第9章_光交換技術(shù)

1、第9章 光交換技術(shù)宋寶安寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2009-12-15目錄9.1 光交換概述9.2 光交換器件9.3 光交換網(wǎng)絡(luò)9.4 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展（從網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展，看交換技術(shù)的發(fā)展及其作用）硬件系統(tǒng)的基本組成承上啟下：承上啟下：交換(信號、分類)復(fù)用開關(guān)（交換單元）連接（連接函數(shù)）網(wǎng)絡(luò)(單級與多級交換網(wǎng)絡(luò)區(qū)別)電路交換接口電路存儲程序控制分組交換和幀中繼信令系統(tǒng) ATM交換 設(shè)想一下，接下來內(nèi)容是什么？ n隨著世界通信業(yè)務(wù)量的飛速增長，光傳送網(wǎng)技術(shù)已成為國際上的研究熱點(diǎn)。據(jù)估計(jì)，以光電子信息技術(shù)為主導(dǎo)的信以光電子信息技術(shù)為主導(dǎo)的信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將在息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將在20102010年

2、達(dá)年達(dá)5 5萬億美元，成為二十一世紀(jì)最萬億美元，成為二十一世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)。大的產(chǎn)業(yè)。n研究熱點(diǎn)研究熱點(diǎn) 隨著世界通信業(yè)務(wù)量的飛速增長，光傳送網(wǎng)技隨著世界通信業(yè)務(wù)量的飛速增長，光傳送網(wǎng)技術(shù)已成為國際上的研究熱點(diǎn)。術(shù)已成為國際上的研究熱點(diǎn)。（全光通信網(wǎng)、WDM全光網(wǎng)、光傳送網(wǎng)是同一事物的不同名稱，最近ITU的建議是光傳送網(wǎng)optical transport network）。n趨勢趨勢 九十年代初，在一些發(fā)達(dá)國家中，人們預(yù)計(jì)原九十年代初，在一些發(fā)達(dá)國家中，人們預(yù)計(jì)原有的銅電纜會從有的銅電纜會從1995年起逐漸被年起逐漸被FTTH（光纖到戶）代替。（光纖到戶）代替。1998年這種趨勢已被證實(shí)。但是，

3、步子已經(jīng)放慢，年這種趨勢已被證實(shí)。但是，步子已經(jīng)放慢，特別是光纖到戶。光傳送網(wǎng)的推廣，光纖到戶能否實(shí)現(xiàn)，取決光傳送網(wǎng)的推廣，光纖到戶能否實(shí)現(xiàn)，取決于網(wǎng)絡(luò)的價格，于網(wǎng)絡(luò)的價格，只有價格到了可接受的地步，才能真正進(jìn)入家庭，光傳送網(wǎng)中低價位光學(xué)元器件是降低光傳送網(wǎng)成本的關(guān)鍵。9.1 光交換概述傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)：n原因原因 傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)中存在大量的光傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)中存在大量的光/電、電電、電/光轉(zhuǎn)換光轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和數(shù)字交叉互聯(lián)電分插復(fù)用器，n1)既限制了網(wǎng)絡(luò)的交換速度。既限制了網(wǎng)絡(luò)的交換速度。n2)又對不同形式的光信號是不透明的。又對不同形式的光信號是不透明的。n3)光功能

4、器件和波導(dǎo)或光纖的連接需要亞微米的定位精光功能器件和波導(dǎo)或光纖的連接需要亞微米的定位精度，度，精密定位是復(fù)雜的調(diào)整操作，所以提高了光功能器件提高了光功能器件的成本，限制了光傳送網(wǎng)的發(fā)展。的成本，限制了光傳送網(wǎng)的發(fā)展。n4 )且光且光/電、電電、電/光器件的微型化也是很難解決的問題。光器件的微型化也是很難解決的問題。因此，光通信器件的價格和微型化已成為光傳送網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。n可用于全光網(wǎng)絡(luò)的MEMS器件包括微型光開關(guān)陣列、可調(diào)衰減器和光濾波器等。對上述技術(shù)的研究是MEMS用于光通訊領(lǐng)域的關(guān)鍵。n在全光通信網(wǎng)中，光交換技術(shù)的好壞直接決定了傳輸網(wǎng)的規(guī)模、復(fù)雜性和靈活性等技術(shù)指標(biāo)。光開關(guān)是光交換技術(shù)中的

