现代通信中的光交换技术

•人工交换机步进式交换机纵横交换机程控交换机数字程控交换机光交换
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2. 光交换问题的提出
•Optical •Communication •Telecommunications
•Networks & Services
•Telecommunications •Switching
•Optical •Computing
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•Advanced •Photolectronnics
•Internet •Networks &
Services
•Photonics •In
•Switching
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3. 光交换基本内容及特点
•光交换研究
•光交换机制 •光交换器件 •光交换方式 •光交换系统
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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）基本结构
•Input •WDM •Signal
•Tunable
•Wavelength •Wavelength
•filter
2. OXC 节点及其技术
u 功能：光通道的交叉连结、本地上/下路 （配置/恢复/监测光信号）
u 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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（3）FT-S-FT复合
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（4）多维光交换系统
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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)
1. 空分光交换
（1）定义： 空间分割 —— 以空间的不同位置建立信息传输子通道
按需要控制光开关，实现用户信息的子通道在空间位
置上的变化
（2）基本结构
•Input
•Space division •Switching •Matrix
•Output
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6. 多维、复合光交换系统
– 提供高容量、高速率（Tb/s）光交换 – 减少交换器件、减少交换网络的复杂 ST/TS/TST/STS，快速TW/SW分组，TWS/T-SW-T分组等
（1）SD与TD复合
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（2）TD与FD复合
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•3. 现状：术•（1）处于探索研究阶段
•（2）国际专题研讨会：多次
•（3）实用化问题：预计21世纪中期推出商品
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化
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三、光交换中的光技术
1、 光交换器件技术 2、 调制（编码、解码等） 3、 光互连 4、 光放大 5、光复用／解复用 6、光滤波、光整形、定时、光均衡等 7、光的相关识别 8、 波长/频率转换、波长动态寻址 9、光计算等
•本地激光器
•1.6GHz SC •振荡器
•新波长选择 •预调制
•快速波长 •调谐激光器
•1×2 •分束器
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•I(t) •X •SOA1
•1×2 •合波器
•SOA2
•新的IP标签
•1×2 •合波器
•RF信号 •产生器
•可调谐光 •滤波器
•接收器
•SOA IWC
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光分组交换与光子IP路由
❖ 实现光子IP路由的关键技术
1. 光的编码技术 —— 产生光IP头 2. 时域中光的相关技术 —— 光寻址（解码） 3. 光包的变化和转发 4. 光包的时延 5. 光域的路由与交换控制 —— MPLS的应用
优势： 提高路由转发性能 具有协同流量工程的能力
MPLS控制＋波长路由OXC
•（1）宽带性（大于1Tb/s） •（2）高速、并行处理 •（3）抗扰性 •特点 •（4）光交换与传输系统的匹配性好 •（5）透明性－－便于扩展业务 •（6）功耗小 •（7）成本低 •（8）便于集成
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4. 通信光交换的发展
两个阶段： 第一阶段：电控光交换 —— 近期技术 第二阶段：光控光交换 —— 远期技术 （全盘光化的交换技术）
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3. 自由空间光交换
（1）定义 （2）特点 （3）关键器件：激光二极管阵列
声光开关阵列 偏振开关阵列 微透镜阵列 全息图阵列等
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（4）典型系统 自由空间微透镜和 HOE光开关阵列
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2. 时分光交换
（1）定义
时间分割：Frame time slot（or packet） 在时间轴上建立信息传输子信道 按需要改变用户信息time slot（or packet）在时间轴上的相对位置
（2）结构
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（3）时分交换的典型系统
省了ATM层与SDH层，减化了层次，减少了网络 设备 减少了功能重叠，简化了设备，减轻了网管复 杂性, 特别是配置 开销最低，传输效率最高 通过流量工程设计，可以与IP的不对称业务量 特性相匹配 可以利用光纤环的保护光纤来吸收突发业务量 ，避免了传统大缓存引起的延时或包丢失
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四、光交换方式与系统
•按功能分： ••光控交制换网网络络
•光 •电
•按交换方式： •光路交换 •分组交换
•空分交换 •时分交换 •自由空间光交换 •波/频分光交换 •ATM光交换
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OPS的研究
• 分组的产生与同步 • 分组包头的产生与处理 • 分组光缓存 • 分组路由选择、竞争解决 • 3R再生
❖ IP级OPS:
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现代通信中的光交换技术 •2. 光子IP路由
