波長(zhǎng)變換——全光網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一.

1、波長(zhǎng)變換全光網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一來源 : 世界寬帶網(wǎng)絡(luò)作者 : 劉剛余重秀張茹一引言21 世紀(jì)是一個(gè)信息化的社會(huì)，大量的信息傳送需要大容量的系統(tǒng)波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。 WDM的實(shí)現(xiàn)使得光纖到戶已不再是遙不可及的夢(mèng)想。WDM系統(tǒng)不僅僅能使系統(tǒng)的容量成倍增長(zhǎng)，同時(shí)它可以利用波長(zhǎng)完成路由和交換等功能。雖然WDM網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以滿足每個(gè)用戶的需求，即使傳來更令人興奮的消息：在試驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了4000 個(gè)信道的 WDM系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的波長(zhǎng)數(shù)目仍然大大少于實(shí)際的節(jié)點(diǎn)數(shù)目和用戶數(shù)目。來源 : 世界寬帶網(wǎng)絡(luò)作者: 劉剛余重秀張茹一 引言21 世紀(jì)是一個(gè)信息化的社會(huì)，大量的信息傳送需要大容量的系統(tǒng)波分復(fù)用 ( WD

2、M) 技術(shù)。 WDM的實(shí)現(xiàn)使得 光纖到戶已不再是遙不可及的夢(mèng)想。 WDM系統(tǒng)不僅僅能使系統(tǒng)的容量成倍增長(zhǎng)，同時(shí)它可以利用波長(zhǎng)完成路由和交換等功能。雖然 WDM網(wǎng)絡(luò)的 帶寬可以滿足每個(gè)用戶的需求，即使傳來更令人興奮的消息：在試驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了 4000 個(gè)信道的 WDM系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的波長(zhǎng)數(shù)目仍然大大少于實(shí)際的節(jié)點(diǎn)數(shù)目和 用戶數(shù)目。這就使得當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)向相同的節(jié)點(diǎn)連接時(shí)造成波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，這時(shí) WDM網(wǎng)絡(luò)會(huì)有很高的阻塞率。解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)就是利用波長(zhǎng)變換 (WC)。波長(zhǎng)變換即為波長(zhǎng)的再分配和再利用以解決交叉連接中的波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)、有效地進(jìn)行路由選擇、降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率。從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性

3、，同時(shí) 也有利于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和控制，以及通道的保護(hù)倒換。實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換有 光電光 (OEO)變換和全光變換兩大類。光電光型已經(jīng)實(shí)用，但是其變換效率低，對(duì)信號(hào)不透明。目前研究熱點(diǎn)集中在全光波長(zhǎng)變換上，本文主要討論全光波長(zhǎng)變換的應(yīng)用和其在全光網(wǎng)中的作用。二 波長(zhǎng)變換在 WDM中的應(yīng)用根據(jù)全光波長(zhǎng)變換功能和控制信號(hào)的不同大致可分為兩種：光閥型和光頻混合型，在光閥型中沒有新的波長(zhǎng)產(chǎn)生，而在光頻混合型中有新的波長(zhǎng)產(chǎn)生。在 WDM網(wǎng) 絡(luò)中以波長(zhǎng)作為通道，每個(gè)通道通過其波長(zhǎng)識(shí)別建立連接，不同的節(jié)點(diǎn)間的通道分配以不同的波長(zhǎng)。信息從源到目的節(jié)點(diǎn)的過程中，波長(zhǎng)一直保持不變，也就是“一 波到底”，在這種波長(zhǎng)通道

4、(WP)方案中，波長(zhǎng)是在整個(gè)網(wǎng)內(nèi)分配的，通道波長(zhǎng)具有全網(wǎng)意義。波長(zhǎng)通道具有固定性和連續(xù)性。當(dāng)建立新的連接時(shí)，只有分配的某一波長(zhǎng)在連接通路的所有鏈路段上都未被占用時(shí)，連接才能建立。為避免出現(xiàn)阻塞，網(wǎng)絡(luò)必須有足夠的波長(zhǎng)數(shù)來支持。在實(shí)際中由于濾波器與放大器的帶寬有限，所以可用波長(zhǎng)數(shù)有限，不足以支持大容量的需要，并且每波長(zhǎng)通道的利用率很低。因此在設(shè)計(jì)中提出一種新的波長(zhǎng)通道方案，在連接通路的不同鏈路上可 以采用不同波長(zhǎng)，波長(zhǎng)只在鏈路上有局部意義。如所示，這種通道稱為“虛”波長(zhǎng)通道 (VWP)，使用這種方案可提高波長(zhǎng)重用率，減少全網(wǎng)所需波長(zhǎng)，對(duì)避免波長(zhǎng)碰撞阻塞、故障排除和網(wǎng)絡(luò)升級(jí)擴(kuò)容有重大意義。在節(jié)點(diǎn)處設(shè)

5、置波長(zhǎng)變換器，以避開正在使用的波長(zhǎng)( 1) ，使信號(hào)轉(zhuǎn)換到 其它未被占用的波長(zhǎng) ( 2) 上。波長(zhǎng)變換在 WDM中的應(yīng)用非常靈活，下面介紹三種主要的應(yīng)用方案。1. 光開關(guān)矩陣與波長(zhǎng)變換組合在 OXC結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用為避免 OXC交叉連接時(shí)可能出現(xiàn)的波長(zhǎng)通道競(jìng)爭(zhēng)，減少可能出現(xiàn)的阻塞，在空間光開關(guān)矩陣后接入 M個(gè)波長(zhǎng)變換器，提高波長(zhǎng)的再利用率，保持 OXC無阻塞透明傳輸特性。這種 OXC具有廣播發(fā)送和上下路插分復(fù)用功能。2. 分送耦合交換與波長(zhǎng)變換組合在 OXC結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用利用分送耦合交換 (DCS)機(jī)制，可以設(shè)計(jì)不同的 OXC結(jié)構(gòu)。波長(zhǎng)變換在這種結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用是分送耦合交換的基本單元是星形耦合器 (S

