1、12目錄目錄第第1章章 緒論緒論第第2章章 電路交換技術(shù)電路交換技術(shù)第第3章章 信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)第第4章章 分組交換原理分組交換原理第第5章章 ATM及及MPLS交換技術(shù)交換技術(shù)第第6章章 光交換技術(shù)光交換技術(shù)第第7章章 軟交換技術(shù)軟交換技術(shù)3交換引入交換引入(終端終端=5、線對數(shù)、線對數(shù)=10)4多臺交換機(jī)組成的通信網(wǎng)多臺交換機(jī)組成的通信網(wǎng)5數(shù)字交換機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字交換機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6各種交換方式各種交換方式 7光傳送技術(shù)的發(fā)展光傳送技術(shù)的發(fā)展 當(dāng)前商用化單波長光纖傳輸系統(tǒng)容量為當(dāng)前商用化單波長光纖傳輸系統(tǒng)容量為10Gb/s，甚至到甚至到40Gb/s。 光波長復(fù)用技術(shù)可以使得一根單模光纖實現(xiàn)光

2、波長復(fù)用技術(shù)可以使得一根單模光纖實現(xiàn)200 10Gb/s或更大的傳輸容量?；蚋蟮膫鬏斎萘?。 光器件，商品化光開關(guān)的控制響應(yīng)速度已低于光器件，商品化光開關(guān)的控制響應(yīng)速度已低于1ms，延遲線模式光緩存、波長變換等技術(shù)也延遲線模式光緩存、波長變換等技術(shù)也已成功。已成功。8全光交換網(wǎng)絡(luò)的提出全光交換網(wǎng)絡(luò)的提出(1)歷史的觀點(diǎn)歷史的觀點(diǎn)：模擬傳輸產(chǎn)生了機(jī)電制交換；：模擬傳輸產(chǎn)生了機(jī)電制交換；PCM數(shù)字?jǐn)?shù)字傳輸有了數(shù)字程控交換；當(dāng)前光傳輸已成主角，因此傳輸有了數(shù)字程控交換；當(dāng)前光傳輸已成主角，因此下一代網(wǎng)絡(luò)將是全光交換。下一代網(wǎng)絡(luò)將是全光交換。(2) 速度極限速度極限：由于電子器件的極限速度為幾個：由于

3、電子器件的極限速度為幾個G10Gb/s，使得電子交換設(shè)備可能成為未來網(wǎng)絡(luò)的瓶使得電子交換設(shè)備可能成為未來網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。頸。(3) 成本降低成本降低：采用光傳輸?shù)碾娮咏粨Q系統(tǒng)，必須有光：采用光傳輸?shù)碾娮咏粨Q系統(tǒng)，必須有光/電和電電和電/光轉(zhuǎn)換，全光交換則不用。光轉(zhuǎn)換，全光交換則不用。(4) 速度匹配速度匹配：光傳輸，光交換，全光網(wǎng)絡(luò)。：光傳輸，光交換，全光網(wǎng)絡(luò)。9第第6 6章光交換系統(tǒng)技術(shù)章光交換系統(tǒng)技術(shù)6.1 概述概述6.2 光交換元件光交換元件6.3 光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.4 光交換系統(tǒng)光交換系統(tǒng)106.1 概述概述6.1.1 光交換技術(shù)分類光交換技術(shù)分類 光交換技術(shù)光交換技術(shù)：指不

4、經(jīng)過任何光：指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，直接在光域上電轉(zhuǎn)換，直接在光域上完成輸入到輸出端的信息交換。完成輸入到輸出端的信息交換。 按照復(fù)用方式分類，光交換可分為：按照復(fù)用方式分類，光交換可分為： 光空分交換技術(shù)光空分交換技術(shù)：多點(diǎn)間建立光信息傳送物理通道：多點(diǎn)間建立光信息傳送物理通道的交換技術(shù)。的交換技術(shù)。 光波分交換技術(shù)光波分交換技術(shù)：利用光波分復(fù)用和波長變換技術(shù)，：利用光波分復(fù)用和波長變換技術(shù)，將信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一波長上。將信息從一個波長轉(zhuǎn)移到另一波長上。 光時分交換技術(shù)光時分交換技術(shù)：在時間軸上將光波長分成多個時：在時間軸上將光波長分成多個時段，互換時間位置來交換承載的信息。段，互換時

