现代通信中的光交换技术.ppt

现代通信中的光交换技术 北京邮电大学余重秀2006年3月 讲授内容 引言国内外发展概况光交换中的光技术光交换方式与系统光分组交换与光子IP路由光子交换新进展 现代通信中的光交换技术 一 引言1 通信交换发展进程 人工交换机 步进式交换机 纵横交换机 程控交换机 数字程控交换机 光交换 现代通信中的光交换技术 2 光交换问题的提出 OpticalCommunication TelecommunicationsNetworks Services TelecommunicationsSwitching OpticalComputing AdvancedPhotolectronnics PhotonicsInSwitching InternetNetworks Services 现代通信中的光交换技术 3 光交换基本内容及特点 光交换研究 光交换机制光交换器件光交换方式光交换系统 特点 1 宽带性 大于1Tb s 2 高速 并行处理 3 抗扰性 4 光交换与传输系统的匹配性好 5 透明性 便于扩展业务 6 功耗小 7 成本低 8 便于集成 现代通信中的光交换技术 4 通信光交换的发展两个阶段 第一阶段 电控光交换 近期技术第二阶段 光控光交换 远期技术 全盘光化的交换技术 现代通信中的光交换技术 二 国内外发展概况1 国外 1 理论研究 2 器件研究 3 光交换方式 系统研究 2 国内 1 跟踪国际研究水平 发展光开关 光调制器等器件 2 光 电技术结合研究光交换系统 3 国家863计划 ATM ASON等光交换技术 3 现状 1 处于探索研究阶段 2 国际专题研讨会 多次 3 实用化问题 预计21世纪中期推出商品化光交换机 现代通信中的光交换技术 三 光交换中的光技术1 光交换器件技术2 调制 编码 解码等 3 光互连4 光放大5 光复用 解复用6 光滤波 光整形 定时 光均衡等7 光的相关识别8 波长 频率转换 波长动态寻址9 光计算等 现代通信中的光交换技术 四 光交换方式与系统 按功能分 光交换网络控制网络 光电 按交换方式 光路交换分组交换 空分交换时分交换自由空间光交换波 频分光交换ATM光交换 现代通信中的光交换技术 1 空分光交换 1 定义 空间分割 以空间的不同位置建立信息传输子通道按需要控制光开关 实现用户信息的子通道在空间位置上的变化 2 基本结构 SpacedivisionSwitchingMatrix Input Output 现代通信中的光交换技术 3 光交换典型系统多媒体空分光交换系统 现代通信中的光交换技术 4 特点优点 直接利用光交换的宽带特性能够以低速交换只采用光矩阵开关即可构成交换网构成简单 易于实现 小容量集成 缺点 实现大规模交换有困难同步与控制困难 现代通信中的光交换技术 2 时分光交换 1 定义时间分割 Frame timeslot orpacket 在时间轴上建立信息传输子信道按需要改变用户信息timeslot orpacket 在时间轴上的相对位置 2 结构 现代通信中的光交换技术 3 时分交换的典型系统4 4时分复用光子交换网络实例 现代通信中的光交换技术 4 优缺点优点 能与现有光传输系统良好匹配构成全光通信网与WDM相比 交换硬件减少 控制和管理简单可利用光的高速处理能力 支持任意速率等级及格式的数据缺点 光定时检测与控制同步较难硬件限制 仅能小规模集成 缺少成熟的高速光处理器件 现代通信中的光交换技术 3 自由空间光交换 1 定义 2 特点 3 关键器件 激光二极管阵列声光开关阵列偏振开关阵列微透镜阵列全息图阵列等 现代通信中的光交换技术 4 典型系统自由空间微透镜和HOE光开关阵列 二维微透镜MEMS光开关阵列 现代通信中的光交换技术 利用LC SLM 现代通信中的光交换技术 5 特点优点 