光交换技术的应用与发展Word格式文档下载.docx

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随着光码分复用（OCDMA）技术的发展,码分光交换技术必将得到迅速的发展和应用。

复合型交换技术,由于各种光交换技术都有其独特的优点和不同的适应性，将几种光交换技术合适地复合起来进行应用能够更好地发挥各自的优势,以满足实际应用的需要。

已见介绍的复合型光交换主要有:

（1）空分/时分光交换系统;

（2）波分/空分光交换系统;

（3）频分/时分光交换系统;

（4）时分/波分/空分光交换系统等。

例如,将时分和波分技术合起来可以得到一种极有前途的大容量复合型光交换模块,其复用度是时分多路复用度与波分复用度的乘积。

如果他们的复用度分别为8,则可实现64路的时分2波分复合型交换。

将此种交换模块用于4级链路连接的网络,可以构成最大终端数为4096的大容量交换网络。

分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。

在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换。

进行分组交换的通信网称为分组交换网。

从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。

分组交换实质上是在“存储转发”基础上发展起来的。

它

兼有电路交换和报文交换的优点。

分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据分组。

每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。

把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。

到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。

分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。

光突发交换技术，它的特点是数据分组和控制分组独立传送，在时间上和信道上都是分离的，它采用单向资源预留机制，以光突发作为最小的交换单元。

obs克服了ops的缺点，对光开关和光缓存的要求降低，并能够很好的支持突发性的分组业务，同时与ocs相比，它又大大提高了资源分配的灵活性和资源的利用率。

被认为很有可能在未来互联网中扮演关键角色。

OBS结合了光电路交换和光分组交换的优势，同时避免了它们的缺点。

通过控制与数据在时间和空间上的分离，控制分组提前发送，并在中间节点经过电信息处理，从而为数据分组预留相应的资源。

而数据分组随控制分组之后传送，在中间节点通过预留好的资源直通，无需光/电/光处理。

同时它具有延时小（单向预留），带宽利用率（统计复用），效率高，交换灵活、数据透明、交换容量大（电控光交换）等特点，可以达到Tb/s级的交换容量，甚

至Pb/s量级。

因此，OBS网络主要应用于不断发展的大型城域网和广域网。

光标记分组交换技术，也称为gmpls或多协议波长交换.它是mpls技术与光网络技术的结合。

mpls是多层交换技术的最新进展，将mpls控制平面贴到光的波长路由交换设备的顶部就具有mpls能力的光节点。

由mpls控制平面运行标签分发机制，向下游各节点发送标签，标签对应相应的波长，由各节点的控制平面进行光开关的倒换控制，建立光通道。

202*年5月ntt开发出了世界首台全光交换mpls路由器，结合wdm技术和mpls技术，实现全光状态下的ip数据包的转发。

为了能适应未来智能光网络动态地提供网络资源和传送信令的要求，我们需要对传统的MPLS进行扩展和更新。

OMPLS正是MPLS向光网络扩展的产物，它在支持传统的分组交换、时分交换、波长交换和光纤交换的同时，还对原有的路由协议、信令协议作了修改和扩展。

对光交换的探索始于20世纪70年代，80年代中期发展比较迅速。

目前对光交换所需器件的研究已具有相当水平。

在光器件技术推动下，光交换系统技术的研究也有了很大进展。

第一步进行电控光交换，即信号交换是全光的，而光器件的控制仍由电子电路完成。

目前实用系统大都处于这一水平，相关成果报道得也比较多。

第二步为全光交换技术，即系统的逻辑、控制和交换均由光子完成。

我国在“七五”期间就开展了光交换技术的研究，并将光交换技术列为“八五”、“九五”期间的高科技基础研究课题。

1990年，清华大学实现了我国第一个时分光交换演示系统。

1993年，北京邮电大学光通信技术研究所研制出光时分交换网络实验模型。

目前，光交换技术市场日益成熟，价格也在迅速下降。

许多运营商，比如GlobalCrossing、法国电信和日本电信等都已经计划在他们的网络中广泛采用光交换技术。

目前北京联通已实现8M宽带入户，随着带宽的提升，北京三网融合项目之一的互联网高清电视项目已经启动，今年年底，联通将推出此业务。

此前，北京市政府要求，到202*年底，互联网家庭入户带宽要超过20M。

推进光纤到楼入户，逐步替代传统铜缆。

在此基础上，北京联通早在202*年便开始实施“全光宽带网络建设工程”，预计在三年内基本完成光纤到户的覆盖。

据联通公司的统计，截至202*年上半年，光纤到户在全市覆盖率为42%；

预计到202*年底，光纤到户在全市覆盖率将达到55%。

这对公司和个人无疑都是极好的消息，光交换技术的前景会越来越好。

扩展阅读：

光交换技术应用与发展论文

通信系202*届毕业设计

论文

题目：

光交换技术应用与发展专业：

移动通信技术班级：

移动通信技术1032学生姓名：

李倩（0202103239）导师姓名：

王琦起止时间：

202*年12月15日

至202*年5月15日

通信系202*级毕业设计（论文）任务书

论文题目指导教师王琦光交换技术应用与发展电话办公室15336113993通信技术教研室EmailWq_8500@时间要求论文终稿纸质版上交指导教师本人，时间截止：

