光交换技术.详解
光交换技术
现代光纤通信技术
现代光纤通信技术
光交换技术
ห้องสมุดไป่ตู้光交换：对送来的光信号直接进行交换，无需光/电/光变换
实现全光通信的关键技术
光的“电路”交换（OCS:Optical Circuit Switching） ▪ 空分光交换 ▪ 时分光交换 ▪ 波分/频分光交换 ▪ 码分光交换
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
8×8 光开关矩阵
光
光
用 户
耦 合 器
耦 合 器
监控电路
用 户
用 户
呼叫处理中心
时分光交换
▪ 时分光交换（Time Division Optical Switching）是以时分复用
为基础，用时隙互换原理来实现交换功能。
▪ 时隙互换是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置。 ▪ 时分光交换中最核心的工作是将时分复用信号顺序地存入存储器并
复合光交换：采用两种或多种交换方式
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
控制光选通元件的通断，实现空间任意两点（点到点、一点到多点、 多点到一点）的直接光通道连接。
▪ 实现的方法是通过空间光路的转换加以实现， ▪ 关键器件：光开关及相应的光开关阵列矩阵。
将经过时隙互换操作后形成的另一时隙阵列顺序地取出。
▪ 关键器件：光开关和光存储器
... ...
1
时隙
1
2 复 12 N 分 2
接 器 N
帧
接
器
N
时分复用原理
1
通信系统中的光通信技术应用
通信系统中的光通信技术应用随着科学技术的不断发展，光通信技术在通信系统中的应用越来越广泛。
光通信技术是指通过光的传输，实现信息传递的一种技术。
相比于传统的有线通信，光通信技术具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优势。
下面我们来探讨在通信系统中光通信技术的应用情况。
一、光传输技术光传输技术是一种利用光纤传输数据的技术。
光纤是一种高效率的数据传输介质，它是利用光的传输来实现数据传输的一种技术。
光纤传输速度极快，数据传输能力强，同时光线的传播距离较长，适合用来进行长距离数据传输。
目前，光纤应用范围非常广泛，在互联网、通信、电视等产业领域得到了广泛的应用。
例如，高清电视、四K电视、智能手机等产品都离不开光传输技术。
在通信系统中，光纤作为一种传输介质，正逐渐替代传统的铜缆和无线传输。
光纤具有抗干扰能力强、传输速度快等优势，可以满足高速数据传输和广带宽应用的需求。
二、光交换技术光交换技术是指基于光传输技术的交换技术。
光交换技术是一种利用光线来进行交换的技术，它可以实现对不同数据流的高速分流和聚合。
光交换技术在通信系统中的作用非常重要。
在数据传输中，光交换技术可以将多个信号进行整合，使其在光纤中进行传输。
光交换技术的工作原理是将不同的信号转换成光脉冲，在光纤中传输，然后再将光脉冲转换成对应的电信号。
光交换技术在通信系统中的应用主要体现在交换机方面。
光交换技术在交换机中的运用可以实现多路数据的传输和集成，同时还具有较好的安全性和可靠性。
三、光放大器技术光放大器技术是一种利用光学原理实现对光信号的放大的技术。
光放大器技术可以实现信号的纯光传输，避免了传统放大器所带来的噪声干扰。
光放大器技术在通信系统中的应用非常广泛。
它可以扩展光传输距离和信号传输速率，同时实现符号误差率低、抗干扰能力强等的优点。
在数据中心和通信网络中，光放大器技术可以提高网络的可靠性和安全性，从而为用户提供了更加高效和安全的服务。
四、光模谱分析技术光模谱分析技术是一种利用光学原理进行频谱分析的技术。
第九章 光交换
交叉连接
图8.2 耦合波导开关示意结构及逻辑表示
3 硅衬底平面光波导开关
特点:是插入损耗小(0.5dB)、稳定性高、可靠性好、成本 低，适合大规模集成，不足点是响应速度较慢，1~2ms。
薄膜倒相极 A
2 1
3dB耦合器
3dB耦合器
4 3
B W 加热 (a) 器件俯视图 薄膜倒相极 A 包层
放大器 j 出射光
控制
i 入射光
激光器 探测器
i 入射光
外调制器
j 出射光
(a) 直接转换
图8.4 光波长转换器结构
(b) 调制转换
9.2.3 光存储器
光存储器是时分光交换系统的关键器件，它可实现光信号的存 储，以进行光信号的时隙交换。目前常用的光存储器有双 稳态激光二极管和光纤延迟线(FDL)两种。
从单信道的同步数字系列SDH发展到多信
道的波分复用WDM，又发展到可重构的光传 输网络TON，仅仅用了20几年的时间。
