光交换技术分类光交换技术
第3章全光通信网-光交换技术(1)
2. 噪声特性
光电型波长变换器中的RF放大器可以提高变换效 率，但由于它也引入噪声，会使变换信号的信噪比变 小。信号经过放大器前后的信噪比之比称为噪声指数。 许多波长变换器均有电的或光的放大器，其噪声指数 各不相同。用980 nm光源泵浦的EDFA的噪声指数可 达3.1 dB.而宽带的RF放大器和半导体光放大器的噪声 指数在7~9 dB之间。
• 目前光存储器主要是使用光纤延迟线实现。
1
1
延迟
4321
光 分
输入
路
器
2
2
延迟
3 延迟
光 合 2143
3路 器
输出
4
4
延迟
3.4 波分光交换
波分光交换可以采用波长选择或波长转换两种方法来实 现交换功能。
一. 波分光交换原理
将波分复用信号中任一波长λi变换成另一波长λj 。 波分光交换需要有波长变换器(wavelength convertor, WC). 一般先用波分解复用器件将波分信道空间分割开，然后对 每一波长信道分别进行波长变换，再把它们复用起来输出， 从而实现波分交换。
的光源。新光源最好是波长可调谐激光器，可以将输入 波长变换到需要的各种波长上。这种方案技术最为成熟， 容易实现，且光电变换后还可进行整形、定时、放大处 理。但是由于其间经过了光电、电光变换，它的带宽受 检测器和调制器的限制，而且破坏了光网络的透明性。
光电光型波长变换器原理结构
电子放大和再生
λ输入
可调谐 激光器
较大型的空分光交换单元可以由基本的2×2光 开关以及相应的1×2光开关级联、组合构成。 构成的方式按网络结构可以分成许多种， 常见的有:
纵横式(crossbar)网络、 双纵横式(double-crossbar)网络 Banyan树拓扑、 Benes网络、 扩张的Banyan或Benes网络等。
第9章 光交换技术
25
9.3 光交换网络
自由空间光交换的优点是对所需的互连不用物理 接触，没有信号干扰和串音干扰，具有高的空间 带宽和瞬时带宽(它在lmm内具有高达10μm的分 辨率)，而且色散很低。这种交换通过平行反射提 供很高的信号互连性，这类光交换系统能够提供 比波导技术更优越的系统性能，所以自由空间光 交换被认为是一种新型交换技术，其构成器件可 以是二维阵列连接芯片，而不是像连接电线和光 纤那样只有一维接口。据报道AT&T研制了 32×32自由空间交换结构达到了100Mbit／s的交 换速率。
图1 波分交换原理图
6
9.1光交换的概念
2. 光分组交换
波分光分组交换是光分组交换机的一种，实际的 应用中也)结合的光分组交换机的 结构示意图。
7
9.1光交换的概念
图2 光分组交换机示意图
8
9.1光交换的概念
光分组交换机可分为三个功能块： 波长选路由功能块：完成分组的首部提取，对照 路由表完成地址解析，主要包括光电转换、定时 同步、电域的分组分析与控制、波长变换器几个 部分。 光缓存功能块：要保证交换机的高速大容量高速 缓存是关键，由于还没有全光RAM，光缓行只能 是电控制的光纤延迟线阵列完成，用电信号来控 制光开关选通不同的光纤长度(对应时间)从而完 成不同的存储时间。
12
9.2 光交换器件
(3)串扰，是指某输出瑞的功率除了来自希望的输 入端口外还有来自不希望的输入端口的功率，二 者光功率之比称为串扰。 (4)偏振依赖损耗。由于偏振引起的光功率的损耗。
13
9.2 光交换器件
1) 机械开关 机械开关，开关的功能通过机械的方法实现， 如通过将镜片移出或置入光路就可实现光信号的 通断。另一种机械开关是方向耦合器，通过弯曲 或拉伸耦合区的光纤从而改变方向耦台器的耦合 比，因而可以在输入输出之间实现光的通断。 2) 电光开关 电光开关，2×2的电光开关也可以利用方向耦 合器。但不是通过改变光纤的长度而是改变耦合 区材料的折射率。一种常用的材料是铌酸锂 (LiNbO3)。电光开关的开关速度快，易于集成。
第9章光交换技术
光纤 m
光开关矩阵
上路 (终 端 或 A D M )
下路 (终 端 或 A D M )
