全光交換關鍵技術解析

秦麗娜

【摘要】 對于全光交換技術的關鍵點進行概述，通過分析全光交換技術的節點結構，從而探討出在標簽交換過程中使用的關鍵技術，比如光標簽的提取、光逐跳分配器與可調光波長轉換器等。伴隨著光邏輯電子器件的技術發展，全光交換技術已經成為未來的重點研究發展方向。

【關鍵詞】 全光交換 標簽 關鍵技術

一、引言

IP信息業務的快速增長，對于計算機網絡數據信息的傳輸速度提出了較高的要求標準[1]。因為密集波分復用技術的不斷發展，促使Tbit/s量級的傳輸網絡能夠搭建起來。全光交換通常是指使用全光節點在光域實現對數據信號的傳輸、交換、路由、轉發等功能，轉變原有的信號交換模式，能夠克服電速率對路由速度的有關限制，降低數據信息傳輸過程中出現的擁塞情況，有利于增大計算機網絡的吞吐量。當前相對較有優勢發展的研究方向是全光標簽交換技術，AOLS的理論思想是把光波長用于交換標簽，把光交換和路由轉發實現無縫融合目的，直接在波長信道上通過標簽交換方式來進行光分組包的交換，通過波長查找路由，同時標示出相應的光通路。在全光交換過程中一般使用光邏輯器件和非線性光器件能夠達到高速的分組路由和轉發目的。這種交換方法的優勢在于分組的路由與分組速度、分組格式以及分組長度是相互獨立的，這樣能夠提升計算機網絡的靈活性與交換粒度，有利于解決路由器轉發速度和計算機網絡容量相互之間存在的矛盾問題，從而能夠盡可能滿足寬帶光網絡的實際需求。

二、全光交換的關鍵技術

2.1 沖突解決機制

在全光交換的實現過程中，如果光波長一致的分組高于一組或者處在同一信號輸出端口的分組超過四組時，則直接產生沖突，這需要增加輸出或者輸入緩存來相應地解決這種問題[2]。對于信號輸出緩存的功能模塊，需要具備全光分組沖突檢測機制、全光可變光延遲控制以及全光可調波長轉換等功能，然而當前的工藝技術水平仍然無法生產制造出理想的電子器件， 這需要電控制來實現目標。另一種實施方法是在AOLS模塊中增加相應的輸入緩存，即通過配置數量更多的波長分配給相應的分組。這種方法主要使用16波長復用模式替代過去的4波長復用模式，這16個波長直接分為4組，每組分別有4個波長，進入到4X4的AWG路由器通過4波長一組的形式各自在AWG陣列中同時實現路由功能。

2.2 分組標簽的分離和讀取

如果分組能夠到達AOLS節點位置之后，首先應當把分組標簽和凈荷直接分離，節點才可以根據讀取標簽所攜帶的數據信息進行路由選擇。光標簽提取屬于標簽交換的關鍵技術之一，通常使用一個光分組時鐘恢復電路和高速光邏輯門構成分離電路從而達到分離標簽的目的。到達分組直接分成兩個部分， 其中一部分屬于時鐘恢復電路相應的輸入信號，另外一部屬于數據信號，被提取的時鐘信號屬于光邏輯門相應的控制信號。如果原始分組和提取時鐘被遲延時間剛好與時鐘獲取時標簽長度增加的時間一致，標簽和凈荷功能成功地分離。在實現標簽地址和查找地址的比較功能時，通常使用光時域相關器在查找表中比較一系列的比特流，從而能夠實現路由選擇功能。分組路由實際上是節點根據到達分組的標簽和查找表中地址進行比較之后進行的選擇，所以標簽的讀取對于標簽交換技術而言是重要的考慮因素。

在全光標簽的交換過程中，路由選擇是根據標簽地址和本地地址的比較結果進行的，在比較地址之后，應當對分組進行新標簽的重新插入，同時分配新的波長才能夠送到陣列波導光柵選擇輸出端口。高速形式的光交換要求波長轉換器使用不敏感極化以及較大范圍的可操作波長。在LSANGNE的技術項目中，使用SOAMZI用于實現波長轉換功能。然而系統需要SOA-MZI 擁有強大的調制帶寬，才可以處理40Gb/s或者更高速度的歸零信號波長。高速的波長調諧同時要求轉換器具備可調自由光濾波的功能結構，這就決定了SOA需要有迅速的增益恢復時間， 這對于現階段的技術水平而言仍然是一個重大挑戰[3]。

三、結束語

全光標簽交換技術能夠充分解決路由轉發速度和計算機網絡容量相互之間的問題，同時消除了普通光交換過程中相應的轉換開銷，在很大程度上能夠節約計算機網絡資源。然而對于每一個接收信號的分組標簽，都需要具備一個獨立形式的硬件支持，這可以增加光元器件的相應開銷，同時節點的集成度直接影響到全光標簽交換的總開銷狀況，節點的集成度愈高。所以使用高集成度的光邏輯器件作為降低光開銷的一個有效可行方法。

參 考 文 獻

[1] 張寶富. 全光網絡[M]. 北京：人民郵電出版社，2002

[2] Blumenthal D J. All-Optical Label Swapping Networks and Technologies[J]. Lightw Technol Dec，2000，18（12）：2058-2075

[3] Martinez J M，Ramos F，Mart i J. All- Optical Packet Header Processor Based on Cascaded SOA-MZIs[J]. ElectronLett，2004，40（14）：894-895