智能光网络中的光交换技术应用

郑渭颖 蒋鑫 刘丽丽

1江苏省徐州市华东管道设计研究院 221008

2江苏省徐州市华东管道工程有限公司 221008

随着我国智能光网络的推广以及应用，越来越受到各领域的广泛重视，而光交换技术作为智能光网络系统中最重要的技术支撑，在光通系统中发挥着重要的作用，从某种程度上也可以说智能光通信的发展取决于光交换技术的发展。

1 智能光交换技术介绍

1.1 发展历程

光交换技术的发展经历了由光路交换技术有光分组技术的转变历程。光路交换技术的使用相对简单，但其信道的利用率相对较差。很难适用在如今互联网技术和业务高速发展的时代。而未来的光网适络技术要求能够应多粒度的业务，并且，对于一个规模较大的网络系统，其波长的资源较为有限，在大量数据传输时，可能会造成资源匮乏的情况。而光分组技术采用光分组作为最小的交换单位，其数据系统格式包分为净荷、固定长度的光分组头以及保护时间，在进行光分组交换过程中，具有产生、缓存、同步和再生功能，使得光分组之间功率的平衡以及光分组头的重写。能够很好的解决上述问题，因此，光分组交换技术正式诞生了。

1.2 技术特点

光交换技术主要是指在不适用任何光和电转化，可以将在光域的输出信号直接交换至其他的输出端。光交换系统一般由四个部分组成，分别是：控制单元、光交换矩阵、输入和输出接口。系统的详细组成如图1所示。

图1

因为光逻辑器件的功能还不够完善和先进，不能自主完成较为复杂的逻辑问题，所以在国际上的光交换控制单元主要依靠电信号来进行功能控制，即电控光交换。其主要的工作原理就是在控制单元的输入端主要完成光电转化工作，在输出端则完成反向的电光转换工作。

2 智能光交换技术产品

光交换技术的产品主要分为光电路交换和光分组交换两种类型。光电路交换和现在的电路交换技术大同小异，主要是使用OADM，OXC等光元件设置光通路，其中中间的节点可以不适用光缓存元件，现在对光电路交换技术的研究已经比较成熟，以交换对象的不同，光电路交换技术主要产品有以下类型：

(1)光波分交换技术，该技术可以让光信号在网络节点中传播时，不经过光电转换而直接从一个波长传输到另一个波长中。光时分交换技术，时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式，时分光交换就是在时间轴上将复用的光信号的时间位置t 转换成另一个时间位置t2。

（2）光时分交换技术，该技术是广电网络中较为广泛的使用技术，原理就是在时光轴对光信号的时间位置进行改变以达到光交换的目的。

（3）光码分交换技术，该技术的原理是将不同正交码上的光信号进行交换，继而实现不同码子之间的交换。光码分交换技术还可以成为广码分复用技术，每个用户将获得一个唯一的法序列，不用用户之间的信号交换可以通过双发的法序列进行传出和接受。需要恢复用户信息时可以直接对法序列初始化即可。

（4）光空分交换技术，该技术使用前需要建立2个或者多个物理通道，可以使用光波导或者是自由空间中的波束作为物理通道，通过物理通道可以完成信息的交换过程。

(5）光标记组交换技术 ，即GMPLS或多协议波长交换，是 MPLS技术与光网络技术结合而成的。MPLS技术是现在世界科技最新的研究成果。要使光节点具有MPLS能力只需将MPLS的控制平面安装至光的路由交换设备的顶部。使用该技术可以直接在MPLS控制平面上运行光波长的分发机制，然后向MPLS所控制的分装置发送标签，每个标签对应相应光的波长，对每一个波长进行开光等倒换功能，以此来建立光通道。

3 光交换技术在智能光网络中的应用

3.1 光交换网络系统结构

光交换系统中主要由光交换元件，其中主要的系统构成核心器件有：光逻辑器件、光开关器件、光缓存器件以及波长转换器。

（1）光逻辑器件

光逻辑器件主要由光信号来控制工作状态，并且完成较为简单的逻辑运算。目前的光逻辑器件普遍功能尚未成熟，只能处理较为简单的逻辑问题。未来光逻辑器件的发展方向会朝着复杂和快速的逻辑计算能力发展。

（2）光开关器件

光开关是光交换系统中必须使用的器件，目前光开关的主要技术有：声光开关和电光开关、液晶光开关、全息光开关、半导体光开关等等。关开关器件种类较多，在使用光交换技术时要合理选择最为适合的开关器件。

（3）光缓存器件

光缓存技术在光交换技术中占据相当重要的地位，目前全光的随机储存器尚未研制成功，只能通过有源的光纤环路来模拟光缓存技术的部分功能。光缓存技术的区别在于其结构的不同，根据结构的不同一般可以分为FDL列阵、串联FDL列阵等。

3.2 智能光网络中的相关应用

光交换技术在智能光网中主要是分为硬光技术和软光技术。硬光技术指物理层的光技术和硬件设备；软光技术指控制光通道的建立、删除、查询等操作和提供服务所需的软件，即智能化。这两部分在智能光网中应用的十分广泛，主要包括以下关键技术的应用：

（1）传送平面的技术

光交换技术在传送平面中主要应用为软光技术，传送平面主要由作为交换实体的传送网元组成，其主要功能是负责在智能光网中建立或删除光通道、交换选路和信息传送等。与此同时，传送平面在智能光网中还提供端点间的双向或是单向的信息传送，以及相关的控制和管理信息，还要传送一些控制和网络管理信息。在光交换技术中，传送平面技术通过网元光节点，实现了整个智能光网络的智能化。

（2）管理平面的技术

管理平面在智能光网中的主要功能是管理控制平面以及传送平面，其主要工作原理是通过对传送网以及网元设备的综合管理，来实现网络操作系统与网元之间更为高效合理的通信。在智能光网中，管理平面是所有工作的管理平台，对于整个喜用的作用不言而喻。而光交换技术在其中的主要应用既有硬光技术也有软光技术。通过对光通道的建立、确认和监视来达到对整个智能光网的控制，并在需要的时候对其进行维护与故障恢复，以保证智能光网的正常运行。

（3）控制平面的技术

光交换技术在控制平面中的应用主要在两个部分，即控制平面的基本功能与核心功能。在智能光网中，控制平面的基本功能主要包括路由功能、信令功能、链路管理功能和单元接口技术等，这些功能主要依靠光交换技术来实现其正常运转传输。而核心功能则包括网络连接控制、网络生存性、新型业务等。这些功能也需要光交换技术中的软光技术来提供服务所需的软件，同时在智能光网中，控制层上分布的关键技术众多，还包括连接的控制以及接口技术等，要实现控制平面的各项功能，离不开光交换技术的支持。

总而言之，目前光电路交换技术已经发展至实用化的阶段，光网络已经由过去的点与点之间的WDM链路发展到了如今的自动化交换网络，智能光网络交换技术的发展在新技术的推动下将会迎来网络化、信息化、功能化和开发性的更好发展。

[1]李磊.基于GMPLS技术构建自动交换光网络[D].大连海事大学,2006年

[2]刘波.光网络中GMPLS核心转发模块设计与流量工程实现的考虑[D].电子科技大学,2003年

[3]范杰,欧俊强.多协议标记交换[J].重庆邮电学院学报(自然科学版),2000年03期