多层介质膜干涉滤波器利用镀在玻璃衬底上的多层介电薄 膜将某个波长从 WDM 系统中分离出来或复用进去。可以制 成各种窄带、宽带或增益平坦用滤波器，也可以级联成为 各种DWDM模块，非常灵活。它是无源器件，可以在相邻或 非相邻信道之间提供40dB甚至更高的隔离度，插入损耗和 偏振相关损耗很低，可能是多信道DWDM系统最佳的选择之 一，也可能是最适合于宽带应用的一种DWDM器件。但对于 信道间隔等于或小于 100GHz(0.8nm) 的 DWDM 系统，镀膜的 控制很困难。，目前难以采用。
传统的光纤网络的缺点：
• 原因 传统的光纤网络中存在大量的光/电、电/光转换节点 和数字交叉互联电分插复用器， • 1)既限制了网络的交换速度。 • 2)又对不同形式的光信号是不透明的。 • 3)光功能器件和波导或光纤的连接需要亚微米的定位精度， 精密定位是复杂的调整操作，所以提高了光功能器件的成 本，限制了光传送网的发展。 • 4 )且光/电、电/光器件的微型化也是很难解决的问题。因此， 光通信器件的价格和微型化已成为光传送网发展的瓶颈。
9.4 网络与通信技术的发展
计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切 结合的产物，是随社会对信息的共享和信息传 递的要求而发展起来的。 所谓的计算机网络就是利用通信设备和线路将 地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统 互连起来，以功能完善的网络软件，如网络通 信协议、信息交换方式以及网络操作系统等来 实现网络中信息传递和资源共享的系统。
（二）计算机网络技术发展趋势
人们常用C&C（computer and communication）来描述计算机网络，但从系统的观点看， 这还很不够。
现代交换原理与技术资源第7章 光交换
现代交换原理与技术
10
7.2 光交换的原理和分类
时分光交换技术
时分光交换方式的原理与电子学中时分交换的原
理基本相同，只不过它是在光域里实现时隙互换 而完成交换的，因此，它能够和时分多路复用的 光传输系统匹配。 时分交换可以按比特交换，也可以按字交换，每 个字由若干比特组成。
现代交换原理与技术
的器件，分为机械式和非机械式2类。
现代交换原理与技术4
7.1概述
目前，以电子技术为基础的现代交换系统， 无论是数字程控交换机、ATM交换机还是高 速路由器，其交换容量都受到电子器件工作 速度的限制。
在这种情况下，人们对光交换技术的关心日 益增长，研究和开发具有高速、大容量交换 潜力的光交换技术势在必行。
现代交换原理与技术
（5）光交换与光传输匹配可进一步实现全光通
信网。 （6）降低网络成本，提高可靠性。
现代交换原理与技术
7
7.2 光交换的原理和分类
光交换的原理
在光交换网络中，来自用户或支路的信号通常会
在交换或传输时进行复用/解复用转换，与电信 号的复用/解复用技术相似，光的复用可以是空 间域、时间域或波长（频率）域的复用，也可以 是它们的综合复用。 因而光交换相应地也存在空分、时分和波分三种 光交换，它们分别完成空分信道、时分信道和波 分信道的交换。
现代交换原理与技术 12
7.2 光交换的原理和分类
码分光交换技术
码分光交换是指对进行了直接光编码和光解码的
码分复用光信号在光域内进行交换的方法，是由 具有光编/解码功能的光交换器将输入的某一种 编码的光信号变成另一种编码的光信号进行输出 ，由此达到其交换的目的。
现代交换原理与技术
第 10 章 光交换技术PPT课件
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
第16讲 光交换技术分解
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
光源是光纤通信及传感系统中的一个重要元件，光纤通信对光源的要求 是小型化、单色、光强稳定（时间、温度变化时）和耐久。最普通的光
源就是发光二极管和半导体激光器。
1. 发光二极管
发光二极管(LED)是由直接带隙的半导体材料制成的PN结二极管，是
非相干光光源，它的发射过程主要对应光的自发辐射过程。 发光二极管的突出优点是寿命长，可靠性高，调制电路简单，成本低， 主要用于传输速率比较低、传输距离比较短的光纤通信系统中。