5、核心器件，是影響光交換技術(shù)的關(guān)鍵。微機(jī)械光開關(guān)在開關(guān)速度、透明性、功耗和串?dāng)_等性能比其它各類光開關(guān)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，微機(jī)械光開關(guān)還用于光信息處理系統(tǒng)和光學(xué)測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)換、切換和光信息處理。在軍事領(lǐng)域中，微機(jī)械光開關(guān)用于核彈、導(dǎo)彈等的引信裝置。且因其巨大的商業(yè)應(yīng)用前景，而備受關(guān)注。n光開關(guān)是光交換技術(shù)中的核心器件，是影響光交換技術(shù)的關(guān)鍵。nnTx TxTxRxRxRxn上路(終端或ADM)下路(終端或ADM)光纖 1光纖 m光開關(guān)矩陣光開關(guān)矩陣波長轉(zhuǎn)換光濾波器/密集解復(fù)用器是構(gòu)建OXC的重要器件。今天在DWDM系統(tǒng)中使用得最多的是下面三種光濾波器：多層介質(zhì)膜干涉濾波器、光纖光柵

6、和陣列波導(dǎo)光柵。9.2 光交換器件n多層介質(zhì)膜干涉濾波器利用鍍在玻璃襯底上的多層介電薄膜將某個波長從WDM系統(tǒng)中分離出來或復(fù)用進(jìn)去。可以制成各種窄帶、寬帶或增益平坦用濾波器，也可以級聯(lián)成為各種DWDM模塊，非常靈活。它是無源器件，可以在相鄰或非相鄰信道之間提供40dB甚至更高的隔離度，插入損耗和偏振相關(guān)損耗很低，可能是多信道DWDM系統(tǒng)最佳的選擇之一，也可能是最適合于寬帶應(yīng)用的一種DWDM器件。但對于信道間隔等于或小于100GHz(0.8nm)的DWDM系統(tǒng)，鍍膜的控制很困難。，目前難以采用。n光纖光柵是利用紫外激光能夠改變光敏光纖折射率的原理，在光纖芯子里產(chǎn)生折射率的周期性調(diào)制制成的。這種光

7、柵能夠反射特定的波長。可以制成具有很陡反射譜形狀和很高信道隔離度的DWDM濾波器。其優(yōu)點(diǎn)是插入損耗低、成本低，因而特別適合制作DWDM組件。其缺點(diǎn)有：它是兩端口反射元件，需要昂貴的光環(huán)行器或制成馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)被選信號的下路，尤其在信道數(shù)很大時會導(dǎo)致成本的急劇增加。再就是它是溫度敏感的，需要溫度控制或補(bǔ)償。n陣列波導(dǎo)光柵是通過在硅片上沉積SiO2玻璃薄膜，經(jīng)過高溫處理后，再利用光刻制出波導(dǎo)電路圖案。其工藝類似于在計(jì)算機(jī)芯片上集成電子器件。從結(jié)構(gòu)看，它是由兩個集成星形耦合器組成的，這兩個耦合器則由一系列長度變化的波導(dǎo)連接起來。 星形耦合器完成不同波長的耦合，而在兩個星形耦合器之間長度

8、等差排列的波導(dǎo)構(gòu)成了一種相位光柵，而這正是波長選擇的基礎(chǔ)。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以很緊湊地制出信道數(shù)很大的DWDM器件，而且成本低，便于集成。而缺點(diǎn)是：與其他濾波器技術(shù)相比，它的濾波器通帶特性較差、偏振相關(guān)損耗很大，而且對溫度很敏感，需要溫度控制。n不同類型的光柵光學(xué)研究和應(yīng)用n微光學(xué)平臺是微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的一個典型例子，它主要用于光學(xué)測量和實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)平臺體積大，系統(tǒng)中的元件是先分開制造然后組裝而成，裝配量很大，成本很高。而微光學(xué)平臺，體積小，系統(tǒng)中的元件可集成加工在單一芯片上，對準(zhǔn)精度高，可成批生產(chǎn)，成本低。這些優(yōu)點(diǎn)使微光學(xué)平臺相對于傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢。所以，該方面的研究是微光

