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浅谈光交换技术的特点及通信中的应用【摘要】本文分析了光交换技术的特点，介绍了光交换的分类，阐述了光交换的方式及应用。
【关键词】光交换技术特点分类应用中图分类号：tn913文献标识码：a 文章编号：1006-6675（2013）15-随着通信技术和计算机技术的不断发展，光交换技术是全光通信网中的核心技术，对于现代通信技术发挥着重要的作用。
在现代科学技术不断发展的背景下，技术发展需要在通信网中建立一个高质量的宽带通信网，用以实现高度透明、高活性的全光通信网是我们的最高建设目标。
1、光交换技术的特点随着通信网络逐渐向全光平台发展，网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重要。
光交换技术能够保证网络的可靠性，提供灵活的信号路由平台。
采用波长变换器，在发生竞争时可以将突发包在与指定输出线不同的波长上发送出去。
这种解决方案在竞争分组的延迟方面是最佳的，适合电路交换，也适合光分组突发交换网络，但需要快速可调谐变换器。
最近研究结果表明，在分组交换光网络中波长交换是一种最有潜力的可选方案之一，它能最有效地降低光分组突发的丢包率，特别是应用于多波长dwdm系统，因此快速可调波长变换器是目前研究的热点。
2、光交换的分类我们把不经过光/电转换器的转换，就能直接将光信号输入端交换到光输出端的交换方式叫做光交换。
从波长和组数方面可以分类，分为光路光交换和分组光交换。
2.1 分组光交换。
分组光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。
时分复用：把时间划分成帧，每帧化成n 时隙，并分配给n路信号，再把n路信号复接到一条光纤上。
在接收端用分接器恢复各路原始信号。
时隙互换：把时分复用帧中各个时隙的信号互换位置。
首先使复用信号经过分接器，在同一时间内，分接器每条出线上依次传输每一个时隙的信号；然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，获得不同的延迟时间；最后用复接器把这些信号重新组合起来。
ops的核心节点的结构包括复用/解复用器、输入和输出接口以及内部的缓冲器和控制器。
光传输题库+答案一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、光纤的使用寿命一般在（）年左右。
A、10B、20C、40D、30正确答案：B2、接头组可以不用将( )带到割接现场。
A、调纤方案、割接步骤记录表B、纤芯纤序对照表和系统开放表C、备用纤芯测试表D、割接时间及人员安排表正确答案：C3、根据ITU建议，OTU完成将SDH业务侧光接口转换为符合（）建议的光接口。
A、G.691B、G.692C、G.693D、G.694正确答案：B4、发现缆中有若干根光纤的衰减变动量都大于（）时，应迅速进行处理。
A、0.01dB/kmB、0.2 dB/kmC、0.1 dB/kmD、0.05 dB/km正确答案：C5、波分复用系统中接收灵敏度、（）及过载点是光接收器的关键参数。
A、A 接收光功率B、B 动态范围C、C 偏置电流正确答案：B6、DWDM系统中光纤中的非线性效应是主要由什么原因引起的（）A、复用波长太多B、光纤结构缺陷C、组成光纤的材料不理想D、光纤中信号光场太强正确答案：D7、在DWDM系统中，光源除了要具有标准而稳定的波长外，还要具有的突出特点为（）A、比较大的色散容纳值B、较大的功率C、较大的谱宽D、较小的线宽正确答案：A8、在割接时，线路两端中继站判断调度或复原是否成功的最有效而准确的方法是( )A、本地维护终端B、网管C、传输仪表测试D、设备面板灯正确答案：A9、以下哪项参数主要限制了光信号的传输距离。
A、A- 损耗B、B-色散C、C-温度D、D-湿度正确答案：A10、光分路器是一种可以将一路光信号分成多路光信号以及完成相反过程的无源器件，简称( )A、A- ODNB、B-ODFC、C-OBDD、D-ONU正确答案：C11、某GYTA光缆直径为15mm，一般选用的挂钩程式应为（）。
A、25B、35C、45D、55正确答案：B12、在1.31 µm窗口色散为0的光纤是（）。
A、G.651B、G.652C、G.655正确答案：B13、分插复用器用（）表示。
光交换方式与光交换网络光交换方式由于光通信传输技术的传输速率到达了Tb/s的数量级，大大提高了通信传输的质量和可靠性，但是在第一代光网络中，节点具有的电子速率的极限使得不断增长的传输速率受到限制。