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
3. 光载波的调制方式（PFM和PWM调制常见）
(a) LED模拟信号光调制原理图
足够强度的稳定光功率输出； 足够小的非线性失真。
(b) LD模拟信号光调制原理图
9.3 光交换器件
9.3.2 光开关：基本概念
光开关是各种光通信系统实现高功能、高可靠性、提高维护和使用效
双异质结平面条形LD的基本结构
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
2. 半导体激光器——基本结构（分布反馈DFB LD）
DFB 激光器的基本工作原理可以用 Bragg 反射来说明，对于周期性波导， 当满足同相相干加强的条：
n(1 sin ) m
稳定振荡的相位条件：
m =1, 2, 3, …
光器还可以在宽带范围内进行波长调谐。
9.3 光交换器件
9.3.1 激光光源及光调制
2. 半导体激光器——基本结构（量子阱半导体激光器）
超晶格(Super Lattice)是由两种
或两种以上组分不同或导电性 能的超薄层材料交替生长形成 的人工周期结构，超晶格构成 的量子阱如图所示。
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。
光交换技术分类
温馨小提示：本文主要介绍的是关于光交换技术分类的文章，文章是由本店铺通过查阅资料，经过精心整理撰写而成。
文章的内容不一定符合大家的期望需求，还请各位根据自己的需求进行下载。
本文档下载后可以根据自己的实际情况进行任意改写，从而已达到各位的需求。
愿本篇光交换技术分类能真实确切的帮助各位。
本店铺将会继续努力、改进、创新，给大家提供更加优质符合大家需求的文档。
感谢支持！(Thank you for downloading and checking it out!)阅读本篇文章之前，本店铺提供大纲预览服务，我们可以先预览文章的大纲部分，快速了解本篇的主体内容，然后根据您的需求进行文档的查看与下载。
光交换技术分类（大纲）一、光交换技术概述1.1光交换技术背景1.2光交换技术发展历程1.3光交换技术在我国的研究现状二、光交换技术分类2.1按交换方式分类2.1.1空分光交换2.1.2时分光交换2.1.3波分光交换2.1.4码分光交换2.2按传输距离分类2.2.1本地光交换2.2.2长途光交换2.3按网络拓扑分类2.3.1星型光交换2.3.2环型光交换2.3.3网状光交换2.3.4总线型光交换三、典型光交换技术介绍3.1光时分复用技术（OTDM）3.2光波分复用技术（WDM）3.3光码分复用技术（OCDM）3.4光交换网络技术（OAN）四、光交换技术的应用4.1通信领域4.2计算机网络领域4.3广播电视领域4.4国防军事领域五、光交换技术的发展趋势及展望5.1技术发展趋势5.2市场前景分析5.3面临的挑战与问题5.4发展展望与建议一、光交换技术概述1.1光交换技术背景随着互联网的快速发展和大数据时代的到来，通信网络面临着前所未有的挑战。
传统的光传输技术已经无法满足现代通信网络对高速、大容量和灵活性的需求。
为了提高网络的性能和效率，光交换技术应运而生。
光交换技术是一种利用光信号进行信息传输和交换的技术，它可以在光域内实现信号的切换、复用和路由，从而提高通信网络的传输速率和容量。
7.3光交换技术
7.6 光时分复用技术
提高速率和增大容量是光纤通信的目标。电子器件的极限速率大 约在20Gb/s左右，现在通过电时分复用(TDM)已经达到这个极限速率。 若要继续提高速率一般有两种途径：
l2 l1 lW
WMUX
l1 l2 lW
1
2
l2 l1 lW
l2 l1
空NW分×交N换W
l1 l2 lW
l1 l2
2
lW
lW
N
l2 l1 lW
l1 l2 lW
N
波长变换器
(b)
… …
图7.33(b)波分交换的原理框图：波长变换法交换
7.7 波长变换技术
波长变换(WC: Wavelength Conversion)是将信息从承载 它的一个波长上转到另一个波长上。在WDM光网络中使用波 长变换技术的原因有：
1×2 光交换器件
(a)
图7.31空分光交换： 2×2光交换单元
7.3.2 时分光交换