9、機(jī)電系統(tǒng)研究的最基本的一部分。研究包括微衍射透鏡（Fresnel, 多階二元微透鏡）、微折射透鏡、光束分離器、光柵等。飛秒自相關(guān)儀光柵光譜儀光數(shù)據(jù)存儲n在光學(xué)信息存儲系統(tǒng)中，光盤讀取頭影響存儲密度和讀取速度，決定整個系統(tǒng)性能的好壞。采用微機(jī)械制造的光盤讀取頭，可大大降低光學(xué)讀取頭是價格和中連、重量，定位速度和讀取速度也顯著提高。圖為讀取原理示意圖。9.3 光交換網(wǎng)絡(luò)n空分光交換網(wǎng)絡(luò)n波分光交換網(wǎng)絡(luò)n時分光交換網(wǎng)絡(luò)n自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)n混合型光交換網(wǎng)絡(luò)n多維光交換網(wǎng)絡(luò)9.4 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)密計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)密切結(jié)合的產(chǎn)物，是隨社會對信

10、息的共享和信切結(jié)合的產(chǎn)物，是隨社會對信息的共享和信息傳遞的要求而發(fā)展起來的。息傳遞的要求而發(fā)展起來的。所謂的所謂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是利用通信設(shè)備和線路就是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的、功能獨(dú)立的多個計(jì)算機(jī)將地理位置不同的、功能獨(dú)立的多個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，如系統(tǒng)互連起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，如網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、信息交換方式以及網(wǎng)絡(luò)操作網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、信息交換方式以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中信息傳遞和資源共享的系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中信息傳遞和資源共享的系統(tǒng)。系統(tǒng)。（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變和發(fā)展（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變和發(fā)展n第一階段第一階段聯(lián)機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)n以一臺中央主計(jì)

11、算機(jī)連接大量在地理上處于分散位置以一臺中央主計(jì)算機(jī)連接大量在地理上處于分散位置的終端。所謂的終端。所謂終端終端通常指一臺計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，包通常指一臺計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，包括顯示器和鍵盤，無中央處理器和內(nèi)存。括顯示器和鍵盤，無中央處理器和內(nèi)存。n隨著連接的終端數(shù)增加，為了減輕中心計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，隨著連接的終端數(shù)增加，為了減輕中心計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，在通信線路和中心計(jì)算機(jī)之間設(shè)置了一個在通信線路和中心計(jì)算機(jī)之間設(shè)置了一個前端處理機(jī)前端處理機(jī)FEPFEP（Front End ProcessorFront End Processor）或）或通信控制器通信控制器CCUCCU（Communication Cont

12、rol UnitCommunication Control Unit），專門負(fù)責(zé)與終端），專門負(fù)責(zé)與終端之間的通信控制，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理與通信控制的分工，之間的通信控制，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理與通信控制的分工，以便更好地發(fā)揮中心計(jì)算機(jī)的處理能力。以便更好地發(fā)揮中心計(jì)算機(jī)的處理能力。單計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)單計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng) n第二階段第二階段計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代中期開始，出現(xiàn)了若干個年代中期開始，出現(xiàn)了若干個計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)互連系統(tǒng)互連系統(tǒng)，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)通信的時計(jì)算機(jī)通信的時代。隨后各大計(jì)算機(jī)公司都陸續(xù)推出了自己的代。隨后各大計(jì)算機(jī)公司都