此时，为了实现光信号的直接交换，摆脱光电转换所受的限制，光子技术被引入到节点的交换系统，以期实现全光网络。
因此，光交换的实现成为第二代光网络的根底。
光交换是指不经过任何光/电转换，将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。
光交换的实现可以简单归结为如何实现交换回路和控制部件的光子化，目前由于实用的光逻辑器件还相当缺乏，光交换系统的交换路径是全光的，控制部件那么由电子电路完成，也称电控光交换。
光交换方式、器件以及网络的组建是光交换的研究重点。
和普通的电交换技术相似，光交换分为光路〔通道〕交换和光分组交换两种方式。
光路交换是通过在主叫和被叫两个终端之间建立一个光连接通道。
该通道可能是一根光纤，也可能是采用复用技术构建的存在于光复用线路中的一个信道。
这条通道在一个呼叫的通信期间将一直保持到通信完毕。
光分组交换是一种信息包的交换。
通过某种光调制方式将用户信息形成光信号序列，然后分割成一个个分组，并被附加上各自的光分组头〔描述其源地址、目的地址和分组序号等〕。
它们独立经过光分组网的节点，节点解读分组头获得路由信息然后进展选路，然后将它们发送到目的地。
以下是原理图：8 2Figure 光分组交换光路交换中一个通信业务独占一条通路或信道，而分组交换允许多个通信业务动态地、分时段共享某一通道，因此它对网络的利用比光路交换更充分和灵活。
通常实时性要求高、业务量平稳的通信会使用光路交换，突发性明显的通信使用分组交换。
光交换按照光信号信道复用方式可划分为空分光交换、时分光交换、波/频分光交换和码分光交换等。
光交换的特点：1、由于光交换不涉及到电信号，所以不会受到电子器件处理速度的制约，与高速的光纤传输速率匹配，可以实现网络的高速率。
1、复用技术复用技术的主要目的是扩容，传统的扩容方法采用ETDM（电时分复用）方式，但由于现代通信网对传输容量要求的急剧提高，利用TDM方式已日益接近硅和砷化镓技术的极限，并且传输设备的价格也很高，光纤色散和极化模色散的影响也日益加重。
因此人们正越来越多地把兴趣从电时分复用转移到光复用。
光复用有3种技术，即光时分复用（OTDM）、光波分复用（OWDM）以及正处于研究阶段的光码分复用（OCDMA）。
1.WDM技术及OTDM技术迄今为止，WDM技术是研究最多、发展最快、应用最为广泛的技术，经过数年的发展和应用，已趋于成熟，而且越来越成为现代通信系统中不可替代的传输技术。
目前，WDM系统的传输容量正以极快的速度向前发展，直接基于WDM传输的业务也越来越多。
WDM技术正对光通信的发展起着重要的作用，其作为现代超大容量传输规模的复用技术的优越性将体现得越来越为明显。
随着WDM系统单信道速率越来越高、复用的路数越来越多、信道之间的间隔也越来越窄，WDM 系统表现出来的色散（包括偏振模色散）、互相位调制（XPM）和4波混频（FWM）等非线性效应严重地影响了系统的性能，同时对所用光纤的性能、光放大器的带宽范围及增益平坦度、偏振模控制器的性能、分会波器的隔离度等等件的性能都提出了很高的要求。
OTDM指利用高速光开关把多路光信号复用到1路上传输，利用OTDM技术可以。
获得较高的速率带宽比，可克服EDFA增益不平坦、4波混频（FWM）非线性效应等诸多因素限制，而且可解决复用端口的竞争，增加全光网络的灵活性。
虽然，OTDM有以上的优点，但由于其关键技术（高重复率超短光脉冲源、时分复用技术、超短光脉冲传输技术、时钟提取技术和时分解复用技术）比较复杂，更为重要的是实现这些技术的器件特别昂贵，而且制作和实现均很困难，所以这项技术迟迟没有得到很大的发展和应用。
但随着系统扩容的需要、技术的不断创新、器件制造水平的不断提高以及克服单单依*WDM技术不足以解决的困难，最终OTDM 也将得到很大的发展和应用。
什么是光突发交换技术目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching).三种光路交换技术目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching).其中研究得最多最成熟的是光路交换OCS,网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的地端的光路(每一个链路上均需要分配一个专业波长)。