时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交 换功能的。
时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N个时隙，并分
配给N路信号，再把N路信号复接到一条光纤上。在接收端用
分接器恢复各路原始信号，如图7.32(a)所示。
WDMX 1
l1,l2…lW
2 l1,l2…lW
l 空分交1 换 空分l交2 换 空分l交3 换
WMUX l1,l2…lW 1 l1,l2…lW 2
… …
…
光交换技术详解PPT课件
同步
Cos：服务类别
控制分组 第28页/共32页
帧间隔
28
10.4 光交换的发展现状和前景
• 钱（前）景：
一片大好
29
第29页/共32页
。。。。。。。。。。。。。
祝大家钱程步步高升
30
第30页/共32页
提前6.1节日快乐！
31
第31页/共32页
感谢您的观看！
32
第32页/共32页
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
20
第20页/共32页
OPS——光分组交换方式
OPS节点结构模型
交换控制单元
1
交换矩阵
1
……
……
……
……
输
入
接
N
口
输
出
接
口
N
……
……
解复用器
光存储器
复用器
波长变换器
21
第21页/共32页
光分组交换的帧格式
(说白了，就是在空间区域上对光信号进行交换)
10
第10页/共32页
空分光交换
输入
输出
输入
1
3
1
2 平行状态
4
2
输出 3
4 交叉状态
11
第11页/共32页
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
12
第12页/共32页
波分光交换
其基本原理是：通过改变输入光信号的波长，
光网络中三种交换
什么是光突发交换技术目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching).三种光路交换技术目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching).其中研究得最多最成熟的是光路交换OCS,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。
从长远来看，全光的分组交换OPS是光交换的发展方向。
OPS是一种不面向连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由。
分配资源。
分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点需要缓存净荷，等待带分组目的地的分组头的处理，以确定路由。
相比OCS,OPS有着很高的资源利用率，和很强的适应突发数据的能力。
但是也存在着两个近期内难以克服的障碍：一是光缓存器技术还不成熟；二是在OPS交换节点处，多个输入分组的精确同步难以实现。
因此光分组交换难于在短时间内实现。
1997年，由ChunmingQiao和J.S Tunnor分别提出的一种新的光交换技术——光突发交换OBS,作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术。
OBS结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点，已引起了越来越多人的注.什么叫突发？光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小的具有相同出口边缘节点地址和相同QoS 要求的数据分组组成的超长数据分组，这些数据分组可以来自于传统IP网中的IP包。
现代网络交换技术-光交换技术
图11-20 光分组交换系统结构示意图
• 光分组交换具有下列特点：
（1）交换粒度小，能与IP分组很好 地兼容。
（2）容量大、可配置、数据率和格 式透明，可支持不同类型的数据交换。
（3）提供端到端的光通道或者无连 接传输，带宽利用效率高，适应性好， 能提供各种服务。
