第3章全光通信网-光交换技术(3)
光交换技术
现代光纤通信技术
现代光纤通信技术
光交换技术
ห้องสมุดไป่ตู้光交换：对送来的光信号直接进行交换，无需光/电/光变换
实现全光通信的关键技术
光的“电路”交换（OCS:Optical Circuit Switching） ▪ 空分光交换 ▪ 时分光交换 ▪ 波分/频分光交换 ▪ 码分光交换
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
8×8 光开关矩阵
光
光
用 户
耦 合 器
耦 合 器
监控电路
用 户
用 户
呼叫处理中心
时分光交换
▪ 时分光交换（Time Division Optical Switching）是以时分复用
为基础，用时隙互换原理来实现交换功能。
▪ 时隙互换是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置。 ▪ 时分光交换中最核心的工作是将时分复用信号顺序地存入存储器并
复合光交换：采用两种或多种交换方式
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
控制光选通元件的通断，实现空间任意两点（点到点、一点到多点、 多点到一点）的直接光通道连接。
▪ 实现的方法是通过空间光路的转换加以实现， ▪ 关键器件：光开关及相应的光开关阵列矩阵。
将经过时隙互换操作后形成的另一时隙阵列顺序地取出。
▪ 关键器件：光开关和光存储器
... ...
1
时隙
1
2 复 12 N 分 2
接 器 N
帧
接
器
N
时分复用原理
1
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，
全光通信网
五、光交叉连接
OXC光交叉主要功能：1光交叉连接2分插复用和带宽管理3保护和恢复4波长变换5网元管理
OXC的主要性能：1交叉连接容量大小取决于OXC的端口数2通道特性指OXC只支持波长通道还是也可以支持虚波长通道，波长通道指OXC没有波长转换功能，光通道在不同的光纤段中必须使用同一波长。虚波长通道是指OXC具有波长转换功能，光通道在不同的光纤段中可以占用不同的波长，从而提高了波长的利用率，降低了阻塞概率。
六、光分叉复用
OADM是波分复用光传送网的主要节电设备，其主要功能是能从线路传输光信号中将某些波长通道分出和插入，并具有操作、管理与维护功能
OADM的主要性能：1容量大小2业务接入及汇聚能力3多种粒度的业务调度能力4模块性5支持保护倒换的能力6色散管理能力7网管能力
光纤光栅和光环形器的OADM结构
图6-5
光纤级的交叉连接就是将一根光线中的业务作为整体一起进行交换，交换力度最大。波长级的交叉连接就是将光纤中的波长进行交换，交换力度较大是当前主要的交叉连接形式，是OXC的核心模块。
缩略语
ADM分插复用器AON全光网络APS自动保护倒换ASON自动交换光网络ATM异步传输模式AWG阵列波导光栅CTPS复合型光交换DWDM密集波分复用EDFA掺铒光纤放大器FDL光纤延时线IP因特网协议LAN局域网LMP链路管理协议LSC波长交换能力LSL链路子路MAN城域网MPLS多协议标签交换MSP服用段保护MSTP多业务传送平台NSL网络子网OADM光分叉复用OBS光突发交换OCH光通道层OCh光通道OS光开关OPS光分组交换
全光网路是指信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生、光交叉连接、光分叉复用和交换／选路，中间不需经过光电、电光转换，因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制，对比特速率和调制方式透明，可以大大提高整个网络的传输容量和交换节点的吞吐量。
全光通信—光交换技术
全光通信—光交换技术全光通信—光交换技术全光通信光交换技术摘要：通信网的两大组成部分是传输和交换，随着通信容量的要求和光纤通信的发展，电交换中由于电子转移速度的限制成为信息通信的瓶颈，因而由光交换组成的全光通信网将成为今后通信网的主流。
本文对光交换技术相关知识及其发展进行了简要的介绍。
关键字：全光通信光交换技术光交换系统一、引言通信网的两大主要组成部分传输和交换，随着通信容量和带宽要求的迅速增加都在不断发展和革新。
由于光波分复用(WDM)技术的成熟，传输容量的迅速增长带来的对交换系统发展的压力和动力，通信网中交换系统的规模越来越大，运行速率越来越高。
但目前的电子交换和信息处理网络的发展己接近电子速率的极限，其固有的CD参数、钟歪、漂移、串话和响应速度等缺点限制了交换速率的提高，为了解决电子瓶颈的限制问题。
在交换系统中引入光子技术实现光交换，光交叉连接(OXC)和光分叉复用(OADM)实现全光通信。
全光通信网的优点是：光信号在通过光交换单元时，不需要经过光电、电光转换。
因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制，对比特率和调制方式透明，可以大大提高交换单元的信息吞吐量。
由于信息的传输技术的不断完善，光交换技术成为全光通信网的关键。
