1、现代交换技术论文浅谈光交换技术与其应用本 门 课 程 主 要 介 绍 了 在 现 代 通 信 网 络 中 使 用 的 各 种 交 换 技 术 的 原 理 、 相关 协 议 和 应 用 。 由 浅 及 深 的 向 大 家 介 绍 并 讲 解 了 目 前 网 络 中 常 用 的 各 种 交换 技 术 和 数 据 通 信 中 使 用 的 关 键 技 术 原 理 ； 电 话 通 信 中 使 用 的 电 路 交 换 技 术 ；电 信 网 信 令 系 统 ； 数 据 通 信 中 使 用 的 分 组 交 换 技 术 和 帧 中 继 技 术 ； 宽 带 交换 中 使 用 的 ATM 技 术 ； 计 算 机 网
2、 络 中 使 用 的 二 层 交 换 、 IP 交 换 和 MPLS技 术 ； 光 交 换 技 术 以 及 最 新 的 软 交 换 及 NGN 技 术 等 问 题 。随 着 通 信 技 术 和 计 算 机 技 术 的 不 断 发 展 ， 人 们 要 求 网 络 能 够 提 供 多 种 业务 ， 而 传 统 的 电 路 交 换 技 术 已 经 满 足 不 了 用 户 对 于 各 种 新 业 务 的 要 求 ， 因 此各 种 交 换 技 术 应 运 而 生 ， 以 满 足 人 们 不 同 的 业 务 要 求 。 经 过 几 个 月 来 的 不断 学 习 ， 查 阅 资 料 ， 下 面 从 光 交
3、换 的 分 类 、 技 术 特 点 以 及 光 交 换 方 式 三 方面 浅 谈 一 下 光 交 换 技 术 与 其 应 用 。光交换技术是全光通信网中的核心技术,在全光通信网络技术中发挥着重要的作用。随着现代科学技术的不断发展,在现代通信网中,实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来的发展目标。光交换技术作为全光通信网中的一个重要支撑技术,在全光通信网中发挥着重要的作用。光交换的分类光交换是指不经过任何光/电转换,将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。具体来说，光交换可分为光路光交换和分组光交换 2 类。（1）光路光交换OCS 基于波长上下话路 OADM(Optical Ad
4、d Drop Multiplexer)和交叉连接OXC(0Ptical Cross Connect),采用波长路由方式,通过控制平面的双向信令传输建立链路和分配波长,实质是一种光的电路交换方式。在 DWDM 网络中,光路交换以波长交换的形式实现,即在相邻节点间的每一1条链路上,一个波长对应一个用于交换的光通道。波长交换的优点是速度快、对数据速率及格透明,适合 SDH 网络。另外,OCS 与多协议标签交换MPLS(MultiProtocol LabelSwitching)结合的多协议波长交换 MPLS(MuItiprotocol Lambda Switching)技术可以实现智能、动态的波长连接
5、路由和保护。但是。OCS 采用波长作为网络资源的处理粒度,当波长数有限时。为避免拥塞不得不将一部分数据进行光/电/光转换,若采用动态带宽分配机制,则链路的建立时间较长。另外。由于 OCS 的本质是电路交换,有着电路交换的固有缺点;在连接建立到数据传输的过程中,所有的中间节点必须维持信道资源直到信道拆除为止,在此过程中。纵使资源没有被占用,其余数据也无法利用它们,大大降低了带宽利用率。（2）时分光交换光分组变换(0PS,Optical Paeket Switchhag)以光分组作为最小的交换颗粒,采用单向预约机制,在进行数据传输前不需要建立路由、分配资源。分组头含有目的地址,分组序列等控制信息,
6、分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输,网络节点需要缓存净荷,等待带分组目的地的分组头的处理,以确定路由。光分组交换有很高的资源利用率,和很强的适应突发数据的能力,全光的分组交换是光交换的未来的发展方向。OPS 的核心节点的结构包括复用/解复用器、输入和输出接口以及内部的缓冲器和控制器。输入接口完成的功能有:(1)对输入的数据信号整形定时和再生,藉以形成完善质量的信号以便进行后续的处理和交换;(2)检测信号的漂移和抖动;(3)使每一分组的开头和末尾、信头和有效负载都安排适当;(4)使分组获取同步并与交换的时隙对准;(5) 将信头分出 ,并传送给控制器 ,由它进行处理;(6) 将外部WDM 传输波长