• 光开关大致可分为半导体材料的光开关、 耦合波导光开关、M-Z干涉型热光开关、液 晶光开关、微机电系统（MEMS）开关等。
• 光开关的主要作用包括：一是将某一光纤 通道的光信号切断或接通；二是将某波长光 信号由一个光纤通道转换到另一个光纤通道； 三是将一种波长的光信号转换为另一波长的 光信号（波长转换器）。
• 目前，以电子技术为基础的现代交换系统， 无论是数字程控交换机、ATM交换机还是 高速路由器，其交换容量都受到电子器件 工作速度的限制。
• 在这种情况下，人们对光交换技术的关心 日益增长，研究和开发具有高速、大容量交 换潜力的光交换技术势在必行。
• 光交换被认为是为未来宽带通信网服务的 新一代交换技术，其优点主要集中在以下几 方面。
（1）运行速度快。 （2）光交换与光传输匹配可进一步 实现全光通信网。
（3）降低网络成本，提高可靠性。 （4）具有空间并行传输特性。
11.2 光交换器件
11.2.1 光开关
• 光开关是完成光交换最基本的功能器件。
• 光开关主要用来实现光层面上的路由选择、 波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈 保护等功能。
11.1
概述
11.2
光交换器件
11.3
光交换网络
11.4
光交换系统
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。
第七章光交换技术
光标记交换原理
所谓光标记，是指利用各种方法在光包上打上标记，也就是把光 包的包头地址信号用各种方法打在光包上，这样在交换节点上根 据光标记来实现全光交换。基于这种原理来实现的光交换称为光 标记交换，这就是OLS(Optical Label Switch)。
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光交换
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。
现代交换技术
第七章 光交换技术
目录
7.1 光交换技术概述 7.2 光交换技术的分类 7.3 光交换系统的核心器件 7.4 纯光交换技术和电交换比较 7.5 光交换技术的发展趋势 7.6 小结 7.7 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。
(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)。
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。
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。
第6章 光交换
NTSC TV(32Mb/s)
BWT：双向干线 OWT：单向干线
控制器
交换驱动器
高清晰度监视器 （400Mb/s）
图8.8 多媒体光交换实验系统
24
6.3.2 波分光交换网络
1 光 分 束 器 2
F-P滤波器
λ １
波长转换器
λi 光 波 复 用 器 λn
λ1
λn
λ1
n
F-P滤波器 波长解复器
λn
波长转换器
38
抵达OCX的多波长光信 号先掺饵光纤放大器放 大，然后由DMUX分离 成多个单波长信号送入 连接矩阵。
EDFA D M U X D M U X
OXC的工作原理
控制和管理 均功器 OUT EDFA
……
……
光交叉连接矩阵 OUT OUTEDFAEDFra bibliotekA……
OUT 在业务信息进入连接矩阵 OUT OUT是一个波长变换器， …………………………………………………………………………………………… 之前，控制和管理面已根 由于波分复用不能在一根 . 据业务需求指定了每个输 IP ROUTE SDH 光纤中有两个以上的相同 入口波长的输出端口，光 波长信号，需要OUT将 信号将自动流出。 图8.17 OXC基本结构图 相关波长信号转换成光纤 所需波长。 39
37
OXC的工作原理
