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全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)—光交換技術(shù)

云知道


現(xiàn)代通信網(wǎng)中，密集波分復(fù)用（DWDM）光傳送網(wǎng)絡(luò)充分利用光纖的巨大帶寬資源來滿足各種通信業(yè)務(wù)爆炸式增長的需要 。然而，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸與交換仍然采用如IP over ATM 、IP over SDH等多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案，不僅開銷巨大，而且必須在中轉(zhuǎn)節(jié)點經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，無法充分利用底層DWDM帶寬資源和強大的波長路由能力 。為了克服光網(wǎng)絡(luò)中的電子瓶頸，具有高度生存性的全光網(wǎng)絡(luò)成為寬帶通信網(wǎng)未來發(fā)展目標 。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個重要支撐技術(shù)，它的全光通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，可以這樣說光交換技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也決定了全光通信的發(fā)展 。

一、光交換的定義與特點
光交換技術(shù)是指不經(jīng)過任何光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端 。光交換系統(tǒng)主要由輸入接口、光交換矩陣、輸出接口和控制單元四部分組成，如圖1所示 。
　
由于目前光邏輯器件的功能還較簡單，不能完成控制部分復(fù)雜的邏輯處理功能，因此國際上現(xiàn)有的光交換控制單元還要由電信號來完成，即所謂的電控光交換 。在控制單元的輸入端進行光電轉(zhuǎn)換，而在輸出端需完成電光轉(zhuǎn)換 。隨著光器件技術(shù)的發(fā)展，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢將是光控光交換 。

隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護和自愈功能在光通信領(lǐng)域中越來越重要 。采用光交換技術(shù)可以克服電子交換的容量瓶頸問題，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性，提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級成本 。

二、光交換技術(shù)的分類
目前，光交換技術(shù)可分成光的電路交換（OCS）和光分組交換（OPS）兩種主要類型 。光的電路交換類似于現(xiàn)存的電路交換技術(shù)，采用OXC、OADM等光器件設(shè)置光通路，中間節(jié)點不需要使用光緩存，目前對OCS的研究已經(jīng)較為成熟 。根據(jù)交換對象的不同OCS又可以分為：

（1） 光時分交換技術(shù)，時分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式，時分光交換就是在時間軸上將復(fù)用的光信號的時間位置t1轉(zhuǎn)換成另一個時間位置t2

（2） 光波分交換技術(shù)，是指光信號在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中不經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換，直接將所攜帶的信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一個波長上 。

（3） 光空分交換技術(shù)，即根據(jù)需要在兩個或多個點之間建立物理通道，這個通道可以是光波導(dǎo)也可以是自由空間的波束，信息交換通過改變傳輸路徑來完成

（4） 光碼分交換技術(shù)，光碼分復(fù)用（OCDMA）是一種擴頻通信技術(shù)，不同戶的信號用互成正交的不同碼序列填充，接受時只要用與發(fā)送方相同的法序列進行相關(guān)接受，即可恢復(fù)原用戶信息 。光碼分交換的原理就是將某個正交碼上的光信號交換到另一個正交碼上，實現(xiàn)不同碼子之間的交換 。

未來的光網(wǎng)絡(luò)要求支持多粒度的業(yè)務(wù)，其中小粒度的業(yè)務(wù)是運營商的主要業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)的多樣性使得用戶對帶寬有不同的需求，OCS在光子層面的最小交換單元是整條波長通道上數(shù)Gb/s的流量，很難按照用戶的需求靈活地進行帶寬的動態(tài)分配和資源的統(tǒng)計復(fù)用，所以光分組交換應(yīng)運而生 。光分組交換系統(tǒng)根據(jù)對控制包頭處理及交換粒度的不同，又可分為：

（1） 光分組交換（OPS）技術(shù)，它以光分組作為最小的交換顆粒，數(shù)據(jù)包的格式為固定長度的光分組頭、凈荷和保護時間三部分 。在交換系統(tǒng)的輸入接口完成光分組讀取和同步功能，同時用光纖分束器將一小部分光功率分出送入控制單元，用于完成如光分組頭識別、恢復(fù)和凈荷定位等功能 。光交換矩陣為經(jīng)過同步的光分組選擇路由，并解決輸出端口競爭 。最后輸出接口通過輸出同步和再生模塊，降低光分組的相位抖動，同時完成光分組頭的重寫和光分組再生 。

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