光交換技術(shù)

對(duì)光交換技術(shù)的認(rèn)識(shí)

摘要：在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中全光網(wǎng)絡(luò)充分利用光纖的巨大帶寬資源來(lái)滿足各種通信業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)的需要。為了克服光網(wǎng)絡(luò)中的“電子瓶頸”，具有高度生存性的全光網(wǎng)絡(luò)成為寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展目標(biāo)。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要支撐技術(shù)，它在全光網(wǎng)通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。關(guān)鍵詞：光交換技術(shù)光空分交換光時(shí)分交換光波分交換

WDMSOAXGM

光交換技術(shù)是指不經(jīng)過(guò)任何光電轉(zhuǎn)換，在光域上直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端。因此它不受檢測(cè)器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對(duì)比特率和調(diào)制方式透明，可以大大提高交換單元的信息吞吐量。由于信息的傳輸技術(shù)的不斷完善，光交換技術(shù)成為全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵。根據(jù)光信號(hào)的交換對(duì)象的不同可將光交換分為空分、時(shí)分、波分三種交換方式。

1.光空分交換技術(shù)空分光交換技術(shù)就是在空間域上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交換，它的基本原理是將光交換元件組成門陣列開關(guān)，并適當(dāng)控制門陣列開關(guān)，即可在任一路輸入光纖和任一路輸出光纖之間構(gòu)成通路�？臻g光開關(guān)是光交換中最基本的功能開關(guān)。目前，光開關(guān)的技術(shù)已經(jīng)較為成熟�，F(xiàn)在光通信中使用的光開關(guān)主要有機(jī)械型光開關(guān)、熱光型光開關(guān)、微電子機(jī)械型光開關(guān)和半導(dǎo)體光放大器門型光開關(guān)。

機(jī)械型光開關(guān)在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用較為廣泛，主要是通過(guò)移動(dòng)光纖、棱鏡、反射鏡等改變光的傳播路徑。機(jī)械式光開關(guān)插入損耗較低，對(duì)偏振和波長(zhǎng)不敏感。其缺陷在于開關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)，一般為毫秒級(jí)，有時(shí)還存在回跳抖動(dòng)和重復(fù)性較差的問(wèn)題。由于體積較大，不易做成大型的光開關(guān)矩陣。

熱光開關(guān)一般采用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用薄膜加熱器控制溫度，通過(guò)溫度變化引起折射率變化來(lái)改變波導(dǎo)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)光開關(guān)動(dòng)作。例如，MZI型光開關(guān)：即通過(guò)改變波導(dǎo)的溫度而使波長(zhǎng)的傳播相位得以改變，進(jìn)而改變波長(zhǎng)的傳播路線。若薄膜加熱器不加熱，從1’輸出的兩束光相位差為π，干涉相消，即光只從2’輸出；若調(diào)節(jié)加熱溫度使之形成π相移，那么在和輸出端口兩束光的相位關(guān)系隨之發(fā)生變化，光會(huì)從1’輸出。

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微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）光開關(guān)的工作原理非常簡(jiǎn)單，通過(guò)安裝在其內(nèi)部一系列的鏡面來(lái)控制光路在自由空間行進(jìn)的方向。這些鏡面可以在靜電的控制下適當(dāng)?shù)卣{(diào)整傾斜的角度，完成波長(zhǎng)的交叉連接功能。內(nèi)部的交換處理芯片中的控制軟件向芯片上的電結(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信號(hào)，由該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生微弱的電磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)鏡面產(chǎn)生合適的動(dòng)作以完成配置功能。

基于半導(dǎo)體光放大器的門型光開關(guān)，由于半導(dǎo)體光放大器在不同泵浦狀態(tài)下對(duì)入射光表現(xiàn)出的吸收或放大兩種不同的狀態(tài)，因此，SOA可以作為一種快速門型開關(guān)應(yīng)用。當(dāng)SOA的注入電流低于閾值電流時(shí)，入射光被吸收，門開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)注入電流高于閾值電流時(shí)，入射光透明地穿過(guò)SOA，同時(shí)可以獲得增益，門開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。