二、光交换的概念与特点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。
光交换系统主要由输入接口、光交换矩阵、输出接口和控制单元四部分组成，如下图所示：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，因此国际上现有的光交换控制单元还要由电信号来完成，即所谓的电控光交换。
在控制单元的输入端进行光电转换，而在输出端需完成电光转换。
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要。
采用光交换技术可以克服电子交换的容量瓶颈问题，实现网络的高速率和协议透明性，提高网络的重构灵活性和生存性，大量节省建网和网络升级成本。
光交换技术
光 通 信 技 术V o l.25 O PT I CAL COMM U N I CA T I ON T ECHNOLO GY N o.4中国无线电电子学、电信技术类核心期刊光交换技术谈α邹自立(信息产业部电子第三十四研究所 桂林 541004)摘要 论述了在全光通信网络技术中将发挥重要作用的光交换技术,比较详细地介绍空分光交换、时分光交换、波分光交换、A TM光交换、码分光交换、自由空间光交换和复合型光交换等7种光交换技术,并对光交换技术的市场和技术发展前景进行了描述。
关键词 光通信 光交换 全光网络中图分类号 TN915.2 文献标识码 A1 引言光纤通信技术的发展方向,是实现最大可能地利用光纤给人们提供巨大带宽资源将信息进行无阻塞地传输和交换。
为实现这一目标,许多人付出了极大的努力,基于光域范围内的复用 解复用技术的应用就是一例。
多年以前,人们就提出了构建全光网络的设想,那是一个完全建立在光域上进行信息采集、处理、放大、存储、传输、交换、恢复全过程光学化的理想光子网络。
然而,过于理想的东西,其实现的技术难度也是极其巨大的。
尽管现在全光网的概念不仅依然存在并正在迅速发展,但现在人们心目中的全光网已不是原来理想化的那个狭义全光网了,而是被广义化了的全光网。
目前的全光网是指在网络中光信息流的传输和交换过程是以光的形式存在和完成,而电子技术在其中仍然发挥着极其重要作用,例如用电子电路实现控制等的网络。
广义化的全光网络实际上是一个由光学技术与电子学技术相结合的网络,但必须指出的是,在广义化的全光网络里,光学技术是主体,电子学技术只是辅助,这是有别于传统的由O E、E O变换所构成的光电结合网络的。
全光网络具有如下优点:(1)提供巨大的带宽。
(2)与无线或铜线比,处理速度高且误码率低。
(3)采用光路交换的全光网络具有协议透明性,即对信号形式无限制。
允许采用不同的速率和协议,有利于网络应用的灵活性。
(4)全光网中采用了较多无源光器件,省去了庞大的光 电 光转换工作量及设备,提高网络整体的交换速度,降低了成本并有利于提高可靠性。
光交换技术.详解
OTP层：光透明分组层
25
光透明分组层（OTP）的参考结构模型
IP包头处理 IP数据报分段(如果需要)和转发
数据速率适配 OTP分组头产生
复用/解复用 在适当的光波上传输
路由
IP数据报处理
和路由
DCSL NSL LSL WCSL
光分组产生、复 用和在光纤中传
送
讲述的是一份快递从打包到加地址到发送的过程
4
2
输出 3
4 交叉状态
12
分路 复用
时分光交换
123 输入
1
1
延迟
2
2
延迟
3
3
延迟
312 输出
13
波分光交换
其基本原理是：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。
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。
14
波分光交换
λ1
λ
λ1...λ4
波长解复
用
λ3
λ4
波长变换 波长变换 波长变换
λ1
λ2 波长复用
λ3
λ1...λ4
λ4
15
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
前方高能，请注意！！
16
10.3 光分组交换技术
最难部分我都没怎么搞懂
智商不够，同王宝强
17
光交换按交换方式可分：
光路交换方式（OCS）
加电
控制电极
输入
不加电
光信号通道
输出
6
光交换的基本器件
硅衬底平面光波导开关
光交换技术
对光交换技术的认识摘要：在未来的网络中全光网络充分利用光纤的巨大带宽资源来满足各种通信业务爆炸式增长的需要。
为了克服光网络中的“电子瓶颈”，具有高度生存性的全光网络成为宽带通信网络的未来发展目标。
而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它在全光网通信系统中发挥着重要的作用。
关键词：光交换技术光空分交换光时分交换光波分交换WDM SOA XGM光交换技术是指不经过任何光电转换，在光域上直接将输入光信号交换到不同的输出端。
因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制，对比特率和调制方式透明，可以大大提高交换单元的信息吞吐量。
由于信息的传输技术的不断完善，光交换技术成为全光通信网的关键。
