（光学工程专业论文）光分组交换中的光标签处理技术研究.pdf

摘要 摘要 光分组交换结合了光信号处理速度快和分组交换统计复用率高的特点，是实 现菇速光传输无缝连接的最有效方式和全光网络的重要环节。光标签处理技术是 光分组交换中的一项关键技术，是实现光分组交换的前提。本文采用理论分析， 仿真计算和实验三种方法，围绕光标签处理技术进行新方法的探索和对已有方法 进行改进。 光副载波标签具有易于分离的特点，但是可传输的净荷速率受限于副载波频 率。本文提出了一种标签信号采用非归零码( n r z ) 调制，净荷信号采用双二迸 制载波抑制归零码( d c s 勉) 调制的光分组格式，既保持了标签和净荷的光功率 谱分离的特点，又解除了对净荷信号速率的限制。该分组格式还具有很好的抗色 散和非线性效应的特点，适合于长距离传输。论文通过理论分析和仿真对采用光 滤波器对标签和净荷进行分离的对比度和误码率进行了研究，为优化光滤波器的 设计提供了依据。在对残留l 习标签对薪标签于扰的研究中，发现薪煅标签之间的 同频干扰非常严重，因此提出了一种双频标签方案，很好地解决了新旧标签之间 的干扰问题 高速光码( 0 c ) 标签开销小，毽对光编解码器的要求高。本文提出7 一种采 用低速o c 标签但不增加标签开销的相移键控光码( p s k - o c ) 标签和幅移键控 ( a s k ) 净荷正交调制光分组格式。通过仿真和理论分析对该分组格式存在的净 荷对标签信号的干扰进行了研究，得到了通过增加光码的码长和增大净荷速率对 标签码片速率的比值的方法来降低标签误码率的结论。 o c 标签具有可以在光域进行标签处理的优点，但是又存在擦除标签需要高速 处理的要求。本文提出了种将光码调制到光副载波上的方案，既保持了光码在 光域处理的优点，又实现了采用光滤波器来分离标签的功能。对产生单边带光副 载波和进行光功率的分配问题进行了理论分析和仿真验诞，对采用光滤波器分离 标签的可行性进行了仿真验证。 o c 标签的数目受限于可用码字的数日。为了增加o c 标签的数日，本文提出 了种基于码字和时隙的二维先码( 2 d o c ) 标签，极大地增加了标签数曩。对 2 d o c 标签的标签误判概率进行了研究，找到了其与单个o c 标签误码率的关系， 并进行了相应的光分组交换实验研究。 摘要 对净荷直接进行光码编码是一种隐式标签的表示方式。本文提患了这类分组 交换的基于两级光丌关的交换结构。修正了g o l d 序列的误码率计算中的问题，在 增加偏振影响的情况下褥到了新的g o l d 序列误码率计算公式。对影蛹多跳误码率 的因素进行了研究，提出了将误码率和标签利用率作为节点权值的负载均衡算法。 为了解决比特序列标签擦除难的阀题，提出了一辞将光码嵌入到比特序列标 签的光分组中的方案，很好地解决了快速分离和插入标签的问题。 为了解决输入光分组功率波动的问题，分别提出了采用基于半导体光放大器 的马赫一曾德干涉仪( s o a m z i ) 结构和法布里一珀罗半导体光放大器( f p s o a ) 进行全光功率均衡的方案，通过理论分析和仿真计算验证了方案的可行性，并对 影确光功率均衡性能麴因素进幸予了分析。 为了解决比特序列标签分离难的问题，提出了采用f p s o a 进行全光分离标 签和净荷的方案，对其工作原理进行分橇，对方案的可行性进行了仿真验证，褥 到了影响分离性能因素的关系。 为了实现脉冲数鼹表示的生存时间处理中的脉冲数目减一的功能，提出了采 用菲平衡马赫一曾德干涉仪( a m z i ) 和f p s o a 的生存时间( 订l ) 处理方案， 仿真计算验证了方案的可行性，得到了影响对比度的因素的关系。 为了解决s o a 和f p s o a 载流予恢复慢的问题，对量子点半导体光放大器 ( q d s o a ) 的光信号处理进行了研究。建立了q d s o a 的分段模型，对基于量 子点半导体光放大器的马赫一曾德干涉仪( q d s o a m z i ) 结构熬光硬限幅器和光 功率均衡器进行了仿真研究。 关键词：光分组交换，光码标签，标签分离与更新，全光信号处理 l l a b s 融( 了r a b s t r a c t o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ( o p s ) ，w h i c hc o m b i n e st h eh i g h - s p e e do p t i c a ls i g n a l p r o c e s s i n ga n dt h eh i g hm u l t i p l e x i n ge f f i c i e n c yo f t h ep a c k e ts w i t c h i n g , i sa l le f f e c t i v e m e t h o do fc o n n e c t i n gs e a m l e s s l yt h eh i 曲b i t - r a t eo p t i c a lt r a n s m i s s i o n sa n da l l i m p o r t a n tp a r to fa l l o p t i c a ln e t w o r