第10章 光交换(交换原理与技术课件)
合集下载
第10章光交换技术共60页文档.ppt
Page 30
图10-5 外调制器的结构
Page 31
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
Page 32
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
Page 1
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。
Page 20
图10-2 半导体光放大器及等效开关示意图
Page 21
Page 22
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。
Page 23
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。
Page 7
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。
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。
北邮培训光交换
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
14
4、光分组交换系统
光分组交换技术 （OPS——Optical Packet Switching）
光突发交换技术 （OBS——Optical Burst Switching）
15
OPS——Optical Packet Switching
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。
12
波分光交换
λ1
λ2
λ1...λ4
波长解复
用
λ3
λ4
波长变换 波长变换 波长变换
λ1
λ2 λ3 波长复用
λ1...λ4
λ4
13
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
20
OBS节点结构模型
21
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。
2
2、光交换的基本器件
半导体光放大器
光输入
半导体光放大器 控制电流
光输出
3
2、光交换的基本器件
耦合波导开关
输入
控制电极
光信号通道
输出
4
2、光交换的基本器件
硅衬底平面光波导开关
波导臂
1
薄膜加热器
2
3dB 耦合器
相位移动
1' 2'
5
2、光交换的基本器件
9
空分光交换
输入
输出
输入
1
3
1
2 平行状态
4
2
14
4、光分组交换系统
光分组交换技术 （OPS——Optical Packet Switching）
光突发交换技术 （OBS——Optical Burst Switching）
15
OPS——Optical Packet Switching
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。
12
波分光交换
λ1
λ2
λ1...λ4
波长解复
用
λ3
λ4
波长变换 波长变换 波长变换
λ1
λ2 λ3 波长复用
λ1...λ4
λ4
13
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
20
OBS节点结构模型
21
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。
2
2、光交换的基本器件
半导体光放大器
光输入
半导体光放大器 控制电流
光输出
3
2、光交换的基本器件
耦合波导开关
输入
控制电极
光信号通道
输出
4
2、光交换的基本器件
硅衬底平面光波导开关
波导臂
1
薄膜加热器
2
3dB 耦合器
相位移动
1' 2'
5
2、光交换的基本器件
9
空分光交换
输入
输出
输入
1
3
1
2 平行状态
4
2
第 10 章 光交换技术PPT课件
1．光交换技术现状 2．光交换技术的发展
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
10.2.3 光波长转换器
10-6 光波长转换器结构示意图
10.2.4 光存储器
1．光纤延迟线光存储器 2．双稳态激光二极管光存储器
10.3 光交换网
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。
第 10 章 光交换技术
10.1
概述
10.2
光交换器件
10.3
光交换网
10.4
光交换系统
10.5
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。
光交换技术的分类图1011光交换技术的分类1043光分插复用器和光交叉连接在基于wdm的光网络中属于光纤和波长级的粗粒度带宽处理的光节点设备主要是光分插复用器opticaladddropmultiplexeroadm和光交叉连接opticalcrossconnectoxc通常由wdm复用解复用器光交叉矩阵由光开关和控制部分组成波长转换器和节点管理系统组成
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
10.2.3 光波长转换器
10-6 光波长转换器结构示意图