交换过程共分三个阶段：①链路建立阶段是双向的带宽申请过程，需要经过请求与应答确认两个处理过程。
②链路保持阶段，链路始终被通信双方占用，不允许其他通信方共享该链路。
③链路拆除阶段，任意一方首先发出断开信号，另一方收到断开信号后进行确认，资源就被真正释放。
从长远来看，全光的分组交换OPS是光交换的发展方向。
OPS是一种不面向连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由。
分配资源。
分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点需要缓存净荷，等待带分组目的地的分组头的处理，以确定路由。
相比OCS,OPS有着很高的资源利用率，和很强的适应突发数据的能力。
但是也存在着两个近期内难以克服的障碍：一是光缓存器技术还不成熟；二是在OPS交换节点处，多个输入分组的精确同步难以实现。
因此光分组交换难于在短时间内实现。
1997年，由ChunmingQiao和J.S Tunnor分别提出的一种新的光交换技术——光突发交换OBS,作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术。
OBS结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点，已引起了越来越多人的注.什么叫突发？光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小的具有相同出口边缘节点地址和相同QoS 要求的数据分组组成的超长数据分组，这些数据分组可以来自于传统IP网中的IP包。
光交换技术光分组交换技术第九组：邓傲白杨王琰光交换技术08光信第九组摘要：光交换技术是指不经过任何光／电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。
光交换技术可分成光路光交换技术和分组光交换技术。
光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术、时分交换技术、波分／频分交换技术、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。
光分组交换系统所涉及的技术主要包括：光分组交换技术，光突发交换技术，光标记分组交换技术，光子时隙路由技术等。
关键字：光交换技术光／电转换码分交换技术复合型交换技术光分组交换光突发交换技术光标记分组交换技术光子时隙路由技术正文：光交换技术是指不经过任何光／电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。
光交换技术可分成光路光交换技术和分组光交换技术，前者可利用OADM、OXC等设备来实现，而后者对光部件的性能要求更高。
由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制，即所谓的电控光交换。
随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。
光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术、时分交换技术、波分／频分交换技术、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。
光分组交换系统所涉及的技术主要包括：光分组交换技术，光突发交换技术，光标记分组交换技术，光子时隙路由技术等。
课堂上老师已经讲了空分、时分、波分交换技术，下面介绍其它的光交换技术：码分光交换, 是指对进行了直接光编码和光解码的码分复用光信号在光域内进行交换的方法。
所谓码分复用, 就是靠不同的编码来区分各路原始信号, 而码分光交换则是由具有光编解码功能的光交换器将输入的某一种编码的光信号变成另一种编码的光信号进行输出, 由此来达到交换目的。
随着光码分复用(OCDMA ) 技术的发展, 码分光交换技术必将得到迅速的发展和应用。
光突发交换技术摘要光突发换是近几年出现的一种光交换技术，它交换的单元粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换灵活，带宽利用率高，又比光分组交换易于实现；全面介绍了这种交换技术，并对它与电路交换和光分组交换性能进行了比较。
另外，还对光突发交换的关键技术进行了讨论，结合下一代互联网的技术趋势，对光突发交换的前景进行了评价。
