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1、理工大学通信工程学院电信交换教研室,第12章 光交换技术,概述,12.1,光交换器件,12.2,光交换网络,光交换系统,12.4,12.3,第12章 光交换技术,电交换的缺点,问题：电交换有哪些缺点?,21世纪的通信网应该是能提供各种通信业务的、具有巨大通信能力的B-ISDN。网络业务将以宽带视频和高速数据及普通话音业务为主。为提供这些业务，需要高速、宽带、大容量的传输系统和宽带交换系统。以电子技术为基础的交换方式，交换容量都要受到电子器件工作速度的限制。,电交换的缺点,12.1.2 光交换的优点,（1）极宽的带宽。（2）运行速度快。（3）光交换与光传输匹配可进一步实现全光通信网。（4）降低网
2、络成本，提高可靠性。（5）模拟传输与数字传输均可进行光交换，避免了宽带电交换系统功耗大、串扰严重等问题。（6）具有空间并行传输信息的特性。（7）光器件体积小，便于集成。,概述,12.1,光交换器件,12.2,光交换网络,光交换系统,12.4,12.3,第12章 光交换技术,光开关,有三类：将某一光纤通道的光信号切断或开通；将某波长光信号由一个光纤通道转换到另一个光纤通道中去；在同一光纤通道中将一种波长的光信号转换为另一种波长的光信号（波长转换器）。,光开关在光通信中的作用,1.半导体光开关,2.耦合波导光开关,光开关,3.M-Z干涉型电光开关,4.液晶光开关,光开关,5.微机电系统（MEMS）
3、开关,光开关,波长转换器,波长转换器是一种能把带有信号的光波从一个波长输入转换为另一个波长输出的器件。波长转换器是解决相同波长争用同一个端口时的信息阻塞的关键。理想的光波长转换器应具备有较高的速率、较宽的波长转换范围、高的信噪比、高的消光比且与偏振无关。,波长转换器的作用,光波长转换器结构,波长转换器,光存储器,在光交换中，需要存储器实现光信号的存储。常用的光存储器有光纤延迟线光存储器和双稳态激光二极管光存储器。,光存储器的作用,光调制器,在光纤通信中，通信信息由LED或LD发出的光波所携带，光波就是载波，把信息加载到光波上的过程就是调制。光调制器是实现从电信号到光信号的转换的器件。,光调制器
4、的作用,概述,12.1,光交换器件,12.2,光交换网络,光交换系统,12.4,12.3,第12章 光交换技术,12.3.1 概述,全光网络（全光通信网络）是指光信息流在网络中传输及交换时始终以光的形式存在，而不需要经过光电、电光变换。信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内，波长成为全光网络的最基本积木单元。目前的全光网络，并非是整个网络的全部光学化，而是指光信息流在传输和交换过程中以光的形式存在，控制部分则仍然用电路方法实现。,全光网络,空分光交换网络,通过机械、电或光三种不同方式对光开关及相应的光开关阵列/矩阵进行控制，为光交换提供物理通道，使输入端的任一信道与输出端的任一信道相连
5、。,空分光交换网络,空分光交换的优点是各信道中传输的光信号相互独立，且与交换网络的开关速率无严格的对应关系，并可在空间进行高密度的并行处理，因此能较方便地构建容量大而体积小的交换网络。空分光交换网络的主要指标是网络规模和无阻塞的程度。交换系统对阻塞的要求越高，则组成网络的器件的单片集成度相应地就越高，或者参与组合的单片器件数量越多，互连越复杂，相应损耗也增加。,空分光交换网络的优缺点,空分光交换网络,12.3.3 时分光交换网络,对于时分光交换，则是按时间顺序安排的时分复用各路光信号进入时分交换网络后，在时间上进行存储或延迟，对时序有选择地进行重新安排后输出。即基于光时分复用中的时隙交换。,时
