光交換技術(shù)及其應(yīng)用

文/張相國(guó)李飛劉佳輝

光交換技術(shù)及其應(yīng)用

文/張相國(guó)1李飛2劉佳輝2

隨著時(shí)代的發(fā)展與科技的進(jìn)步，通信傳輸網(wǎng)絡(luò)中交換技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，尤其是光交換技術(shù)，展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展前景?？梢哉f(shuō)，光交換技術(shù)代表了光通信領(lǐng)域最先進(jìn)、最新型的交換技術(shù)。本文主要對(duì)空分光交換、時(shí)分光交換、波分光交換以及混合型光交換這幾種光交換方式進(jìn)行了介紹，并詳細(xì)介紹了光交換技術(shù)的應(yīng)用與市場(chǎng)前景。

光交換通信網(wǎng)絡(luò) 全光網(wǎng)絡(luò)

1 引言

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了越來(lái)越高的要求，光纖傳輸技術(shù)也隨之得到了迅速的發(fā)展。這便使得傳輸網(wǎng)可以從電傳輸、電交換發(fā)展成光傳輸、電交換。但要想實(shí)現(xiàn)全光通信網(wǎng)絡(luò)，把通信網(wǎng)建設(shè)成一個(gè)高質(zhì)量的寬帶通信網(wǎng)，則需要對(duì)光交換技術(shù)進(jìn)行深入的研究與利用。與其他類型的通信信號(hào)傳輸手段相比較，光交換技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著光交換技術(shù)的推廣，人們對(duì)它有著越來(lái)越深入的認(rèn)識(shí)和研究，在不久的將來(lái)，光交換技術(shù)將成為光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不可或缺的核心技術(shù)。

2 光交換技術(shù)

所謂的光交換技術(shù)，指的是讓信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程發(fā)生在光域里的一種技術(shù)。在目前已投入使用的光交換技術(shù)主要有空分光交換、時(shí)分光交換、波分光交換以及復(fù)合型光交換方式等。下面將對(duì)這些光交換方式進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.1 空分光交換

所謂空分光交換，指的就是在空間域上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交換。在這種光交換技術(shù)中，所有的處理都是圍繞空間光開(kāi)關(guān)進(jìn)行的。其基本原理就是把若干個(gè)光交換節(jié)點(diǎn)組成可控的門陣列開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制交換節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)便可控制輸入端的其中任意一個(gè)信道與輸出端的任意一個(gè)信道的連通或斷開(kāi)，從而完成光信號(hào)的交換過(guò)程。

常見(jiàn)的空間光開(kāi)關(guān)可以將其分為光纖型光開(kāi)關(guān)和自由空間型光開(kāi)關(guān)。而基本的光纖型光開(kāi)關(guān)的輸入端以及輸出端均具有兩根光纖，實(shí)現(xiàn)兩種不同的連接方式，分別是平行連接和交叉連接。這樣一來(lái)，光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)便有四種方法：波導(dǎo)型光開(kāi)關(guān)、門型光開(kāi)關(guān)、機(jī)械型光開(kāi)關(guān)以及熱光開(kāi)關(guān)。

2.2 時(shí)分光交換

時(shí)分光交換則是在時(shí)分復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的光交換方式，它利用時(shí)隙互換原理在光域完成了交換。也正因如此，時(shí)分光交換方式能夠很好地和時(shí)分多路復(fù)用的光傳輸通信網(wǎng)兼容。其中，時(shí)隙互換原理指的是把時(shí)分復(fù)用幀當(dāng)中不同時(shí)隙信號(hào)的位置進(jìn)行互換，重點(diǎn)在于能否按順序把時(shí)分復(fù)用信號(hào)正確地存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中去，且能夠?qū)⑻幚砗笮纬傻牧硪粋€(gè)時(shí)隙陣列按正確的順序輸出。另一方面，時(shí)分光交換具有的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)便是它可以時(shí)分復(fù)用不同的光器件，從而可以降低硬件設(shè)備的使用數(shù)量，在與光通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行很好地兼容后，便可構(gòu)成全光通信網(wǎng)絡(luò)。