10.2.4 光存储器
1．光纤延迟线光存储器 2．双稳态激光二极管光存储器
10.3 光交换网
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。
第 10 章 光交换技术
10.1
概述
10.2
光交换器件
10.3
光交换网
10.4
光交换系统
10.5
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。
光交换技术的分类图1011光交换技术的分类1043光分插复用器和光交叉连接在基于wdm的光网络中属于光纤和波长级的粗粒度带宽处理的光节点设备主要是光分插复用器opticaladddropmultiplexeroadm和光交叉连接opticalcrossconnectoxc通常由wdm复用解复用器光交叉矩阵由光开关和控制部分组成波长转换器和节点管理系统组成
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
45
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
45
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
光交换技术
光交换技术密集波分复用技术的进步使得一根光纤上能够承载上百个波长信道，传输带宽最高记录已经达到了Ｔ比特级。
同时，现有的大部分情况是光纤在传输部分带宽几乎无限——200Tb/s，窗口200nm。
相反，在交换部分，仅仅只有几个Gb/s，这是因为电子的本征特性制约了它在交换部分的处理能力和交换速度。
所以，许多研究机构致力于研究和开发光交换／光路由技术，试图在光子层面上完成网络交换工作，消除电子瓶颈的影响。
当全光交换系统成为现实，就足够可以满足飞速增长的带宽和处理速度需求，同时能减少多达７５％的网络成本，具有诱人的市场前景。
光信号处理可以是线路级的、分组级的或比特级的。
WDM光传输网属于线路级的光信号处理，类似于现存的电路交换网，是粗粒度的信道分割；光时分复用OTDM 是比特级的光信号处理，由于对光器件的工作速度要求很高，尽管国内外的研究人员做了很大努力，但离实用还有相当的距离；光分组交换网属于分组级的光信号处理，和OTDM相比对光器件工作速度的要求大大降低，与WDM相比能更加灵活、有效地提高带宽利用率。
随着交换和路由技术在处理速度和容量方面的巨大进步，OPS技术已经在一些领域取得了重大进展。
全光分组交换网可分成两大类：时隙和非时隙。
在时隙网络中，分组长度是固定的，并在时隙中传输。
时隙的长度应大于分组的时限，以便在分组的前后设置保护间隔。
在非时隙网络中，分组的大小是可变的，而且在交换之前，不需要排列，异步的，自由地交换每一个分组。
这种网络竞争性较大，分组丢失率较高。
但是结构简单，不需要同步，分组的分割和重组不需要在输入输出节点进行，更适合于原始ＩＰ业务，而且缓存容量较大的非时隙型网络性能良好。
光交换技术在光网络设计中，对网络设计者来说，非常重要的是减少当前网络中协议层的数目，保留已有功能，并尽量利用现有的光技术。
而光分组交换技术独秀之处在于：大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，支持未来不同类型数据能提供端到端的光通道或者无连接的传输带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的需求把大量的交换业务转移到光域，交换容量与ＷＤＭ传输容量匹配，同时光分组技术与OXC、MPLS等新技术的结合，实现网络的优化与资源的合理利用因而，光分组交换技术势必成为下一代全光网网络规划的“宠儿”。
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
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。
光交换技术
交换技术 交换必需解决如下三个问题： 1.时隙交换（时分交换） 2.空间交换（空分交换） 3.多路复用与反复用
光 光/电 光/ 电 信 电 信 号 光/ 电 号 电/光 光
光
光
电 交 换
电/光 电 信
信
信
光 交 换
信
号 号 电/光
号
号
从电交换到光交换
5
光交换技术
•
光交换技术分类
ATM信元和TDM幀等形成光分组格式），在光分组交换
技术中，分组头的识别和控制以及传送的信息完全是以 光的形式进行的。
3
光交换技术
未来的光交换机将采用具有波长交换和波长延迟（光 存储）和光控制功能的光分组交换技术。 在未来的信息社会中，分组型的信息将占绝大多数， 因此光分组交换技术不仅具有点到点的交换功能，而且具 有点到多点的交换功能。 为了简化网络协议的层次将使用光的多协议标记交换
制器 比特率： V
光交换技术 8.光互连技术
光互连技术是设备之间、模块之间、功能板之间以及 芯片与芯片之间内部的光学布线技术。光互连具有以下突 出的特点 :可实现信号之间无感应、无干扰的传输 ,可克服 电子布线分布电容和导线电阻对带宽的限制 ,同时可实现无 需接地的高密度并行连接。
虽然实现光交换系统还需许多年 ,但目前就可把光互连 技术应用到现有的系统或正在开发中的系统内部信号传输 链路中 ,从而充分发挥大规模集成电路构成的快速电子交换
12
光交换技术 4.波分光交换
1 1 光 2
1 4
1 波长交换 4 3 波 长 复 用
