分子是含有极性基因团的极性分 子，在电场作用下，偶极子会按电场方向 取向，导致分子原有的排列方式发生变化， 从而液晶的光学性质也随之发生改变，这 种引外电场引起液晶光学性质的改变称为 液晶的光电效应。
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10-4 液晶光开关工作原理
在光纤通信中，通信信息由光波携带， 光波就是载波，把信息加载到光波上的过 程就是调制。
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（1）全光通信是历史发展的必然 （2）降低成本 （3）解决了“电子瓶颈”问题
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全光网络的基本技术有全光交换、全 光交叉连接、全光中继、全光复用与解复 用等设备是光交换机。 光交换器件是实现全光网络的基础。 光交换机的光交换器件有光开关、光 波长转换器和光存储器等。
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全光通信是指用户与用户之间的信号 传输与交换全部采用光波技术，即数据从 源节点到目的节点的传输过程都在光域内 进行，而其在各网络节点的交换则采用全 光网络交换技术。
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全光通信技术是针对普通光纤系统中 存在着较多的光电/转换设备而进行改进的 技术。
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全光通信的实现，可以分为两个阶段 来完成。
光调制器是实现电信号到光信号转换 的器件，也就是说，它是一种改变光束参 量传输信息的器件，这些参量包括光波的 振幅、频率、位相或偏振态。
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目前广泛使用的光纤通信系统均为强 度调制——直接检波系统，对光源进行强 度调制的方法有两类，即直接调制和间接 调制。
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直接调制：又称为内调制，即直接对 光源进行调制，通过控制半导体激光器的 注入电流的大小来改变激光器输出光波的 强弱。
1980年美国建成了长度为1 241.6km的 干线光缆。
1985年，纵贯日本的干线光纤宣告完 成，全长为3 400km。1988年，大西洋海 底光缆宣告建成，长度为13 000km。
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进入21世纪，光纤通信发展较快的几 项技术是波分复用技术、光纤接入网技术 （OAN）和全光网技术。
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空分光交换网络（space optical switch network）是光交换方式中最简单的一种。
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图10-7 基本的22空分光交换模块
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采用光延迟器件实现光时分交换的原 理是：先把时分复用光信号通过光分路器 分成多个单路光信号，然后让这些信号分 别经过不同的光延迟器件，获得不同的时 间延迟，再把这些信号经过光合路器重新 复用起来。