6、分光交换网络,时分光交换的优点是能与现在广泛使用的时分数字通信体制相匹配。但它必须知道各路信号的比特率，即不透明。另外需要产生超短光脉冲的光源、光比特同步器、光延迟器件、光时分合路/分路器、高速光开关等，技术难度较空分光交换大。,时分光交换网络的优缺点,12.3.3 时分光交换网络,12.3.4 波分光交换网络,波分交换即信号通过不同的波长，选择不同的网络通路来实现，由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用/去复用器、波长选择空间开关和波长转换器（波长开关）组成。波分交换网络中，采用不同的波长来区分各路信号，从而可以用波分交换的方法实现交换功能。,波分光交换网络,波分交换原理,12.3.4
7、 波分光交换网络,与光时分交换相比，光波分交换的优点是，各个波长信道的比特率相互独立，各种速率的信号都能透明地进行交换，不需要特别高速的交换控制电路，可采用一般的低速电子电路作为控制器。另外它能与波分复用（WDM）传输系统相配合。,光波分交换的优点,12.3.4 波分光交换网络,概述,光交换器件,12.2,光交换网络,光交换系统,12.1,12.3,第12章 光交换技术,12.4,12.4 光交换系统,1.光交换技术分类,光分插复用器和光交叉连接,在基于WDM的光网络中，属于光纤和波长级的粗粒度带宽处理的光节点设备，主要是光分插复用器（OADM）和光交叉连接（OXC），通常由WDM复用/解复用
8、器、光交换矩阵（由光开关和控制部分组成）、波长转换器和节点管理系统组成，主要完成光路上下、光层的带宽管理、光网络的保护、恢复和动态重构等功能。,概述,OADM的功能是在光域内从传输设备中有选择地下路、上路或直通传输信号，实现传统SDH设备中电的分插复用功能。它能从多波长波道中分出或插入一个或多个波长。固定型只能上下一个或多个固定的波长，节点的路由是确定的，缺乏灵活性，但性能可靠，延时小。可重构型能动态交换OADM节点上、下通道的波长，可实现光网络的动态重构，使网络的波长资源得到合理的分配，但结构复杂。,OADM的功能,光分插复用器和光交叉连接,OXC的功能是在光纤和波长两个层次上提供带宽管理，
9、如动态重构光网络，提供光信道的交叉连接，以及本地上、下话路功能，动态调整各个光纤中的流量分布，提高光纤的利用率。OXC还在光层提供网络保护和恢复等生存性功能，如出现光纤断裂情况可通过光开关将光信号倒换至备用光纤上，实现光复用段1+1保护。通过重新选择波长路由实现更复杂的网络恢复，处理包括节点故障在内的更广泛的网络故障。,OXC的功能,光分插复用器和光交叉连接,光分组交换,分组光交换，由于光信息处理技术还远未成熟，光在细粒度的数据交换方面有些先天不足。目前比较成熟的光交换技术还是O/E/O（光-电-光）的模式，即光信号首先经过光电转换成为电信号，然后通过高速的交换电路进行数据交换，最后再进行电光
10、转换。,概述,光分组交换能够在非常小的粒度上实现光交换/选路，极大地提高光网络的灵活性和带宽利用率，非常适合数据业务的发展，是未来光网络的发展方向。,光分组交换,光分组交换的优点,本章小结,光纤具有信息传输容量大、对比特流透明、不受电磁干扰、保密性好等优点，是现代通信网络中传送信息的极佳媒质。光交换被认为是为未来宽带通信网服务的新一代交换技术。光交换的基础器件有各种类型光开关（半导体、耦合波导、M-Z干涉型电光、液晶、微机电系统等）、波长转换器、半导体激光放大器、光耦合器、光调制器和光存储器等，通过这些基本器件的不同组合，构成了五种不同的光交换结构，即空分光交换、时分光交换、波分光交换、混合型光交换及自由空间光交换。,习题与思考题,12.1 简要说明光交换的特点。12.2 试叙述几种主要的光交换器件实现光交换的基本原理。12.3 光交换技术有哪些类型？涉及到哪些光交换方式？12.4 简要叙述光波分复用交换网络的工作原理。12.5 在光时分交换网络中，为什么要使用光时延线或光存储器？12.6 自由空间光交换网络的主要特点是什么？12.7 OADM和OXC分别完成什么功能？12.8 目前光分组交换有哪些新的技术和方法？,