k s o p t i c a ll a b e lp r o c e s s i n g ( o l p ) i so n eo ft h ek e y t e c h n o l o 菩e si no p sa n dt h ep r e m i s eo fr e a l i z i n go p s t h i sd i s s e r t a t i o nm a k e sd e e p i n v e s t i g a t i o n si n t ot h eo l pt e c h n o l o g yb ys e a r c h i n gn e ws c h e m e sa n di m p r o v i n gt h e e x i s t i n g m e t h o d s t h em e t h o d s i n c l u d i n gt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，s i m u l a t i o n s a n d e x p e r i m e n t sa r ea d o p t e d i nt h ed i s s e r t a t i o n t h es c h e m eo fo p t i c a ls u b c a r r i e rl a b e lh a st h ea d v a n t a g eo fe a s i l ys e p a r a t i n gt h e l a b e la n dp a y l o a d ，b u tt h eb i t - r a t eu p p e rb o u n do ft h ep a y l o a di sl i m i t e db yt h e s u b c a r r i e rf r e q u e n c y i nt h i sd i s s e r t a t i o n , an o v e lo p t i c a lp a c k e t 蛾也n o n - r e t u r nt oz e r o ( n r z ) l a b e la n dd u o b i n a r yc a r r i e r - s u p p r e s s e dr e t u r n - t o - z e r o ( d c s r z ) p a y l o a di s p r o p o s e dt os o l v et h ed i s a d v a n t a g eo fo p t i c a ls u b c a r r i e rl a b e l t h eo p t i c a lp o w e rs p e c t r a o ft h el a b e la n dp a y l o a da r ed i v i d e da st h es a m ea st h es c h e m eo fo p t i c a ls u b c a r r i e r l a b e l ，b u tt h eb i t - r a t eu p p e rb o u n do ft h ep a y l o a di sd i s a p p e a r i n g t h ep r o p o s e dp a c k e t , w h i c hh a sv e r yg o o dc h a r a c t e r i s t i c so fc k o m a t i cd i s p e r s i o na n dn o n l i n e a r i t yt o l e r a n c e ， c a nb et r a n s m i t t e di nt h el o n g - d i s t a n c ef i b e r t h ec o n t r a s tr a t i oa n db e r p e r f o r m a n c e s o fu s i n go p t i c a lf i l t e rt os e p a r a t et h el a b e la n dp a y l o a da r es t u d i e di nt h e o r ya n di nt h e s i m u l a t i o n 。t h er e s e a r c hr e s u l t sc a nb e n e f i tt h eo p t i m a ld e s i g no ft h eo p t i c a lf i l t e r s o n t h es t u d yo ft h ei n t e r f e r e n c eb e t w e e nt h er e s i d u a ll a b e l sa n dt h en e wl a b e l ，t h eb e r p e r f o r m a n c ei ss e v e r e l yd e v a s t a t e db yt h ei n t e r f e r e n c e ad o u