2.光時(shí)分交換技術(shù)時(shí)分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式。光時(shí)分復(fù)用和電時(shí)分復(fù)用類似，也是把一條復(fù)用信道劃分成若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)基帶數(shù)據(jù)光脈沖流分配占用一個(gè)時(shí)隙，n個(gè)基帶信道復(fù)用成高速光數(shù)據(jù)流信號(hào)進(jìn)行傳輸。

要完成時(shí)分光交換，必須有時(shí)隙交換器實(shí)現(xiàn)將輸人信號(hào)一幀中任一時(shí)隙交換到另一時(shí)隙輸出的功能。完成時(shí)隙交換必須有光緩存器，把時(shí)分復(fù)用信號(hào)按一定順序?qū)懭藘?chǔ)存器，然后按一種順序讀出來(lái)，這樣便完成了時(shí)隙交換。雙穩(wěn)態(tài)激光器可用作光緩存器，但它只能按位輸出，而且還需解決高速化和擴(kuò)大容量問(wèn)題。光纖延時(shí)線是一種比較適用于時(shí)分交換的光緩存器。光纖延時(shí)線的光時(shí)分交換的工作原理：首先把時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光分路器，使它的每條出線上同時(shí)都只有某一時(shí)隙的光信號(hào)；然后讓這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延時(shí)器件，使其獲得不同的時(shí)間延遲；最后，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)光合路器重新復(fù)合起來(lái)，就完成了

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時(shí)分交換。

3.光波分交換技術(shù)是指光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不經(jīng)過(guò)光／電轉(zhuǎn)換，直接將所攜帶的信息從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)波長(zhǎng)上。

波分復(fù)用（WDM）是光纖通信的一個(gè)重大突破，其利用光纖的豐富頻譜資源，在光纖的低損耗窗口中復(fù)用多路光信號(hào)，大大提高了通信容量。波分復(fù)用技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。一般說(shuō)來(lái)，在光波復(fù)用系統(tǒng)中其源端和目的端都采用相同的波長(zhǎng)來(lái)傳遞信號(hào)，否則將在多路復(fù)用中，每個(gè)終端都將增加終端設(shè)備的復(fù)雜性。這樣要求在傳輸系統(tǒng)中間節(jié)點(diǎn)上要采用光波分交換，采用這樣的技術(shù)不僅滿足光波分復(fù)用終端的互通，而且還能提高傳輸系統(tǒng)的資源利用率。波分光交換所需波長(zhǎng)交換器是先用分解復(fù)用器將光波分信道空間分割開，對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)信道分別進(jìn)行波長(zhǎng)交換，然后再把它們復(fù)用起來(lái)，經(jīng)由一條光纖輸出。密集波分復(fù)用是光纖通信中的一種趨勢(shì)，它利用光纖的寬帶特性，在1550nm波段的低損耗窗中復(fù)用多路光信號(hào)，大大提高了光纖的通信容量。

半導(dǎo)體光放大器（SOA）是實(shí)現(xiàn)全光波長(zhǎng)變換的一種非常有用的器件。SOA型全光波長(zhǎng)變換常采用的物理效應(yīng)有：交叉增益調(diào)制（XGM）、交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）等。SOA型全光波長(zhǎng)變換器也相應(yīng)的分為這三類。

利用SOA中的交叉增益調(diào)制效應(yīng)（XGM）實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換的原理是：隨著輸入光功率的增加，由于受激輻射，SOA中載流子的消耗相應(yīng)增加，載流子濃度下降，導(dǎo)致SOA增益減少，即發(fā)生增益飽和現(xiàn)象。此時(shí)，如果把一束波長(zhǎng)為λc（與目標(biāo)波長(zhǎng)相同）的連續(xù)探測(cè)光注入SOA，當(dāng)信號(hào)光處于高功率（邏輯1）時(shí)，由于SOA的增益飽和效應(yīng)，探測(cè)光不能得到放大（邏輯0）；相反，當(dāng)信號(hào)光處于

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邏輯0時(shí)，探測(cè)光被放大（邏輯1）。此即為交叉增益調(diào)制效應(yīng)（XGM）。于是，強(qiáng)度調(diào)制信息就從信號(hào)光λS加載到了探測(cè)光λc上，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)變換，只是輸出信號(hào)在邏輯上與原信號(hào)相反。

