第10章光交換

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 10.1 概述概述 10.2光交換的基本器件光交換的基本器件10.3光交換原理光交換原理 10.4光分組交換技術(shù)光分組交換技術(shù)10.1 概概 述述welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience10.1.1什么是光交換？什么是光交換？ 光交換技術(shù)是一種光纖通信技術(shù)，它不經(jīng)過任何光光交換技術(shù)是一種光纖通信技術(shù)，它不經(jīng)過任何光/電裝換，在光域內(nèi)直接將輸入信號交換到不同的輸出端。電裝換，在光域內(nèi)直接將輸入信號交換到不同的輸出端。與電子數(shù)字程控交換相比，光交換無須在光纖

2、傳輸線路與電子數(shù)字程控交換相比，光交換無須在光纖傳輸線路和交換機之間設(shè)置光端機進行光和交換機之間設(shè)置光端機進行光/電（電（O/E）和電）和電/光光（E/O）交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信）交換，而且在交換過程中，還能充分發(fā)揮光信號的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點。號的高速、寬帶和無電磁感應(yīng)的優(yōu)點。10.1 概概 述述welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience10.1.2 光交換的特點光交換的特點 1、由于光交換不涉及到電信號，所以不會受到電子、由于光交換不涉及到電信

3、號，所以不會受到電子器件處理速度的制約，可與高速的光纖傳輸速率匹配，器件處理速度的制約，可與高速的光纖傳輸速率匹配，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。 2、光交換根據(jù)波長對信號進行路由和選路，與通信、光交換根據(jù)波長對信號進行路由和選路，與通信采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳輸速率無關(guān)，可以實現(xiàn)透明采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳輸速率無關(guān)，可以實現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。的數(shù)據(jù)傳輸。 3、光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息、光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。路由手段。10.2 光交換的基本器件光交換的基本器件 電開關(guān)是電信號交換系統(tǒng)最基本的單元。將電開關(guān)是電信號交換系統(tǒng)最基本的單元。將許多

4、電開關(guān)組成一個陣列，在控制信號的控制下，許多電開關(guān)組成一個陣列，在控制信號的控制下，使某些電開關(guān)接通，某些電開關(guān)斷開，這樣，電使某些電開關(guān)接通，某些電開關(guān)斷開，這樣，電信號就能在這個陣列中進行交換。信號就能在這個陣列中進行交換。 同理，光開關(guān)是完成光交換的最基本的功能同理，光開關(guān)是完成光交換的最基本的功能器件。將一系列光開關(guān)組成一個陣列，構(gòu)成一個器件。將一系列光開關(guān)組成一個陣列，構(gòu)成一個多級互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，在這個陣列中完成光信號的交多級互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，在這個陣列中完成光信號的交換。換。 由于光交換中要控制的是光信號，所以光交由于光交換中要控制的是光信號，所以光交換中更多的要考慮結(jié)合光的物理特性進行交換

5、。換中更多的要考慮結(jié)合光的物理特性進行交換。10.2.1 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 圖圖 1 半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖 半導(dǎo)體光放大器可以對輸入的光信號進行放大，并且可以利用一種被半導(dǎo)體光放大器可以對輸入的光信號進行放大，并且可以利用一種被稱為偏置電信號的器件來控制光信號的放大倍數(shù)。當(dāng)偏置電信號的值為稱為偏置電信號的器件來控制光信號的放大倍數(shù)。當(dāng)偏置電信號的值為0時，輸入的光信號不能從光放大器的輸出端輸出，相當(dāng)于電開關(guān)的斷開；時，輸入的光信號不能從光放大器的輸出端輸出，相當(dāng)于電開關(guān)的斷開；當(dāng)偏置電信號的值為當(dāng)偏置電信號的值為1時，輸入的光信號可以從光放大器的輸出端輸出，時，

6、輸入的光信號可以從光放大器的輸出端輸出，相當(dāng)于電開關(guān)的接通。其結(jié)構(gòu)圖如下：相當(dāng)于電開關(guān)的接通。其結(jié)構(gòu)圖如下：10.2.2 耦合波導(dǎo)開關(guān)耦合波導(dǎo)開關(guān) 圖圖 2 耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 圖圖 3 耦合波導(dǎo)開關(guān)邏輯表示圖耦合波導(dǎo)開關(guān)邏輯表示圖 耦合波導(dǎo)開關(guān)有兩個輸入端和兩個輸出端。每個輸入和對應(yīng)的輸出形耦合波導(dǎo)開關(guān)有兩個輸入端和兩個輸出端。每個輸入和對應(yīng)的輸出形成一個光通道。兩個輸入和兩個輸出組成兩個光通道。用控制電極來控制成一個光通道。兩個輸入和兩個輸出組成兩個光通道。用控制電極來控制光信號的輸出狀態(tài)。當(dāng)控制電極上不加電時，其中一個光通路上的光信號光信號的輸出狀態(tài)。當(dāng)控制電極上不加電