b l e - f r e q u e n c yl a b e l s c h e m ei sp r o p o s e dt os o l v et h ei n t e r f e r e n c es u c c e s s f u l l y h i g hc h i p - r a t eo p t i c a lc o d e ( o c ) l a b e lh a ss h o r tl a b e ll e n g t hb u tm a k e s i td i f f i c u l t t om a n u f a c t u r et h ee n c o d e ra n dd e c o d e r as c h e m ew h i c ha d o p t sl o wc h i p - r a t eb u tn o e x t r al a b e ll e n g t hi sp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h eo cl a b e li sp h a s e - s h i f tk e y i n g ( p s k ) m o d u l a t e do nt h ea m p l i t u d e - s h i f tk e y i n g ( a s k ) m o d u l a t i o np a y l o a d 。t h el a b e l d e t e c t i o np e r f o r m a n c eu n d e rt h ei n t e r f e r e n c eo ft h ep a y l o a di ss t u d i e di nt h e o r ya n di n t h es i m u l a t i o n t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tt h el a b e lb e rp e r f o r m a n c ec a l lb e i i i a b s l r a c t i m p r o v e db yi n c r e a s i n gt h ec o d el e n g t ho rt h eb i t - r a t er a t i oo f t h ep a y l o a dt ot h el a b e l 。 t h ea d v a n t a g eo fo cl a b e li st or e c o g n i z et h el a b e li no p t i c a ld o m a i na n dt h e d i s a d v a n t a g ei st h ed i f f i c u l t yo fe r a s i n gt h el a b e l i nt h i sd i s s e r t a t i o n , t h eo cl a b e li s p r o p o s e dt ob em o d u l a t e do nt h eo p t i c a ls u b c a r r i e r t h es c h e m en o to n l ym a i n t a i n st h e a l l o p t i c a ll a b e lp r o c e s s i n gb u ta l s os i m p l yr e a l i z e st h el a b e le x t r a c t i o nb yu s i n go p t i c a l f i l t e r 弧eg e n e r a t i o no fs i n g l e - b a n ds u b c a r r i e ra n dt h eo p t i c a lp o w e rd i s t r i b u t i o no nt h e o p t i c a lc a r r i e ra n ds u b c a r r i e ra r es t u d i e di nt h e o r ya n di nt h es i m u l a t i o n t h ef e a s i b i l i t y o fs e p a r a t i n gt h el a b e la n dp a y l o a db yu s i n go p t i c a lf i l t e ri sp r o v e db ys i m u l a t i o n t h en u m b e ro fo cl a b e li sl i m i t e db yt h ea m o u n to ft h ea v a i l a b l eo c s ac o d ea n d t i m e - s l o tt w od i m e n s i o n a lo c ( 2 d o c ) l a b e li sp r o p o s e dt oe x p a n dt h eo cl a b e l n u m