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1、,教学大纲要求 1. 基本要求 （1）了解光波分复用原理和光网络结构。 （2）掌握光分插复用设备和光交叉连接设备的组成及 工作原理。 （3）了解光的分组交换与突发交换原理。 2. 重点、难点 重点：基于光波分复用和波长选路的光网络及光交叉 连接设备。 难点：光交换器件。 3. 说明 以讲述光交换的概念和原理为主，适当介绍相关器件。,第10章 光交换,1,2,目前广泛应用的光网络是基于波分复用(WDM)与波长选路(WR)的光承载网络(OTN)。OTN中采用的交换技术为光路交换。光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备(OXC)是两种光路交换设备。本章将在讲述WDM和OTN的基本原理之后，着重讨
2、论OADM和OXC的工作原理与关键技术。最后介绍光分组交换和突发交换的概念。,内容：10.1 光波分复用原理 10.2 基于波分复用和波长选路的光承载网 10.3 光分插复用设备（OADM） 10.4 光交叉连接设备（OXC） 10.5 光的分组交换与突发交换,关于光交换,3,10.1 光波分复用原理,光波分复用(WDM)是在一条光波信道中用多个载波同时传输光信号的技术，波分复用传输系统的工作波段，目前位于1.501.60m的范围内。下图给出了光载波配置示意图 。,载波频率间隔：200/100/50GHz；波长间隔约为：1.6/0.8/0.4nm,4,光波分复用原理（续）,光纤波分复用系统的基
3、本组成如下图所示。在发送端，各路电信号经过接口电路调制到工作于不同载波频率的光发射机上，光复用器（OMUX）组合各发射机输出的光信号，并耦合到同一光纤上传输。复合光信号在光纤线路上传输一段距离后，要用光放大器（OA）对光信号进行中继放大。,WDM系统的基本组成,光纤,光发射机,光放大器,接口,l,1,光接收机,接口,l,2,l,W,l,1,l,2,l,W,光域,OMUX,ODMX,在接收端，光解复用器（ODMX）分离不同波长的光信号，分别送给光接收机，并将光信号转换为电信号，作进一步的处理后从不同的接口输出。,5,光波分复用原理（续）,WDM技术的主要特点,（1）利用多个载波并行传输，突破电子
4、电路的速率极限，减小了光纤色散的影响，充分利用了光纤的巨大带宽资源； （2）节省线路投资，便于实现已铺设光纤的扩容 ； （3）各波长的信道相对独立，可同时传输不同类型、不同速率的信号； （4）可降低对光发射机(E/O)和光接收机(O/E)器 件工作速率的要求； （5）具有高度的组网灵活性和可靠性。,6,10.2 基于WDM和WR的OTN,光承载网 (OTN),N,1,N,2,N,3,N,4,N,5,N,6,1,1,1,1,1,1,1,2,2,OTN,单波长网络,单波长网络,SDH,SDH,IP,IP,基于WDM的光纤传输链路与光交换结点可以构成如下图所示的光承载网OTN。 交换结点 核心结点C
5、N (N2、N3、N4、N5 )，中继转发 边缘结点EN (N1、N6 )，中继转发、对外接口 光纤链路 多纤链路、单纤链路、波长链路 （每纤多波长）,7,基于WDM和WR的OTN（续）,光承载网 (OTN),N,1,N,2,N,3,N,4,N,5,N,6,1,1,1,1,1,1,1,2,2,OTN,单波长网络,单波长网络,SDH,SDH,IP,IP,光波长通道（光路）对外承载业务，由多段波长链路串接而成，如图中的红、紫色细实线及红色虚线所示 。若交换结点无波长转换能力，则构成光路的各波长链路的波长必须一致（这一约束称为“波长一致性限制”）；否则，不受此约束。,8,10.3 光分插复用设备(O
6、ADM),9,OADM的实现方法及其工作原理,基于解复用/复用结构的OADM,10,OADM的实现方法及其工作原理(续),基于光纤MZI和FBG的OADM,基于光纤马赫曾德尔干涉仪(MZI)和光纤布喇格光栅(FBG)构成的全光纤型OADM如下图所示。 MZI通常使用两个3dB定向耦合器，通过光波的干涉原理来实现不同波长从不同的端口输出。 FBG是一种反射型光纤光栅，它只对某一个波长为中心的很窄波长范围的光波发生反射，而不影响其它波长的光波通过。,11,OADM的实现方法及其工作原理(续),基于光纤光栅和光纤环行器的OADM,12,OADM的实现方法及其工作原理(续),基于介质薄膜滤波器和环行器
7、的OADM,基于介质薄膜滤波器(DTMF)和环行器结构的OADM如右图所示。DTMF是一种光信号的带通滤波器，只让特定波长的光信号通过，其它波长的光信号被反射回环行器。,环行器,环行器,1,1,1,1,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,3,3,3,2,2,2,2,多个波 长输入,多个波 长输出,DTMF,DTMF,可变衰减器,Add,1,Add,2,Add,3,Add,4,Drop,1,Drop,2,Drop,3,Drop,4,1,2,22,光开关,1,2,2,3,3,4,4,3,13,10.4 光交叉连接设备(OXC),光交叉连接设备(OXC)是光网络的重要部件，主要用于边缘结
