光纤通信之光交换技术

光纤通信之光交换技术作者单位：南华大学电气工程学院姓名：陈亚潮专业：通信工程学号：20124400117摘要：由于宽带视频、多媒体等各种高带宽资源业务需求的增加，对通信网的带宽和容量提出了更高的要求，高速高带宽网络已经成为现阶段通信网络发展的趋势。但是由于大量的新业务的出现和国际互联网的发展，今后通信网络还可能变得拥挤。原因是在现有通信网络中，高速光纤通信系统仅仅充当点对点的传输手段，网络中重要的交换功能还是采用电子交换技术。光交换技术是实现全光网络的关键技术之一，它可以满足人们对宽带视频、多媒体业务的需求，是发展高速宽带业务的一种有效手段。人们对光交换的探索始于20世纪70年代，80年代中期发展比较迅速，经过30余年的研究，在光器件研究技术的推动下，对光交换系统技术的研究有了很大发展。关键词：光交换技术；空分光交换；时分光交换；波分光交换。1引言最近几年，光纤逐渐成为通信网传输的重要媒介，现在世界上大约有60%的通信业务经光纤传输，光纤传输已广泛用于长途干线网和本地中继网。在一些欧美发达国家,随着光纤传输从中继网向用户网推进,每秒数百兆比视频通信业务可能会像现在的电话通信一样普及,网络交换节点所需容量是现有电话网的1000~10000倍,其交换节点容量至少是太比(Tbit/s)级的。以电子技术为基础的交换方式,无论是B-ISDN的ATM方式,还是适合数字程控交换，它们的交换容量都要受到电子器件工作速度的限制,即使最新开发的电子ATM交换系统最大容量也被限制在1600Gbit/t左右,最终难以实现高速宽带信号的交换。因此，先进的光交换技术以其高速，高宽带的特点而备受瞩目。2光交换技术的基本概念光交换技术是实现全光网络的关键即是之一，是用光纤来进行网络数据、信号传输的网络交换传输技术。它是指不经过任何光电转换将输入光信号直接交换到任意的输出端,完成光节点处任意光纤端口之间的光信号交换及选路。2.1光交换技术的特点在电信网中，光纤是目前的主要传输介质，越来越被广泛的应用在长途及干线传输中。光交换在交换过程中信号始终以光的形式存在，在进出交换机时不需要进行光信号的光/电转换或者电/光转换，这样大大提高了系统的性能。光交换主要有以下特点：（1）由于光交换不涉及到电信号，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，提高灵活的信息路由手段。2.2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，每个电开关在控制信号的控制下接通或断开其出线和入线。光交换是通过控制开关矩阵的出线和入线的接通和断开来完成信号的转换。在光信号中控制的是光信号，所以光交换中更多的要考虑结合光的物理特性来进行交换。光开关是完成光交换的最基本的功能器件。将一系列光开关组成一个阵列，构成一个多级互联的网络，在这个阵列中完成光信号的交换。下面是几种主要的光开关器件：（1）半导体光放大器半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且可以利用一种被称为偏置电信号的器件来控制光信号的放大倍数。（2）耦合波导开关耦合波导开关有两个输入端和输出端，每个输入和对应的输出形成一个光通道，两个输入和输出组成两个光通道，它利用控制电极来控制光信号的输出状态。（3）波长转换器波长转换的原理是光/电/光型的WC先将光信号转换成电信号，经定时再生后，产生再生的电信号和时钟信号，再用该电信号对标准波长的激光器重新进行调制，从而实现波长变换。3光交换原理光信号的分割复用方式有空需要相应的复合光交换分、时分和波分三种，因而光交换相应的也存在空分、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。如果光信号同时采用多种分割复用方式，则完成这样光信号的交换。3.1空分光交换空分光交换技术就是在空间域上对光信号进行交换，其基本原理是将光交换元件组成门阵列开关，通过对开关矩阵进行控制，建立任一输入光纤和任一输出光纤之间构成物理通路。空分光交换的核心器件是光开关。光开关有电光型、声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。