智能光網(wǎng)絡(luò)中的光交換技術(shù)應(yīng)用

鄭渭穎 蔣鑫 劉麗麗

1江蘇省徐州市華東管道設(shè)計(jì)研究院 221008

2江蘇省徐州市華東管道工程有限公司 221008

隨著我國(guó)智能光網(wǎng)絡(luò)的推廣以及應(yīng)用，越來(lái)越受到各領(lǐng)域的廣泛重視，而光交換技術(shù)作為智能光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最重要的技術(shù)支撐，在光通系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，從某種程度上也可以說(shuō)智能光通信的發(fā)展取決于光交換技術(shù)的發(fā)展。

1 智能光交換技術(shù)介紹

1.1 發(fā)展歷程

光交換技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了由光路交換技術(shù)有光分組技術(shù)的轉(zhuǎn)變歷程。光路交換技術(shù)的使用相對(duì)簡(jiǎn)單，但其信道的利用率相對(duì)較差。很難適用在如今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和業(yè)務(wù)高速發(fā)展的時(shí)代。而未來(lái)的光網(wǎng)適絡(luò)技術(shù)要求能夠應(yīng)多粒度的業(yè)務(wù)，并且，對(duì)于一個(gè)規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其波長(zhǎng)的資源較為有限，在大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可能會(huì)造成資源匱乏的情況。而光分組技術(shù)采用光分組作為最小的交換單位，其數(shù)據(jù)系統(tǒng)格式包分為凈荷、固定長(zhǎng)度的光分組頭以及保護(hù)時(shí)間，在進(jìn)行光分組交換過(guò)程中，具有產(chǎn)生、緩存、同步和再生功能，使得光分組之間功率的平衡以及光分組頭的重寫(xiě)。能夠很好的解決上述問(wèn)題，因此，光分組交換技術(shù)正式誕生了。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

光交換技術(shù)主要是指在不適用任何光和電轉(zhuǎn)化，可以將在光域的輸出信號(hào)直接交換至其他的輸出端。光交換系統(tǒng)一般由四個(gè)部分組成，分別是：控制單元、光交換矩陣、輸入和輸出接口。系統(tǒng)的詳細(xì)組成如圖1所示。

圖1

因?yàn)楣膺壿嬈骷墓δ苓€不夠完善和先進(jìn)，不能自主完成較為復(fù)雜的邏輯問(wèn)題，所以在國(guó)際上的光交換控制單元主要依靠電信號(hào)來(lái)進(jìn)行功能控制，即電控光交換。其主要的工作原理就是在控制單元的輸入端主要完成光電轉(zhuǎn)化工作，在輸出端則完成反向的電光轉(zhuǎn)換工作。

2 智能光交換技術(shù)產(chǎn)品

光交換技術(shù)的產(chǎn)品主要分為光電路交換和光分組交換兩種類(lèi)型。光電路交換和現(xiàn)在的電路交換技術(shù)大同小異，主要是使用OADM，OXC等光元件設(shè)置光通路，其中中間的節(jié)點(diǎn)可以不適用光緩存元件，現(xiàn)在對(duì)光電路交換技術(shù)的研究已經(jīng)比較成熟，以交換對(duì)象的不同，光電路交換技術(shù)主要產(chǎn)品有以下類(lèi)型：

(1)光波分交換技術(shù)，該技術(shù)可以讓光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中傳播時(shí)，不經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換而直接從一個(gè)波長(zhǎng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)波長(zhǎng)中。光時(shí)分交換技術(shù)，時(shí)分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式，時(shí)分光交換就是在時(shí)間軸上將復(fù)用的光信號(hào)的時(shí)間位置t 轉(zhuǎn)換成另一個(gè)時(shí)間位置t2。

（2）光時(shí)分交換技術(shù)，該技術(shù)是廣電網(wǎng)絡(luò)中較為廣泛的使用技術(shù)，原理就是在時(shí)光軸對(duì)光信號(hào)的時(shí)間位置進(jìn)行改變以達(dá)到光交換的目的。

（3）光碼分交換技術(shù)，該技術(shù)的原理是將不同正交碼上的光信號(hào)進(jìn)行交換，繼而實(shí)現(xiàn)不同碼子之間的交換。光碼分交換技術(shù)還可以成為廣碼分復(fù)用技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)將獲得一個(gè)唯一的法序列，不用用戶(hù)之間的信號(hào)交換可以通過(guò)雙發(fā)的法序列進(jìn)行傳出和接受。需要恢復(fù)用戶(hù)信息時(shí)可以直接對(duì)法序列初始化即可。

（4）光空分交換技術(shù)，該技術(shù)使用前需要建立2個(gè)或者多個(gè)物理通道，可以使用光波導(dǎo)或者是自由空間中的波束作為物理通道，通過(guò)物理通道可以完成信息的交換過(guò)程。

(5）光標(biāo)記組交換技術(shù) ，即GMPLS或多協(xié)議波長(zhǎng)交換，是 MPLS技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合而成的。MPLS技術(shù)是現(xiàn)在世界科技最新的研究成果。要使光節(jié)點(diǎn)具有MPLS能力只需將MPLS的控制平面安裝至光的路由交換設(shè)備的頂部。使用該技術(shù)可以直接在MPLS控制平面上運(yùn)行光波長(zhǎng)的分發(fā)機(jī)制，然后向MPLS所控制的分裝置發(fā)送標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)相應(yīng)光的波長(zhǎng)，對(duì)每一個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行開(kāi)光等倒換功能，以此來(lái)建立光通道。