8、点和核心结点的光交换机中。 光交叉连接通常分为三类，即光纤交叉连接(FXC)、波长选择交叉连接(WSXC)、波长变换交叉连接(WIXC)。,空分光交换,14,基于空分光交换基本单元，通过集成，可以构成更大规模的空分交换矩阵或交换网络。,光交叉连接设备(OXC) （续）,空分光交换矩阵 多级空分光交换结构,空分光交换-举例,15,OXC不仅要实现输入光纤链路与输出光纤链路之间的(空分)交叉连接，而且要实现输入波长链路与输出波长链路之间的(波分)交叉连接。波分交叉连接又分为波长选择交叉连接(WSXC)和波长变换交叉连接(WIXC)。,光交叉连接设备(OXC) （续）,WSXC原理框图 WIXC原理
9、框图,波分光交换,16,WSXC中每个空分交换器提供的点对点连接数为NN，整个WSXC提供的点对点连接数为N2W。WIXC的NWNW空分交换器实现所有NW路光信号的交叉连接，可能提供的点对点连接数达到N2W2，从而改善了阻塞性能。,光交叉连接设备(OXC) （续）,WSXC与WIXC的比较,波长变换器的功能是将信息从承载它的一个波长转移到另一个波长上。在OXC中采用波长变换器可以增加光网络波长选路的灵活性，即不受“波长一致性限制”。实现波长变换的方法有两种：光/电/光法和全光法。,波长变换器,17,讨论（1）,基于WDM和WR光网络的业务量疏导问题,18,讨论（2）,从硬件方面看，两者是基本相
10、同的，都由三大部分组成。按照连接变动的时间尺度，信道资源的分配分为“永久”、“半永久”和“即时”三种方式。一般说来，交叉连接设备只实现信道的永久、半永久分配。而交换机则要求实现所有三种信道分配方式，其中“即时”分配方式要求交换机具有信令处理功能。因此，光交叉连接设备与光交换机的主要区别是看它是否能实现控制面协议。能自动实现控制面协议的光交换机称为自动光交换机。相应的，由自动光交换机构成的光网络称为自动交换光网络(ASON)。,光交叉连接设备与光交换机的联系和区别,19,10.5 光的分组交换与突发交换,光分组交换,由于光路交换在信道容量的分配方面缺乏灵活性，从发展的角度看，未来互联网的骨干网应
11、该采用光的分组交换。光分组完全在光域中进行存储转发处理，彻底消除了电子瓶颈，因此光分组交换被认为是未来宽带IP骨干网的主要支撑技术之一。 与电分组交换相似，光分组交换也是一种存储转发式的交换，不过存储转发的基本数据单元是光分组(Optical Packet)。光分组由分组首部、载荷域和保护时间三部分组成。 在光分组交换结点中必须设有光分组的缓冲存储器，用以解决两个或两个以上的分组同时或接近同时到达同一输出端口而引起的“输出冲突”问题。 光分组交换目前还有许多技术难题有待解决，其中最突出的问题是光分组的随机存储器件和光逻辑处理器件。,20,光的分组交换与突发交换(续),光突发交换,21,光的分组
12、交换与突发交换(续),光突发交换-BCP与DB转发过程,入口EN首先对输入的IP分组进行分类汇聚，即将多个IP分组汇聚并组装成数据突发(DB)。然后，EN生成与该DB对应的突发控制分组(BCP)，通过控制波长信道传输给与之相邻的CN。 CN接收BCP，对其在电域进行处理。BCP中包含与之对应的DB的相关信息(出发时刻、长度、优先级、路由信息等)。CN根据这些信息为随后到达的DB预留资源，并将BCP向下一跳转发，直至BCP到达出口EN。这样，通过BCP在入口EN到出口EN之间的转移，就为相应的DB“预留”了一条临时的虚拟光路。这一光路的保持时间就是该DB的长度。入口EN在发出BCP后，经过一段偏
13、移时间(Offset)，就将相应的DB发送到预定的数据波长信道。 DB无需经过任何的光电转换和存储，直接在光域穿越CN，到达出口EN。出口EN将DB解汇聚，拆分为原来的IP分组，再送给外围的IP子网。,22,光的分组交换与突发交换(续),资源预留问题,资源预留有“单向预留”和“双向预留” 。在OBSN中一般采用单向预留协议，而不采用双向预留协议，其根本原因是偏移时间的限制。采用单向预留协议，偏移时间只要大于沿途各核心结点处理BCP的时间之和即可，一般为几十微秒。,光突发交换与光路交换相比，在传送突发性业务的条件下，OBS显著提高了信道带宽的利用率；与光分组交换相比，OBS在电域实现复杂的交换控制功能，在光域实现数据突发的传送。因此OBS很可能成为近中期光互联网的核心技术。,OBS采用单向预留协议必然存在由资源冲突引起的数据突发丢失问题。当前，正在研究从多方面解决数据突发丢失问题，以达到实用要求。,光突发交换的优点,OBS存在的问题,谢谢大家!,23,