同樣，交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）也是利用非線性效應(yīng)，達(dá)到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的目的。在調(diào)制速率上，XGM和XPM沒(méi)有明顯的差別，均受限于載流子的壽命時(shí)間，但采用XPM進(jìn)行波長(zhǎng)變換時(shí)，啁啾較小，消光比較高，變換信號(hào)的信噪比也提高。其缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴。

光交換技術(shù)的發(fā)展前景雖然光時(shí)分交換和波分交換都有美好的應(yīng)用前景，但是由于目前高速光開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和工藝水平還難以達(dá)到實(shí)用化程度，特別是有效的、大容量的光緩存器的缺乏，使高速、頻繁的時(shí)分光交換近期內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)。全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的研究雖然有了一些進(jìn)展，但也還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化階段。因此，近期光交換的發(fā)展和應(yīng)用重點(diǎn)仍是空分光交換，必要時(shí)使用“光電光型”波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)波分光交換。

WDM技術(shù)正在廣泛應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中，使單波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)升級(jí)為WDM多波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)。將逐漸成熟的空分光交換技術(shù)引入光纖通信系統(tǒng)后，可以以波長(zhǎng)為單位，在不同的光纖間交換光信號(hào)。從而在可以預(yù)見的將來(lái)，將點(diǎn)到點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)升級(jí)為光網(wǎng)絡(luò)，使通信網(wǎng)的基礎(chǔ)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。相信在不久的將來(lái)，光交換技術(shù)一定會(huì)在全光通信網(wǎng)中發(fā)揮重要的作用，會(huì)為通信技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)革命性的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：1.全光通信中的光交換技術(shù)翟錦華《科技信息》201*年第6期

2.全光網(wǎng)絡(luò)中光交換技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)吳青萍《光通信》201*年第8期

3.光交換技術(shù)綜述潘愛軍嚴(yán)高師《技術(shù)與市場(chǎng)》201*年第9期

4.《光纖通信系統(tǒng)》顧婉怡李國(guó)瑞編著

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通信系201*屆畢業(yè)設(shè)計(jì)

論文

題目：光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展專業(yè)：移動(dòng)通信技術(shù)班級(jí)：移動(dòng)通信技術(shù)1032學(xué)生姓名：李倩(0202103239)導(dǎo)師姓名：王琦起止時(shí)間：201*年12月15日

至201*年5月15日

通信系201*級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

論文題目指導(dǎo)教師王琦光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展電話辦公室15336113993通信技術(shù)教研室EmailWq_8500@163.com時(shí)間要求論文終稿紙質(zhì)版上交指導(dǎo)教師本人，時(shí)間截止：201*年5月15日。要求：1、光交換概述；2、光交換系統(tǒng)；3、光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)；4、光交換技術(shù)應(yīng)用。*論文字?jǐn)?shù)不少于8000字！論文初稿電子版上交指導(dǎo)教師郵箱，時(shí)間截止：201*年4月1日；參考資料：畢業(yè)設(shè)計(jì)的封面、任務(wù)書、成績(jī)?cè)u(píng)定表以及格式要求等相關(guān)資料，須在陜郵職院通信系網(wǎng)站進(jìn)行下載，格式必須按照要求書寫、打印、裝訂，如不符合要求的將按不合格處理；在畢業(yè)設(shè)計(jì)中嚴(yán)禁出現(xiàn)相互抄襲、雷同的情況，如有發(fā)現(xiàn)，將按照零分處理。I

陜郵職院通信系201*屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名課題名稱起止時(shí)間課題任務(wù)完成情況李倩性別女系別通信系專業(yè)班級(jí)光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展移動(dòng)通信技術(shù)移動(dòng)通信技術(shù)1032王琦201*年12月～201*年5月指導(dǎo)教師論文14300(千字)；圖紙22(張)；其它(含附件)：表2(張)，流程圖0(張)指導(dǎo)教師意見評(píng)閱成績(jī)：評(píng)閱/指導(dǎo)教師(簽字)：年月日學(xué)生實(shí)得成績(jī)(百分制)評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)定級(jí)別（級(jí)別為“優(yōu)秀”、“合格”、“不合格”三檔）II

目錄

目錄.................................................................III摘要...................................................................11光交換概述............................................................2