5、間位置來交換承載的信息。 光碼分交換技術(shù)光碼分交換技術(shù)：不同用戶信號用不同碼序列填充，：不同用戶信號用不同碼序列填充，利用碼序列轉(zhuǎn)換來交換信息。利用碼序列轉(zhuǎn)換來交換信息。116.1 概述概述6.1.1 光交換技術(shù)分類光交換技術(shù)分類 按承載和交換信息的光域粒度劃分，可分為：按承載和交換信息的光域粒度劃分，可分為： 光路交換（光路交換（OCS）技術(shù)）技術(shù)：最小交換單元是一個波長：最小交換單元是一個波長通道。通道。 光分組交換（光分組交換（OPS）技術(shù)）技術(shù)：光域分組包作為最小交：光域分組包作為最小交換顆粒。換顆粒。 光突發(fā)交換（光突發(fā)交換（OBS）技術(shù)）技術(shù)：多個分組構(gòu)成更大分組，：多個分組構(gòu)成更

6、大分組，以突發(fā)方式在光域傳輸和交換。以突發(fā)方式在光域傳輸和交換。 光標(biāo)記分組交換（光標(biāo)記分組交換（OMPLS）技術(shù)）技術(shù)： MPLS和光網(wǎng)和光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，絡(luò)結(jié)合，MPLS控制標(biāo)記分發(fā)和控制光開關(guān)，建立控制標(biāo)記分發(fā)和控制光開關(guān)，建立交換式光通道。交換式光通道。126.1 概述概述6.1.2 光交換技術(shù)特點(diǎn)光交換技術(shù)特點(diǎn) 提高了交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量提高了交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量 降低了交換節(jié)點(diǎn)成本。降低了交換節(jié)點(diǎn)成本。 良好的升級能力良好的升級能力136.2 光交換元件光交換元件 半導(dǎo)體光開關(guān) 耦合波導(dǎo)開關(guān) 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān) 波長轉(zhuǎn)換器 光存儲器 空間光調(diào)制器146.2 光交換元件光交換元件6.2.1 半導(dǎo)

7、體光開關(guān)半導(dǎo)體光開關(guān) 半導(dǎo)體光放大器，當(dāng)偏置信號為零時，輸入信半導(dǎo)體光放大器，當(dāng)偏置信號為零時，輸入信號將被器件完全吸收，輸出端沒有任何光信號號將被器件完全吸收，輸出端沒有任何光信號輸出。輸出。156.2 光交換元件光交換元件6.2.2 耦合波導(dǎo)開關(guān)耦合波導(dǎo)開關(guān) 耦合波導(dǎo)開關(guān)，利用鈮酸鋰耦合波導(dǎo)開關(guān)，利用鈮酸鋰(LiNbO3)材料制作，材料制作，在控制電極上施加一定電壓可改變波導(dǎo)的折射在控制電極上施加一定電壓可改變波導(dǎo)的折射率和相位，從而可構(gòu)成率和相位，從而可構(gòu)成2 2交換開關(guān)。交換開關(guān)。166.2 光交換元件光交換元件 6.2.3 6.2.3 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān)偏壓為零