1
2 波 复 用 器
1 4 1 4
F-P滤波器
3 长 解 复 用 4
分 束 4 器 F-P滤波器 4
光 光/电 光/ 电 信 电 信 号 光/ 电 号 电/光 光
光
光
电 交 换
电/光 电 信
信
信
光 交 换
信
号 号 电/光
号
号
从电交换到光交换
5
光交换技术
•
光交换技术分类
ATM信元和TDM幀等形成光分组格式），在光分组交换
技术中，分组头的识别和控制以及传送的信息完全是以 光的形式进行的。
3
光交换技术
未来的光交换机将采用具有波长交换和波长延迟（光 存储）和光控制功能的光分组交换技术。 在未来的信息社会中，分组型的信息将占绝大多数， 因此光分组交换技术不仅具有点到点的交换功能，而且具 有点到多点的交换功能。 为了简化网络协议的层次将使用光的多协议标记交换
制器 比特率： V
光交换技术 8.光互连技术
光互连技术是设备之间、模块之间、功能板之间以及 芯片与芯片之间内部的光学布线技术。光互连具有以下突 出的特点 :可实现信号之间无感应、无干扰的传输 ,可克服 电子布线分布电容和导线电阻对带宽的限制 ,同时可实现无 需接地的高密度并行连接。
虽然实现光交换系统还需许多年 ,但目前就可把光互连 技术应用到现有的系统或正在开发中的系统内部信号传输 链路中 ,从而充分发挥大规模集成电路构成的快速电子交换
12
光交换技术 4.波分光交换
1 1 光 2
1 4
1 波长交换 4 3 波 长 复 用
1
2 波 复 用 器
1 4 1 4
F-P滤波器
3 长 解 复 用 4
分 束 4 器 F-P滤波器 4
第10章光交换
2、光交换根据波长对信号进行路由和选路，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。
10.2 光交换的基本器件
电开关是电信号交换系统最基本的单元。将 许多电开关组成一个阵列，在控制信号的控制下， 使某些电开关接通，某些电开关断开，这样，电 信号就能在这个阵列中进行交换。
3.网络参考模型
光分组交换的网络参考模型分为三层：高层、OTP层和透明光传输 层，如下图所示：
图 11 光分组交换分层网络参考模型
图 12 光透明分组层的参考模型
数据汇聚子层（DCSL）、网络子层（NSL）、 链路子层（LSL）和波长汇聚子层（WLSL）
10.4.2 光突发交换技术（OBS）
1.OBS基本概念
图 5 光/电/光波长转换器
10.3 光 交 换 原 理
空分光交换 时分光交换
波分/频分光交换
10.3.1 空 分 光 交 换
空分光交换就是在空间域上对光信号进行交换。空分光交换的基本原 理就是利用光开关组成开关矩阵，通过对开关矩阵进行控制，建立任一输 入光纤到任一输出光纤之间的物理通路连接。光开关是空分光交换中最基 本功能元件，它最基本的形式如下图：
图 6 2×2光开关
2×2的光开关与其他的光开关级联、组合，可以构成比较大型的空分 光交换单元。空分光交换单元通过不同的方式连接可以构成空分光交换网 络。
10.3.2 时 分 光 交 换
时分光交换的原理是：将输入的某一时隙上的光信号交换至另外一个 时隙进行输出。
图 7 时分光交换过程示意图
10.3.3 波 分 / 频 分 光 交 换
2. OBS节点结构模型
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。
10.2 光交换的基本器件
电开关是电信号交换系统最基本的单元。将 许多电开关组成一个阵列，在控制信号的控制下， 使某些电开关接通，某些电开关断开，这样，电 信号就能在这个阵列中进行交换。
3.网络参考模型
光分组交换的网络参考模型分为三层：高层、OTP层和透明光传输 层，如下图所示：
图 11 光分组交换分层网络参考模型
图 12 光透明分组层的参考模型
数据汇聚子层（DCSL）、网络子层（NSL）、 链路子层（LSL）和波长汇聚子层（WLSL）
10.4.2 光突发交换技术（OBS）
1.OBS基本概念
图 5 光/电/光波长转换器
10.3 光 交 换 原 理
空分光交换 时分光交换
波分/频分光交换
10.3.1 空 分 光 交 换
空分光交换就是在空间域上对光信号进行交换。空分光交换的基本原 理就是利用光开关组成开关矩阵，通过对开关矩阵进行控制，建立任一输 入光纤到任一输出光纤之间的物理通路连接。光开关是空分光交换中最基 本功能元件，它最基本的形式如下图：
图 6 2×2光开关
2×2的光开关与其他的光开关级联、组合，可以构成比较大型的空分 光交换单元。空分光交换单元通过不同的方式连接可以构成空分光交换网 络。
10.3.2 时 分 光 交 换
时分光交换的原理是：将输入的某一时隙上的光信号交换至另外一个 时隙进行输出。
图 7 时分光交换过程示意图
10.3.3 波 分 / 频 分 光 交 换
2. OBS节点结构模型
光交换技术
下一页 返回
2.1 传感器的基本概念
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用, 传感器的信号调理与转 换电路可安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上, 构成集成传感器(如美国ADI 公司生产的AD22100 型模拟集成温度传感 器)。此外, 信号调理与转换电路以及传感器工作时必须有辅助电源。传 感器的组成如图2.1 -1 所示。