• OXC不同于标准交换设备，它不是按照每一 个通信请求建立连接，是在控制面和管理面操 作下提供永久/半永久波长路由通道。 • 永久连接，由管理面发起和维护，通过路由指 配消息和信令为具体业务建立波长路由通道。 • 交换式连接，由控制面发起和维护，控制面处 理用户接口发来的请求，建立满足用户需求的 通道，通知管理面。 • 软永久性连接，连接建立、拆除请求由管理面 发出，传送面的资源配置和控制动作指令则由 控制面发出。
第6章-1 光交换技术
光交换
光交换
完成时隙交换必须要有光缓存器。光纤延时线是一种比较适用于时分光交
换的光缓存器，它以光信号在其中传输一个时隙时间所经历的长度为单位，光 信号需要延时几个时隙，就让它经过几个单位长度的光纤延时线，所以目前的 时隙交换器都是由空间光开关和一组光纤延时线构成的。空间光开关每个时隙 改变一次状态，把时分复用的时隙在空间上分割开，然后把每一时隙的信号送 到不同长度的光纤延时线，对每一时隙分别进行不同的延时后，再复用到 一起 输出。这样，就完成了信号在时隙上的交换，也就是说，信号经过这样的交换
光交换
四、光开关的应用
1、用于光交叉连接设备OXC中的光交换
对于大规模的光交换所需要的光开关在技术上还不太成熟，即便光开关有了 一定的集成规模，但要在性能上完全符合OXC的要求，还有很大的差距。 由于热光开关和微机械光开关有可能适应很大的交换规模，而且性能也比较
好，因此它们这两种类型的光开关，尤其是微机械光开关，很可能成为解决制约
一、光交换分类
按照复用方式的不同，光交换技术可以分为以下几种：
（1）光时分交换;
（2）光波分交换技术; （3）光空分交换技术； （4）光码分交换技术。
光交换
由于未来的光网络要求支持多粒度的业务，业务的多样性使
用户对带宽有不同的需求。按照这一要求，光交换技术又可以
分为以下几种： （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）光多协议标签交换（OMPLS: Optical Multi-Protocol
现代交换技术 第十章 光交换
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
- 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)。
1
9.1 概述
▪ 光传送技术的发展 ▪ 当前商用化单波长光纤传输系统容量为
10Gb/s，有报道已实现了40Gb/s。 ▪ 光波长复用技术可以使得一根单模光纤
实现20010Gb/s或更大的传输容量。 ▪ 光器件，商品化光开关的控制响应速度
已低于1ms，延迟线模式光缓存、波长 变换等技术也已成功。
▪ 技术上多种模式相结合，取各自优点， 统筹优化融合。
12
9.3.1 光交叉连接设备
▪ 光交叉连接设备(OXC)是实现自动交换 光网络(ASON)的核心技术。
▪ OXC可依据控制面功能，按照用户请求 在全光网络环境中自动建立一条符合用 户需求的光波长通道。
13
光交叉连接设备基本结构 由输入部分、光交叉连
➢ 光时分交换技术。在时间轴上将光波长分成多个时 段，互换时间位置来交换承载的信息。
➢ 光码分交换技术。不同用户信号用不同码序列填充， 利用码序列转换来交换信息。
4
▪ 按承载和交换信息的光域粒度划分，可 分为：
➢ 光路交换（OCS）技术，最小交换单元是 一个波长通道。
➢ 光分组交换（OPS）技术，光域分组包作 为最小交换颗粒。
16
OXC的工作原理
▪ OXC不同于标准交换设备，它不是按照每一个 通信请求建立连接，是在控制面和管理面操作 下提供永久/半永久波长路由通道。
交叉连接
(b) 沿AB线截面图
(c) 逻辑表示
图8.3 硅衬底平面光波导开关示意结构及逻辑表示
9
硅衬底平面光波导开关
▪ 特点是插入损耗小(0.5dB)、稳定性高、可靠 性好、成本低，适合大规模集成，不足点是响 应速度较慢，1~2ms。
10
9.2.4 波长转换器
i 入射光
放大器
激光器 探测器
j
i
出射光 入射光
控制 外调制器
j 出射光
(a) 直接转换
图8.4 光波长转换器结构
(b) 调制转换
11
9.3 光交换系统
▪ 未来宽带业务具有很大不确定性，交换 系统设计应尽可能地灵活。对比特传送 速率应透明，业务和控制尽可能分离， 控制系统简单，具有广播功能。