7、時，其中一個光通路上的光信號會完全耦合接到另一個光通道上，形成光信號的交叉連接；當(dāng)控制電極上會完全耦合接到另一個光通道上，形成光信號的交叉連接；當(dāng)控制電極上加電時，原先耦合到另外的光信號會耦合回到原來的光通道上，形成光信加電時，原先耦合到另外的光信號會耦合回到原來的光通道上，形成光信號的平行連接。號的平行連接。 10.2.3 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān) 圖圖 4 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)圖硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)圖 這種開關(guān)包含兩個這種開關(guān)包含兩個3dB的定向耦合器和兩個長度相等的波導(dǎo)臂，利用的定向耦合器和兩個長度相等的波導(dǎo)臂，利用鍍在鍍在March-Zehnder干涉儀波導(dǎo)臂上的金屬薄

8、膜加熱器形成相位延時器，干涉儀波導(dǎo)臂上的金屬薄膜加熱器形成相位延時器，通過控制兩臂的相位差來控制光信號的接通和斷開。它的原理是利用在硅通過控制兩臂的相位差來控制光信號的接通和斷開。它的原理是利用在硅介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)的熱介質(zhì)波導(dǎo)內(nèi)的熱 電效應(yīng)，平時偏壓為電效應(yīng)，平時偏壓為0時，開關(guān)處于交叉連接狀態(tài)，但時，開關(guān)處于交叉連接狀態(tài)，但是當(dāng)波導(dǎo)臂被加熱后，開關(guān)切換到平行的連接狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)圖如下：是當(dāng)波導(dǎo)臂被加熱后，開關(guān)切換到平行的連接狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)圖如下：10.2.4 波長轉(zhuǎn)換器波長轉(zhuǎn)換器 圖圖 5 光光/電電/光波長轉(zhuǎn)換器光波長轉(zhuǎn)換器 波長轉(zhuǎn)換器有多種實現(xiàn)方式，以下介紹一種比較簡單的波長轉(zhuǎn)換器有多種實現(xiàn)方式，

9、以下介紹一種比較簡單的O/E/O(光光/電電/光光)轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)一個波長為轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)一個波長為 的光信號輸入時，由一個被稱為光電探測的光信號輸入時，由一個被稱為光電探測器的器件把它轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電信號，然后通過外調(diào)制器調(diào)制或激光器把這個器的器件把它轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電信號，然后通過外調(diào)制器調(diào)制或激光器把這個電信號轉(zhuǎn)換為一個波長為電信號轉(zhuǎn)換為一個波長為 的輸出光信號，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：的輸出光信號，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：ii10.3 光光 交交 換換 原原 理理 空空 分分 光光 交交 換換 時時 分分 光光 交交 換換 波波 分分 / 頻頻 分分 光光 交交 換換10.3.1 空空 分分 光光

10、交交 換換 圖圖 6 22光開關(guān)光開關(guān) 空分光交換就是在空間域上對光信號進行交換?？辗止饨粨Q的基本原空分光交換就是在空間域上對光信號進行交換?？辗止饨粨Q的基本原理就是利用光開關(guān)組成開關(guān)矩陣，通過對開關(guān)矩陣進行控制，建立任一輸理就是利用光開關(guān)組成開關(guān)矩陣，通過對開關(guān)矩陣進行控制，建立任一輸入光纖到任一輸出光纖之間的物理通路連接。光開關(guān)是空分光交換中最基入光纖到任一輸出光纖之間的物理通路連接。光開關(guān)是空分光交換中最基本功能元件，它最基本的形式如下圖：本功能元件，它最基本的形式如下圖： 22的光開關(guān)與其他的光開關(guān)級聯(lián)、組合，可以構(gòu)成比較大型的空分的光開關(guān)與其他的光開關(guān)級聯(lián)、組合，可以構(gòu)成比較大型的空

11、分光交換單元?？辗止饨粨Q單元通過不同的方式連接可以構(gòu)成空分光交換網(wǎng)光交換單元?？辗止饨粨Q單元通過不同的方式連接可以構(gòu)成空分光交換網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。10.3.2 時時 分分 光光 交交 換換 圖圖 7 時分光交換過程示意圖時分光交換過程示意圖 時分光交換的原理是：將輸入的某一時隙上的光信號交換至另外一個時分光交換的原理是：將輸入的某一時隙上的光信號交換至另外一個時隙進行輸出。時隙進行輸出。10.3.3 波波 分分 / 頻頻 分分 光光 交交 換換 圖圖 8 半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)圖 波分交換是根據(jù)光信號的波長來進行通路選擇的交換方式。其基本原波分交換是根據(jù)光信號的波長來進行通路選擇的交換

