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”。

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。光分组交换技术与电分组技术相比，光分组交换技术经历了近１０年的研究，却还没有达到实用化，主要有两大原因：第一是缺乏深度和快速光记忆器件，在光域

难以实现与电路由器相同的光路由器；第二是相对于成熟的硅工业而言，光分组交换的集成度很低，这是由于光分组本身固有的限制以及这方面工作的不足造成的。通过近期的技术突破与智能的光网络设计，可充分地利用光与电的优势来克服这些不利因素。

光突发交换为IP骨干网的光子化提供了一个非常有竞争力的方案。一方面，通过光突发交换可以使现有的IP骨干网的协议层次扁平化，更加充分的利用DWDM技术的带宽潜力；另外一方面，由于光突发交换网对突发包的数据是完全透明的，不经过任何的光电转化，从而使光突发交换机能够真正的实现所谓的Ｔ比特级光路由器，彻底消除由于现在的电子瓶颈而导致的带宽扩展困难。此外，光突发交换的QoS支持特征也符合下一代Internet的要求。因此，光突发交换网络很有希望取代当前基于ATM/SDH架构和电子路由器的IP骨干网，成为下一代光子化的Internet骨干网。

作为一项具有广泛前景和技术优势的交换方式，光突发交换技术已引起了国内外众多研究机构的关注，我国的863计划已将光突发交换技术列为重点资助项目。

从应用的角度，光突发交换还有一些重要的课题需要研究。突发封装，突发偏置时延的管理，数据和控制信道的分配，ＱｏＳ的支持，交换节点光缓存的配置 如果需要的话等问题还需要作深入研究。对于光突发交换网来说，在边缘路由器光接收机上的突发快速同步也是对系统效率有重要影响的问题。

上述问题是紧密关联的，比如说光缓存中光纤延迟线的配置与突发长度的统计分布相关，而突发长度又取决于突发封装过程；突发封装、光路由器的规模、数据和控制信道组的大小又会影响突发偏置时延的管理；交换节点的分配器和控制器运行快慢以及网络规模又会反过来影响突发封装。在网络设计当中，所有的这些问题都必须仔细考虑和规划。由于光纤延迟线的限制，为了降低丢包率，光突发交换网络必须通过波分复用网络信道成组来实现统计复用。如何在光突发交换网络中实现组播功能也是一项非常重要的课题，为了实现组播，光开关矩阵和交换控制单元都必须具备组播能力，且二者之间必须能有效地协调。此外，将光突发交换与现有的动态波长路由技术有机的结合，可以使网络具有更有效的调配能力，但也需要进一步的细致研究。

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。光交换技术可分成光路光交换类型和分组光交换类型，前者可利用OADM、OXC等设备来实现，而后者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。

光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术、时分交换技术、波分／频分交换技术、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。光分组交换系统所涉及的技术主要包括：光分组交换技术，光突发交换技术，光标记分组交换技术，光子时隙路由技术等。

光路交换技术已经实用化。光分组交换技术目前主要是在实验室内进行研究与功能实现，确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术。其中，光分组交换技术和光突发交换技术是光交换中的最有开发价值的热点技术，也是全光网络的核心技术，她将有着广泛的市场应用前景。

全球光交换设备市场从2001年的３．０７亿美元开始增长，到2006年将达到64.5亿美元。2006年以后，该技术市场在整个电信市场领域将会占主导地位，尤其是在北美、西欧各国及亚洲部分地区。而在网络进展速度缓慢的发展中国家，诸如非洲、中东、拉丁美洲等地区，这项技术的使用可能还会花一段时间。

目前光交换技术市场日益成熟，价格也在迅速下降。批量生产以后，这些技术设备的价格有望在2002年下半年更大幅度地下降。如果说2000-2002年是光交换技术的试用期，那么2003年将是这项技术在全球范围内的大规模使用期。许多运营商，比如Global Crossing、法国电信和日本电信等都已经表达了对光交换系统性能的满意，并已经计划在2002-2003年间在他们的网络中广泛采用这项技术。北京市通信公司宣布采用北电网络的OPTera DX光交换机完成了长途光传输系统工程，升级后的网络已于今年六月投入商业服务。

虽然在低迷的环境下，大多数运营商最近都宣布了资本与运作支出缩减计划。与２００１年相比，２００２－２００３年间的缩减率高达３０％。但是，受宽带业务需求影响，尽管电子商务呈下降趋势，数据通信仍然持续增长。如果运营商不与此快速增长业务同步，到２００２年下半年其网络的最大使用容限将只有４０％。因而，运营商恰当地选择技术设备来升级其网络、减少其成本和运作支出，日益显得重要。

业内专家指出，光分组交换技术将成为一项重要的网络交换升级技术得到广泛应用。未来，基于电路交换的电信网必然要升级到以数据为重心以分组为基础的新型通信网，而光分组交换网能以更细的粒度快速分配光信道，支持ATM和IP的光分组交换，是下一代全光网络技术，其应用前景广阔。目前，世界上许多发达国家进行了光分组交换网的研究，如欧洲RACD计划的ATMOS 项目和ACTS计划的KEOPS 项目，美国DARPA 支持的POND项目和CORD项目，英国EPRC支持的WASPNET 项目，日本NTT光网络实验室的项目等。而且，光分组交换网的实用化，取决于一些关键技术的进步，如光标记交换、微电子机械系统MEMS 、光器件技术等。光器件技术中固态光交换技术已开始迅速发展，在芯片上实现光交换一直是人们的梦想。利用固态交换技术，交换速度可以在纳秒的范围之内，这样高的速度主要用于光的分组交换。已经有一些公司在这个方向上取得了重大进展，例如Brimcon，Lynx and NTT公司。

从SDH（同步数字系列）发展到DWDM（密集波分复用），超大容量密集波分复用技术的飞速发展使光纤的容量得到了比较彻底的发掘，解决了网络节点间传输容量的问题。但是网络节点瓶颈的问题依然很突出。因此，在此基础上为适应未来互联网业务、开放的、支持多业务的、灵活易升级的、具有高效的保护和恢复策略的以及拥有更简单有效的网络控制和管理的智能光网络将是WDM光传送网未来的发展方向。

ASON 最早是在2000年3月有ITU－T的Q19/13研究组正式提出的。在以后短短的两年半多的时间内，无论是技术研究，还是标准化进程都进展迅速，成为各种国际组织及各大公司研究讨论的焦点课题。因此ASON是传送网络的重大变革。

与现有的光传送网技术相比，ASON 具有以下几个特点：

1、强大而灵活的传送和交换能力、支持复杂拓扑的格状网络。传送平台普遍采用大容量DWDM技术，提供由波长组成的端到端的光通路。交换平台解决网络规模扩展问题，将链形和环形网络变为网状拓扑，提供光通路的优化路由，在线路或者节点发生故障时进行快速迂回，能方便的升级和扩充；

2、分布式的控制。通过分布式的信令/ 协定实现网络智能化的控制。随着光层技术的不断提高，特别是多协议标记交换（MPLS）技术向光层的拓展，使建立分布式、开放的网络控制系统成为可能。这将大大提高网络的性能，降低网络的运营成本；

3、开放的网络管理。由于业务的多样性及多厂家环境的原因，要求网络管理系统由封闭走向开放。同样，由于容量的迅速增长和对业务质量的要求，要求网络管理系统向自动化和智能化方向发展；