202*年5月15日。

要求：

1、光交换概述；

2、光交换系统；

3、光交换系统中的技术热点；

4、光交换技术应用。

*论文字数不少于8000字！

论文初稿电子版上交指导教师邮箱，时间截止：

202*年4月1日；

参考资料：

毕业设计的封面、任务书、成绩评定表以及格式要求等相关资料，须在陕邮职院通信系网站进行下载，格式必须按照要求书写、打印、装订，如不符合要求的将按不合格处理；

在毕业设计中严禁出现相互抄袭、雷同的情况，如有发现，将按照零分处理。

I

陕邮职院通信系202*届毕业设计论文成绩评定表学生姓名课题名称起止时间课题任务完成情况李倩性别女系别通信系专业班级光交换技术应用与发展移动通信技术移动通信技术1032王琦202*年12月～202*年5月指导教师论文14300（千字）；

图纸22（张）；

其它（含附件）：

表2（张），流程图0（张）指导教师意见评阅成绩：

评阅/指导教师（签字）：

年月日学生实得成绩（百分制）评阅成绩评定级别（级别为“优秀”、“合格”、“不合格”三档）II

目录.................................................................III摘要...................................................................11光交换概述............................................................2

1.1光交换..........................................................2

1.1.1光交换基本概念...........................................21.1.2光交换的特点.............................................2

1.2光交换基本器件........................................................3

1.2.1光开关...................................................31.2.2波长转换器...............................................31.2.3光存储器.................................................41.2.4光调制器..................................................41.2.5光滤波器..................................................4

2光交换系统............................................................5

2.1光电路交换的分类................................................5

2.1.1时分光交换（TDPS）.......................................52.1.2时分光交换原理...........................................52.1.3空分光交换（SDPS）.......................................62.1.4空分光交换原理...........................................62.1.5波分光交换（WDPS）........................................72.1.6波分光交换原理...........................................72.1.7复合光交换...............................................7

2.2光分组交换系统..................................................8

2.2.1光分组交换概念...........................................82.2.2光分组交换技术特点：

......................................82.2.3光分组交换机组成.........................................82.2.3光分组交换原理...........................................92.2.4光分组交换优点..........................................10

3光交换系统中的技术热点...............................................11

3.1光交换的特点...................................................113.2ATM光交换技术.................................................11

3.2.1ATM光交换技术的机构.....................................113.2.2ATM光交换技术特点.......................................12

3.3光突发交换技术.................................................12

3.3.1光突发交换优点..........................................123.3.2OBS的关键技术...........................................133.3.3OBS与OCS和OPS技术的比较...............................14

4光交换技术应用.......................................................15

4.1光交换技术的交换方式及其应用...................................15

4.1.1空分光交换方式...........................................154.1.2波分光交换方式...........................................154.1.3时分光交换方式...........................................16

III

4.1.4自由空间光交换方式.......................................164.1.5混合型光交换方式.........................................16

4.2光交换技术发展趋势............................................17

4.2.1智能自动化..............................................174.2.2全光交换.................................................174.2.3光交换机多样化..........................................18

致谢.................................................................19参考文献.................................................................20

IV光交换技术应用与发展

摘要

近年来，随着通信行业的不断发展，光交换技术是全光通信网中核心技术，光交换作为全光通网中一个重要支撑技术，在全光通信网中发挥着重要的作用。

文章论述了在光通信网络技术中对将发挥重要作用的光交换技术，并还详细介绍了光交换技术的概念，空分光交换、时分光交换、波分光交换、ATM光交换技术、分组光交换技术，突发光交换技术，以及光交换技术的应用和发展前景进行了描述。

关键字：

光交换、通信技术、光交换技术应用

光交换技术应用与发展

1光交换概述

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。

全光通信网是带宽网未来发展目标。

从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上分为光监控技术、光交换技术、光处理技术、光放大技术几大类。

而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它在全光通信技术中发挥着重要的作用。

1.1光交换

光交换是指不经过任何光/电转换，在光域内为输入光信号选择不同输出信道的交换方式。

1.1.1光交换基本概念

光交换（photonicswitching）技术也是一种光纤通信技术，它是在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。