所需互连不用物理接触无信号干扰和串音有效利用空间维数能以低速交换宽带信号分辨率高缺点 光机械封装技术困难交换控制复杂 现代通信中的光交换技术 4 波 频分光交换 1 定义波长 频率分割 建立不同的波长子通道按照信息交换的要求 改变其信息传输的波长子通道 2 基本结构 现代通信中的光交换技术 3 关键技术WDM信号的复用 解复用波长变换 解决波长竞争 波长路由 波分交换 结构波长变换方式 O E OXGMinSOAsXPMinSOAs NOLM Sagnac干涉原理 光注入型LD波长变换FWMinSOAs FiberDFG波长转换 现代通信中的光交换技术 4 典型系统KEOPS系统 现代通信中的光交换技术 FDM 交叉连结 光交换 现代通信中的光交换技术 5 特点优点 利用波长资源 光交换信号具有透明性波长子通道比特速率独立利用光频的宽带性 速率达100Tb s交换硬件减少 相对于其他光交换方式 缺点 器件开发难同步与控制较困难 现代通信中的光交换技术 5 光ATM交换 1 定义信元结构协议参数模型 B ISDN分层参数模型 现代通信中的光交换技术 2 基本功能路由选择信元排队信头处理 3 关键技术信元编码路由控制拥塞控制信头处理异 同步处理信元的汇聚与压缩 信头提取与识别 自相关 正交 现代通信中的光交换技术 4 典型系统 大容量ATM TDM WDM系统 现代通信中的光交换技术 北邮的ATM光交换实验系统 现代通信中的光交换技术 5 特点优点 实现超大容量B ISDN理想交换方式充分利用光频宽带特性充分利用光纤系统巨大潜力缺点 控制复杂 分组部分 光机械封装技术困难 现代通信中的光交换技术 6 多维 复合光交换系统提供高容量 高速率 Tb s 光交换减少交换器件 减少交换网络的复杂ST TS TST STS 快速TW SW分组 TWS T SW T分组等 1 SD与TD复合 现代通信中的光交换技术 2 TD与FD复合 现代通信中的光交换技术 3 FT S FT复合 现代通信中的光交换技术 4 多维光交换系统 现代通信中的光交换技术 五 光分组交换 OPS 与光子IP路由1 OPS交换方式 固定分组长度同步方式 时隙型 可变分组长度异步方式 非时隙型 光分组交换与光子IP路由 OPS节点结构 光分组交换与光子IP路由 空分分组交换型分组波长广播 选择型波长路由型Tb s级混合型环形网结构 光分组交换与光子IP路由 OPS的研究 分组的产生与同步 分组包头的产生与处理 分组光缓存 分组路由选择 竞争解决 3R再生IP级OPS 现代通信中的光交换技术 2 光子IP路由 现代通信中的光交换技术 IPoverPhotonicNetwork的优缺点 省了ATM层与SDH层 减化了层次 减少了网络设备减少了功能重叠 简化了设备 减轻了网管复杂性 特别是配置开销最低 传输效率最高通过流量工程设计 可以与IP的不对称业务量特性相匹配可以利用光纤环的保护光纤来吸收突发业务量 避免了传统大缓存引起的延时或包丢失 光分组交换与光子IP路由 实现光子IP路由的关键技术光的编码技术 产生光IP头时域中光的相关技术 光寻址 解码 光包的变化和转发光包的时延光域的路由与交换控制 MPLS的应用优势 提高路由转发性能具有协同流量工程的能力MPLS控制 波长路由OXCMPL S 光分组交换与光子IP路由 结构 光分组交换与光子IP路由 光子IP路由的运行原理 光分组交换与光子IP路由 光子IP标签交换的典型实验 现代通信中的光交换技术 六 光子交换新进展1 宽带光交换的要求基于单信道的高速率 80Gb s 光子集成回路基于DWDM系统 通道数 100 可变波长 几十nm范围内 更宽的可用波长范围 C L和S波长带波长同步WDM光交换 克服波长抖动多级 开关组成大容量光交换系统 现代通信中的光交换技术 2 OXC节点及其技术功能 光通道的交叉连结 本地上 下路 