浅谈光交换技术及其发展

【摘要】：全光网能在光域上实现高速信息流的传输、交换、路由和故障恢复等功能。实现全光网络的关键技术之一是用光交换代替电交换。光交换技术是真正实现全光网关键性功能的必要前提。本文论述了光交换的特点、关键技术、光交换系统、应用及对未来发展趋势的预测。

【关键词】：光交换技术；全光网络

1. 光交换概述

1.1 基本概念

现代通信网中，先进的光纤通信技术以其高速、带宽的明显特征而为世人瞩目。实现透明的、具有高度生存性的全光通信网是宽带通信网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上可分为光监控技术、光交换技术、光放大技术和光处理技术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它的全光通信系统中发挥着重要的作用，可以这样说光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。

1.2 光交换特点

（1）由于光交换不涉及到电信号，所以不会受到电子器件处理速度的制约，与高速的光纤传输速率匹配，可以实现网络的高速率。

（2）光交换根据波长来对信号进行路由和选路，与通信采用的协议、数据格式和传输速率无关，可以实现透明的数据传输。

（3）光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。

（4）光网可以克服电子交换在容量上的瓶颈限制；可以大量节省建网成本；可以大大提高网络的灵活性和可靠性。

2.光交换的关键技术

2.1 光突发交换技术

光突发交换技术（OBS）（optical burst switching），它的特点是数据分组和控制分组独立传送，在时间上和信道上都是分离的，它采用单向资源预留机制，以光突发作为最小的交换单元。obs克服了ops的缺点，对光开关和光缓存的要求降低，并能够很好的支持突发性的分组业务，同时与ocs相比，它又大大提高了资源分配的灵活性和资源的利用率。被认为很有可能在未来互联网中扮演关键角色.

2.2 液晶光交换技术

液晶光开关是利用其偏振特性来完成交换的.液晶是一个细长的、几乎是一维形状的分子链.当电场加到液晶上时-它们排列成行并且变得不透明-仅仅允许光在一定的方向上通过.液晶交换系统有一个默认的设置-在没有施加电压时-光波被自动引导通过这个默认路径；当加入电压时-一条新的路径被创建出来。因为液晶不仅能改变光的方向，而且也能抑制光的通过量，所以十分适合应用于光交换机中，并且更适用于小型的波长选择的交换机.

2.3 气泡光开关技术

一种使用在打印机上的非常流行的技术现在也成了光交换技术的核心-这就是气泡技术.该技术是在Si材料中做出偏振光束分支波导（PBS），再在每个分支波导交叉点处刻蚀出某种角度的槽，并将沟槽内装上与折射率匹配的液晶-液晶槽下面是电热器.不加电时光束直通，当加热硅片相应点上的电热器时，其上面的液晶体内产生出一种气泡-经过全反射-使来自输入波导的光改变方向-反射到要求输出的光波导.PBS起路由器作用-把信号引向要求的出口.

2.4 热光波导技术

波导是集成电路上的通路’可以使用与制造集成电路一样的工艺过程来制造.波导与普通光纤一样；仍然包括芯部和涂覆层。热光波导使用温度上的变化来改变光波通过波导的相位；作为相位变化的结果；光波可以采用不同的路径通过波导。

3.光交换在通信网络中的应用

光纤网络作为高速有效的代名词已经深入人心，在通信系统中也已经大规模的实现部署和应用。而实现透明的、高生存性的全光通信网是宽带通信网的发展目标。光交换技术作为全光通信网络中的一项重要基础技术，其发展和应用很大程度上决定未来光通信网络的前进方向。

光纤通信的优势在于巨大的信息容量和极强的抗干扰能力，其优越的性能早已得到证实，并且在现代通信系统中逐步取代以往电子线路为主要组成的通信网络，成为現代通信的重要组成方式。而原有通信系统中的电子线路却缺阻碍了光纤通信系统优势的发挥，成为性能的瓶颈。

在光纤通信系统中，只有科学合理的通信体系结构才能够发挥光纤系统的优势，组成理想的高速、大容量、高质量的光纤网络，而原有的电子线路通信在全光网络实行中是一个巨大的阻碍，要去除电子线路的影响需要光纤通信系统技术的进步.传统通信网络和光纤网络并存时存在光电变换的过程，并且二者的结合受限于电子器件，光电交换信息的容量决定于电子部分的工作速度，本来带宽较大的光纤网络在进行光电交换时就变得狭窄了，致使整个网络的带宽也随之受限。因此在光通信网络中需要在交换节点上直接进行光交换而省去光电变换的过程，这样才能释放光纤的通信带宽，实现其通信容量大和通信速率高的优点。所以光交换技术倍受瞩目，被认为是新一代宽带技术中最重要的部分。

4.光交换技术发展趋势

4.1 智能自动化

智能自动交换光网络即网络的管理和控制具有智能化特点，能够动态、自动地完成端到端光通道的建立、 拆除和修改。当网络出现故障时，应该能够根据网络拓扑信息、可用的资源信息、配置信息等动态指配最佳恢复路由。容量的增长要求光交换层的交换能力不断增强，使之向更易于管理、更加灵活和更具有健壮性，同时业务指配和故障恢复也能够更快地自动完成并具有智能性的方向发展。

4.2 光交换机多样化

随着液晶技术的成熟，液晶光交换机将会成为光网络系统中的一个重要设备，该交换设备主要由液晶片、极化光束分离器、成光束调相器组成，而液晶在交换机中的主要作用是旋转入射光的极化角。当电极上没有电压时，经过液晶片的光线极化角为90°，当有电压加在液晶片的电极上时，入射光束将维持它的极化状态不变。而由声光技术实现的光交换设备，因其中加入了横向声波，从而可以将光线从一根光纤准确地引导到另一根光纤，该类型的交换机可以实现微秒级的交换速度，可方便地构成端口较少的交换机。但它不适合用于矩阵交换机。

5.结束语

光纤通信具有传输容量大、中继距离长、传输损耗小等特点。所以大容量、宽带化以及全光网络技术的应用是未来光通信技术的发展方向。目前，全球数据业务量几乎半年左右就翻一番，通信业务特别是IP业务激剧增长，全球通信业正在发生前所未有的重大变革。这场变革几乎遍及通信的每个领域，对光通信的影响更为重大。通信业务膨胀的直接后果就是对通信速率和带宽需求的膨胀，而且通信变革的总体趋势是向着“多业务、多速率接入、一体化”的方向发展，这也对带宽和透明性直接提出了更高的要求，从而亟需新的技术以支持新的需求。

随着光通信技术的发展和光交换技术的日趋成熟，我们没有理由不相信，光交换技术及其产品将在未来的宽带通信中发挥越来越重要的积极作用。

参考文献：

[1] 汪新明， 耿红琴著.网络工程使用教程.北京：北京大学出版社，2008

[2] 安淑芝.网络互连设备使用技术教程.北京：清华大学出版社，2008

[3] 彭木根. 下一代宽带无线通信系数. 北京：机械工业出版社，2007