根据光信号的交换对象的不同可将光交换分为空分、时分、波分三种交换方式。
1.光空分交换技术空分光交换技术就是在空间域上对光信号进行交换，它的基本原理是将光交换元件组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路。
空间光开关是光交换中最基本的功能开关。
目前，光开关的技术已经较为成熟。
现在光通信中使用的光开关主要有机械型光开关、热光型光开关、微电子机械型光开关和半导体光放大器门型光开关。
机械型光开关在光网络中的应用较为广泛，主要是通过移动光纤、棱镜、反射镜等改变光的传播路径。
机械式光开关插入损耗较低，对偏振和波长不敏感。
其缺陷在于开关时间较长，一般为毫秒级，有时还存在回跳抖动和重复性较差的问题。
由于体积较大，不易做成大型的光开关矩阵。
热光开关一般采用波导结构，利用薄膜加热器控制温度，通过温度变化引起折射率变化来改变波导性质，从而实现光开关动作。
例如，MZI型光开关：即通过改变波导的温度而使波长的传播相位得以改变，进而改变波长的传播路线。
若薄膜加热器不加热，从1’输出的两束光相位差为π，干涉相消，即光只从2’输出；若调节加热温度使之形成π相移，那么在和输出端口两束光的相位关系随之发生变化，光会从1’输出。
光通信网络中的全光网络交换技术研究
光通信网络中的全光网络交换技术研究全光网络交换技术在光通信网络中的应用和研究光通信网络是一种利用光信号进行信息传输的高速和高容量网络。
它已经成为满足日益增长的数据传输需求的重要技术。
而光网络交换技术作为光通信网络中的核心技术之一，起到了关键的作用。
本文将围绕光通信网络中的全光网络交换技术展开论述，探讨其应用以及当前的研究前景。
一、光通信网络中的全光网络交换技术概述光通信网络中的全光网络交换技术是一种实现光信号的交换和路由的技术。
它能够将接收到的光信号进行解调、转换和再调制，实现信息的交换和路由功能。
与传统的电子网络交换技术相比，全光网络交换技术具有更高的传输速率和更大的容量，有助于满足日益增长的数据传输需求。
二、全光网络交换技术的应用领域全光网络交换技术在许多领域都有着广泛的应用，特别是在大规模数据中心、长距离通信和光传感器网络等方面。
1. 大规模数据中心随着云计算和大数据时代的到来，大规模数据中心已经成为数据处理和存储的重要基础设施。
在数据中心中，海量的数据需要高速和高容量的传输。
全光网络交换技术能够提供更大的带宽，以满足数据中心对高速数据传输的需求。
2. 长距离通信在长距离通信中，传统的电子网络交换技术由于传输损耗和时延较大，无法满足高速和高容量传输的需求。
而全光网络交换技术可以通过光纤进行长距离传输，具有较低的损耗和时延。
因此，在长距离通信中，全光网络交换技术被广泛应用。
3. 光传感器网络光传感器网络是一种将光通信技术应用于传感器网络中的技术。
全光网络交换技术能够提供高速和高容量的传输，使得传感器网络更加灵活和可靠。
因此，全光网络交换技术在光传感器网络中有着重要的应用价值。
三、全光网络交换技术的研究进展和前景随着光通信技术的不断发展，全光网络交换技术也得到了广泛的研究和应用。
目前，有几个重要的研究方向和挑战：1. 光信号的调制和解调技术光信号的调制和解调技术是全光网络交换技术的关键环节。
如何实现高效的光信号调制和解调，是当前研究的重点之一。
全光通信网络技术（AON）
全光通信网络技术（AON）在以光的复用技术为基础的现有通信网中，网络的各个节点要完成光／电／光的转换，仍以电信号处理信息的速度进行交换，而其中的电子件在适应高速、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的“电子瓶颈”现象。
为了解决这个问题，人们提出了全光网（AON）的概念，全光网以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。
1、全光网的概念所谓全光网，是指从源节点到终端用户节点之间的数据传输与交换的整个过程均在光域内进行，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入。
2、全光网的优点基于波分复用的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。
它具备如下以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点：（1）省掉了大量电子器件。
全光网中光信号的流动不再有光电转换的障碍，克服了途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，省掉了大量电子器件，大大提高了传输速率。
（2）提供多种协议的业务。
全光网采用波分复用技术，以波长选择路由，可方便地提供多种协议的业务。
（3）组网灵活性高。
全光网组网极具灵活性，在任何节点可以抽出或加入某个波长。
（4）可靠性高。
由于沿途没有变换和存储，全光网中许多光器件都是无源的，因而可靠性高。
3、全光网中的关键技术3.1光交换技术光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。