关键字光突发交换突发包关键技术正文1引言光交换技术在全光通信网中占有非常重要的地位。
具有传输透明性（包括业务类型、传输速率以及传输格式等）和高度生存性的全光网络，是当前WDM 光网络所追求的重要目标。
从系统角度来看，光交换技术与光监控技术、光放大技术和光处理技术等其它光网络技术一样，都是WDM 光网络的关键支撑技术。
但是在这几种关键支撑技术当中，光交换技术是其核心技术，因为在WDM 光网络向全光网络的演进过程中，需要由光交换技术在光域完成网络的优化、路由、保护和自愈功能，以实现网络的高速率和协议透明性，提高网络的重构灵活性和生存性。
因此在某种程度上，光交换技术决定了全光通信的发展。
提出的光交换技术主要有三种：光波长路由交换或光路交换OCS (Optical Circuit Switching)、光分组交换OPS (Optical Packet Switching)和光突发交换OBS (Optical Burst Switching)。
针对电路交换和分组交换的缺点，近年来，国外有人提出了新的光交换技术———光突发交换（OBS—Optical Burst Switching）。
光突发交换中，使用的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换灵活，带宽利用率高，又比光分组交换更贴近实用。
可以说，它结合了两者的优点且克服了两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而逐渐引起了众多学者的重视。
2 OBS原理与特点突发交换（BS）的概念第一次出现在20 世纪80年代初期，主要用来传递话音业务。
OBS 与BS 的原理相同，但为了更好地利用业已成熟的电子技术和先进的光子技术，它使用分离的波长来传送突发包和它们的控制头。
突发包是OBS 网络中传送的基本数据块，是一些具有相同目的地址和特性（如OOS 要求）的分组的集合。
每个突发包拥有一个控制头，用来在交换节点处预订带宽。
控制头还包含有必要的路由信息，交换节点利用这些信息路由相应的突发包。
控制头以分组的形式发送，称为控制分组，控制分组应该先于突发包发送，两者之间的时序关系由OBS 所采用的协议确定。
对于采用DWDM 技术的每个链接，其中的一个或多个波长用来传送控制头，称为控制信道。
其他的波长用来传送突发包，相应地称为数据信道。
OBS 与电路交换、OPS 相比，主要的不同点如下：(1) 突发包与电路交换和OPS 中的交换单元（它们分别是呼叫和分组）相比具有中等的粒度；(2) OBS 中，对一个突发包，以单向处理的方式预留带宽，也就是可以在不知道是否成功获得带宽的情况下发送突发包。
而在电路交换中，对一个呼叫，带宽的预定是以双向处理的方式进行的。
换而言之，数据只有在连接建立起来之后才能发送；(3) OBS 中，突发包可以直接通过中间节点而无需缓存。
与之相比，在OPS 中，分组在每一个中间节点都要被存储并转发。
3 OBS网络及节点结构OBS网络的基本结构如图1所示，OBS网络由处于网络边缘的边缘节点(EN, Edge Node )、位于网络中心的核心节点(CN, Core Node)以及WDM链路组成。
边缘节点提供突发包(Burst)的组装和拆分功能，并且提供了各种网络接口(如: Gigabit-Ethernet, Packet over SONET (POS), IP/ATM等)，使之可以和其它协议类型的网络互联，实现在输入端将各种祯结构能够通过组装算法组装为突发数据包，并且在输出端将突发数据包解封装为各种数据信号。
核心节点主要由光交换矩阵(Optical Switching Matrix)和交换控制单元(Switch Control Unit)组成,核心节点主要完成突发控制分组的处理以及根据控制分组的到的信息为数据预留相应的信道资源。
图 1OBS网络采用分离的波长来传输数据和它们的控制信息。
网络中传输的基本数据块是将一些具有相同目的地址和特性(如QOS要求)的分组经边缘节点聚合组装后形成的突发包。
突发包长度可以是固定的，也可以是变化的。
每个突发包配有一个控制头，控制头中含有该突发包的相关信息，用于在其所经过的网络节点预留带宽。
控制头以分组的形式发送，称为突发控制分组(BCP Burst Control Packet )，将传送BCP的信道成为控制信道。
控制分组先于突发包发送，两者之间的时序关系由OBS采用的信令协议确定(偏置时间offset-time)。
