第七章光交换技术要点

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。
7.2 光交换技术的分类





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
7.2.2 波分光交换技术

光波分复用的基本概念 WDM技术的主要特点 WDM系统的基本结构
7.2.2 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
OCDMA交换

OCDMA交换是以特殊的码序列表示用户 的每一个比特信息，不同用户有各自不 同的码序列，彼此并不相关。
分组时分光交换

分组时分光交换不同于以上交换情况， 它是对用户的分组信息进行交换。分组 则由报头、净荷和保护带等部分组成。 报头含有该分组的源、目的地、优先度 等信息，通过对报头识别、处理来选择 或改变分组的路由，实现用户信息的变 换。

图10.10 节点的组成模块
光分组交换的关键技术

光分组交换的关键技术有光分组的产生、同步、缓存、再生、光分组头 重写及分组之间的光功率的均衡等。

1. 2. 3. 4.
光分组的产生 光分组同步 解决竞争的方法及光缓存 光分组再生
图 光分组同步技术
7.2.6 复合型光交换（MOS）
OPS的基本原理

图10.9 光分组交换的基本原理图
图7-5 OPS的基本原理
光分组交换分层网络参考模型

光分组交换分层网络分为三层，它们对应于网络基础设施演进的 三个主要步骤。第一层对应于已普遍使用的接入网和核心网的标 准，如ATM、PDH(准同步数字系列)和SDH(同步数字系列)及其他 常用的标准分组和基于帧的业务。为了简单，整个网络用一层来 表示，把它称作电交换层。第三层为透明光传输层，对应于地域 上更广阔的WDM光传输网，透明的路由是基于在波长域和空间域 里的透明光交叉互连(OXC)，允许网络在较长的时间内重构，该 层在电交换层的下面，链路的传输容量为数兆比特/秒至几百兆比 特/秒。由于在相对低速的电交换层和大粒度的信道分割的WDM 光传输层之间存在代沟，需要在低速信道和高速信道之间进行适 配，所以在这两层中间引入第二层，即比特率和传输方式透明的 光分组交换网络层，在WDM光传输网中的高速波长信道和电交换 网之间架起一座桥梁，从而大大改进了带宽的利用率和网络的灵 活性。该层延伸了光的透明性的优点，它可作为电接入网和核心 网的大容量的承载交换网，也可以作为基于相同的分组格式的光 城域网(MAN)的骨干网。

7.2.7 光突发数据交换技术

光突发交换原理 光突发交换特点
光突发交换原理

光突发是OBS的交换单元，包括突发数 据分组（Burst Data Packet, BDP）和突 变控制分组（Burst Control Packet, BCP）。
光突发交换原理

它由光的核心路由器和电的边缘路由器组成。突发数据分组在OBS网中 的交换传输完全在光域内完成，不需要进行O/E、E/O的转换；突发数据 是由一些IP分组组成的，这些IP分组可以是来自传统IP网中不同的电IP路 由器。而控制分组在独立于数据通道的光信道中传输，每个突发数据分 组对应于一个控制分组，源端需设置控制分组与突发数据分组的偏移时 间τ。 光突发交换网络结构
现代交换技术
第七章 光交换技术
目录



7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7
光交换技术概述 光交换技术的分类 光交换系统的核心器件 纯光交换技术和电交换比较 光交换技术的发展趋势 小结 习题
7.1 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。

图10.7 典型的OTDM点对点传输系统
图7-1 时分光交换结构
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。
（1）空分+时分 通常对OTDM信号采用时分/空分的MOS方式。对于WDM/OTDM信号， 也可以实现空分+时分的MOS。 （2）空分+波分 对多个波长复用的WDM信号采用波分/空分MOS方式。这种结构最简 单，只需利用光开关、波分复用器/解复用器，进行适当的配置就 能实现。 （3）时分+频分 对于OTDM/OFDM光信号可以实现时分+频分MOS方式。 （4）时分+频分+空分 在时分+频分复合系统中再加入空分光交换方式，可进一步提高系统 容量。 （5）光ATM+TDM/WDM 用来实现不同波长、不同时隙的ATM信元MOS。由多级WDM/OTM转 换、路由模块组成。
空分光交换结构

通过改变光信号的空间子通道实现用户 光信号在空间的任意输入端到任意输出 端的直接光互连。
空分光交换网络


空分光交换网络由空分光交换节点和链 路组成。 其性能的好坏主要取决于构成节点的光 开关（主要部件）的数量及性能的好坏、 网络的拓扑和链路的长度等。
自由空间光交换