与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光/电O/E和电/光E/O交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。

光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以起到相得益彰的作用，从而使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。

1.1.2光交换的特点

a.由于光交换不涉及到电信号，所以不会受到电子器件处理速度的制约，与高速

的光纤传输速率匹配，可以实现网络的高速率。

b.光交换根据波长来对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、数据格式和传

输速率无关，可以实现透明的数据传输。

c.光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。

1.2光交换基本器件

1.2.1光开关

光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口。

其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的光学器件。

光开关和光放大、光信号储存等都是光学装置材料。

光开关可以在皮秒（10-12秒）内进行操作。

目前它以铌酸锂和镓铝砷化合物为基础，从电子工业中脱胎形成。

有一些新的材料，如液晶、聚乙炔等都比铌酸锂有更好的光学效用。

1.2.2波长转换器

波长转换是增加光交换网络灵活性，降低阻塞的必要手段，对光网络波长转换节点的设计方案也有很多。

最简单的当然是专注式的转换节点设计，也就是在复用前，给每个通道都各配置一个波长转换器，显然这样作是元件利用率最低的。

一些波长转换器的共享方案，也被陆续提出，常见的有节点共享式（SPN）和链路共享式（SPL）两种。

对前一种共享方案，通常需要较大的光开关以便在单节点可以共享同一个波长转换器。

本期香港城市大学的研究者对此做了改进研究，旨在使用更小更便宜的光开关，替换用在同样的系统里，却能获得和原来一样的性能。

主要思路是预设一定数量的小尺寸光开关，来支持同样通道数的波长转换。

当任意一波长的输入信号要进行波长转换时，它先被切换到一个共享的波长转换通道，以这种方式节点仅需要几个小的光开关，且能共享昂贵的波长转换器。

波长转换器有直接波长转换和外调制器波长转换两种。

直接波长转换是光/电/光转换，如图1.1所示，将波长为λi的输入光信号，由光电探测器转变成电信号，然后再去驱动一个波长为λi的激光器，使得输出光信号的输出波长为λi

图1-1直接波长转换

全光波长转换器是波分复用光网络及全光交换网络的关键部件。

波长转换器有多种结构和机制，目前研究较为成熟的是以半导体光放大器为基础的波长转换器,包括交叉增益饱和调制型、交叉相位调制型以及四波混频型波长转换器等。

1.2.3光存储器

光存储器是由光盘驱动器和光盘片组成的光盘驱动系统,光存储技术是一种通过光学的方法读写数据的一种技术,它的工作原理是改变存储单元的某种性质的反射率,反射光极化方向,利用这种性质的改变来写入存储二进制数据.在读取数据时,光检测器检测出光强和极化方向等的变化,从而读出存储在光盘上的数据.由于高能量激光束可以聚焦成约0.8μm的光束,并且激光的对准精度高,因此它比硬盘等其他存储技术具有较高的存储容量。

1.2.4光调制器

光调制器也称电光调制器,是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。

它是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。

它所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-KEldYsh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

在整体光通信的光发射、传输、接收过程中,光调制器被用于控制光的强度,其作用是非常重要的。

1.2.5光滤波器

光滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。

它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用。

光耦合器或者光复用器是把不同波长的光复用到一根光纤中的，不同的波长传载着不同的信息。

那么在接收端，要从光纤中分离出所需的波长，就要用到光滤波器。

光滤波器类型有：

基于干涉原理的滤波器（熔锥光纤滤波器、法布里-伯罗滤波器、多层介质膜滤波器、马赫-曾德尔干涉滤波器）；

基于光栅原理的滤波器（体光栅滤波器、阵列波导光栅滤波器、光纤光栅滤波器、声光可调谐滤波器）。

2光交换系统

光交换技术可分成光路交换（OS）系统、分组光交换（OPS）系统。

光路交换系统可分为空分交换、时分交换、波分交换、混合交换等等。

空分又分为：

波导空分和自由空间，分组光交换系统可分为：

光分组交换、光突发交换、光标记分组交换和光子时隙路由。

2.1光电路交换的分类

光电路交换系统所涉及的技术有空分交换技术SD、时分交换技术TD、波分/频分交换技术WD/FD、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。

其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。

光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。

2.1.1时分光交换（TDPS）

时分光交换是以时分复用为基础，把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换的一种交换方式。

其基本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。

它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器（如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器）、光选通器（如定向复合型阵列开关）以进行相应的交换。

2.1.2时分光交换原理

TDPS的基本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。

它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器、光选通器，如定向复合型阵列开关，以进行相应的交换。

2.1.3空