12、方式。其基本原理是對于波分復(fù)用信號使用不同的波長來區(qū)分各路原始信號，通過改變輸理是對于波分復(fù)用信號使用不同的波長來區(qū)分各路原始信號，通過改變輸入光信號的波長，把某個波長的光信號變換成另一個波長的光信號輸出，入光信號的波長，把某個波長的光信號變換成另一個波長的光信號輸出，即實現(xiàn)波長互換，從而實現(xiàn)對各路原始信號的交換。即實現(xiàn)波長互換，從而實現(xiàn)對各路原始信號的交換。10.4 光分組交換技術(shù)光分組交換技術(shù) 光分組交光分組交換系統(tǒng)換系統(tǒng)光路交換光路交換方式方式（）（）光分組交光分組交換方式換方式（）（）空分交換空分交換ATM光交換時分交換時分交換波分頻波分頻分交換分交換透明光分組交換光突發(fā)交換10.4.

13、1 透明光分組交換技術(shù)透明光分組交換技術(shù) 1.交換節(jié)點結(jié)構(gòu)模型交換節(jié)點結(jié)構(gòu)模型 圖圖 9 通用的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)模型通用的光分組交換節(jié)點結(jié)構(gòu)模型 2.光分組交換的幀格式光分組交換的幀格式 圖圖 10 光分組交換的幀格式光分組交換的幀格式光分組交換的幀結(jié)構(gòu)包括分組頭和載荷，如下圖所示：光分組交換的幀結(jié)構(gòu)包括分組頭和載荷，如下圖所示： 分組頭包括分組頭同步比特和路由標(biāo)記，載荷則包括載荷同步分組頭包括分組頭同步比特和路由標(biāo)記，載荷則包括載荷同步比特和凈荷。在分組頭和載荷的中間存在一定的保護時隙。為了比特和凈荷。在分組頭和載荷的中間存在一定的保護時隙。為了補償光器件的交換時間、凈荷在節(jié)點處可能存在的

14、抖動以及在網(wǎng)補償光器件的交換時間、凈荷在節(jié)點處可能存在的抖動以及在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處同步單元的有限沖突，在分組頭前和載荷后都要插入保絡(luò)節(jié)點處同步單元的有限沖突，在分組頭前和載荷后都要插入保護時隙。為了在交換節(jié)點和采用光纖延長線的分組緩存中簡化同護時隙。為了在交換節(jié)點和采用光纖延長線的分組緩存中簡化同步的操作，光分組采用具有固定比特率的分組頭。而凈荷只是具步的操作，光分組采用具有固定比特率的分組頭。而凈荷只是具有固定的時隙有固定的時隙3.網(wǎng)絡(luò)參考模型網(wǎng)絡(luò)參考模型 圖圖 11 光分組交換分層網(wǎng)絡(luò)參考模型光分組交換分層網(wǎng)絡(luò)參考模型 光分組交換的網(wǎng)絡(luò)參考模型分為三層：高層、光分組交換的網(wǎng)絡(luò)參考模型分為三層：高

15、層、OTP層和透明光傳輸層和透明光傳輸層，如下圖所示：層，如下圖所示： 圖圖 12 光透明分組層的參考模型光透明分組層的參考模型 數(shù)據(jù)匯聚子層（數(shù)據(jù)匯聚子層（DCSL）、網(wǎng)絡(luò)子層（）、網(wǎng)絡(luò)子層（NSL）、）、鏈路子層（鏈路子層（LSL）和波長匯聚子層（）和波長匯聚子層（WLSL）10.4.2 光突發(fā)交換技術(shù)（光突發(fā)交換技術(shù)（OBS）突發(fā)：由具有相同出口邊緣路由器地址和相同服務(wù)質(zhì)量（突發(fā)：由具有相同出口邊緣路由器地址和相同服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求的分）要求的分 組（包括組（包括IP分組、以太網(wǎng)幀、幀中繼等）匯聚而成，它是分組、以太網(wǎng)幀、幀中繼等）匯聚而成，它是OBS的的基本交換單位?；窘粨Q單位。 偏置時間：在偏置時間：在OBS中，控制分組先于突發(fā)數(shù)據(jù)分組傳送，偏置時間是控制中，控制分組先于突發(fā)數(shù)據(jù)分組傳送，偏置時間是控制分組和它相對應(yīng)的突發(fā)數(shù)據(jù)分組之間的時間間隔。分組和它相對應(yīng)的突發(fā)數(shù)據(jù)分組之間的時間間隔。 JET協(xié)議：協(xié)議：JET協(xié)議有兩個重要的特征：一是控制分組包含必