自由空间光交换实质上是空分光交换， 它也同样以空间分割方式建立用户光信 号的传输通道。 能充分利用光波的高速传输、并行处理 优势。同时在自由空间的光互连不需要 物理介质，从而减少了通道间的干扰， 可充分利用空间维数扩大容量。
7.2.4 ATM光wk.baidu.com换

ATM光交换原理

ATM光交换与前面介绍的时分、波/频、空 分光交换不同，它交换的对象是光信元，光 信元以ATM方式传输，光信元流是统计复用 的。
7.2.5 光分组交换技术

光分组的格式和交换原理 OPS节点及关键技术
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)。

光分组交换涉及的传输和交换在光域里进行，可接入巨大的光纤 带宽，而相对复杂的分组路由/转发在电域里实现。此外，为了在 光分组载荷中传送ATM的信元或IP分组，有效地使IP接入WDM层， 光分组层提供一些基本的链路层功能代理，能进一步提供时域复 用，允许IP路由器在传输信息至光WDM管道之前汇集用户的流量。
7.2.1 时分光交换技术

比特交换 块交换 OCDMA交换 分组时分光交换
比特交换

帧信号中的每个时隙承载着一个用户的 一个比特信息，每个时隙之间的交换就 是各用户信息按比特进行的交换。
块交换

块交换是以每个用户的几个连续比特信 息（串或块）作为一个时隙，即取各用 户信息块的长度相等来组成帧信号，对 每个帧信号的时隙进行交换就能实现不 同用户的比特信息块交换。
光分组交换节点的结构



光分组交换节点，按是否有业务上/下路功能可分为带有分插复用 和不带有分插复用功能的节点。如用于城域网(MAN)之间或大的 局域网(LAN)之间的光分组交换，交换节点可以不要求有分插复 用功能，分插复用功能可在MAN或LAN内部实现，如果交换节点 是本地网络的组成部分，则要求有分插复用功能。图10.10给出了 节点的组成模块，这两种交换节点的基本构成模块相同。 如果按控制信号的类型来分，可分为全光型和光电混合型，对于 全光型分组交换节点，数据和控制信号从源到目的地均是在光域 里，但由于目前高速光控器件很少，短期内实现较困难，因此， 迄今为止，国际上的研究项目基本上是采用光电混合型分组交换 节点。 光电混合型分组交换是让数据在光域进行交换，而控制信息在交 换节点被转换成电信号进行处理，用于分组路由和控制，这样可 充分利用微电子技术的灵活控制能力，实现数据分组的透明高速 交换。
光突发交换的特点






OBS是在光分组交换技术的实用化受到限制的情况下产生的，被看作是 光路交换（OCS）和光分组交换（OPS）的折中方案，主要特点如下： 1）OBS相对于OPS有较粗的交换粒度（为μs量级）从而减少控制或处理 开销。 2）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）带宽单向预留，BDP的发送不需要等待应答信号，与OCS相比大大减 少等待时延。 4）BCP为BDP在每个中间结点建立全光路径，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。 5）在中间结点不需要光缓存，放宽了同步要求，避免了OPS需要大容量、 高性能光RAM的问题，有利于OBS的实用。 6）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 效利用联路上相同波长的带宽，具有较高的带宽利用率。
7.2.8 光标记交换


副载波复用光标记 联合调制光标记 时分复用光标记 专用波长光标记 多波长光标记 高强度光脉冲标记
概述

光标记交换是光包交换OPS(Optical Packet Switch)的实现形式，国外在OLS的关键技术方 面的专利不断涌现，其中主要集中在光标记脉 冲的产生技术、光标记复用、解复用技术以及 光时钟提取技术等方面，但要实现OLS的实用 化还有许多未知的因素有待人们去进一步探索。 尽管目前OLS技术还不成熟，构成OLS系统的 许多关键器件还处于实验室研究阶段，但该技 术正成为世界范围内的研究热点，OLS从器件、 系统、网络诸方面正以惊人的速度向前发展， 并逐步向实用化迈进。
1 1
2
2
1，2， L ，n
n
n
7.2.2 WDM技术的主要特点


1. 2. 3. 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
7.2.3 空分光交换

空分光交换是以空间不同的物理位置 （称为空间子通道）最为用户光信号的 传输通道，利用空分光交换功能器件改 变输入与输出端用户光信号的连接通道， 从而实现用户光信号的交换。这种光交 换如果砸自由空间中完成，则被称为自 由空间光交换。自由空间光交换是电交 换中不具有的一种形式。