3 光交換技術(shù)在智能光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

3.1 光交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光交換系統(tǒng)中主要由光交換元件，其中主要的系統(tǒng)構(gòu)成核心器件有：光邏輯器件、光開(kāi)關(guān)器件、光緩存器件以及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。

（1）光邏輯器件

光邏輯器件主要由光信號(hào)來(lái)控制工作狀態(tài)，并且完成較為簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算。目前的光邏輯器件普遍功能尚未成熟，只能處理較為簡(jiǎn)單的邏輯問(wèn)題。未來(lái)光邏輯器件的發(fā)展方向會(huì)朝著復(fù)雜和快速的邏輯計(jì)算能力發(fā)展。

（2）光開(kāi)關(guān)器件

光開(kāi)關(guān)是光交換系統(tǒng)中必須使用的器件，目前光開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)有：聲光開(kāi)關(guān)和電光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、全息光開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)等等。關(guān)開(kāi)關(guān)器件種類(lèi)較多，在使用光交換技術(shù)時(shí)要合理選擇最為適合的開(kāi)關(guān)器件。

（3）光緩存器件

光緩存技術(shù)在光交換技術(shù)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位，目前全光的隨機(jī)儲(chǔ)存器尚未研制成功，只能通過(guò)有源的光纖環(huán)路來(lái)模擬光緩存技術(shù)的部分功能。光緩存技術(shù)的區(qū)別在于其結(jié)構(gòu)的不同，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同一般可以分為FDL列陣、串聯(lián)FDL列陣等。

3.2 智能光網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)應(yīng)用

光交換技術(shù)在智能光網(wǎng)中主要是分為硬光技術(shù)和軟光技術(shù)。硬光技術(shù)指物理層的光技術(shù)和硬件設(shè)備；軟光技術(shù)指控制光通道的建立、刪除、查詢(xún)等操作和提供服務(wù)所需的軟件，即智能化。這兩部分在智能光網(wǎng)中應(yīng)用的十分廣泛，主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用：

（1）傳送平面的技術(shù)

光交換技術(shù)在傳送平面中主要應(yīng)用為軟光技術(shù)，傳送平面主要由作為交換實(shí)體的傳送網(wǎng)元組成，其主要功能是負(fù)責(zé)在智能光網(wǎng)中建立或刪除光通道、交換選路和信息傳送等。與此同時(shí)，傳送平面在智能光網(wǎng)中還提供端點(diǎn)間的雙向或是單向的信息傳送，以及相關(guān)的控制和管理信息，還要傳送一些控制和網(wǎng)絡(luò)管理信息。在光交換技術(shù)中，傳送平面技術(shù)通過(guò)網(wǎng)元光節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)智能光網(wǎng)絡(luò)的智能化。

（2）管理平面的技術(shù)

管理平面在智能光網(wǎng)中的主要功能是管理控制平面以及傳送平面，其主要工作原理是通過(guò)對(duì)傳送網(wǎng)以及網(wǎng)元設(shè)備的綜合管理，來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與網(wǎng)元之間更為高效合理的通信。在智能光網(wǎng)中，管理平面是所有工作的管理平臺(tái)，對(duì)于整個(gè)喜用的作用不言而喻。而光交換技術(shù)在其中的主要應(yīng)用既有硬光技術(shù)也有軟光技術(shù)。通過(guò)對(duì)光通道的建立、確認(rèn)和監(jiān)視來(lái)達(dá)到對(duì)整個(gè)智能光網(wǎng)的控制，并在需要的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行維護(hù)與故障恢復(fù)，以保證智能光網(wǎng)的正常運(yùn)行。

（3）控制平面的技術(shù)

光交換技術(shù)在控制平面中的應(yīng)用主要在兩個(gè)部分，即控制平面的基本功能與核心功能。在智能光網(wǎng)中，控制平面的基本功能主要包括路由功能、信令功能、鏈路管理功能和單元接口技術(shù)等，這些功能主要依靠光交換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)傳輸。而核心功能則包括網(wǎng)絡(luò)連接控制、網(wǎng)絡(luò)生存性、新型業(yè)務(wù)等。這些功能也需要光交換技術(shù)中的軟光技術(shù)來(lái)提供服務(wù)所需的軟件，同時(shí)在智能光網(wǎng)中，控制層上分布的關(guān)鍵技術(shù)眾多，還包括連接的控制以及接口技術(shù)等，要實(shí)現(xiàn)控制平面的各項(xiàng)功能，離不開(kāi)光交換技術(shù)的支持。

總而言之，目前光電路交換技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至實(shí)用化的階段，光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由過(guò)去的點(diǎn)與點(diǎn)之間的WDM鏈路發(fā)展到了如今的自動(dòng)化交換網(wǎng)絡(luò)，智能光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的發(fā)展在新技術(shù)的推動(dòng)下將會(huì)迎來(lái)網(wǎng)絡(luò)化、信息化、功能化和開(kāi)發(fā)性的更好發(fā)展。

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[2]劉波.光網(wǎng)絡(luò)中GMPLS核心轉(zhuǎn)發(fā)模塊設(shè)計(jì)與流量工程實(shí)現(xiàn)的考慮[D].電子科技大學(xué),2003年

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