交换设备的发展

——光纤和光互联技术的进步使网络带宽容量扩大了10000倍,而电子技术的发展没有跟上光技术的发展步伐,交换机/路由器的带宽只增加了10倍 。光层现在运行在OC-48和O C-192速率上,而原有的交换设备无法提供相应的接口速率和端口密度,不能有效利用光纤的DWDM技术所创造的巨大带宽 。采用高速交换选路设备作为网络节点,可以把大量的原始带宽转换成可用带宽,解决骨干网络潜在的瓶颈问题,并确保现在IP、ATM、FR网络之间的互通 。

——以数据为中心的通信业务大量增加和DWDM技术的快速增长需要更可靠和更灵活的网络治理,当网络向全光网发展时,在光层进行数据优化、选路和提供保护对整个网络来说是非常重要的 。光交换机能够较好地保持网络生存性,为信号选路提供灵活的平台 。虽然今天通信系统中的绝大部分交换机是电的,但未来的光网络需要交换机能够在纯光层面上选路,实现比特率和协议透明的网络 。目前商用的光交换机有很多类型,其中最通用的是电光和光机械两种 。

——电光交换机由具有电光晶体材料的波导组成 。通常由两个波导通路连接组成Mach-Z ehnder干涉仪结构,实现1×2和2×2交换 。两个波导通路间的不同相位由电压来控制,当驱动电压作用于干涉仪的一个或两个通路,改变它们之间的相位,干涉结果将信号送到所希望的输出端上 。

——电光交换机的主要优点是交换速度诀,能够达到ns级 。但是,这种交换机具有高介入损耗、高偏振损耗、高串扰,对电信号的漂移也非常敏感,所以需要很高的控制电压,而且,电光交换机是非闭锁的,这限制了其在网络保护和重新配置时的使用;电光交换机的制造成本很高 。

——光机械交换机基于成熟的光技术,是目前使用最广泛的交换机类型 。其原理简单:通过移动光纤末端或镜子,把光直接送到或反射到交换机的不同输出端 。光机械交换机只能达到ms级的交换速度,但其低成本、简单的设计和良好的光学性能使其应用广泛 。光机械交换机具有较低的介入损耗(几十分贝)、低的串扰、很好的消光比、偏振和基于波长的损耗非常低、对不同的环境有良好的适应能力、较低的功率和控制电压、具有闭锁功能 。大部分光机械交换机的核心交换机构都是采用1×2和2×2的光开关通过多级级联而构成,如图2所示 。交换矩阵规模较小的无阻塞M×N光交换机很轻易实现,较大规模的(如64×64)部分阻塞交换机可以使用多级结构来实现,但是要构造完全无阻塞的大规模交换矩阵却十分困难 。

——光交换机的基本组成结构如图3所示,主要由复用/解复用器和交换矩阵组成 。它可将输入端的任何光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长的任何输出端口的光纤上 。假如给该交换机的输入和/或输出端引入波长转换功能,则它既可以完成空间交换又可以进行波长转换,可将任何光纤上的任何波长交叉连接到其它任何光纤上的任何不同波长上 。

——目前还有一些正在研究的光交换机,采用热、液体结晶、声和微电子机械(MEM)技术等 。其中比较有吸引力的方案是基于MEM技术的光交换机,目前可用电压80V,交换速度400ms的MEM光交换机已经问世 。其受人瞩目的原因是它具有小型化、案成度高和便于大批量制造的优点 。

——随着光网络持续扩展,网络速度超过多吉比特级后,电交换机就不能实现有效的治理了,全光网能够实现高效的信号治理,而光交换机是未来高容量光网络的重要器件 。光波长将是下世纪网络的基本组块,21世纪,全光网络将真正以光的速度传送大量的信息,贝尔实验室、Monterey Network、Sycamore Network等公司正在开发一种叫作波长路由器(Wavelength Router)的设备,以组成智能化的光传送网 。

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