配置 恢复 监测光信号 OXC的性能评价是否支持波长通道 WP 和虚波长通道 VWP 阻塞特性链路模块性波长模块性广播发送能力成本 现代通信中的光交换技术 OXC的结构 基于空间交换光开关矩阵 波分复用 解复用器光开关矩阵 波长变换器空间光开关矩阵 可调谐滤波器分送耦合器 波长变换器平行波长开关 波长变换器基于波长交换阵列波导光栅复用器 AWGM 波长变换器可调谐滤波器 波长变换器 现代通信中的光交换技术 光开关矩阵 波分复用 解复用器 现代通信中的光交换技术 可调谐滤波器 光开关矩阵 波长变换器 现代通信中的光交换技术 可变波长变换器 分送耦合器 波长模块性 现代通信中的光交换技术 可变波长变换器 分送耦合器 链路模块性 现代通信中的光交换技术 平行波长开关 波长变换器 现代通信中的光交换技术 AWG级联 波长变换器 现代通信中的光交换技术 3 OADM节点及其技术功能 有选择地上 下路本地光信号OADM的性能评价插入损耗信道间隔信道滤波串扰 OADM的结构 分波器 光开关阵列 合波器光耦合器 滤波器阵列 合波器光开关 波长光栅路由器 WGR 光开关AWG复用 解复用器 光开关阵列偏振分束器 声光调谐滤波器 偏振分束器 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 现代通信中的光交换技术 4 MEMS光交换特点 以集成回路形式在石英基片上建立多层 三维结构低损耗 低串扰 高质量 高容量光交换实现方法 光路遮挡光纤移动对接微透镜移动微反射镜移动或转动衍射方法改变全反射条件其他 现代通信中的光交换技术 典型器件或系统 1 自由空间集成微反射镜光开关阵列 现代通信中的光交换技术 Connection symmetricmicro mirrorswitchesofmatrix 现代通信中的光交换技术 Connection symmetricmicro mirrorswitchofpolygonconfiguration 现代通信中的光交换技术 光开关 OADM阵列 光交换技术的发展 5 新型的光交换技术 突发交换 OBS OpticalBurstSwitching 结构及特点 RFD ReserveaFixedDuration 用于CP的O E O转换及包接收 传输时延 不需要光缓存器 现代通信中的光交换技术 串固定周期BAT BurstAssemblyTime 多个数据包组成Burst控制包头波长不同于Packets波长单向处理方式 不需要下游节点証实 保留带宽资源协议 TAG TAW 控制协议等建立 类似于ATM中的 虚通道交换 VPI 现代通信中的光交换技术 Burst缓存 在源节点 有在中间节点 无灵活地发送 接收Burst具有高带宽利用率 低同步开销提供更高的容量 减少protocol层实现方法简单在入 出口路由器之间 净荷波长保持一致包吞吐量高 相对于OFS 现代通信中的光交换技术 BasicsystemconfigurationofAWG STAR 现代通信中的光交换技术 DetailedstructureofOPRandthedemonstrationofopticalpacketrouting 现代通信中的光交换技术 6 Multi Tbit智能光交换的实现 1 智能光交换 ASON 基本功能 发现功能路由功能信令功能策略功能业务功能 基于Softswitching MPLS和OBS 特点 1 以控制为主的工作方式2 分布式智能3 多层统一与协调4 面向业务 高灵活性 高可扩展性提供新业务 1 超寛带业务和非标准带寛业务2 按需带寛业务 3 虚拟光网络业务4 动态虚拟环配置和端到端配置MPLS OBS LOBS波长复用及波长转换异步运行Voidfilling技术缓存器级联 现代通信中的光交换技术 2 IP与WDM相结合 建立M