3.2时分光交换时分光交换是以时分复用为基础，即将输入的某一个时隙上的光信号交换至另一个时隙进行输出，把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换的一种交换方式。时隙交换器是由空间光开关和一组光纤延时线构成的，光纤延时线是一种光缓存器。时分复用光信号经过分路器分离出每个时隙信号，经不同的光纤延时线，变换到相应的时隙中，再把所有时隙信号经复用器复用输出，及完成了时分光交换，如图3.1所示。3.3波分光交换波分光交换是以波分复用原理为基础，根据光信号的波长来进行通路选择的交换方式。原理：光纤中不同波长的信号经过光滤波器后分解为各种不同波长的信号，进行传输。接着将这些不同波长的信号进行波长转换，最后用合并器进行合路，再输出一个多路复用的光信号。3.4ATM光交换ATM光交换仍然遵循ATM电交换原理，以ATM信元为交换对象，采用波分复用、电或光缓存技术，由信元波长选路。按照信元波长，信元被选路到光缓存器中，然后将同一输出端口的信元存储于公用光缓存器内，完成交换。ATM光交换技术是最有希望成为吞吐量达Tbit/s量级的光交换系统。ATM光交换系统主要有两种结构：一是采用广播选择方式的超短光脉冲星形网络，具有结构简单、可靠性高和成本较低等优点；二是采用光矩阵开关的超立方体网络，具有模块化结构、可扩展性、路由算法简单、高可靠的路由选择等优点。1234分接器1延迟1延迟22延迟33延迟44复接器输入输出4132图3.1时分光交换过程示意图4光交换的发展动态和展望目前有一种新型的光电交换机，通过采用新的钡钛材料制造的波导和一种被称为分子束取相附生的技术，能够大大降低交换机的功耗，除了传统的应用外，光交换机还将在未来的多通路、可重配置的光子网络中发挥越来越重要的作用。由于光网络容量的持续扩展，而电交换机无法适应超过GBit速率的要求，开发高速度、高性能的光交换机就成为光交换机的发展趋势。可以预见，在未来的大容量光的全光网络中，光交换机将起到举足轻重的作用。光通信网络正逐步向全光网络发展，世界各国都在研究和开发全光网络厂品，力求解决现行通信网中由于电子处理速度而形成的速率“瓶颈”问题。以光交换技术为基础的全光网络将是未来的新型通信网络的发展方向。目前，以波长为路由方式的光路交换技术已经逐渐成熟，在光通信网中得到了广泛的应用。而光分组交换技术目前还主要在实验领域进行研究。光分组交换技术能以更细的粒度快速分配信道，支持ATM和IP的光分组交换，是下一代的全光网络技术的核心，应用前景广阔。世界上许多国家正在进行关于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、美国的DAPRA支持的POND项目和CORD项目等，将来，基于电路交换的电信网必然要升级到以分组交换为核心的新型通信网。5总结在中国知网上仔细阅读了关于光纤通信光交换技术的好多参考文献，学到了很多光纤通信的知识，也了解了我国光交换技术的发展程度和未来光纤通信的走向，时代在进步，用户对于通信网的带宽和容量提出了更高的要求，光纤更是目前最主要的传输介质，广泛用于长途及干线传输中。虽然光时分交换和波分交换都有美好的应用前景，但是由于目前高速光开关的技术指标和工艺水平还难以达到实用化程度，特别是有效的、大容量的光缓存器的缺乏，使高速、频繁的时分光交换近期内还难以实现。全光波长转换器的研究虽然有了一些进展，但也还远没有达到实用化阶段。因此，近期光交换的发展和应用重点仍是空分光交换，必要时使用“光—电—光型”波长转换器实现波分光交换。通过该文献报告，我对无线局域网的发展有了大致的了解，熟悉了无线局域网的系统结构、关键技术、现在社会中的应用和未来的发展，更使我加深了对本课题的理解。6参考文献[1]顾畹仪.光传送网.北京：机械工业出版社，2003[2]原荣.光纤通信网络.北京：电子工业出版社，1999[3]雷振明.下一代的电信交换—宽带通信.北京：人民邮电出版社，1995[4]雷震洲.核心网中的光分组交换.电信工程技术与标准化，2003（10）[5]殷洪玺，王勇，徐安士，等.光分组交换网.电信科学，2001（3）[6]唐建军，纪越峰.光突发交换及其关键技术研究.光通信研究，2003（6）