13、陸續(xù)推出了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的軟件硬件產(chǎn)品。軟件硬件產(chǎn)品。但這些網(wǎng)絡(luò)也存在不少弊端，但這些網(wǎng)絡(luò)也存在不少弊端，主要問題是各廠主要問題是各廠家提供的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互連十分困難。家提供的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互連十分困難。這種自這種自成體系的系統(tǒng)稱為成體系的系統(tǒng)稱為“封閉封閉”系統(tǒng)系統(tǒng)。因此，人們。因此，人們迫切希望建立一系列的國際標(biāo)準(zhǔn)，渴望得到一迫切希望建立一系列的國際標(biāo)準(zhǔn)，渴望得到一個個“開放開放”系統(tǒng)系統(tǒng)，這正是推動計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)走向，這正是推動計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)走向國際標(biāo)準(zhǔn)化的一個重要因素。國際標(biāo)準(zhǔn)化的一個重要因素。第二階段典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第二階

14、段典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)是：資源的多是：資源的多向共享、分散控制、分組交換、采用專門的通信控制向共享、分散控制、分組交換、采用專門的通信控制處理機(jī)、分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些特點(diǎn)往往被認(rèn)為是現(xiàn)處理機(jī)、分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這些特點(diǎn)往往被認(rèn)為是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的典型特征。代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的典型特征。但這個時期的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品彼但這個時期的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品彼此之間是相互獨(dú)立的，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。此之間是相互獨(dú)立的，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。以多計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)圖以多計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)圖 n 第三階段第三階段 標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代中期，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始向體系結(jié)構(gòu)年代中期，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始向體系

15、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的方向邁進(jìn)，即標(biāo)準(zhǔn)化的方向邁進(jìn)，即正式步入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化時代。正式步入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化時代。2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代年代, ,隨著微機(jī)的廣泛使用隨著微機(jī)的廣泛使用, ,局域網(wǎng)獲得局域網(wǎng)獲得了迅速發(fā)展。美國電氣與電子工程師協(xié)會（了迅速發(fā)展。美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEEIEEE）為了適應(yīng)微機(jī)、個人計(jì)算機(jī)（為了適應(yīng)微機(jī)、個人計(jì)算機(jī)（PCPC）以及局域網(wǎng)發(fā)）以及局域網(wǎng)發(fā)展的需要展的需要, ,于于19801980年年2 2月在舊金山成立了月在舊金山成立了IEEE802IEEE802局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)委員會局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)委員會, ,并制定了一系列局域網(wǎng)絡(luò)并制定了一系列局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。在此期間在此期間

16、, ,各種各種 局域網(wǎng)大量涌現(xiàn)。局域網(wǎng)大量涌現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 第三階段典型的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖，第三階段典型的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖，通信通信子網(wǎng)的交換設(shè)備主要是子網(wǎng)的交換設(shè)備主要是路由器路由器和和交換機(jī)交換機(jī)。n第四階段第四階段 網(wǎng)絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)入進(jìn)入2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅年代，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是猛發(fā)展，特別是19931993年美國宣布建立年美國宣布建立國家信息國家信息基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施NIINII（NIINII，National Information National Information I

17、nfrastructureInfrastructure）后，全世界許多國家紛紛制后，全世界許多國家紛紛制定和建立本國的定和建立本國的NIINII，從而極大的推動了計(jì)算機(jī)，從而極大的推動了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個嶄新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入一個嶄新的階段，這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò)階的階段，這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò)階段。段。 目前，全球以目前，全球以InternetInternet為核心的高速計(jì)算機(jī)互為核心的高速計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，InternetInternet已經(jīng)成為人類最重已經(jīng)成為人類最重要的、最大的知識寶庫。要的、最大的知識寶庫。網(wǎng)