b e ri nt h i sd i s s e r t a t i o n t h eb e rf o r m u l ao f2 d o cl a b e li so b t a i n e d t h eo p s e x p e r i m e n ti sp e r f o r m e db ya d o p t i n gt h ep r o p o s e d2 d - o cl a b e l n eo p t i c a le n c o d i n gd i r e c t l yo nt h ep a y l o a di sa n o t h e ro cl a b e l as w i t c h i n g s t r u c t u r eb a s e do nt w o - s t a g eo p t i c a ls w i t c hi sp r o p o s e di nt h ed i s s e r t a t i o n t h eb e r f o r m u l ao fg o l ds e q u e n c ei so b t a i n e db yc o r r e c t i n gt h er e p o r t e df o r m u l aa n d t a k i n gt h e p o l a r i z a t i o ni n t oa c c o u n t 1 1 1 em u l t i - h o p sb e ri ss t u d i e db a s e do nt h eb e rf o r m u l ai n t h es w i t c h i n gn o d e al o a d - b a l a n c i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c hf o r m u l a t et h en o d e w e i g h tw i t hb e ra n dt h el a b e lu t i l i z a t i o n f o ro v e r c o m i n gt h ep r o b l e mo fe r a s i n gt h eb i t s e r i a ll a b e l ，a l lo c - e m b e d d i n g o p t i c a lp a c k e tf o r m a ti sp r o p o s e di nt h ed i s s e r t a t i o n 翮es c h e m ef e a s i b i l i t yi sp r o v e d b ys i m u l a t i o n f o rr e m o v i n gt h eo p t i c a lp o w e rf l u c t u a t i o no ft h ei n p u to p t i c a l p a c k e t s ， s e m i c o n d u c t o r o p t i c a la m p l i f i e r a n dm a c h z e h n d e ri n t e r f e r o m e t e r ( s o a - m z i ) s t r u c t u r ea n df a b r y - p e r o ts e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e rf f p s o a ) t i t l es e p a r a t e l y p r o p o s e dt op e r f o r m a n c eo p t i c a lp o w e re q u a l i z a t i o ni nt h ed i s s e r t a t i o n 硼1 ew o r k i n g p r i n c i p l ei sd e s c r i b e da n dt h ef e a s i b i l i t yi sp r o v e di nt h es i m u l a t i o n 。髓ec o r r e s p o n d i n g p a r a m e t e re f f e c t sa r es t u d i e d f o rs o l v i n gt h ep r o b l e mo fa l l - o p t i c a l l ys e p a r a t i n gt h eb i t - s e r i a ll a b e la n dt h e p a y l o a d , t h es c h e m eb a s e do nf p s o ai sp r o p o s e di nt h ed i s s e r t a t i o n 髓ew o r k i n g p r i n c i p l ei si n t r o d u c e da n dt h es i m u l a t i o ni sp e r f o r m e d