2000年，为了适应光网络的优化、路由、
保护和自愈功能发展的需求，又提出了自动 交换光网络ASON的概念，ASON是智能化的光 网络，是下一代光网络的发展方向。
WDM点亮了光网络层
第九章
光交换
9.1 概述 9.2 光交换基本器件 9.3 光交换原理 9.4 GMPLS 9.5 ASON
本章重点：光交换原理，GMPLS与MPLS 的区别及GMPLS的技术优势。 本章难点：光交换原理。 本章课时：9学时 学习本章达到的目的和要求： 1．了解光交换的基本概念、特点及基本器 件。 2．了解各种光交换的基本概念、特点及原 理。掌握OCS、OPS和OBS的特点与区别。 3．了解GMPLS的基本概念，掌握GMPLS 与MPLS的区别及GMPLS的技术优势。 4．了解ASON的基本概念、特点及其基本 组成，掌握ASON与GMPLS之间的关系。
光交换技术.详解
光分组交换方式（OPS）
对应电交换中的分组交换
18
回顾----- 其中光路交换又分为 光路交换分为
空分光交换
时分光交换
波分光交换
19
其中光分组交换有：
1 ATM光交换
2 透明光分组交换
3 光突发交换
（ OBS——Optical Burst Switching ）
20
其中ATM光交换
λ1
λ2
λ1...λ4
波长解复
用
λ3
λ4
波长变换 波长变换 波长变换
λ1
λ2 波长复用
λ3
λ1...λ4
λ4
15
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
前方高能，请注意！！
16
10.3 光分组交换技术
最难部分我都没怎么搞懂
智商不够，同王宝强
17
光交换按交换方式可分：
光路交换方式（OCS）
加电
控制电极
输入
不加电
光信号通道
输出
6
光交换的基本器件
硅衬底平面光波导开关
波导臂
1
薄膜加热器
加热
2
3dB 耦合器
相位移动
1' 2'
7
光交换的基本器件
波长转换器
λi
输入光
放大器 探测器
外调制 器
激光器
λi
输出光
8
基本器件小节
光开关是完成光交 换的最基本的功能 器件
将一系列光开关组 成一个阵列，构成 一个多级互联的网 络，在这个阵列中 完成光信号的交换。
4
2
输出 3
4 交叉状态
光交换技术分类
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光交换技术分类（大纲）一、光交换技术概述1.1光交换技术背景1.2光交换技术发展历程1.3光交换技术在我国的研究现状二、光交换技术分类2.1按交换方式分类2.1.1空分光交换2.1.2时分光交换2.1.3波分光交换2.1.4码分光交换2.2按传输距离分类2.2.1本地光交换2.2.2长途光交换2.3按网络拓扑分类2.3.1星型光交换2.3.2环型光交换2.3.3网状光交换2.3.4总线型光交换三、典型光交换技术介绍3.1光时分复用技术（OTDM）3.2光波分复用技术（WDM）3.3光码分复用技术（OCDM）3.4光交换网络技术（OAN）四、光交换技术的应用4.1通信领域4.2计算机网络领域4.3广播电视领域4.4国防军事领域五、光交换技术的发展趋势及展望5.1技术发展趋势5.2市场前景分析5.3面临的挑战与问题5.4发展展望与建议一、光交换技术概述1.1光交换技术背景随着互联网的快速发展和大数据时代的到来，通信网络面临着前所未有的挑战。
传统的光传输技术已经无法满足现代通信网络对高速、大容量和灵活性的需求。
为了提高网络的性能和效率，光交换技术应运而生。
光交换技术是一种利用光信号进行信息传输和交换的技术，它可以在光域内实现信号的切换、复用和路由，从而提高通信网络的传输速率和容量。
光交换技术架构
光交换技术架构
《光交换技术架构》
一、简介
光交换技术是一种新兴的通信技术，将脉冲光子作为通信信号在光缆上传输。
传输距离比有线通信技术更远，可以更容易实现一对多的连接。
光交换技术是各种网络技术的基础，它可以将普通的有线网络的链路转换成光信号，大大提升网络的带宽和传输性能。
二、光交换技术架构
光交换架构由光纤、光交换器、光分纤器、光路控制器和光接收器等组成。
1、光纤：光纤是一种将脉冲光子作为信号传输的介质，由一根
或多根纤维组成，其中内部含有反射镜和折射镜，可以将脉冲光子传输到目标位置。
2、光交换器：光交换器是一种设备，它可以将多个点之间的光
信号转换成另一个点的信号，实现信号的路由和分发。
3、光分纤器：光分纤器是一种将光信号分发到多个光纤的设备，它可以根据客户需求将光信号分发到多个纤维上，实现一对多的连接。
4、光路控制器：光路控制器可以根据客户需求控制光纤的信号