在BCP分组发出后间隔偏置时间offset-time开始发送突发数据分组（BDP Burst Data Packet）,同样将传输BDP的信道成为数据信道，一般情况下，控制信道和数据信道分离，使用不同的信道传输各自的数据。
核心节点的主要功能是主要完成突发控制分组BCP的处理，以及根据控制分组的信息根据信道调度算法为数据BDP预留相应的信道资源，还包括了协议的处理等功能。
一个N ×M 光核心路由器的通用结构如图2所示，它由输入FDL、光交换矩阵、交换控制单元(SCU)，路由信号处理器组成。
数据信道连接至光交换矩阵，控制信道接至交换控制单元(SCU)。
如果核心路由器中使用了光纤延迟线来延迟数据突发的到达，这就使SCU 有充分的时间处理BCP。
数据突发在光核心路由器中仍为光信号。
FDL 缓存( FDL Buffer )用来解决输出DCG 上的数据突发竞争冲突。
图2概括来讲，OBS网络核心路由器大致包括四个主要组成部分：光交叉模块，交换控制模块，以及协议处理模块，线路接口模块。
其中交换控制模块功能包括对信令处理、转发表的查找、资源的预约及冲突判决和处理等。
（实现上的option：集中与分布）协议处理模块主要实现高层协议的处理，包括转发表的维护与更新等。
光交叉模块主要由空分交叉矩阵、FDL 和TWC 组成，在交换控制模块提供的配置信息控制下，这些部件协调工作，共同为数据提供透明的通道。
线路接口模块包括MUX/DEMUX、EDFA 等与光传输相关的器件。
研究较热的核心路由器技术有以下几方面：集中式与分布式的控制处理、光交叉矩阵的实现、光纤延时线FDL的实现、波长变换器TWC的实现。
4 OBS 的关键技术OBS 的关键技术有突发包的生成、OBS 协议和交换输出信道的调度等。
4. 1 光突发包的生成在OBS 网络中，突发包的生成是在输入边缘节点完成的。
以IP 分组为例，在输入边缘节点处，多个具有相同的目的地址和一些其它与业务相关特性（如OOS）的IP 分组封装成一个突发包。
突发包的长度可以是固定的，也可以是变化的。
节点为每个突发包配备了一个控制分组。
为了完成上述的突发包生成，边缘节点的层次结构中，需要加入一MAC 层。
对于采用IP Over DWDM传送技术的网络，MAC 层位于IP 层和WDM 层之间，如图3所示。
从图 3 可以看出，在输入边缘节点处的MAC 层需要完成以下功能：(1)把分组（对IP 业务而言）组装成突发包；(2)当突发包位于队首时决定偏置时间的值，并且发送一个包含有路由信息、突发包长度和偏置时间等信息的控制分组；(3)经过偏置时间后，把突发包送入光层；(4)在输出边缘节点处，MAC 层只需完成从突发包中提取出分组的工作即可。
图 34.2 OBS 协议及偏置时间OBS 的本质是利用控制分组来预留突发包所要经过的交换节点处的带宽，所以必须要保证突发包和控制分组之间合理的时序关系。
根据偏置时间的长短，OBS 协议有两类：TAG（tell-and-gO）和TAW（tell-and-wait）。
采用TAG 协议的OBS 中，信源发送控制分组后马上发送突发包，因此在交换节点处，需要光缓存来存储突发包以等待其控制分组信息的处理。
而在采用TAW 协议的OBS 中，信源发送控制分组后，还要等待一个偏置时间，才能发送突发包。
在这种情况下，交换节点处不需要用以弥补控制分组处理延时的光缓存器。
由于光缓存器实现起来较难，因此TAW 类协议比TAG 类协议更加适合于OBS。
TAW 类协议中比较典型的一种是JET（just-enOugh-time）协议。
此外，JET 协议还能通过偏置时间的长短来为业务提供不同的OOS 支持。
比如，为了让某一类业务以高的优先级预留带宽，可以增大其原来的偏置时间。
也就是说，OOS 要求高的业务，相应的偏置时间长，反之亦然。
结语下一代互联网采用IP over DWDM 技术的趋势越来越明显，对相应的交换技术的需求也越来越迫切。
OBS 作为一个合理的选择正逐渐引起了国内外学者的重视。
目前，OBS 的研究尚处于实验室研究阶段，国际上没有实际的OBS 网络。
在我国，还没有研究机构和人员做这方面的研究工作。
同时，OBS 还有一些问题尚未解决，在诸如究竟OBS 网络如何支持IP 等业务、突发数据的封装、来自不同信源数据的竞争、JET 协议的具体实施、OBS 与MPLS 的结合等问题上还需要进一步的研究。
参考文献：于金辉，范戈 - 《光通信技术》，2002, 26(5)顾畹仪 - 《中兴通讯技术》，2003, 9(z1)李景聪，殷洪玺，吴德明，徐安士，王勇《光通信研究》，2001, (5)。