光机械交换:通过移动光纤终端或棱镜将光线引导或反射到输出光纤.原 理十分简单.成本也较低.但只能实现ms级的交换速度。
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。
这种光交换实现起来比较容易.插入损耗低、串音低、消光好、偏振和基 于波长的损耗也非常低.对不同环境的适应能力良好.功率和控制电压较 低.并具有闭锁功能;缺点是交换速度只能达到ms级。
光标记交换技术:是指利用各种方法在光包上打上标记.即把光包的包头 地址信号用各种方法打在光包上.这样在光交换节点上根据光标记来实现 全光交换。基于这种原理实现的光交换称为光标记交换OLS (Optical Label Switch) 。
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
2.1 传感器的基本概念
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用, 传感器的信号调理与转 换电路可安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上, 构成集成传感器(如美国ADI 公司生产的AD22100 型模拟集成温度传感 器)。此外, 信号调理与转换电路以及传感器工作时必须有辅助电源。传 感器的组成如图2.1 -1 所示。
光机械交换:通过移动光纤终端或棱镜将光线引导或反射到输出光纤.原 理十分简单.成本也较低.但只能实现ms级的交换速度。
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。
这种光交换实现起来比较容易.插入损耗低、串音低、消光好、偏振和基 于波长的损耗也非常低.对不同环境的适应能力良好.功率和控制电压较 低.并具有闭锁功能;缺点是交换速度只能达到ms级。
光标记交换技术:是指利用各种方法在光包上打上标记.即把光包的包头 地址信号用各种方法打在光包上.这样在光交换节点上根据光标记来实现 全光交换。基于这种原理实现的光交换称为光标记交换OLS (Optical Label Switch) 。
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
光交换原理
9.3光交换原理9.3.1光电路交换在光电路交换(OCS)中，网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的地端的光路(每一个链路上均需要分配一个专业波长)。
交换过程共分三个阶段：①链路建立阶段，是双向的带宽申请过程，需要经过请求与应答确认两个处理过程。
②链路保持阶段，链路始终被通信双方占用，不允许其他通信方共享该链路。
③链路拆除阶段，任意一方首先发出断开信号，另一方收到断开信号后进行确认，资源就被真正释放。
OCS所涉及的技术有空分(SD)交换技术、时分(TD)交换技术、波分/频分(WD/FD)交换技术、混合型交换技术、多维交换技术和ATM光交换等。
9.3.1.1空分光交换空分光交换是在空间域上将光信号进行交换，是OCS中最简单的一种。
空分光交换的核心器件是光开关。
其基本原理是用光开关组成门阵列开关，通过控制开关矩阵的状态使输入端的任一信道与输出端的任一信道连接或断开，以此完成光信号的交换。
开关矩阵可由机械、电、光、声、磁、热等方式进行控制。
目前机械式控制光节点技术是比较成熟和可靠的空分光交换节点技术。
空分光交换按光矩阵开关所使用的技术可分成波导空分和自由空分光交换技术；按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。
9.3.1.2时分光交换时分光交换与程控交换中的时分交换系统概念相同，也是以时分复用为基础，用时隙交换原理实现光交换功能。
它采用光存储器实现，把光时分复用信号按一种顺序写入光存储器，然后再按另一种顺序读出来，以便完成时隙交换。
光时分复用和电时分复用类似，也是把一条复用信道划分成若干个时隙，每个基带数据光脉冲流占用一个时隙，N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。
9.3.1.3波分/频分光交换在光纤通信系统中，波分复用(WDM)或频分复用(FDM)都是利用一根光纤来传输多个不同光波长或不同光频率的载波信号来携带信息的。
波分复用技术在光传输系统中已经得到广泛地应用。
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-何志伟
波长转换器有多种实现方式，O/E/O（光/电/ 光）转换方式为比较简单的一种，如下 当一个波长为λ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 通过外调制器或激光器把这个电信号转换为一个 波长为λ的输出光信号。
光信号的分割方式有空分，时分和波分三种。
故光交换存在空分，时分和波分三种光交换，他 们分别完成空分信道，时分信道和波分信道的交 换。
讲师：何志伟
传统的基于电子技术的网络由于受限于电子器件的 工作速率限制，难于完成高速高带宽的传输和交换 处理，并且网络中还会出现带宽“瓶颈”。 由于光纤通信技术能够提供高速的，较大带宽的通 信手段，所以发展基于光纤的全光网成为未来通信 网的发展趋势。
光交换技术是实现全光网络的关键技术之一。