流向，实现信号源的分发和路由控制。
5、光接收器：光接收器是一种设备，用于接收光信号，将光信
号转换成电信号，实现信号的接收和传输。
三、总结
光交换技术是一项新兴的通信技术，通过光纤传输脉冲光子作为信号，实现信号的路由和分发，也被称作光网络技术。
它由光纤、光交换器、光分纤器、光路控制器和光接收器组成，为各种网络技术提供了基础，可以提高网络的带宽和传输性能，使网络更加稳定可靠。
光交换机中的光电转换技术与性能分析
光交换机中的光电转换技术与性能分析光交换机是一种使用光纤传输数据的网络设备，其核心功能是将光信号转换为电信号进行传输，并在目标设备处将电信号转换回光信号。
光电转换技术是实现光信号和电信号之间相互转换的关键技术之一。
在本文中，我们将对光交换机中的光电转换技术及其性能进行分析。
光电转换技术用于将光信号转换为电信号。
这一过程包括光检测和光电转换两个步骤。
光检测是指将接收到的光信号转换为电压或电流信号的过程。
在光交换机中，常用的光检测器包括光电二极管（Photodiode）和光电导二极管（Avalanche Photodiode）。
光电二极管是基于内光效应工作的半导体器件，其特点是结构简单、响应速度快；而光电导二极管则是一种特殊结构的二极管，具有更高的灵敏度和增益。
选择光检测器时需要根据具体应用场景和性能需求进行综合考虑。
光电转换是指将光检测器输出的电信号转换为光信号的过程。
光电转换器通常由电流调制器和激光器（或LED）组成。
在光交换机中，常用的电流调制技术包括直接调制和外差调制。
直接调制是指直接将电信号应用于激光器或LED的注入电流，通过改变电流大小来实现光信号的调制。
外差调制则是将电信号和激光器（或LED）的光信号通过光电混频器进行混频，在混频过程中产生新的频率信号，实现光信号的调制。
选择适合的光电转换器技术需要考虑转换效率、调制速度、功耗等因素。
在光交换机中，光电转换技术的性能对整个系统的性能有很大影响。
首先是转换效率。
转换效率越高，转换过程中的能量损耗越少，能够提高光交换机的传输效率和数据传输速度。
其次是调制速度。
光交换机的调制速度决定了数据传输的速度，较高的调制速度可以提高网络的响应能力和传输效率。
此外，光电转换器的稳定性、线性度等性能指标也需要考虑。
与光电转换技术相关的性能指标还包括光电转换器的灵敏度和动态范围。
灵敏度是指光电转换器对输入光信号的响应程度，灵敏度越高，可以接收到较弱的光信号，提高系统的灵敏度和传输距离。
通信技术课堂——光交换技术
２ 时分光交换就是在 时间 ）
轴上将复用的光信号的时间位
置 转换 成 另一 时 间位 置 其 交
４ 复合型光交换是指在一 ）
个交换 网络 中同时应用两种 以
上 的光 交换 方 式。 空分＋时分 、
器）Ｏ Ｄ Ｏ ｕａ Ａ ｄＤ ｏ 、 Ａ Ｍ（ ｐ ｃ ｄ－ ｒ ｌ ｐ Ｍｕｉ ｅｅ． ｌｐ ｘｒ光分插 复 用器） ｔｌ 是
顺 序 包容 的 ． 即 Ｏ Ｄ 是 Ａ Ｍ Ｏ Ｃ的特例 Ｘ 由于 Ｏ Ｃ和光 Ｘ 交换还在发展之 中，目前对光
换原理与现有的电子程控 交换
中的 时分 交换 系统 完全相 同， 因此它能与采用全光时分多路 复 用方 法的光传 输 系统相 匹
空分＋ 波分、 空分＋ 时分＋ 波分等 都是常用的复合光交换方式
分 的 交换 ．空 间光开 关是 光 交
长变换器是 实现波分交换的基
换中最基本的功能开关。其基
本原 理是将 光 交换 元 件组 成 门
本元件 ．前者的作用是从输入 的 多路波分光信号中选 出所需 波长的光信号 ．后者则将可变
波长 滤 波 器选 出的光信 号 变换 成适 当的 波长后 输 出
・
特 点
光交换属 于全光网络 中关
交换 的命名比较混乱 有的把
现有 的 Ｏ Ｄ ０ Ｃ 都 称 为 Ａ Ｍ、 Ｘ
光交换 系列 ．有的又称为光路
由器 所以目前的光交换大多
数 以 ＯＸ Ｃ甚 至 Ｏ Ｄ 暂 时 Ａ Ｍ
充３ － ＂
配 在这种方式下， 可以时分复 用各个光器件 ，能够减少硬件
光 网络的优点如 带宽优 势、 透 明传送、降低借 口成本等都是
通过 该技 术 体现 的 从 功 能上 划 分 ，光 交 换 、 ＯＸＣ（ ｔａ Ｏｐｉ ｌ ｃ
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复用/解复用
在适当的光波上传输
讲述的是一份快递从打包到加地址到发送的过程
26
OBS——Optical Burst Switching
OBS基本概念 突发（Burst） 偏置时间 JET协议
并没有搞懂是什么鬼！
27
OBS节点结构模型
28
OBS控制分组结构图
标签
波长ID