18、絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò)的基本模型網(wǎng)絡(luò)互連與高速網(wǎng)絡(luò)的基本模型 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就成為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就成為第四代第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息社會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的挑戰(zhàn)信息社會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的挑戰(zhàn)在信息社會，人們的工作、生活、學(xué)習(xí)和娛樂在在信息社會，人們的工作、生活、學(xué)習(xí)和娛樂在很大程度上將不再受地理環(huán)境的限制，而大部分很大程度上將不再受地理環(huán)境的限制，而大部分可在家庭進(jìn)行，也即人們的可在家庭進(jìn)行，也即人們的就業(yè)方式就業(yè)方式、生產(chǎn)方式生產(chǎn)方式、工作方式工作方式、學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)方式以至以至生活方式生活方式將發(fā)生深刻變將發(fā)生深刻變化?；?。光纖、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信和移動通信等現(xiàn)光纖、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信

19、和移動通信等現(xiàn)代信息技術(shù)將使世界范圍內(nèi)的交流變得更加方便代信息技術(shù)將使世界范圍內(nèi)的交流變得更加方便更加容易，真正實(shí)現(xiàn)所謂天涯若比鄰。更加容易，真正實(shí)現(xiàn)所謂天涯若比鄰。應(yīng)該看到，信息社會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)、應(yīng)該看到，信息社會對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)、新的要求，特別是業(yè)務(wù)量的增長、網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)數(shù)的新的要求，特別是業(yè)務(wù)量的增長、網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)大、以及多媒體的應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大、擴(kuò)大、以及多媒體的應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大、帶寬更寬、速率更高。帶寬更寬、速率更高。n19951995年到年到20002000年期間，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)由年期間，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)由45004500萬增至萬增至4.24

20、.2億，增長幅度接近億，增長幅度接近1010倍。倍。n截至截至20062006年底，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)達(dá)到年底，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)達(dá)到10.810.8億億，比比20042004年增長了年增長了1.51.5億人。中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶人億人。中國的互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)為數(shù)為1.21.2億人，在全球僅次于美國的億人，在全球僅次于美國的1.9781.978億人。億人。 n未來五年全球互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)將再增長一倍，達(dá)未來五年全球互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)將再增長一倍，達(dá)到到2020億人，新增用戶將主要來自中國、印度、巴億人，新增用戶將主要來自中國、印度、巴西、俄羅斯和印度尼西亞等人口較多的國家。西、俄羅斯和印度尼西亞等人口較多

21、的國家。n未來十年里，很多互聯(lián)網(wǎng)用戶的接入設(shè)備將由未來十年里，很多互聯(lián)網(wǎng)用戶的接入設(shè)備將由PCPC平臺轉(zhuǎn)移到智能手機(jī)和其它移動設(shè)備。平臺轉(zhuǎn)移到智能手機(jī)和其它移動設(shè)備。 （二）（二）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢人們常用人們常用C&CC&C（computer and communicationcomputer and communication）來描述）來描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，這還很不夠。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，但從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，這還很不夠。計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常重要的基本要素，計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常重要的基本要素，但但計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并不是計(jì)算機(jī)

22、和通信系統(tǒng)的簡單結(jié)合，也計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并不是計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)的簡單結(jié)合，也不是計(jì)算機(jī)或通信系統(tǒng)的簡單擴(kuò)展或延伸，而是融合了不是計(jì)算機(jī)或通信系統(tǒng)的簡單擴(kuò)展或延伸，而是融合了信息采集、存儲、傳輸、處理和利用等一切先進(jìn)信息技信息采集、存儲、傳輸、處理和利用等一切先進(jìn)信息技術(shù)，是具有新功能的新系統(tǒng)術(shù)，是具有新功能的新系統(tǒng)。對于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究和分析，應(yīng)該特別強(qiáng)調(diào)對于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究和分析，應(yīng)該特別強(qiáng)調(diào)“計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)”的觀點(diǎn)，站在更高的高度來重新認(rèn)識的觀點(diǎn)，站在更高的高度來重新認(rèn)識計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、性能及網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、性能及網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中的