8、時，處于交叉連接偏壓為零時，處于交叉連接176.2 光交換元件光交換元件 6.2.4 波長轉(zhuǎn)換器波長轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換調(diào)制（間接）轉(zhuǎn)換調(diào)制（間接）轉(zhuǎn)換186.2 光交換元件光交換元件 6.2.5 光存儲器光存儲器光纖延遲線光纖延遲線雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器雙穩(wěn)態(tài)激光二極管觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)激光二極管觸發(fā)器器196.2.6 空間光調(diào)制器空間光調(diào)制器 206.2 光交換元件光交換元件 半導(dǎo)體光開關(guān) 耦合波導(dǎo)開關(guān) 硅襯底平面光波導(dǎo)開關(guān) 波長轉(zhuǎn)換器 光存儲器 空間光調(diào)制器216.3 光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依賴于光交換元件的技術(shù)發(fā)展，也取光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依賴于光交換元

9、件的技術(shù)發(fā)展，也取決于信息傳送方式的要求。決于信息傳送方式的要求。 最初的光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為空分模式，單根光纖所傳信最初的光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為空分模式，單根光纖所傳信息通過交換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到另一光纖通路。息通過交換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到另一光纖通路。 多波長復(fù)用和波長轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生后有了波長互換交換機(jī)多波長復(fù)用和波長轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生后有了波長互換交換機(jī)制，光信號輸出可控及延遲線技術(shù)產(chǎn)生了時分交換結(jié)制，光信號輸出可控及延遲線技術(shù)產(chǎn)生了時分交換結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 通過對流入信息模式的整理和交換元件的組合，產(chǎn)生通過對流入信息模式的整理和交換元件的組合，產(chǎn)生了多維交換模式，當(dāng)前熱點(diǎn)是光突發(fā)交換模式。了多維交換模式，當(dāng)前熱點(diǎn)是光突發(fā)交換模式。

10、226.3 光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò) 波分光交換網(wǎng)絡(luò)波分光交換網(wǎng)絡(luò) 時分光交換網(wǎng)絡(luò)時分光交換網(wǎng)絡(luò) 自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)自由空間光交換網(wǎng)絡(luò) 混合型光交換網(wǎng)絡(luò)混合型光交換網(wǎng)絡(luò)236.3.1 空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò) 基本單元是基本單元是2 2光交換模塊，輸入端兩根光纖，光交換模塊，輸入端兩根光纖，輸出端兩根光纖，平行和交叉連接兩種工作狀輸出端兩根光纖，平行和交叉連接兩種工作狀態(tài)。態(tài)。24空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò) 256.3.2 波分光交換網(wǎng)絡(luò)波分光交換網(wǎng)絡(luò) 26波分光交換網(wǎng)絡(luò)波分光交換網(wǎng)絡(luò) 276.3.3 時分光交換網(wǎng)絡(luò)時分光交換網(wǎng)絡(luò) 28時分光交換網(wǎng)絡(luò)時分

11、光交換網(wǎng)絡(luò) 296.3.4 自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)自由空間光交換網(wǎng)絡(luò) 30自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)自由空間光交換網(wǎng)絡(luò) 316.3.5 混合型光交換網(wǎng)絡(luò)混合型光交換網(wǎng)絡(luò) 326.3 光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò) 波分光交換網(wǎng)絡(luò)波分光交換網(wǎng)絡(luò) 時分光交換網(wǎng)絡(luò)時分光交換網(wǎng)絡(luò) 自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)自由空間光交換網(wǎng)絡(luò) 混合型光交換網(wǎng)絡(luò)混合型光交換網(wǎng)絡(luò)336.4 光交換系統(tǒng)光交換系統(tǒng) 未來寬帶業(yè)務(wù)具有很大不確定性，交換系統(tǒng)設(shè)未來寬帶業(yè)務(wù)具有很大不確定性，交換系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)盡可能地靈活。對比特傳送速率應(yīng)透明，計應(yīng)盡可能地靈活。對比特傳送速率應(yīng)透明，業(yè)務(wù)和控制盡可能分離，控制系統(tǒng)簡單，具有業(yè)務(wù)和