ATM光交换是对ATM信元进行交换的技术，它 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。
1.交换节点结构模型 通用的光分组交换节点的结构模型如下
这里主要介绍使用同步交换方式的光分组交换节点 结构模型的各功能模块。
（3）交换控制单元 主要完成对分组在交换矩阵中选路的控制功 能。它处理所有的包头信息，决定分组的输出端 口和波长，并完成对交换矩阵的配置工作。 （4）交换矩阵部分 在交换控制单元的控制下，完成信号的选路工 作。 a. 交换矩阵：完成信号在空间上的选路工作。 b. 光存储器：存储光域的信息。 c. 波长转换器：可以对输入光信号的波长进行 变换
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。 基本原理：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 空间开关盒波长变换器（波长开关）组成。如下图
- 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)。
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
λ1 λ1
λ1
OTN
N4
λ1
N6
λ1 N5 λ2
IP SDH
单波长网络
7
交换技术 10.3 光分插复用设备(OADM)
第9章 以太网交换
OADM的主要应用场合是环形或线形的WDM光 网络，如下图所示。
OADM的基本功能是：在实现光域透明中继转发 的同时，从输入光纤链路中分出一个或多个波长的
光 信号到本地，又从本地 插入 同样数目波长的光信
号到输出光纤链路中 去，为本地业务提 供宽带信道。
O
L
OADM
T
O
OADM
L
T
λs （a）线形网
λm OLT：光线路终端
本节主要介绍 OADM的几种实现 方法及工作原理。
内容：10.1 光波分复用原理 10.2 基于波分复用和波长选路的光承载网 10.3 光分插复用设备（OADM） 10.4 光交叉连接设备（OXC） 10.5 光的分组交换与突发交换
2
交换技术
10.1 光波分复用原理
第 10 章
光交换
光波分复用(WDM)是在一条光波信道中用多个载波同时传 输光信号的技术，波分复用传输系统的工作波段，目前位于 1.50～1.60μm的范围内。下图给出了光载波配置示意图 。
（5）具有高度的组网灵活性和可靠性。
5
交换技术 10.2 基于WDM和WR的OTN
第 10 章
光交换
• 光承载网 (OTN)
基于WDM的光纤传输链路与光交换结点可以构成如下图 所示的光承载网OTN。 交换结点 核心结点CN (N2、N3、N4、N5 )，中继转发
边缘结点EN (N1、N6 )，中继转发、对外接口
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。
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。
监控信道
业务承载信道
…
…
λ sv
λ1 λ2
λi
λw
SDH
载波频率间隔：
200/100/50GHz； STM-N 波长间隔约为：
1 SOH
1.6/0.8/0.4nm
AU指针 LOH
9
N × 270 列 N × 261
列
载荷域
3
交换技术
光波分复用原理（续）
第 10 章
光交换
• WDM系统的基本组成
光纤波分复用系统的基本组成如下图所示。在发送端，各
MZI通常使用两个3dB定向耦合器，通过光波的干 涉原理来实现不同波长从不同的端口输出。
FBG是一种反射型光纤光栅，它只对某一个波长为 中心的很窄波长范围的光波发生反射，而不影响其它 波长的光波通过。
输入 λ 1λ 2 …λ N1
FBG atλ s
3 λs
λs 2 3dB耦合器
4 λ 1λ 2…λ N 3dB耦合器 输出 10
光纤链路 多纤链路、单纤链路、波长链路 （每纤多波长）
IP SDH
N2
λ2 λ1
N1
λ1
N3
单波长网络
λ1 λ1
λ1
OTN
N4
λ1 N6 λ1 N5 λ2
IP SDH
单波长网络
6
交换技术
基于WDM和WR的OTN（续）
第 10 章
光交换
• 光承载网 (OTN)
光波长通道（光路）对外承载业务，由多段波长 链路串接而成，如图中的红、紫色细实线及红色 虚线所示 。若交换结点无波长转换能力，则构成
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
• 基于光纤光栅和光纤环行器的OADM
基于光纤光栅和光纤环行器的OADM结构如下图
所示。环行器是一种有多个端口的定向耦合器，如在
三端口环行器中，端口1输入的光信号只在端口2输
出，端口2输入的光信号只由端口3输出，端口3输入的
光信号只由端口1输出。在两个环行器之间插入多个不
λ s OADM
OADM
OADM λ sλ m
OADM λ m （b）环形网
8
交换技术
OADM的实现方法及其工作原理
第9章 以太网交换
• 基于解复用/复用结构的OADM
如下图所示，这种结构的OADM只是波分复用器 与解复用器的背靠背组合，无需增加新的光器件。优 点是实现简单。
这种结构的OADM的缺点是：（1）在解复用器与 复用器之间的 (光纤) 连线会随着波分复用的波长数的 增加而增多；（2）不需要分插的那些波长的光信号不 能直接通过 , 也要经过解复用器和复用器的处理，其中