7、转换为内部交换机盘使用的波长。输出接口必须完成的功能有:对输出信号整形、定时和再生,以克服由交换机盘引起的串扰和损伤,恢复信号的质量; 给信息有效负载加上新的信头;分组的描绘和再同步;按需要将内部波长转换为外部用的波长;由于信号在交换机盘内路程不同、插损不同 ,因而信号功率也不同,需要均衡输出功率。光交换技术的特点2随着通信网络逐渐向全光平台发展,网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重要。光交换技术能够保证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台,尽管现有的通信系统部采用电路交换技术,但发展中的全光网络却需要由纯光交换技术来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。光交换技术
8、为进入节点的高速信息流提供动态光域处理。仅将属于该节点及其子网的信息上下路并交由电交换设备继续处理,其优势有:可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题;可以大量节省建网和网络升级成本。如果采用全光网技术 ,将使网络的运行费用节省 70%,设备费用节省 90%;可以大大提高网络的重构灵活性和生存性,以及加快网络恢复的时间。光交换的方式及应用光信号的分割复用方式有 3 种:空分、时分和波分。相应也有空分、时分和波分 3 种光交换。分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。这 3 种变换方式的特点和其实现方案各不相同。若光信号同时采用 2 种及以上交换方式则称复合光交换。（1）空分光交换空分光交换是空间域
9、上将光信号进行交换。基本原理是将光交换元件组成门阵列开关,并适当控制门阵列开关。即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路。因其交换元件的不同可分为机械型、光电转换型、复合波导型、全反射型和激光二极管门开关等,如耦合波导型交换元件铌酸钾,它是一种电光材料,具有折射牢随外界电场的变化而发生变化的光学特性。以铌酸钾为基片,在基片上进行钛扩散,以形成折射率逐渐增加的光波导,即光通路,再焊上电极后即可将它作为光交换元件使用。当将两条很接近的波导进行适当的复合。通过这两条波导的光束将发生能量交换。能量交换的强弱随复合系数。平行波导的长度和两波导之间的相位差变化,只要所选取的参数适当,光束就在波导上
10、完全交错,如果在电极上施加一定的电压,可改变折射率及相位差。由此可见,通过控制电极上的电压,可以得到平行和交叉两种交换状态。（2）时分光交换时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式。光时分复用和电时分复用3类似,也是把一条复用信道划分成若干个时隙,每个基带数据光脉冲流分配占用一个时隙,N 个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。要完成时分光交换,必须有时隙交换器实现将输入信号一帧任一时隙交换到另一时隙输出的功能。完成时隙交换必须有光缓存器,把时分复用信号按一定顺序写入储存器,然后按一种顺序读出米,这样便完成了时隙交换。利用光纤延时线的光时分交换的工作原理:首先把时分复用的光信号经过光分路器 ,使它的每条出线上同时都只有某一时隙的光信号;然后让这些信号分别经过不同的光延时器件 ,使其获得不同的时间延迟;最后,再把这些信号经过一个光合路器重新复合起来 ,就完成了时分交换。（3）波分光交换一般来说,在光波复用系统中其源端和目的端都采用相同的波长来传递信号,否则将在多路复用中,每个终端都将增加终端设备的复杂性。波分光交换所需波长交换器是先用分解复用器将光波分信道空间分割开,对每个波长信道分别进行波长交换(w/c),然后再把它们复用起来,经由一条光纤输出。密集波分复用是光纤通信中的一种趋势,它利用光纤的宽带特性,在 1550nm波段的低损耗窗口中复用多路光信号,大大提高光纤的通信容量。