23、重要問題，便于把握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。中的重要問題，便于把握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。 n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)n從從系統(tǒng)的觀點(diǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由單個結(jié)點(diǎn)和連結(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由單個結(jié)點(diǎn)和連結(jié)這些結(jié)點(diǎn)的鏈路所組成這些結(jié)點(diǎn)的鏈路所組成。n單個結(jié)點(diǎn)主要是連入網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)以及負(fù)責(zé)通信功單個結(jié)點(diǎn)主要是連入網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)以及負(fù)責(zé)通信功能的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)、路由器能的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)、路由器，這些設(shè)備的物理組成主，這些設(shè)備的物理組成主要是要是集成電路集成電路，而集成電路的一個重要支撐就是微，而集成電路的一個重要支撐就是微電子技術(shù)。電子技術(shù)。n網(wǎng)絡(luò)的另一個組成部分就是通信鏈路網(wǎng)絡(luò)的另一個組成部分

24、就是通信鏈路，負(fù)責(zé)所有結(jié)，負(fù)責(zé)所有結(jié)點(diǎn)間的通信，通信鏈路的一個重要支撐就是點(diǎn)間的通信，通信鏈路的一個重要支撐就是光電子光電子技術(shù)技術(shù)。摩爾定理摩爾定理預(yù)測，微電子芯片的計(jì)算功能每預(yù)測，微電子芯片的計(jì)算功能每1818個月個月提高一倍，這一發(fā)展趨勢到提高一倍，這一發(fā)展趨勢到20102010年趨于成熟，那年趨于成熟，那時時芯片最多可包含芯片最多可包含10101010個元件個元件。 PCPC的處理能力的處理能力在在20112011可達(dá)可達(dá)10105 5MIPS MIPS （Million Instructions Per Million Instructions Per SecondSecond每秒執(zhí)

25、行百萬條指令，千億）每秒執(zhí)行百萬條指令，千億） MetcalfeMetcalfe定理（定理（梅特卡夫定理）用于預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性梅特卡夫定理）用于預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能的增長，該定理預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能的增長是連到網(wǎng)能的增長，該定理預(yù)測網(wǎng)絡(luò)性能的增長是連到網(wǎng)上上PCPC的能力的平方。這表示網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長率是的能力的平方。這表示網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長率是每年每年3 3倍。倍。不久的將來會出現(xiàn)每秒不久的將來會出現(xiàn)每秒10101515位的網(wǎng)絡(luò)頻位的網(wǎng)絡(luò)頻寬需求寬需求。信息傳輸中的光電子技術(shù)信息傳輸中的光電子技術(shù)光纖通信光纖通信評價光纖傳輸發(fā)展的評價光纖傳輸發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)是是傳輸?shù)谋忍芈屎托盘栃鑲鬏數(shù)谋忍芈屎托盘栃枰偕翱蓚鬏數(shù)木嚯x

26、的乘積要再生前可傳輸?shù)木嚯x的乘積，在過去，在過去1010年間，該年間，該性能每年翻一番，這種增長速度可望持續(xù)性能每年翻一番，這種增長速度可望持續(xù)1010到到1515年。年。第一代第一代光纖傳輸使用光纖傳輸使用0.8m0.8m波長的激光器，傳輸速波長的激光器，傳輸速率可達(dá)率可達(dá)280Mbps280Mbps。第二代第二代使用使用1.3m1.3m波長的激光器和單模光纖，傳輸波長的激光器和單模光纖，傳輸速率可達(dá)速率可達(dá)560Mbps560Mbps。第三代第三代使用單頻使用單頻1.5m1.5m波長的激光器和單模光纖。波長的激光器和單模光纖。目前使用的目前使用的第四代第四代采用光放大器，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)采用

27、光放大器，數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)10G10G20Gbps20Gbps。n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)從系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)做一分析。從系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)做一分析。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展方向?qū)⑹怯?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展方向?qū)⑹荌PIP技術(shù)技術(shù)+ +光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)，光網(wǎng)絡(luò)將會演進(jìn)為全光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)將會演進(jìn)為全光網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)絡(luò)的從網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)層服務(wù)層面上看將是一個面上看將是一個IPIP的世界；從的世界；從傳傳送層送層面上看將是一個光的世界；從面上看將是一個光的世界；從接入層接入層面上看面上看將是一個有線和無線多元化的世界。將是一個有線和無線多元化的世界。為此，目前比較關(guān)鍵的技術(shù)主要有為此，目前比