Cos
偏置时间
突发大小
……
1
……
……
N
……
输 入 接 口
输 出 接 口
……
N
解复用器
光存储器
复用器
波长变换器
22
光分组交换的帧格式
光时隙
固定持续时间 保 护 时 隙 保 护 时 隙 固定持 续时间 保 护 时 隙
载荷
分组头
23
交换中的竞争问题：
光分组缓存 在光存储器
波长转换 波长来解决
偏转路由器 改变分组在
中进行延时
CRC
帧间隔
同步
控制分组
帧间隔
Cos：服务类别
29
10.4 光交换的发展现状和前景 ☼钱（前）景：
一片大好
30
。。。。。。。。。。。。。
祝大家钱程步步高升
31
提前6.1节日快乐！
32
20
其中ATM光交换
ATM光交换是对ATM信元进行交换的技术。
ATM光交换遵循电信号领域
ATM交换的基本原理：
采用波分复用、电或光缓冲技术，先对信元波长进行 选路，依照信元的波长，将信元选路到输出端口的 光缓冲存储器中
21
OPS——光分组交换方式
OPS节点结构模型
交换控制单元
1
……
交换矩阵
10、光交换技术
1
主要内容 10.1 10.2
光交换概述
02 光交换原理
10.3. 光分组交换技术
10.4
04 发展现状和前景
2
10.1、光交换概述
光交换的产生
1.客户的需求 2.满足需求
3.速度提升
并没有！
3
10.1、光交换概述
光交换特点
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。
来解决
交换矩阵中
的路由来解 决
24
OPS网络参考模型
高层
OTP层
透明光传输层
OTP层：光透明分组层
25
光透明分组层（OTP）的参考结构模型
IP包头处理 路由 IP数据报分段(如果需要)和转发
IP数据报处理 和路由
数据速率适配 OTP分组头产生
DCSL NSL LSL WCSL
光分组产生、复 用和在光纤中传 送
14
波分光交换
λ1 波长变换 λ2 λ1...λ4 波长变换 波长解复 用 λ3 波长变换 λ4
λ1
λ2 λ1...λ4 λ3 波长复用
λ4
15
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
前方高能，请注意！！
16
10.3 光分组交换技术
最难部分我都没怎么搞懂
智商不够，同王宝强
17
光交换按交换方式可分：
光路交换方式（OCS）
对应电交换中的电路交换
光分组交换方式（OPS）
对应电交换中的分组交换
18
回顾----- 其中光路交换又分为
光路交换分为
空分光交换
时分光交换
波分光交换
19
其中光分组交换有：
1
ATM光交换
2 3
透明光分组交换
光突发交换 （ OBS——Optical Burst Switching ）
加电
控制电极
不加电
光信号通道
输入
输出
6
光交换的基本器件
硅衬底平面光波导开关
薄膜加热器 波导臂
1 1'
加热
2
2'
3dB 耦合器
相位移动
7
光交换的基本器件
波长转换器
放大器
λi
探测器 输入光 外调制 器
λi
输出光
激光器
8
基本器件小节
光开关是完成光交 换的最基本的功能
器件
将一系列光开关组 成一个阵列，构成 一个多级互联的网 络，在这个阵列中 完 成 光 信 号的 交 换 。
9
10.2 光交换原理
光交换分为
空分光交换
时分光交换
波分光交换
10
空分光交换
空分光交换的基本原理:
就是利用光开关组成开关矩阵，通过对开关 矩阵进行控制，建立任一输入光纤到任一输出 光纤之间的物理通路连接。
(说白了，就是在空间区域上对光信号进行交换)
11
空分光交换
输入 1
输出
3
输入
1
输出
3
2 平行状态
（不受影响）
2、光交换根据波长来对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、 数据格式和传输速率无关，可以实现透明的数据传输。
Байду номын сангаас
（透明传输）
3、光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。
（稳定灵活）
4
光交换的基本器件
半导体光放大器
半导体光放大器
光输入
0
控制电流
光输出
5
光交换的基本器件
耦合波导开关
4
2 交叉状态
4
12
时分光交换
1 1 2 3
分路
1 延迟
复用
3 2
1
2
2 延迟 3 延迟 3
输入
输出
13
波分光交换
其基本 原理 是： 通过改变输入光信号的波长 ，把某个波长的光信号变换成另一个波长的光信号输出。
波分光交换模块由
波长复用器/去复用器、
波长选择空间开关和
波长变换器（波长开关）组成。