光路交换又可分成3种类型，即空分（SD）、时分（TD）和波分／频分（WD／FD）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。
其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。
光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。
3.2光交叉连接（OXC）技术OXC是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护／恢复以及自动配线和监控的重要手段。
《光纤通信》第3章课后习题答案
1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。
解：波长为1m λμ=的光子能量为834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J mλ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。
如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。
解：光子数为3484441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
解：粒子数为3482161 6.6310310 3.98100.510c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 4．光与物质间的相互作用过程有哪些？答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。
5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。
处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。
6．什么是激光器的阈值条件？答：阈值增益为1211ln 2th G L r r α=+其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。
当激光器的增益th G G ≥时，才能有激光放出。
（详细推导请看补充题1、2）7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ∆=-∆，于是得到2E hc λλ∆=-∆，可见当E ∆一定时，λ∆与2λ成正比。
光纤通信原理 第三章 光纤通信技术
图 双纤单向WDM传输
(2) 单纤双向传输。 双向WDM传输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7.8所示，所用波长相 互分开， 以实现双向全双工的通信。
1 光发射机 1
光接机 1
…
…
n 光发射机 n 1′ 光接收机
复用/解复用器
…
n′ 光接收机
1…n
光纤 放大器
n＋1…2n
光接收机 n
在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开，完成多路光信号 传输的任务。
反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。
1 光发射机
1
…
复用器
n 光发射机 n
1′ 光接收机 n′ 光接收机
…
解复用器
光纤放大器 1…n
光纤放大器 1…n
解复用器
光接收机
1
…
光接收机 n
复用器
1 光发射机
1′
…
n 光发射机
n′
如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为WDM传输， 我们就可以在这些WDM链路的交叉(结点)处设置以波长为单位 对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)，或进行光上下 路的光分插复用器(OADM)，则在原来由光纤链路组成的物理层 上面就会形成一个新的光层。
在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来， 形成一个跨越多个OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息 传送，并且这种光通路可以根据需要灵活、动态地建立和释放， 这就是目前引人注目的、 新一代的WDM全光网络。
复用/解复用器 n＋1
光发射机
1′
…
2n 光发射机
n′
图 单纤双向WDM传输
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关键的系 统因素：
光交换技术
下一页 返回
8. 1光交换技术类型
热光交换:采用可调节热量的聚合体波导.由分布于聚合堆中的薄膜加热 元索控制。当电流通过加热器时.改变了波导分支区域内的热量分布.从 而改变折射率.这样可以将光祸合从主波导引导至目的分支波导。这种光 交换的速度可达μs级·实现体积也非常小·但介入损耗较高、串音严重、 消光率较差、耗电量较大.并需要良好的散热器。