12、控制盡可能分離，控制系統(tǒng)簡單，具有廣播功能。廣播功能。 系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)模塊化，易于維護(hù)、增刪和修改。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)模塊化，易于維護(hù)、增刪和修改。 技術(shù)上多種模式相結(jié)合，取各自優(yōu)點(diǎn)，統(tǒng)籌優(yōu)技術(shù)上多種模式相結(jié)合，取各自優(yōu)點(diǎn)，統(tǒng)籌優(yōu)化融合。化融合。346.4.1 光交叉連接設(shè)備光交叉連接設(shè)備 光交叉連接設(shè)備光交叉連接設(shè)備(OXC)是實現(xiàn)自動交換是實現(xiàn)自動交換光網(wǎng)絡(luò)光網(wǎng)絡(luò)(ASON)的核心技術(shù)。的核心技術(shù)。 OXC可依據(jù)控制面功能，按照用戶請求可依據(jù)控制面功能，按照用戶請求在全光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中自動建立一條符合用在全光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中自動建立一條符合用戶需求的光波長通道。戶需求的光波長通道。356.4.1 光交叉連接設(shè)備

13、光交叉連接設(shè)備 由輸入部分、光交叉連由輸入部分、光交叉連接部分、輸出部分、控接部分、輸出部分、控制和管理部分制和管理部分5個功能個功能模塊構(gòu)成。模塊構(gòu)成。輸入部分包括放大器輸入部分包括放大器EDFA和波長解復(fù)用和波長解復(fù)用DMUX，將每根光纖上，將每根光纖上的光信號放大、分離后的光信號放大、分離后送交叉連接矩陣。送交叉連接矩陣。輸出部分，均功器的作輸出部分，均功器的作用是對受到不同衰減的用是對受到不同衰減的光波長信號進(jìn)行功率均光波長信號進(jìn)行功率均衡，以減小不同光波長衡，以減小不同光波長間的干擾。間的干擾?？刂坪凸芾聿糠謱儆陔娍刂坪凸芾聿糠謱儆陔娮釉O(shè)施，通過信令協(xié)議子設(shè)施，通過信令協(xié)議接收用戶及

14、網(wǎng)管系統(tǒng)請接收用戶及網(wǎng)管系統(tǒng)請求，完成自動保護(hù)倒換、求，完成自動保護(hù)倒換、連接指配、波長選路等連接指配、波長選路等功能。功能。OXC的組織結(jié)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)366.4.1 光交叉連接設(shè)備光交叉連接設(shè)備 光交叉連接設(shè)備主要用于骨干傳送網(wǎng)中，完成光交叉連接設(shè)備主要用于骨干傳送網(wǎng)中，完成任一光纖某個波長信號到其他光纖的傳送連接。任一光纖某個波長信號到其他光纖的傳送連接。 OXC具有信號復(fù)用、信號交換、光路保護(hù)倒具有信號復(fù)用、信號交換、光路保護(hù)倒換、監(jiān)控管理等功能。換、監(jiān)控管理等功能。 除控制管理部分外，其余部分的信號處理都在除控制管理部分外，其余部分的信號處理都在光域完成。因此光域完成。因此OXC具有極

15、大的交叉容量，具有極大的交叉容量，可達(dá)幾千可達(dá)幾千T比特級別。比特級別。37光交叉連接矩陣光交叉連接矩陣 實現(xiàn)光交叉連接矩陣，有實現(xiàn)光交叉連接矩陣，有 光機(jī)械開關(guān)、光機(jī)械開關(guān)、LiNb03開關(guān)、開關(guān)、InP開關(guān)、半導(dǎo)體光放開關(guān)、半導(dǎo)體光放大器（大器（SOA）開關(guān)等）開關(guān)等 現(xiàn)常用微電子機(jī)械開關(guān)（現(xiàn)常用微電子機(jī)械開關(guān)（MEMS）構(gòu)成。）構(gòu)成。 MEMS為無源光開關(guān)，介入損耗和串?dāng)_都較為無源光開關(guān)，介入損耗和串?dāng)_都較小，屬完全透明的連接模式，連接處理過程不小，屬完全透明的連接模式，連接處理過程不需光需光/電轉(zhuǎn)換。電轉(zhuǎn)換。 MEMS容量極大，可構(gòu)成容量極大，可構(gòu)成12961296端口連端口連接矩陣，