2.3 波分光交換

波分光交換是在波分復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的光交換方式，它是以光波長(zhǎng)的相互轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)光的交換。其中，我們可以從光波分復(fù)用信號(hào)中檢索出我們需要的光信號(hào)的波長(zhǎng)，并將其調(diào)制到另一不同的光波長(zhǎng)上完成傳輸，從而實(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)的互換。波分光交換的優(yōu)勢(shì)在于它可以將光路的寬帶特性最大化地利用，實(shí)現(xiàn)電交換完不成的波分型交換網(wǎng)。由于當(dāng)若干根光纖中相同波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)入到同一根光纖時(shí)，我們可以利用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器來(lái)將其中一路光信號(hào)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到其他波長(zhǎng)上去，提供N2M2個(gè)連接數(shù)，這樣一來(lái)便可以很大程度地降低阻塞率。

2.4 混合型光交換

所謂混合型光交換，指的是在一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)采用上述兩種及以上的交換方式。

從以上的介紹我們可知，不同的光交換方式具有不同的優(yōu)點(diǎn)和適用環(huán)境，倘若能夠?qū)⑷舾煞N光交換技術(shù)復(fù)合起來(lái)應(yīng)用將可以把各自的優(yōu)勢(shì)最大化地體現(xiàn)出來(lái)，以更好地滿足實(shí)際化的應(yīng)用。常見(jiàn)的復(fù)用方式包括空分/時(shí)分光交換方式、波分/空分光交換方式、頻分/時(shí)分光交換方式以及時(shí)分/波分光交換方式。例如，若要設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)，則需要利用波分/空分復(fù)合型光交換系統(tǒng)進(jìn)行多級(jí)鏈路連接。這種技術(shù)需要將多路信號(hào)分路接入鏈路，在鏈路上利用波分復(fù)用技術(shù)來(lái)完成多路化鏈路的鏈接。另外，我們也可以利用時(shí)分/波分光交換方式設(shè)計(jì)一種很有應(yīng)用前景的復(fù)合型光交換系統(tǒng)，它的復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積。

3 光交換技術(shù)的特點(diǎn)

隨著我國(guó)科技的進(jìn)步與光交換技術(shù)的發(fā)展，通信傳輸網(wǎng)絡(luò)正逐步向著全光的方向發(fā)展，在光通信領(lǐng)域中，通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護(hù)和自愈功能所起到的作用越來(lái)越大。光交換技術(shù)在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用能夠使網(wǎng)絡(luò)的可靠性與靈活性有較大的提升。其中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用可以保證在競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生時(shí)，將突發(fā)包在與指定輸出線不同的波長(zhǎng)上發(fā)送出去。這樣做不僅適用于電路交換，同樣也很適合光分組/突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)，但這同樣也需要快速可調(diào)諧變換器在其中發(fā)揮作用。

另外，光交換技術(shù)還可以傳輸波形的信號(hào)，當(dāng)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中有波形信號(hào)在傳輸時(shí)，光纖能夠有效地避免波形信號(hào)幅度或周期的失真，使通信信號(hào)能夠高效地進(jìn)行傳輸。不僅如此，光交換技術(shù)還可以靈活地對(duì)線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即通過(guò)控制光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中的光路變換器來(lái)控制傳播光路的轉(zhuǎn)換，既保證了通信信號(hào)的安全性，又能夠?qū)饫w傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效地轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)語(yǔ)

光纖通信網(wǎng)絡(luò)自投入應(yīng)用以來(lái)，在各個(gè)方面都體現(xiàn)出了不可比擬的優(yōu)勢(shì)，具有傳輸容量大、損耗小、中繼距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此，已逐漸取代傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，成為現(xiàn)代傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)。而隨著光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通信業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，這也對(duì)交換方式提出了更高的要求。就目前形勢(shì)來(lái)看，通信技術(shù)正在由電交換的方式向著光交換的方式發(fā)展。我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷完善，光交換技術(shù)將取代其他交換技術(shù)。隨著光交換技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，光交換技術(shù)也將日益趨向成熟，定會(huì)在光纖通信領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用。

[1]鄒自立.光交換技術(shù)談[J].光通信技術(shù),2001(04)：246-249.

[2]馬楠,靳慧英.淺談光交換技術(shù)在傳輸通信中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(16)：19.

作者單位
1.重慶郵電大學(xué)光電工程學(xué)院 重慶市400065
2.河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 河南省鄭州市 450001

張相國(guó)（1996-），男，安徽省亳州市人。大學(xué)本科在讀。目前就讀于重慶郵電大學(xué)光電工程學(xué)院。主要研究方向?yàn)楣饫w通信。