28、較關(guān)鍵的技術(shù)主要有軟交換技術(shù)軟交換技術(shù)、IPv6IPv6技術(shù)技術(shù)、光交換與智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)光交換與智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、寬帶接入寬帶接入技術(shù)技術(shù)、3G3G以上的移動通信系統(tǒng)技術(shù)等。以上的移動通信系統(tǒng)技術(shù)等。光交換與智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：光交換與智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)： 盡管波分復(fù)用光纖通盡管波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)有巨大的傳輸容量，但它只提供了原始帶寬，信系統(tǒng)有巨大的傳輸容量，但它只提供了原始帶寬，還需要有靈活的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)更加有效與更加靈還需要有靈活的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)更加有效與更加靈活的組網(wǎng)能力。當(dāng)前組網(wǎng)技術(shù)正從具有活的組網(wǎng)能力。當(dāng)前組網(wǎng)技術(shù)正從具有上下光路復(fù)上下光路復(fù)用用(OADM)(OADM)和和光交叉連接光交叉

29、連接(OXC)(OXC)功能的光聯(lián)網(wǎng)向由光功能的光聯(lián)網(wǎng)向由光交換機(jī)構(gòu)成的智能光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展：從環(huán)形網(wǎng)向網(wǎng)狀網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成的智能光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展：從環(huán)形網(wǎng)向網(wǎng)狀網(wǎng)發(fā)展；從光發(fā)展；從光電電光交換向全光交換發(fā)展。光交換向全光交換發(fā)展。n寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù): :只有接入網(wǎng)的帶寬瓶頸問題被解決只有接入網(wǎng)的帶寬瓶頸問題被解決后，核心網(wǎng)和城域網(wǎng)的容量潛力才能真正發(fā)揮。盡后，核心網(wǎng)和城域網(wǎng)的容量潛力才能真正發(fā)揮。盡管當(dāng)前寬帶接入技術(shù)有很多種，但只要不和光纖或管當(dāng)前寬帶接入技術(shù)有很多種，但只要不和光纖或光結(jié)合的技術(shù)，就是過渡的技術(shù)，而不是下一代網(wǎng)光結(jié)合的技術(shù)，就是過渡的技術(shù)，而不是下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的技術(shù)。目前絡(luò)應(yīng)用的技

30、術(shù)。目前光纖到戶光纖到戶（FTTHFTTH）的成本已下）的成本已下降至每戶降至每戶100100200200美元，即將為多數(shù)用戶接受。美元，即將為多數(shù)用戶接受。軟交換技術(shù)：軟交換技術(shù)：為了為了把服務(wù)控制功能和網(wǎng)絡(luò)資源控把服務(wù)控制功能和網(wǎng)絡(luò)資源控制功能與傳送功能完全分開制功能與傳送功能完全分開，需要應(yīng)用軟交換技，需要應(yīng)用軟交換技術(shù)。根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)功能模型分層，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將術(shù)。根據(jù)新的網(wǎng)絡(luò)功能模型分層，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分為分為接入與傳輸層接入與傳輸層，媒體層媒體層，控制層控制層，業(yè)務(wù)應(yīng)業(yè)務(wù)應(yīng)用層用層（也叫網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層）四層，從而可對各種功（也叫網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層）四層，從而可對各種功能作不同程度的集成。能作不同程度的集成。 IPv6IPv6技術(shù)：技術(shù)：未來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是基于未來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是基于IPv6IPv6技術(shù)的技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。IPv6IPv6將將IPIP地址長度從地址長度從3232位擴(kuò)展到位擴(kuò)展到128128位，支位，支持更多級別的地址層次、更多的可尋址節(jié)點(diǎn)數(shù)以持更多級別的地址層次、更多的可尋址節(jié)點(diǎn)數(shù)以及更簡單的地址自動配置。通過在組播地址中增及更簡單的地址自動配置。通過在組播地址中增加一個加一個“范圍范圍”域提高了