6、C) 和光開關(guān)。每個(gè)光開關(guān)有 1 個(gè)輸入、 2 個(gè)輸出，能形成 4 種狀態(tài)：輸入信號(hào)不發(fā)送；輸入信號(hào)發(fā)送到第一個(gè)輸出口；輸入信號(hào)發(fā)送到第二個(gè)輸出口；輸入信號(hào)發(fā)送到兩個(gè)輸出口。在 分送耦合交換結(jié)構(gòu)中波長(zhǎng)變換置于分送耦合開關(guān)之前，由于它具有波長(zhǎng)選擇功能，因而可同時(shí)起到調(diào)光濾波器的作用，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)除了需要個(gè)交叉點(diǎn)，還 需要個(gè)波長(zhǎng)變換器，所以結(jié)構(gòu)還是相當(dāng)復(fù)雜。其阻塞特性為嚴(yán)格無阻塞、路由策略為虛波長(zhǎng)通道、 模塊為性波長(zhǎng)或鏈路、傳輸性能中。3. 基于波長(zhǎng)變換為交換單元的 OXC結(jié)構(gòu)基于波長(zhǎng)交換的 OXC結(jié)構(gòu)方案中，交換直接在波長(zhǎng)域進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)的輸入端，首先對(duì)每根輸入光纖上的 M個(gè)光信號(hào)波長(zhǎng)用波

7、長(zhǎng)變換器變到光譜的相鄰區(qū)域，然后 分送到星型耦合器、可調(diào)光濾波器和波長(zhǎng)變換器，從中選擇各自的信道，并將其變換到合適的光波長(zhǎng)，再由星型耦合器合路后送至輸出段口。這種OXC結(jié)構(gòu)，當(dāng)星 型耦合器設(shè)計(jì)有足夠冗余時(shí)，還具有波長(zhǎng)和鏈路的模塊性，便于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)擴(kuò)容。這種結(jié)構(gòu)中沒有空間開光，也沒有交叉點(diǎn)，但要用較多的光濾波器 TF 和波長(zhǎng)變換器 WC，所以傳輸特性會(huì)有所不足。阻塞特性為嚴(yán)格無阻塞、路由策略為虛波長(zhǎng)通道、模塊性為波長(zhǎng)或鏈路、傳輸性能較差。在以上 3 種方案中加入波長(zhǎng)變換器后，相對(duì)無波長(zhǎng)變換的光網(wǎng)絡(luò)會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性有所下降。這就需要我們來研究高性能的波長(zhǎng)變換器，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。三 波長(zhǎng)變換在

8、 WDM的作用波長(zhǎng)變換對(duì) WDM網(wǎng)絡(luò)的性能產(chǎn)生什么影響，也是我們需要討論的一大熱點(diǎn)話題。概括地說：波長(zhǎng)變換器對(duì)于頻帶資源基本耗盡 ( 波長(zhǎng)數(shù)量固定且業(yè)務(wù)量接近飽和 ) 的網(wǎng)絡(luò)作用不大。對(duì)于集中管理交換和環(huán)形網(wǎng)的影響也不明顯，而對(duì)于大容量的網(wǎng)格網(wǎng)， 由于波長(zhǎng)變換器的加入會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)阻塞率大大降低。有研究資料顯示，在 2.5Gb/s 的全光網(wǎng)中不加波長(zhǎng)變換器會(huì)比加波長(zhǎng)變換器的網(wǎng)絡(luò)大概損失 23 倍的容 量。如果在 21%的節(jié)點(diǎn)上加波長(zhǎng)變換可以減少一半的損失；如果在 35%的節(jié)點(diǎn)上加波長(zhǎng)變換可以減少 75%的容量損失。事實(shí)上，波長(zhǎng)變換器的作用大小與 WDM光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、波長(zhǎng)數(shù)、波長(zhǎng)從源到目的地所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)數(shù)以及業(yè)務(wù)量都有密切關(guān)系。波長(zhǎng)變換除了降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率 外，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的互聯(lián)及分布式網(wǎng)管系統(tǒng)方面的作用也是顯而易見的。譬如對(duì)內(nèi)部所有波長(zhǎng)可以進(jìn)行調(diào)度和分配的子網(wǎng)，在子網(wǎng)和上層網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，可以通過波長(zhǎng)變 換把信號(hào)變換到空閑波長(zhǎng)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分布式管理。此外，波長(zhǎng)變換還具有適配功能，把非標(biāo)網(wǎng)絡(luò)種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)上來。理想的波長(zhǎng)變換器應(yīng)用到 WDM網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)具有諸如對(duì)各種調(diào)制方式的信號(hào)透明、具有高速的變換速率、消光比無劣化等等特性的要求。但是就目前實(shí)際研究，所有波長(zhǎng)變換的方法只能滿足其中的幾個(gè)要求，這就是說對(duì)于特定的網(wǎng)絡(luò)需要選擇特定的波長(zhǎng)變換器。四 總