2.空分光交换技术(SDPS ) SDPS的基本原理是将光交换组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，
即可在任一路输入光纤和任一输出光纤之间构成通路。因其交换元件的 不同可分为机械型、光电转换型、复合波导型、全反射型和激光二极管 门开关等，如藕合波导型交换元件妮酸钾，它是一种电光材料，具有折 射率随外界电场的变化而发生变化的光学特性。
按交换方式·光交换可分为光电路交换方式(Optical Circuit Switching, OCS)和光分组交换方式(Optical Packet Switching, OPS)·对应于电交 换中的电路交换和分组交换方式。
返回
8. 4光路交换技术
光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术(SD)、时分交换技术(TD)、 波分/频分交换技术(WD/FD)、码分交换技术和复合型交换技术，其中空 分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。其中空分交换按光矩 阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一 个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步 传送模式是近年来广泛研究的一种方式。
上一页 下一页 返回
8. 1光交换技术类型
该技术可以构造多通路交换机.缺点是损耗大、热漂移量大、串音严重、 驱动电路也较昂贵。
全光通信网中的关键技术——光交换技术
换 技术 作为 全光通 信 网中的一 个重 要支 撑技术 ，在全 光通 信网 中发 挥 着重要 的作用 ，在某 种 程度上 也是决 定 了全光通 信的发 展 。
１ 光 交 换 技 术 的概 念
（ ）可以 克服纯 电子交 换 的容 量瓶 颈 问题 ； １
换模 块 中则需 要有 光存储 器 （ 光纤延 迟 存储 器 、双 如 稳态 激光 二极 管存储 器 ） 光选 通器 （ 、 如定 向复合 型 阵
列 开关 ）以进行 相应 的交换 。
３ ２ 复合 光 交 换 技 术 ．
随着通 信 网络 逐 渐向 全光平 台发展 ， 网络 的优化 、
路 由、 护和 自愈功 能在 光通 信领 域 中越来越 路
（ ）可 以大量 节省 建 网和 网络升 级成 本 。如果 采 ２ 用 全光 网技术 ，将使 网络 的运行 费用 节省 ７ ，设 备 Ｏ 费用节 省 ９ ； Ｏ （ ）可 以大 大提 高 网络 的重 构 灵 活性 和生 存 性 ， ３ 以及加 快 网络恢 复 的时 间 。
３ 光 交 换 技 术 的 分 类
和 空分 型交换 模块 构成 。它所采 用 的空分 交换模 块 与
上述 的空 分光 交换功 能块 完全相 同 ，而在 时分 型光交
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 。
２ 光 交 换 技 术 的 特 点
８ ４
该技术 是 指在一 个交换 网络 中 同时应用 两种 以上 的光 交换方 式 。例如 ，在波分 技术 的基 础上 设计 大规
《 代 电子技 术 》 ０ ２年 第 ５期 总第１ ６期 现 ２０ ３
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
OBS(Optical Burst Switching)
3.6 光突发交换（OBS）技术
▪ 目前比较成熟的光路交换(OCS)虽然相对简单、易于实现， 但建立和拆除一条通道需要一定的时间，且该时间与其连接 的保持时间无关。因此在不断增长且变化无常的因特网流量 中，OCS 自然难服水土；而光分组交换(OPS)的光逻辑处 理技术不成熟，没有可用的光随机存储器也阻碍了它的商用 进程。针对目前OCS 和OPS 存在的一些问题，人们提出了 一种新的光交换技术——光突发交换(OBS)技术，它兼有 OCS 和OPS 的优点，又避免了二者的不足，得到国内外学 者们的广泛研究。
在这种情况下，Chunming Qiao和J s Turnor等 人提出了新的光交换技术---OBS(Optical Burst Switching，光突发交换)， 作为电路交换向分组交换的过渡技术。0BS使用 的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电 路交换灵活、带宽利用率高，比光分组交换更贴 近实用。可以说，它结合了两者的优点且克服了 两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而 逐渐引起了众多专家、学者的重视。被认为很有 可能在未来光互联网中扮演关键角色。
▪ 突发数据从源节点到目的节点始终在光域内传输， 而控制分组在每个节点都需要进行光／电／光的变 换以及电处理。控制信道（波长）与突发数据信道 （波长）的速率可以相同，也可以不同。