t h ep a r a m e t e re f f e c t s a le s t u d i e d f o rr e a l i z i n gt od e c r e a s eo n ep u l s ef r o mt h et i m e - t o - l i v e l ) p u l s e s ，as c h e m e a b s t r a c t b a s e do na s y m m e t r i c a lm a c h z e h n d e ri n t e r f e r o m e t e r ( a m z i ) a n df p s o ai sp r o p o s e d i nt h ed i s s e r t a t i o n t h es c h e m ef e a s i b i l i t yi sp r o v e db ys i m u l a t i o n f o r d e a l i n gw i t ht h es l o wc a r r i e rr e c o v e r yi ns o a a n df p s o a ，t h eo p t i c ms i g n a l p r o c e s s i n gr e s e a r c h e si sp e r f o r m e do nq u a n t u md o t ss e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e r ( q d s o a ) t h es c h e m e so fo p t i c a lh a r dl i m i t e ra n do p t i c a lp o w e re q u a l i z e rb a s e do n q d s o aa l es t u d i e db yu s i n gt h es e c t i o n a ls i m u l a t i o nm o d e l k e yw o r d s ：o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g , o p t i c a lc o d el a b e l ，l a b e ls e p a r a t i o na n d r e n e w a l ，a l l o p t i c a ls i g n a lp r o c e s s i n g v 独创性声明 本大声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取褥的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注翻致谢的地 方外，论文中不包含其饱入已经发表或撰写过的研究成果，也不怠含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书丽使用过的材料 与我同工作豹两意对本研究所散的任籍贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：k 蹶埘年7 刖霉 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关傈留、使用学位论文 的规定，有权保留并巍国家有关部门或撬掏送交论文的复印粹帮磁 盘，允许论文被查阅和借阅本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密基应遵守此觏定) 签名：血导婚签名：盟塾 豳期：x 忒年7 月l f 日 第一章绻论 。 研究背景 第一章绪论 隧着光纤透信技术薛发展，嬲络节点豹交换能力越来越不毪满足光纤高速传 输的要求，交换阂题成为限制光霹络发展的主要瓶颈。光分缀交换技术以光纤中 传输的分组信号为基本交换单元，比波长交换和光突发交换具有更小的交换粒度 和更嵩鲶统计复瘸率，盏能写邋瘸多协议标签交换( g e u 嚣a l i z e dm u l t i - p r o t o c o l l a b e ls w i t h i n g ，g m p l s ) 协议的缝合，成麓一释最理想的光交换形式f l 震。 光分组交换嬲络根据g m p l s 协议将网路节点分为边缘交换节点釉核心交换 节点，如图1 1 ( a ) 所示【”】。边缘交换节点与外部接入网络连接，具有协议转换( 如 墨量圭国) 所示) 帮路电功熊；核，交换节点主要实现交换功戆；边缘节点麴功裁撰 图如图1 - 2 ( a ) 所示，发送端主要完成传送业务的协议转换，将需要传送的业务数据 组装成净荷信号，确定分组的路由，建立标签链路，并产生分组信号( 包括产生 标签信号囊净萄信号 ；接收璇主要完成将接收妥麴净萄信号还暴残暴始信号，并 按照妲务的协议要求重掰组帧输逛。核心交换节点的功能框圈如图1 1 2 ) 所示，输 入缀需要完成对分组交换静静预处理，如分组阉步，标签和净赞的分嵩，3 r 再生， 光功率均衡等功能。