P比特光交換節點研究

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1、P比特光交換節點研究摘要：光網絡中引入全光交換技術可以無需進行光電光轉換和電信號處理，使網絡具備透明性，大大降低節點的復雜性和節點成本。多粒度交換節點減小瞭交換矩陣的規模，降低瞭交換矩陣的復雜性，是波分復用(WDM)網絡節點發展的一個方向。隨著正交頻分復用(OFDM)技術的引入，帶寬可變的節點技術得到瞭越來越廣泛的關註。文章介紹瞭傳統的基於波長的光交叉連接器(0XC)交換結構、多粒度交換結構，以及基於正交頻分復用，單載波頻分復用(OFDM/SCFDM)的節點交換結構，並通過實驗對基於帶寬可變的可重構的光分插復用器(ROADM)、OXC節點技術進行瞭驗證。在實驗中提出的基於子波帶的交換結構中，節

2、點容量達到瞭P比特量級關鍵詞：全關交換；多粒度光交換節點；可變帶寬；P比特交換節點隨著光通信技術，特別是密集波分復用(DWDM)技術的日趨成熟，單根光纖中可以傳輸的波長數越來越多，而且未來核心光網絡中相鄰兩個節點問可能會有幾十甚至上百條光纖相連接。隨著光纖傳輸容量不斷地提升，對節點的交換容量擴充的要求也越來越高。實驗室單節點交換速率已經達到瞭100Tbids級別，未來的網絡節點需要實現P比特級交換速率。光纖數目和波長數目的增加使得光交叉連接器(0XC)的規模越來越龐大，傳統的基於波長粒度的交換，使光節點達到數幹個端口。如此大規模的端口數量不僅使得節點實現困難，而且成本高，控制復雜，給OXC的穩

3、定性和設計帶來瞭很大問題。在多粒度交換光網絡中；光交換節點可以實現波長、波帶和光纖的交換，不僅使得交叉連接的矩陣規模大大減小，同時也相應地簡化瞭管理控制。隨著正交頻分復用(OFDM)技術的引入，基於OFDM的彈性光網絡得到瞭,越來越廣泛的關註。在彈性光網絡中，和以往的固定柵格的波分復用(WDM)節點不同，OFDM中的帶寬可變節點采用分束器和帶寬可變的波長選擇開關(WSS)實現瞭傳統的多粒度交換結構文章介紹瞭傳統的基於波長的OXC交換結構、多粒度交換結構，以及基於正交頻分復用，單載波頻分復用(0FDM/SCFDM)的節點交換結構，並通過實驗驗證瞭基於帶寬可變的可重構的光分插復用器(ROADM)、

4、OXC節點技術。提出的基於子波帶的交換結構節點容量達到瞭P比特量級k傳統OxC的波長交換結構光網絡中傳統的OXC執行的是單粒度的交換，即波長交換。圖1給出瞭傳統的單粒度交換節點結構示意圖，其核心是一個大容量的波長交叉連接矩陣I?輸入光纖中的信號通過解復用器(Demux)將每個單獨的波長解復用出來，然後進入波長交叉連接結構進行交換，之後各個波長通過復用器(Mux)合波到不同的輸出光纖。本地的上路和下路(Localadd/drop)業務的端口直接和波長交換結構相連。實現光交叉連接的光開關是OXC光節點的核心功能器件，根據所采用技術的不同，可以分為自由空間開關和波導開關。目前比較常用的是基於微機電系

5、統(MEMS)技術的光開關陣列。但是由於成本和可靠性等一系列原因，商用的MEMS光開關陣列的交換規模僅達到8x8和16x16,更大規模的光開關陣列隻是在試驗階段,還遠未成熟實現大規模的光開關矩陣(數千個端口)無論從成本、穩定性來說都幾乎是不可能的。而且如此復雜的光開關矩陣的大規模生產是非常昂貴而不現實的，因此希望能使用較小規模的光開關矩陣來實現復雜的光交換。另一方面，隨著數據業務的快速增長,對光器件和光網絡性能的要求也越來越高，如何快速、高效、智能地傳遞業務是光網絡研究的一個重要方面。根據網絡中業務流量的數據統計，對網絡中的每一個單節點來說，占到總量60%~80%的大部分業務與本節點無關，大部

6、分業務都是“轉發業務”而不是“接入業務”,即在本節點無須進行交換，隻需要在本節點直通。由於傳統的OXC是基於波長單粒度的結構，所有光路信號都必須適配到波長級別進行處理，這就導致瞭網絡節點的處理速度將成為“瓶頸”。OXC節點的交叉規模受限、成本高、靈活性差、擴展比較困難，從而無法滿足高速網絡交換的需求2、多粒度光交換節點1999年，多粒度的思想被引入到光交換節點中，相應的多粒度光交換節點應運而生。所謂的多粒度光交換是指交換節點的交換粒度不僅包含波長，而且包含波帶以及光纖，即能夠同時提供波長、波帶以及光纖等多種帶寬粒度的交換。波帶是將多個波長捆綁在一起，並在波帶等級進行交換和路由。波帶光通道由一組

7、波長光通道組成，並作為一個單獨的信道來路由。波帶交換將光節點中部分端口的交換粒度擴大到瞭波帶等級。同樣，更大的光纖粒度是將多個波帶進行捆綁並在光纖等級進行交換和路由。光纖交換將光節點中部分端口的交換粒度擴大到瞭光纖等級。多粒度交換中波帶、光纖捆綁如圖2所示。圖2中一根光纖中有8個波長，每4個波長為一組組成一個波帶，這樣光纖中就有2個波帶采用多粒度交換技術之後，交換節點不必對所有的波長都進行復用和解