16、每端口傳送接矩陣，每端口傳送40個波長個波長40Gb/s的信號的信號容量，總傳送容量達(dá)到容量，總傳送容量達(dá)到2.07petabit/s，具有嚴(yán)，具有嚴(yán)格無阻塞特性。格無阻塞特性。 38OXC的工作原理的工作原理 OXC不同于標(biāo)準(zhǔn)交換設(shè)備，它不是按照每一不同于標(biāo)準(zhǔn)交換設(shè)備，它不是按照每一個通信請求建立連接，是在控制面和管理面操個通信請求建立連接，是在控制面和管理面操作下提供永久作下提供永久/半永久波長路由通道。半永久波長路由通道。 永久連接永久連接，由管理面發(fā)起和維護(hù)，通過路由指，由管理面發(fā)起和維護(hù)，通過路由指配消息和信令為具體業(yè)務(wù)建立波長路由通道。配消息和信令為具體業(yè)務(wù)建立波長路由通道。 交換

17、式連接交換式連接，由控制面發(fā)起和維護(hù)，控制面處，由控制面發(fā)起和維護(hù)，控制面處理用戶接口發(fā)來的請求，建立滿足用戶需求的理用戶接口發(fā)來的請求，建立滿足用戶需求的通道，通知管理面。通道，通知管理面。 軟永久性連接軟永久性連接，連接建立、拆除請求由管理面，連接建立、拆除請求由管理面發(fā)出，傳送面的資源配置和控制動作指令則由發(fā)出，傳送面的資源配置和控制動作指令則由控制面發(fā)出?？刂泼姘l(fā)出。39OXC的工作原理的工作原理 抵達(dá)抵達(dá)OCX的多波長光信的多波長光信號先摻餌光纖放大器放號先摻餌光纖放大器放大，然后由大，然后由DMUX分離分離成多個單波長信號送入成多個單波長信號送入連接矩陣。連接矩陣。在業(yè)務(wù)信息進(jìn)入連

18、接矩陣在業(yè)務(wù)信息進(jìn)入連接矩陣之前，控制和管理面已根之前，控制和管理面已根據(jù)業(yè)務(wù)需求指定了每個輸據(jù)業(yè)務(wù)需求指定了每個輸入口波長的輸出端口，光入口波長的輸出端口，光信號將自動流出。信號將自動流出。OUT是一個波長變換器，是一個波長變換器，由于波分復(fù)用不能在一根由于波分復(fù)用不能在一根光纖中有兩個以上的相同光纖中有兩個以上的相同波長信號，需要波長信號，需要OUT將將相關(guān)波長信號轉(zhuǎn)換成光纖相關(guān)波長信號轉(zhuǎn)換成光纖所需波長。所需波長。406.4.2 光突發(fā)交換光突發(fā)交換(OBS)系統(tǒng)系統(tǒng) 光突發(fā)交換系統(tǒng)，是在光突發(fā)交換系統(tǒng)，是在OXC波長路由交換的波長路由交換的基礎(chǔ)上，將同一波長上的承載容量在時間軸上基礎(chǔ)上，將同一波長上的承載容量在時間軸上再細(xì)分成多個突發(fā)時段，每個突發(fā)時段以統(tǒng)計再細(xì)分成多個突發(fā)時段，每個突發(fā)時段以統(tǒng)計復(fù)用方式承載不同用戶業(yè)務(wù)。復(fù)用方式承載不同用戶業(yè)務(wù)。 OBS交換技術(shù)是