1、光纤通信网络光交换技术光交换的来源 以电子技术为基础的交换方式，交换容量都要受到“电子瓶颈”的限制，难以完成增长的高速宽带信号交换的要求 光交换则具有光开关速度快(10-15秒)、电磁兼容性好、频宽、低损耗和串扰小、互连能力强、简单、低成本等 光交换是实现大容量宽带高速交换功能的重要手段第一步进行电控光交换，即信号交换在全光水平上，而光器件的控制仍电子电路完成 第二步为全光交换技术，即逻辑、控制和交换均由光子完成。目前距离商用还很早 光交换的类型 光交换技术可以分成光路交换和分组交换 光路交换方式又可分成三种交换网络，即空分(SD)、时分(TD)和波分/频分(WD/FD)光交换网络，以及由这些
2、交换网组合而成的结合型 光分组交换中，异步转移模式(ATM)是近来广泛研究的一种光交换方式，它的特征是对叫做信元的短脉冲串进行硬件交换 空分交换 构成一个光交换系统的最简单方法是用光开关，这是空分交换 耦合波导开关的结构和工作模式 在铌酸锂基片上进行铌扩散以形成两个相距很近的光通路，通过这两条波导的光束将发生能量交换 在控制端不加电压时在两个通道上的光信号都会完全耦合接另一个通道上去，从而形成光信号的交叉连接状态当控制端加上适当的电压后，耦合接另一个通道上的光信号会再次耦合回原来的通道，从而相当于光信号的平行连接状态 在同一个基片上配置多个此种类型的耦合元件，就可组成一个开关阵列 时分交换 时
3、分交换是基于时隙互换的原理实现的。所谓时隙互换，是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置 对于光时分交换，它是采用光技术来完成时隙互换的。但是，不是使用存储器，而是使用光延迟器件 把时分复用信号经过分路器，使它的每条出线上同时都只有某一个时隙的信号 把这些信号分别经过不同的光延迟线器件，使其获得不同的时间延迟 再把这些信号经过一个复用器重新复合起来，时隙互换就完成了 光信号的延迟是让光信号经过不同长度的光纤来完成的 图7.32时分光交换(a)时分复用原理；(b)时隙互换原理；(c)等效的空分交换1复接器2N分接器12N12N1 2 3 4分接器时隙帧(a)1延迟1延迟22延迟33延迟44
4、(b)复接器输入输出4 1 3 212341234(c)波分交换 由波分复用构成一个多路复用信号，然后再由各个输出线上的处理部件从这个多路复用信号中选出各个单路信号来，从而完成交换处理 数 据数 据输入输入数 据数 据输出输出 图7.33波分交换的原理框图(a)波长选择法交换；(b)波长变换法交换 1空分交换2空分交换3空分交换W空分交换1,2W12NN21WDMXWMUX分波器合波器(a)1,2W1,2W1,2W1,2W1,2W12WNWNW空分交换12W12W12W12W12W12W12W12N12NWDMXWMUX波长变换器(b)WDM光网络WDM光网络 WDM提高了光纤的传输容量，但对
5、电交换节点的压力增大很多。因此电交换节点可能成为网络的瓶颈 在交换节点引入光交换，发展基于WDM的光网络是未来技术发展的热点 WDM光网络是在现有传送网上增加光层，其关键技术是光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）由于光层的引入，光传送网的分层结构有了新的发展光传送网的分层结构物理层(光纤)再生段层复用段层通道层电路层1.SDH1.SDH网络网络物理层(光纤)光层复用段层通道层电路层2.WDM2.WDM网络网络物理层(光纤)光传输段层 OTS光复用段层 OMS光通道层 OCh电复用段层SDH通道层电路层虚通道虚通道3.3.电层和光层分解电层和光层分解WDM光网络中的段和通道 在WDM