1.1光交換..........................................................2

1.1.1光交換基本概念...........................................21.1.2光交換的特點(diǎn).............................................2

1.2光交換基本器件........................................................3

1.2.1光開關(guān)...................................................31.2.2波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器...............................................31.2.3光存儲(chǔ)器.................................................41.2.4光調(diào)制器..................................................41.2.5光濾波器..................................................4

2光交換系統(tǒng)............................................................5

2.1光電路交換的分類................................................5

2.1.1時(shí)分光交換(TDPS）.......................................52.1.2時(shí)分光交換原理...........................................52.1.3空分光交換（SDPS).......................................62.1.4空分光交換原理...........................................62.1.5波分光交換(WDPS)........................................72.1.6波分光交換原理...........................................72.1.7復(fù)合光交換...............................................7

2.2光分組交換系統(tǒng)..................................................8

2.2.1光分組交換概念...........................................82.2.2光分組交換技術(shù)特點(diǎn)：......................................82.2.3光分組交換機(jī)組成.........................................82.2.3光分組交換原理...........................................92.2.4光分組交換優(yōu)點(diǎn)..........................................10

3光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)...............................................11

3.1光交換的特點(diǎn)...................................................113.2ATM光交換技術(shù).................................................11

3.2.1ATM光交換技術(shù)的機(jī)構(gòu).....................................113.2.2ATM光交換技術(shù)特點(diǎn).......................................12

3.3光突發(fā)交換技術(shù).................................................12

3.3.1光突發(fā)交換優(yōu)點(diǎn)..........................................123.3.2OBS的關(guān)鍵技術(shù)...........................................133.3.3OBS與OCS和OPS技術(shù)的比較...............................14

4光交換技術(shù)應(yīng)用.......................................................15

4.1光交換技術(shù)的交換方式及其應(yīng)用...................................15

4.1.1空分光交換方式...........................................154.1.2波分光交換方式...........................................154.1.3時(shí)分光交換方式...........................................16

III

4.1.4自由空間光交換方式.......................................164.1.5混合型光交換方式.........................................16

4.2光交換技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)............................................17

4.2.1智能自動(dòng)化..............................................174.2.2全光交換.................................................174.2.3光交換機(jī)多樣化..........................................18

致謝.................................................................19參考文獻(xiàn).................................................................20

IV光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

摘要

近年來(lái)，隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，光交換技術(shù)是全光通信網(wǎng)中核心技術(shù)，光交換作為全光通網(wǎng)中一個(gè)重要支撐技術(shù)，在全光通信網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用。文章論述了在光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中對(duì)將發(fā)揮重要作用的光交換技術(shù)，并還詳細(xì)介紹了光交換技術(shù)的概念，空分光交換、時(shí)分光交換、波分光交換、ATM光交換技術(shù)、分組光交換技術(shù)，突發(fā)光交換技術(shù)，以及光交換技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行了描述。

關(guān)鍵字：光交換、通信技術(shù)、光交換技術(shù)應(yīng)用

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

1光交換概述

現(xiàn)代通信網(wǎng)中，先進(jìn)的光纖通信技術(shù)以其高速、帶寬的明顯特征而為世人矚目。實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的。全光通信網(wǎng)是帶寬網(wǎng)未來(lái)發(fā)展目標(biāo)。從系統(tǒng)角度來(lái)看，支撐全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)又基本上分為光監(jiān)控技術(shù)、光交換技術(shù)、光處理技術(shù)、光放大技術(shù)幾大類。而光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要支撐技術(shù)，它在全光通信技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用。

1.1光交換

光交換是指不經(jīng)過(guò)任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域內(nèi)為輸入光信號(hào)選擇不同輸出信道的交換方式。

1.1.1光交換基本概念

光交換(photonicswitching)技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是在光域直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端。與電子數(shù)字程控交換相比，光交換無(wú)須在光纖傳輸線路和交換機(jī)之間設(shè)置光端機(jī)進(jìn)行光/電O/E和電/光E/O交換，而且在交換過(guò)程中，還能充分發(fā)揮光信號(hào)的高速、寬帶和無(wú)電磁感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。光纖傳輸技術(shù)與光交換技術(shù)融合在一起，可以起到相得益彰的作用，從而使光交換技術(shù)成為通信網(wǎng)交換技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。