分离的标签信号输入到标签处理单元提取标签信患，并出控 制荤元完成对交换矩阵秘竞争解决单元豹配置；净葑薷号透暖建透过交换矩阵和 竞争解决单元，馥l 输出级完成薪标签信号的插入和对交换过程中净葡的损耗进行 放大补偿。 光分组交换的关键技术有光标签处理技术，光交换矩薄，竞争解决耩光缓存， 全光信号再生技术等。 光标签处瑾技术包括标签的提取，识别与更薪，可分为全光标签处理和电光 混合标签处理。全光标签处理指的是不经过光电转换，由输入的光标签信号盥接 触发交换控铡煞光控光熬处理方式。瑰有的全光标签处理技术翼毙采用特殊熬标 签格式，实现简单的对分组输出端髓的判决功能。如采用s l a l o m ( s e m i c o n d u c t o r l a s e ra m p l i f i e ri nl o 卵郇融l lm i r r o r ) ( 也称为t o a d( t e r a h e r t zo p t i c a l a s y m m e t r i cd e m u q t i p l e x e r ) ) 实瑗光标签靛提取与识别疆稍，并转纯为控翻信号触 发光触发器( o p t i c a lf l i p f l o p ) 完成lx 2 的交换功能刚豫秘。图1 3 ( a ) 为t o a d 电子科技人学障十学位论文 k 冬汐 一一 i p ，v e d i o a u d i o 丌p ，+ 一 h t t p a n ds oo l l i p m a c ；g m p l s p h y w d m ( a ) e d g en o d e c o t en o d e e d g en o d e ( b ) 图1 1 ( a ) 光分组交换网络结构；( b ) 协议栈 ( a ) 圜 l a b e l c o n t r o l _ 咖广1 i l b 型 l - - - - - i n p u t i o u t p u t s t a g e t s t a g e 匪司 o p t i c a ls w i t c h m a t r i x c o n t e n t i o n r e s o l u t i o n ( b ) 图l - 2 ( a ) 边缘节点结构；c o ) 核心节点结构 2 n e w 囚 a 一一 萄圈 第一章绪论 结构图【b 1 ，图1 3 ( b ) 和( c ) 为两种光触发器结构图 1 8 , 1 9 】。文献 2 2 】提出了一种 特殊的脉冲位置调制( p u l s ep o s i t i o nm o d u l a t i o n ，p p m ) 的标签格式，可采用光纤 布拉格光栅( f i b e rb r a g gg r a t i n g ，f b g ) 提取出标签信号，并采用基于半导体光 放大器( s e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e r ，s o a ) 偏振调制特性的光学相关器( o p t i c a l c o r r e l a t o r ) 进行标签全光识别，同时将标签信号转换为波长信号进行识别，加快 了标签的处理速度。总的来说由于光逻辑器件尚处在研究阶段，全光标签处理所 能实现的逻辑功能极其有限弘引。 瘵 k 1 。够孵雅睡毙铝 h醚 ， 5 骁j ： - o i l j 7 j l j l 图1 3( a ) t o a d 结构图，( b ) 光触发器i ，( c ) 光触发器i i 在全光标签处理技术不成熟的情况下，光电混合标签处理充分发挥在电域的信 号处理能力成为一种过渡的光标签处理技术。在光电混合标签处理中，只对标签 信号进行光电转换，在电域上进行标签识别和交换控制，净荷信号仍然以光信号 的形式在线传输。光电混合标签处理，要求对标签的处理速度快，并且从传输的 光分组中提取和更新标签时不影响净荷信号。在光电混合标签处理方案中，目前 的标签格式主要可以分为以下几类： ( 1 ) 比特序列标签( b i t s e r i a ll a b e l ) 比特序列标签先发送低速幅移键控( a m p l i t u d es h i f tk e y i n g ，a s k ) 调制的标 签信号，经过保护间隔后发送高速的a s k 调制的净荷信号。采用低速的标签信号 有利于在交换节点进行快速的标签处理，保护间隔是为了减小标签提取，更新以 及在交换过程中由于时序误差带来的影响。采用比特序列标签方案的光分组交换 研究项目主要有欧洲的k e o p s ( k e y t oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 2 4 , 2 5 1 ，w a s p n e t ( w a v e l e n g t hs w i t c h e dp a c k e tn e t w o r k ) 2 6 2 7 】i s t - l a s a g n e ( a 1 1 o p t i c a ll a b e l s w a p p i n ge m p l o y i n go p t i c a ll o g i cg a t e si nn e t w o r kn o d e s ) 2 8 o 图1 4 是k e o p s ( k e yt oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 项目中采用的分组格式【2 4 1 。