▪ 系统设计应模块化，易于维护、增删和 修改。
2
▪ 考虑全光交换网络的理由
▪ (1)历史的观点，模拟传输产生了机电制交换； PCM数字传输有了数字程控交换；当前光传 输已成主角，因此下一代网络将是全光交换。
▪ (2) 速度极限，由于电子器件的极限速度为几 个G~10Gb/s，使得电子交换设备可能成为未 来网络的瓶颈。
▪ (3) 成本降低，采用光传输的电子交换系统， 必须有光/电和电/ M U X
OUT
OUT
输入部分…包…括…放…大…器………………………………………………………………………………
EDFA和波长解复用 DMUX，将每根光纤上 IP ROUTE
. SDH
输出部分，均功器的作 用是对受到不同衰减的
的光信号放大、分离后 送交叉连接矩阵。
图8.17 OXC基本结构图
▪ 半导体光放大器及等效开关示意如下图。
控制电流
控制电流
入射光
出射光
半导体光放大器
入射光
出射光
图8.1 半导体光放大器及等效开关示意
7
9.2.2 耦合波导开关
▪ 耦合波导开关，利用铌酸锂(LiNbO3)材料制作，在控 制电极上施加一定电压可改变波导的折射率和相位， 从而可构成22交换开关。激励电压约5V，最大传信 速率达Gb/s。
光波长信号进行功率均 衡，以减小不同光波长
间的干扰。
14
▪ 光交叉连接设备主要用于骨干传送网中， 完成任一光纤某个波长信号到其他光纤 的传送连接。
▪ OXC具有信号复用、信号交换、光路保 护倒换、监控管理等功能。
▪ 除控制管理部分外，其余部分的信号处 理都在光域完成。因此OXC具有极大的 交叉容量，可达几千T比特级别。
▪ 光交换不受监测器、调制器等光电器件 速度的限制，极大地提高了交换节点的 吞吐量。
▪ 不需要经过光/电/光转换，降低了交换 节点成本。
▪ 对比特率、调制方式和通信协议都具有 透明性，有良好的升级能力。
6
9.2 光交换元件
▪ 9.2.1 半导体光开关
▪ 半导体光放大器，当偏置信号为零时，输入信号将被 器件完全吸收，输出端没有任何光信号输出。
▪ (4) 速度匹配，光传输，光交换，全光网络。
3
光交换技术分类
▪ 光交换技术，指不经过任何光/电转换，直接 在光域上完成输入到输出端的信息交换。
▪ 按照复用方式分类，光交换可分为：
➢ 光空分交换技术。多点间建立光信息传送物理通道 的交换技术。
➢ 光波分交换技术。利用光波分复用和波长变换技术， 将信息从一个波长转移到另一波长上。
▪ 耦合波导开关示意结构及逻辑表示如下图。
光信号通道
控制电极
平行连接
交叉连接
图8.2 耦合波导开关示意结构及逻辑表示 8
9.2.3 硅衬底平面光波导开关
3dB耦合器 2
薄膜倒相极
A
3dB耦合器
4
1
3
B
W
加热
Cr薄膜加热器
2
4
(a) 器件俯视图
1
3
A 包层
薄膜倒相极
B 波导芯
平行连接
2
4
1
3
Si衬底
➢ 光突发交换（OBS）技术，多个分组构成 更大分组，以突发方式在光域传输和交换。
➢ 光标记分组交换（OMPLS）技术，MPLS 和光网络结合，MPLS控制标记分发和控制 光开关，建立交换式光通道。
5
光交换技术的特点
▪ 随着发展，光交换技术已能保证网络可 靠性，并提供灵活的选路方案，为高速 信息流提供动态光域处理。
15
光交叉连接矩阵
▪ 实现光交叉连接矩阵，光机械开关、LiNb03 开关、InP开关、半导体光放大器（SOA）开 关等 ，现常用微电子机械开关（MEMS）构 成。
▪ MEMS为无源光开关，介入损耗和串扰都较 小，属完全透明的连接模式，连接处理过程不 需光/电转换。
▪ 容量极大，可构成1296×1296端口连接矩阵， 每端口传送40个波长×40Gb/s的信号容量， 总传送容量达到2.07petabit/s，具有严格无 阻塞特性。
接部分、输出部分、控
控制和管理部分属于电 子设施，通过信令协议
制和管理部分5个功能 模块构成。
控制和管理
接收用户及网管系统请 求，完成自动保护倒换、 连接指配、波长选路等
均功功能器。
EDFA D M U X
……
光交叉连接矩阵
OUT OUT
……
EDFA M U X
EDFA D M U X
……
OUT OUT