控制分组长度非常短，因此使高速处理得以实现。
突发交换与分组交换和电路交换技术相比较，有以下优点：
OBS优点
▪ （1）粒度适中：OBS的粒度介于OCS和OPS之间， 它比OCS粒度细，比OPS粒度粗。由于基于波长通道 的线路交换颗粒度较大，不利于保证不同业务不同的 QoS，而光分组交换颗粒度较小，但要求光开关的时 间达到纳秒级，甚至更短，技术上难以实现。OBS可 以看做光电路交换和光分组交换之问的一个折中，它 将粒度较小的IP包组装成为一个大的突发组后再送到 网络中传送，它的交换粒度（即突发长度）通常为毫 秒量级，实现交换对光开关的要求易于满足。
▪ （2）BCP与BDP在信道上分离：OBS的BCP与BDP 分离传送与处理，降低了中间交换节点的复杂度及对 光器件的要求，且便于OBS的实用；
▪ （3）对光器件的要求降低 OBS之所以比OPS更易于实现，不仅在于其交换的颗
粒度更大，而且在于光突发交换网对于分组同步的要求 大大降低，在交换节点上并非一定要使用光缓存，免去 了分组交换中逐一处理分组头的麻烦，因此大大降低了 对光开关和光缓存等光器件的要求，技术上易于实现。 ▪ （4）单向预留：BDP的发送不需要等待应答信号，这 与光路交换相比大大减少等待时延； ▪ （5）透明传输：BCP（通过配置、交换）为BDP在每 个中间节点建立全光路径，即BDP是完全透明的，不经 过任何光电／电光转换，避免了电子瓶颈； ▪ （6）统计复用：BDP从不同源节点到不同目的节点的 传输采用统计复用方式，从而有效利用链路相同波长的 带宽，具有较高的带宽利用率。
从长远来看，OPS(Optical Packet Switching)
是光交换的发展方向，但OPS存在着 两个近期内难以克服的障碍： 1. 光缓存器技术还不成熟，目前实验系统中采用的 光纤延迟线(FDL，Fiber Delay Line)往往比较笨重、 不灵活，存储深度有限； 2. 在OPS的节点处，多个输入分组的精确同步难以 实现。由于在一些关键性的光器件（高速光开关、 光缓存器、光逻辑器件等）取得重大突破之前，光 分组交换技术尚难以从实验室走向实用。因此，在 短时期内光分组交换的商业应用前景还不被看好。
OBS的BCP与BDP信道
• BCP和BDP在物理信道上是分离的，每个BCP对 应一个BDP。BCP长度较之于BDP要短得多，在 节点内BCP经过O/E/O的变换和电处理，而BDP 从源节点到目的节点始终在光域内传输。OBS节 点有两种：核心节点与边缘节点。核心路由器的 任务是完成突发数据的转发与交换；边缘路由器 负责重组数据，将接入网中的用户分组数据封装 成突发数据，或进行反向的拆封工作。
3.6.2 光突发交换分组格式
协议 分组 源节 目的 序列 波长 CoS 偏置 突发 当前 TTL CRC
版本 类型 点 节点 号 ID
时间 大小 跳数
帧间 同步/帧 BCP 帧间
隔 开始
隔
“分组类型”说明在BCP信道中传输的是 BCP分组还是路由消息分组或网管消 息分组；“源节点”和“目的节点”分别说明 OBS节点的源、目的地址；“序 列号”表示源一目的节点对发送BDP的计数，该计数被OBS目的节点用于分析 端到端的流量统计及性能等；波长“ ID”指示BCP对应的BDP所用的波长号； “ CoS(Class of Service)”为服务类别，表示BDP的优先级；“偏置时间”指 BCP第一个比特与BDP的第一个比特之间的时间差。一般＝基本偏置时间＋额 外偏置时间，它为BDP信道中每比特传输时间的整数倍；“突发大小”指突发 分组持续时间，它与的单位一致；当前跳数和TTL（Time to Live）分别表示 BCP 已经跳过几次和剩余跳数，且前者作为资源预留的一个权值；“ CRC” （Cyclic Redundancy Check）表示 BCP的循环冗余检验，当 CRC出错时，丢 弃相应的分组，以减少来自BCP比特误码的更大差错。
光突发交换原理图
在OBS中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）分组，然后在另一 个不同的波长上发送突发数据。
ห้องสมุดไป่ตู้控制分组
控制信道
（波长）
2
OBS控制器
O/E/O
1
控制分组处理
（建立/ 带宽预留）
2 1
突发数据信道
（波长）
2
2
1
交叉矩阵
突发数据
1
偏置时间
光突发交换原理
▪ 在OBS中，首先在控制波长上发送控制（连接建立） 分组，然后在另一个不同的波长上发送突发数据。 这种将控制分组数据信道与控制信道隔离的方法简 化了突发数据交换的处理，且控制分组长度非常短， 因此使高速处理实现更容易。
3.6.1 光突发交换的概念
• 突发交换在20世纪80年代初就已提出，在当时的 电子突发交换网中，突发交换基本上是一种快速 分组交换技术的推广，在这种网络中包长可变且 可为任意长度，并采用分散式共享缓存交换结构。
• 1、基本原理 • 光突发交换技术OBS，采用单向资源预留机制，
以光突发作为交换网中的基本交换单位，突发是 多个分组的集合，它包括突发数据分组（BDP： Burst Data Packet）和突发控制分组（BCP: Burst Control Packet）两部分。