比特序列标签的提 取和擦除主要有两种方式，一种是通过光分支器接收部分光分组信号后，提取出 兰鼬一 电子科技人。学i 尊十学位论文 标签信号，并控制光门擦除标签信号；另一种是通过提取出标签或净荷信号的时 钟来分离标签和净荷。如文献 2 5 提出的通过基于行波光电探测器( t r a v e l i n g w a v e p h o t o d e t e c t o r ，t w p d ) 的锁相环技术提取净荷信号的时钟，并通过包络检测器输 出净荷的包络信号控制光门，标签信号经过s o a 放大后，经过探测器进行标签信 号检测，如图1 5 所示。文献 2 6 提出了一种采用先进行净荷信号全光时钟恢复， 后通过马赫一曾德干涉仪( m a c h z e h n d e ri n t e r f e r o m e t e r ，m z i ) 分离标签和净荷的 方案，如图1 6 所示。在高速标签处理方面，日本n t t 光子实验室提出的全光串 并转换器可以实现4 0 g b s 的在线处理【2 9 七引。比特序列标签的光分组格式的优点是 标签和净荷信号的干扰小，缺点是标签分离和更新对时序的准确性要求高。 s y n c h r o r h z l b o nb i t s s v n c r m r o n o nb “ r r g u ；g a _ | | | i i l 弘哺g u r d r o 删n t h 他 t b 弘 图1 4k e o p s 项目中的光分组格式 p a y l o a de n v e l o p e d e t e c t i o na n dl a b e i u 舷c 刚 d e t e c t i o nc i r c u i t 符l a b e ； ( a )( b ) 图1 5 ( a ) 通过净荷包络检测分离标签和净荷的方案；( b ) 净荷包络检测模块结构 ( b ) 图i - 6 通过恢复净荷信号时钟分离标签承i 净荷，( a ) 系统方案；( b ) 分离原理 4 舭 町 瓣| 喜 暴一 鹱笠藏 ，熹 蒜踟融 第一章绪论 ( 2 ) 副载波标签( s u b c a r r i e rl a b e l ) 副载波标签采用副载波传输标签信号，净荷信号在基带传输。为了减小标签开 销，采用标签和净荷同时传输，标签和净荷信号在频域上的分离利于标签的分离 和更新。副载波标签分为单边带和双边带副载波标签，单边带副载波可以消除双 边带副载波的射频衰退效应( r ff a d i n ge f f e c t s ) 。采用光滤波器可以分离副载波标 签和净荷信号，但由于光滤波器非理想的矩形传递函数会导致标签和净荷信号之 间的干扰。采用副载波标签的光分组交换的研究项目有美国的c o r d ( c o n t e n t i o n r e s o l u t i o nb yd e l a y sl i n e s ) 3 3 1 f j 年l o p e r a ( o p t i c a lp a c k e te x p e r i m e n tr o u t i n g a r c h i t e c t u r e ) 3 4 】等。采用副载波标签的光分组交换研究最有代表性的是u c d a 讥s ( u n i v e r s i t yo f c a l i f o m i a ，d a f i s ) 的y o osjb 领导的研究小组【3 ”9 1 。图1 7 为采用 f b g 分离标签和净荷，以及通过波长转换实现标签更新的方案原理图【3 5 1 。副载波 标签的优点是便于分离标签和净荷，缺点是副载波频率限制了所能传输的最高净 荷速率，以及存在标签和净荷的干扰。 曲霸时_ 埘b 由i t o w r i m r 图l - 7 副载波标签的提取和更新方案 ( 3 ) 正交调制标签( o r t h o g o n a lm o d u l a t i o nl a b e l ) 该方案对标签与净荷采用相互正交的调制方式，如差分相移键控( d i f f e r e n t i a l p h a s es h i f tk e ) ，i n g ，d p s k ) 或频移键控( f r e q u e n c ys h i f tk e 弘n g ，f s k ) 标签， a s k 净荷【4 0 - 4 s ；a s k 标签，d p s k f s k 净荷【4 7 - 4 9 ；偏振调$ 1 j ( p o l a d z a t i o ns h i f t1 0 e 蚵n 舀 p o l s k ) 标签，a s k 净荷【5 0 5 1 】；重叠a s k 标签，a s k 净荷5 2 , 5 3 】。欧洲i s t - s t o l a s ( s w i t c h i n gt e c h n o l o g i e sf o ro p t i c a l l yl a b e l e ds i g n a l s ) 项目采用了f s k 标签，a s k 净荷的正交调制光分组格式，如图1 8 ( a ) 所示 5 4 , 5 5 】。