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IP over Photonic Network的优缺点
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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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光分组交换与光子IP路由
•converter
•Output •WDM •Signal
•Multiplexer
•Demultiplexer
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（3）关键技术 u WDM信号的复用/解复用 u 波长变换（解决波长竞争） u 波长路由（波分交换）结构
波长变换方式：
O-E-O XGM in SOAs XPM in SOAs & NOLM (Sagnac干涉原理） 光注入型LD波长变换 FWM in SOAs & Fiber DFG 波长转换
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MPLλS
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光分组交换与光子IP路由
v 结构
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光分组交换与光子IP路由
v 光子IP路由的运行原理
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光分组交换与光子IP路由
v 光子IP标签交换的典型实验
•PRBS IP 包 •2.5Gb/s
现代通信中的光交换技 术
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2020/11/23
现代通信中的光交换技术
讲授内容
➢ 引言 ➢ 国内外发展概况 ➢ 光交换中的光技术 ➢ 光交换方式与系统 ➢ 光分组交换与光子IP路由 ➢ 光子交换新进展
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一、引言
1. 通信交换发展进程
缺点： • 器件开发难 • 同步与控制较困难
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5. 光ATM交换
（1）定义 信元结构
协议参数模型： B-ISDN 分层参数模型
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（2）基本功能
▪ 路由选择 ▪ 信元排队 ▪ 信头处理
（3）关键技术
u 信元编码 u 路由控制 u 拥塞控制 u 信头处理 u 异、同步处理 u 信元的汇聚与压缩
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•信头提取与识别：自相关、正交
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（4）典型系统
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•大容量ATM＋TDM现/W代通D信中M的光系交换统技术
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•DFB •激光器
•PRBS 150Mbps •头部
•低通滤波器
•MZ调制器
•90/10 •分束器
•偏置
•原始分组
•X
•EDFA •10%
•OSCM直接 •探测接收器
•XGM SOA- WC
•突发模式时钟 •和数据恢复
•数据
•时钟
•IP标签
•处理器
•90%
•1×2 •耦合器
•SOA
•固定 •光滤波器
北邮的ATM光交换实验系统
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（5）特点
优点： • 实现超大容量B-ISDN理想交换方式 • 充分利用光频宽带特性 • 充分利用光纤系统巨大潜力
缺点： • 控制复杂（分组部分） • 光机械封装技术困难
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u OXC的结构
• 基于空间交换
• 光开关矩阵 ＋ 波分复用/解复用器
• 光开关矩阵 ＋ 波长变换器
• 空间光开关矩阵 ＋ 可调谐滤波器
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•二维微透镜MEMS光开关阵列
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利用LC－SLM
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（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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二、国内外发展概况
1. 国外：•（1）理论研究
•（2）器件研究
•（3）光交换方式、系统研
•2. 国内：究•（1）跟踪国际研究水平，发展光开关、光调
• 制器等器件
•（2）光、电技术结合研究光交换系统
•（3）国家863计划：ATM、ASON等光交换技
4×4时分复用光子交换网络实例
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（4）优缺点
优点： –能与现有光传输系统良好匹配构成全光通信网 –与WDM相比，交换硬件减少，控制和管理简单 –可利用光的高速处理能力，支持任意速率等级及 格式的数据
缺点： • 光定时检测与控制同步较难 • 硬件限制，仅能小规模集成（缺少成熟的高速光 处理器件）
六、光子交换新进展
1. 宽带光交换的要求
–基于单信道的高速率：>80Gb/s，光子集成回路
–基于DWDM系统：通道数>100，可变波长（几十nm范围内）
–更宽的可用波长范围，C、L和S波长带 –波长同步WDM光交换：克服波长抖动
多级λ开关组成大容量光交换系统
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（3）光交换典型系统
• 多媒体空分光交换系统
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（4）特点
优点：直接利用光交换的宽带特性 能够以低速交换 只采用光矩阵开关即可构成交换网 构成简单，易于实现（小容量集成）
缺点：实现大规模交换有困难 同步与控制困难
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（4）典型系统 KEOPS系统
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FDM（交叉连结）光交换
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（5）特点
优点： u 利用波长资源，光交换信号具有透明性 u 波长子通道比特速率独立 u 利用光频的宽带性，速率达100Tb/s u 交换硬件减少（相对于其他光交换方式）