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光交换:全光通信的枢纽

2/14/2005来源:光纤通信人气:7373

    现代通信网中,先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明显特征而为世人瞩目。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发展目标。从系统角度来看,支撑全光网络的关键技术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术,它在全光通信系统中发挥着重要的作用,可以这样说光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。
  
  什么是光交换
  
   光交换技术也是一种光纤通信技术,它是指不经过任何光/电转换,在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。光交换技术可分成光路光交换和分组光交换两种类型,前者可利用OADM、OXC等设备来实现,而后者对光部件的性能要求更高,由于目前光逻辑器件的功能还较简单,不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能,因此国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制,即所谓的电控光交换。随着光器件技术的发展,光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。光分组交换系统所涉及的关键技术主要包括:光分组交换(OPS)技术;光突发交换(OBS)技术;光标记分组交换(OMPLS)技术;光子时隙路由(PSR)技术等。这些技术目前主要是在实验室内进行研究与功能实现。该技术能确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术,即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行。
  
  光交换有哪些特点
  
   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都采用电路交换技术,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,这样具有以下几个优点:
  
  A.可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题;
  
  B.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%;
  
  C.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。
  
  光交换的分类
  
  在各种不同类型的光网络系统中,使用到的光交换技术又有所不同,所以,我们可以根据光网络系统类型的不同,使用不同的光交换技术:
  
  A.时分光交换技术:该技术的原理与现行的电子程控交换中的时分交换系统完全相同,因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统匹配。在这种技术下,可以时分复用各个光器件,能够减少硬件设备,构成大容量的光交换机。该技术组成的通信技术网由时分型交换模块和空分型交换模块构成。
  
  B.复合光交换技术:该技术是指在一个交换网络中同时应用两种以上的光交换方式。例如,在波分技术的基础上设计大规模交换网络的一种方法是进行多级链路连接,链路连接在各级内均采用波分交换技术。因这种方法需要把多路信号分路接入链路,故抵消了波分复用的优点。解决这个问题的措施是在链路上利用波分复用方法,实现多路化链路的连接,空分波分复合型光交换系统就是复合型光交换技术的一个应用。除此之外,还可将波分和时分技术结合起来得到另一种极有前途的复合型光交换,其复用度是时分多路复用度与波分多路复用度的和乘积。
  
  C.空分光交换技术:该技术的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,具有折射率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。
  
  D.光突发数据交换技术:该技术是针对目前光信号处理技术尚未足够成熟而提出的,在这种技术中有两种光分组技术:包含路由信息的控制分组技术和承载业务的数据分组技术。控制分组技术中的控制信息要通过路由器的电子处理,而数据分组技术不需光电/电光转换和电子路由器的转发,直接在端到端的透明传输信道中传输。控制分组在WDM传输链路中的某一特定信道中传送,每一个突发的数据分组对应于一个控制分组,并且控制无组先于数据分组传送,通过“数据报”或“虚电路”路由模式指定路由器分配空闲信道,实现数据信道的带宽资源动态分配。数据信道与控制信道的隔离简化了突发数据交换的处理,且控制分组长度非常短,因此使高速处理得以实现。可以看出,这种路由器充分发挥了现有的光子技术和电子技术的特长,实现成本相对较低、非常适合于在承载未来高突发业务的局域网(LAN)中应用,超大容量的光突发数据路由器同样可用于构建骨干网。
  
  光交换未来的发展
  
  目前市场上出现的光交换机大多数是基于光电和光机械的,随着光交换技术的不断发展和成熟,基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会逐步被研究和开发出来。
  
  由光电交换技术实现的交换机通常在输入输出端各有两个有光电晶体材料的波导,而最新的光电交换机则采用了钡钛材料,这种交换机使用了一种分子束取相附生的技术,与波导交换机相比,该交换机消耗的能量比较小。基于光机械技术的光交换机是目前比较常见的交换设备,该交换机通过移动光纤终端或棱镜来将光线引导或反射到输出光纤,实现输入光信号的机械交换。光机械交换机交换速度为毫秒级,但它成本较低,设计简单和光性能较好,而得到广泛应用。使用热光交换技术的交换机由受热量影响较大的聚合体波导组成,它在交换数据信息时,由分布于聚合体堆中的薄膜加热元素控制。当电流通过加热器时,它改变波导分支区域内的热量分布,从而改变折射率,将光从主波导引导到目的分支波导。热光交换机体积非常小,能实现微秒级的交换速度。
  
  随着液晶技术的成熟,液晶光交换机将会成为光网络系统中的一个重要设备,该交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成,而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。当电极上没有电压时,经过液晶片的光线极化角为90°,当有电压加在液晶片的电极上时,入射光束将维持它的极化状态不变。而由声光技术实现的光交换设备,因其中加入了横向声波,从而可以将光线从一根光纤准确地引导到另一根光纤,该类型的交换机可以实现微秒级的交换速度,可方便地构成端口较少的交换机。但它不适合用于矩阵交换机。
  
  另外,市场上目前又开发了基于不同类型的特殊微光器件的光交换机,这种类型的交换机可以由小型化的机械系统激活,而且它的体积小,集成度高,可大规模生产,我们相信这种类型的交换机在生产工艺水平不断提高的将来,一定能成为市场的主流。
   摘自《中国数据通信网》