6、光网络中，可将网络进行分层：光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）和光通道层（OCH）三个层面 光复用段为多波长光信号的提供网络功能，包括多波长复用、开销处理、监控等。涉及光复用段终端（OTM、OADM、OXC）之间的端到端信息传递 光传输段为光信号在光媒质上传输提供功能，包括对光放大器的监控 光通道提供光通道端到端网络透明传送SDH、PDH、ATM、IP等，包括光通道连接、适配、开销和监控等功能，光通道层与SDH的再生段层等效WDM光网络中的段和通道光复用器光复用器光交叉连接#OA光传输段光传输段光复用段光通道（OCH）SDHIPIP光复用段光传输段光网络的网元 光终端复用器（OTM）和
7、光放大器（OA）是WDM传统的网元，也是光网络的基本网元 光网络的特点是波长通道的灵活分插、交叉连接，波长路由的安排，网络层面上的保护、恢复，因此需要具有强大波长和光信号处理的网元：光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）OTM固定式OADM灵活式OADMOXC光网络基本结构 各种网络元件应用在各种网络场合，如点到点、链型、环型固定式环网点到点链路可重构式环网ADM和OADM 在SDH中，采用分插复用器(ADM)可以按照帧结构和复用路径直接一次分插出2Mb/s支路信号，十分简单和方便 必须将传输光纤线路上的光信号先转变成电信号，这种分插复用(ADM)的过程都是对电信号进行处理 在光波分
8、复用系统中，为了取出话路必须先分出携带有该话路的光信道，即光波长。同样，为了把本站发往其他各站的话路插入，也必须把该话路调制到与下话路波长相同的光波长上。这就是光的分插复用(OADM)OADM功能是从传输设备中选择性地下路或上路，或仅仅通过某个波长信号OADM原理(a)电分插复用(b)光分插复用OADM类型类型 固定式固定式 灵活式灵活式背靠背背靠背WDM器件器件 声光可调谐滤波器声光可调谐滤波器(AOTF)环形器和光栅环形器和光栅 WDM器件器件+光开关光开关 光栅和光开关光栅和光开关InOutDropInOutAddWDMWDMDropAdd*没有重新配置的业务不应该受重新配置过程的影响没
9、有重新配置的业务不应该受重新配置过程的影响固定波长上下固定波长上下OADM 采用复用采用复用/解复用技术解复用技术解复用解复用复用复用 1，2，n 1，2，n 2 n1.基于基于OMU/ODU和光开关的和光开关的OADM光环行器光纤光栅2.基于光栅和光开关的基于光栅和光开关的OADM可变波长OADMOXC OXC是全光网的核心器件，结构完善、功能齐全的OXC节点能灵活有效地管理光传输网络，使网络具有很大的灵活性、可扩展性以及动态重构和自愈功能，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段 其主要功能 光路层的带宽管理。光纤、波长两个层次 光网络的保护和恢复 OXC与DXC(数字交叉连
10、接)在网络中的作用相同，但功能和实现的方法不同 OXC节点的结构主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等模块组成 光层次的波长管理光层次的波长管理 波长交换与路由波长交换与路由OXC原理原理 1，2，n 1，2，n 1，2，n 1，2，n 1 1 1 1 n n n n光纤光纤2光纤光纤4光纤光纤3光纤光纤1采用OXC的光网络 采用OXC的光网络示意 在网络中要解决光通道交叉连接、波长重用、网络生存性等问题OXCOXCOXCOXC1N1N1N1N1N1N1N1N1N1N OXC的分类v光纤交叉连接(FXC)：v波长选择交叉连接(WSXC)：v将输入光纤中任意波长交叉连接到使用相
11、同波长的输出光纤v波长级业务量疏导和波长业务v业务恢复灵活性v存在波长阻塞光纤交叉连接MM开关开关光纤光纤 1光纤光纤2 光纤光纤M光纤光纤 1光纤光纤2 光纤光纤M交换的单位是一路光纤，并不对多波长信号进行解复用无多波长通道的灵活性波长选择交叉连接交换的单位是波长通道多波长信号进行解复用后相同波长的光信号进行交换N x NN x NN x N两根以上光纤中相同波长光信号进入同一根输出光纤，将出现波长阻塞波长可变交叉连接使用波长变换器（WC）对光信号进行波长变换，解决了波长阻塞。每个波长经过交换后均经过波长变换。MNxMN开关矩阵分/合波器分/合波器波长转换器未来光网络目标结构模型未来光网络目