正交调制标签格式存在着 较大的标签和净荷信号间的干扰，如在d p s k f s k 标签，a s k 净荷中，需要降低 电子科技人学博十学位论文 净荷信号的消光比来保证d p s k f s k 标签的检测。图1 8 ( b ) 为f s k 标签与a s k 净荷正交调制中，净荷消光比对标签和净荷接收灵敏度的影响5 5 1 。正交调制的标 签更新不易于实现，如在采用d p s k 标签，a s k 净荷的正交调制光分组格式中， 标签更新需采用波长转换【删或精确时序进行再瓣l j 4 5 , 4 6 】。 ( b ) 图i - 8 ( a ) f s k 标签和a s k 净荷正交调制；( b ) 净荷消光比对标签和净荷接收灵敏度影响 ( 4 ) 光码标签( o p t i c a l c o d el a b e l ，o cl a b e l ) o c 标签采用光码来表示标签，将每个标签和光码进行对应，通过光编码器产 生o c 标签，通过光解码器识别o c 标签，从而实现在光域的标签处理。o c 标签 光分组采用先发送o c 标签，经过保护间隔发送净荷信号。o c 标签经过匹配的光 解码器将产生自相关峰，在不匹配的光解码器输出端为微弱的互相关噪声，净荷 信号经过解码器后被扩频为噪声信号，因此只有自相关脉冲被检测和识别，如图 1 - 9 所示【6 。采用o c 标签进行光分组交换的代表是日本n i c t ( n a t i o n a li n s t i t u t eo f i n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y ) 光网络组w a d an 领导的研究团队 5 6 - 6 2 】。该团队研制的光编解码器有三种，分别是基于平面光波导技术( p l a n a r l i g h t w a v ec i r c u i t s ，p l c ) ，超结构光纤光栅( s u p e r s t n l 曲】r ef b g ，s s f b g ) 俐和 阵列波导光栅( a r r a y e dw a v e g u i d eg r a t i n g ，a w g ) 结构【5 7 5 8 】，如图1 1 0 所示。 o c 标签的优点是能在光域进行快速的标签处理，其处理光学相关速度等于光的传 播速度；缺点是标签的擦除和更新和比特序列标签一样要求精确的时序，以及标 签数目受限于光码数目，导致标签数目少。 6 第一章绪论 i n p u tp a c k e t l p a 蓥y l m 譬dl c o 蛐d ea 睁l 蓥譬l 龃审 a 孵 c o p i e sa fi n p u t l a b e 1 b a n k 。l a b e lp r o c e s s o r 脚量鲢壁匹啦! ! 图1 - 9 光码标签工作原理 鲫，晒t 。匙陡蘑 二哟掣牲嘎禽金 ( a ) ( b )( c ) 图1 1 0n i c t 的光编解码器，( a ) 基于p l c ；( b ) 基于s s f b g ；( c ) 基于a w g ( 5 ) 其他标签 除了前面介绍的4 类主要标签外还有一些其他格式的标签如光载波抑制和分 离标签( o r t i c a lc a r r i e rs u p p r e s s i o na n ds e p a r a t i o nl a b e l ，o c s sl a b e l ) 6 4 ，6 5 1 ，多 波长标签( m u l t i w a v e l e n g t hl a b e l ) 6 6 , 6 7 】，频谱强度编码标签( s p e c t r a la m p l i t u d e c o d el a b e l ) 6 s 】等 光交换矩阵是光分组交换的另一项关键技术，光交换矩阵要求交换速度高， 无阻塞，偏振无关，且各端i i i 损耗均匀 6 9 1 。现有的光交换矩阵主要有三种结构， 广播选择结构，基于2 x 2 光开关的结构和阵列波导光栅( a r r a yw a v e g u i d eg r a t i n g ， a w g ) 结构。广播选择结构具有结构简单，控制灵活，易于实现组播和广播功能， 缺点是要求的光器件数目多，损耗大。基于2 x 2 光开关的结构有c r o s s b a r 结构， b e n e s 结构，s p a n k e 结构，及s p a n k e - b e n e s 结构。基于2 x 2 光开关结构的性能依 赖于2 x 2 单元开关的特性。现有的2 x 2 光开关采用的工作原理主要有m e m s ，电 光效应，热光效应，声光效应，以及液晶和气泡。其中电光光开关具有璐量级的 交换时间和易于集成的特点，具有较好的前景。文献e 7 0 一7 2 提出的交叉点的交换 矩阵( c r o s s p o i n ts w i t c hm a t r i x ) 受到了很大地关注。阵列波导光栅结构结合波长 转换器，将输入光分组转换到不同的波长上，实现从不同的输出端口输出。该结 7 电子科技人学博十学位论文 构