淺談光交換技術及其發展

【摘要】：全光網能在光域上實現高速信息流的傳輸、交換、路由和故障恢復等功能。實現全光網絡的關鍵技術之一是用光交換代替電交換。光交換技術是真正實現全光網關鍵性功能的必要前提。本文論述了光交換的特點、關鍵技術、光交換系統、應用及對未來發展趨勢的預測。

【關鍵詞】：光交換技術；全光網絡

1. 光交換概述

1.1 基本概念

現代通信網中，先進的光纖通信技術以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實現透明的、具有高度生存性的全光通信網是寬帶通信網未來發展目標。從系統角度來看，支撐全光網絡的關鍵技術又基本上可分為光監控技術、光交換技術、光放大技術和光處理技術幾大類。而光交換技術作為全光網絡系統中的一個重要支撐技術，它的全光通信系統中發揮著重要的作用，可以這樣說光交換技術的發展在某種程度上也決定了全光通信的發展。

1.2 光交換特點

（1）由于光交換不涉及到電信號，所以不會受到電子器件處理速度的制約，與高速的光纖傳輸速率匹配，可以實現網絡的高速率。

（2）光交換根據波長來對信號進行路由和選路，與通信采用的協議、數據格式和傳輸速率無關，可以實現透明的數據傳輸。

（3）光交換可以保證網絡的穩定性，提供靈活的信息路由手段。

（4）光網可以克服電子交換在容量上的瓶頸限制；可以大量節省建網成本；可以大大提高網絡的靈活性和可靠性。

2.光交換的關鍵技術

2.1 光突發交換技術

光突發交換技術（OBS）（optical burst switching），它的特點是數據分組和控制分組獨立傳送，在時間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預留機制，以光突發作為最小的交換單元。obs克服了ops的缺點，對光開關和光緩存的要求降低，并能夠很好的支持突發性的分組業務，同時與ocs相比，它又大大提高了資源分配的靈活性和資源的利用率。被認為很有可能在未來互聯網中扮演關鍵角色.

2.2 液晶光交換技術

液晶光開關是利用其偏振特性來完成交換的.液晶是一個細長的、幾乎是一維形狀的分子鏈.當電場加到液晶上時-它們排列成行并且變得不透明-僅僅允許光在一定的方向上通過.液晶交換系統有一個默認的設置-在沒有施加電壓時-光波被自動引導通過這個默認路徑；當加入電壓時-一條新的路徑被創建出來。因為液晶不僅能改變光的方向，而且也能抑制光的通過量，所以十分適合應用于光交換機中，并且更適用于小型的波長選擇的交換機.

2.3 氣泡光開關技術

一種使用在打印機上的非常流行的技術現在也成了光交換技術的核心-這就是氣泡技術.該技術是在Si材料中做出偏振光束分支波導（PBS），再在每個分支波導交叉點處刻蝕出某種角度的槽，并將溝槽內裝上與折射率匹配的液晶-液晶槽下面是電熱器.不加電時光束直通，當加熱硅片相應點上的電熱器時，其上面的液晶體內產生出一種氣泡-經過全反射-使來自輸入波導的光改變方向-反射到要求輸出的光波導.PBS起路由器作用-把信號引向要求的出口.

2.4 熱光波導技術

波導是集成電路上的通路’可以使用與制造集成電路一樣的工藝過程來制造.波導與普通光纖一樣；仍然包括芯部和涂覆層。熱光波導使用溫度上的變化來改變光波通過波導的相位；作為相位變化的結果；光波可以采用不同的路徑通過波導。

3.光交換在通信網絡中的應用

光纖網絡作為高速有效的代名詞已經深入人心，在通信系統中也已經大規模的實現部署和應用。而實現透明的、高生存性的全光通信網是寬帶通信網的發展目標。光交換技術作為全光通信網絡中的一項重要基礎技術，其發展和應用很大程度上決定未來光通信網絡的前進方向。

光纖通信的優勢在于巨大的信息容量和極強的抗干擾能力，其優越的性能早已得到證實，并且在現代通信系統中逐步取代以往電子線路為主要組成的通信網絡，成為現代通信的重要組成方式。而原有通信系統中的電子線路卻缺阻礙了光纖通信系統優勢的發揮，成為性能的瓶頸。

在光纖通信系統中，只有科學合理的通信體系結構才能夠發揮光纖系統的優勢，組成理想的高速、大容量、高質量的光纖網絡，而原有的電子線路通信在全光網絡實行中是一個巨大的阻礙，要去除電子線路的影響需要光纖通信系統技術的進步.傳統通信網絡和光纖網絡并存時存在光電變換的過程，并且二者的結合受限于電子器件，光電交換信息的容量決定于電子部分的工作速度，本來帶寬較大的光纖網絡在進行光電交換時就變得狹窄了，致使整個網絡的帶寬也隨之受限。因此在光通信網絡中需要在交換節點上直接進行光交換而省去光電變換的過程，這樣才能釋放光纖的通信帶寬，實現其通信容量大和通信速率高的優點。所以光交換技術倍受矚目，被認為是新一代寬帶技術中最重要的部分。

4.光交換技術發展趨勢

4.1 智能自動化

智能自動交換光網絡即網絡的管理和控制具有智能化特點，能夠動態、自動地完成端到端光通道的建立、 拆除和修改。當網絡出現故障時，應該能夠根據網絡拓撲信息、可用的資源信息、配置信息等動態指配最佳恢復路由。容量的增長要求光交換層的交換能力不斷增強，使之向更易于管理、更加靈活和更具有健壯性，同時業務指配和故障恢復也能夠更快地自動完成并具有智能性的方向發展。

4.2 光交換機多樣化

隨著液晶技術的成熟，液晶光交換機將會成為光網絡系統中的一個重要設備，該交換設備主要由液晶片、極化光束分離器、成光束調相器組成，而液晶在交換機中的主要作用是旋轉入射光的極化角。當電極上沒有電壓時，經過液晶片的光線極化角為90°，當有電壓加在液晶片的電極上時，入射光束將維持它的極化狀態不變。而由聲光技術實現的光交換設備，因其中加入了橫向聲波，從而可以將光線從一根光纖準確地引導到另一根光纖，該類型的交換機可以實現微秒級的交換速度，可方便地構成端口較少的交換機。但它不適合用于矩陣交換機。

5.結束語

光纖通信具有傳輸容量大、中繼距離長、傳輸損耗小等特點。所以大容量、寬帶化以及全光網絡技術的應用是未來光通信技術的發展方向。目前，全球數據業務量幾乎半年左右就翻一番，通信業務特別是IP業務激劇增長，全球通信業正在發生前所未有的重大變革。這場變革幾乎遍及通信的每個領域，對光通信的影響更為重大。通信業務膨脹的直接后果就是對通信速率和帶寬需求的膨脹，而且通信變革的總體趨勢是向著“多業務、多速率接入、一體化”的方向發展，這也對帶寬和透明性直接提出了更高的要求，從而亟需新的技術以支持新的需求。

隨著光通信技術的發展和光交換技術的日趨成熟，我們沒有理由不相信，光交換技術及其產品將在未來的寬帶通信中發揮越來越重要的積極作用。

參考文獻：

[1] 汪新明， 耿紅琴著.網絡工程使用教程.北京：北京大學出版社，2008

[2] 安淑芝.網絡互連設備使用技術教程.北京：清華大學出版社，2008

[3] 彭木根. 下一代寬帶無線通信系數. 北京：機械工業出版社，2007