12、标结构模型ADMOXCADMOXCADMOADMOXCADMOADMOXC波长转换波长转换特点：特点：*使用使用DWDM和线路放大器和线路放大器优点：优点：*低成本增加带宽低成本增加带宽OADMOADMOADM I P ATM SDH I P oxcOADMOADMOADMOADMOADMWDMWDM 1 n 1 n特点：特点：*基于波长的自愈环基于波长的自愈环优点：优点：*快速保护的快速保护的OADM环环*直接连接其他业务网络直接连接其他业务网络降低成本降低成本特点：特点：*使用使用OXC优点：优点：*更为灵活的配置网络更为灵活的配置网络目前目前点点-到到-点点下一步下一步单单WDM自愈环自
13、愈环将来将来-全光网络全光网络多个多个WDM自愈环自愈环WDM网络的演变网络的演变-结构变化结构变化oxcWDMSDHOADM I P ATM I P WDMSDHATMWDMoxcATMOADMOADMOADM I P I P SDH I P WDMWDMoxcWDMWDMWDMWDMWDMWDMSDHWDMWDMSDH I P 双向波长通道保护环双向波长通道保护环未来光网络的应用未来光网络的应用 1 2 3 3 2 1 2 3 1 3 2 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2 1 2光分插复用光分插复用OADM波长转换波长转换WC波长路由器波长路由器WR光交叉连接光交叉连
14、接ODXC光分组光分组OP光交换光交换OS 1 2 3SMDSHSCSFRATM/IPBAE1E3STM-NSTM-1STM-4STM-16STM-64光波广播光波广播WDXCBDXCWXDC卫星卫星ISDN话音话音数据数据交换的数据交换的数据话机话机通道库通道库多煤体多煤体DSUCSU交换交换PBX光网络分层结构光网络分层结构光网络的保护保护考虑保护考虑 业务信号的保护 SDH层保护 光层保护ADM mADMADMADM2纤自愈环纤自愈环 nADM mADMADMADM4纤自愈环纤自愈环 m m m n m n m n m光层保护光层保护：光通道层保护（一）：光通道层保护（一）SDH光层保护
15、光层保护：光通道层保护（二）：光通道层保护（二）TM11TM22TM77TM88保护主通道工作主通道穧 穧 穧TM11TM22TM77TM88穧 穧 穧OADM环型保护方式线路共享保护环通道保护环CAACACBCD失效状态失效状态CA保护光纤保护光纤工作光纤工作光纤AC2纤共享保护环（纤共享保护环（OMS/SPRINGs）CDACCA工作工作 1 N/2保护保护 N/2 N（i）（k）光纤光纤1工作工作 1 N/2保护保护 N/2 N（i）（k）光纤光纤2BAC无失效状态无失效状态光纤光纤1光纤光纤2ACCA2纤环光纤断纤环光纤断CDACCA工作工作 1 N/2保护保护 N/2 N（i）（k）
16、光纤光纤1工作工作 1 N/2保护保护 N/2 N（i）（k）光纤光纤2BACCAAC环倒换环倒换光纤光纤1光纤光纤2需要波长转换需要波长转换2纤环波长保护修正纤环波长保护修正CDACCA工作工作 1 N/2保护保护 N/2 N（i）（k）光纤光纤1保护保护 1 N/2工作工作 N/2 N（i）（k）光纤光纤2BAC无失效状态无失效状态光纤光纤1光纤光纤2ACCA修正了波长的位置修正了波长的位置2纤环修正波长保护后节点失效纤环修正波长保护后节点失效CDACCA工作工作 1 N/2保护保护 N/2 N（i）（k）光纤光纤1保护保护 1 N/2工作工作 N/2 N（i）（k）光纤光纤2BACCAA环倒换环倒换光纤光纤1光纤光纤2C