1.1.2光交換的特點(diǎn)

a.由于光交換不涉及到電信號(hào)，所以不會(huì)受到電子器件處理速度的制約，與高速

的光纖傳輸速率匹配，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率。

b.光交換根據(jù)波長(zhǎng)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行路由和選路，與通信采用的協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和傳

輸速率無(wú)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)透明的數(shù)據(jù)傳輸。

c.光交換可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

1.2光交換基本器件

1.2.1光開關(guān)

光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口。其作用是對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的光學(xué)器件。光開關(guān)和光放大、光信號(hào)儲(chǔ)存等都是光學(xué)裝置材料。光開關(guān)可以在皮秒（10-12秒）內(nèi)進(jìn)行操作。目前它以鈮酸鋰和鎵鋁砷化合物為基礎(chǔ)，從電子工業(yè)中脫胎形成。有一些新的材料，如液晶、聚乙炔等都比鈮酸鋰有更好的光學(xué)效用。

1.2.2波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器

波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換是增加光交換網(wǎng)絡(luò)靈活性，降低阻塞的必要手段，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案也有很多。最簡(jiǎn)單的當(dāng)然是專注式的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，也就是在復(fù)用前，給每個(gè)通道都各配置一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，顯然這樣作是元件利用率最低的。一些波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的共享方案，也被陸續(xù)提出，常見的有節(jié)點(diǎn)共享式（SPN）和鏈路共享式（SPL）兩種。對(duì)前一種共享方案，通常需要較大的光開關(guān)以便在單節(jié)點(diǎn)可以共享同一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。本期香港城市大學(xué)的研究者對(duì)此做了改進(jìn)研究，旨在使用更小更便宜的光開關(guān)，替換用在同樣的系統(tǒng)里，卻能獲得和原來(lái)一樣的性能。主要思路是預(yù)設(shè)一定數(shù)量的小尺寸光開關(guān)，來(lái)支持同樣通道數(shù)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)任意一波長(zhǎng)的輸入信號(hào)要進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)，它先被切換到一個(gè)共享的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換通道，以這種方式節(jié)點(diǎn)僅需要幾個(gè)小的光開關(guān)，且能共享昂貴的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。

波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器有直接波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和外調(diào)制器波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兩種。直接波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換是光/電/光轉(zhuǎn)換，如圖1.1所示，將波長(zhǎng)為λi的輸入光信號(hào)，由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后再去驅(qū)動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)為λi的激光器，使得輸出光信號(hào)的輸出波長(zhǎng)為λi

圖1-1直接波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)及全光交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器有多種結(jié)構(gòu)和機(jī)制，目前研究較為成熟的是以半導(dǎo)體光放大器為基礎(chǔ)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器,包括交叉增益飽和調(diào)制型、交叉相位調(diào)制型以及四波混頻型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等。

1.2.3光存儲(chǔ)器

光存儲(chǔ)器是由光盤驅(qū)動(dòng)器和光盤片組成的光盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),光存儲(chǔ)技術(shù)是一種通過(guò)光學(xué)的方法讀寫數(shù)據(jù)的一種技術(shù),它的工作原理是改變存儲(chǔ)單元的某種性質(zhì)的反射率,反射光極化方向,利用這種性質(zhì)的改變來(lái)寫入存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù).在讀取數(shù)據(jù)時(shí),光檢測(cè)器檢測(cè)出光強(qiáng)和極化方向等的變化,從而讀出存儲(chǔ)在光盤上的數(shù)據(jù).由于高能量激光束可以聚焦成約0.8μm的光束,并且激光的對(duì)準(zhǔn)精度高,因此它比硬盤等其他存儲(chǔ)技術(shù)具有較高的存儲(chǔ)容量。

1.2.4光調(diào)制器

光調(diào)制器也稱電光調(diào)制器,是高速、長(zhǎng)距離光通信的關(guān)鍵器件，也是最重要的集成光學(xué)器件之一。它是通過(guò)電壓或電場(chǎng)的變化最終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依據(jù)的基本理論是各種不同形式的電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、Franz-KEldYsh效應(yīng)、量子阱Stark效應(yīng)、載流子色散效應(yīng)等。在整體光通信的光發(fā)射、傳輸、接收過(guò)程中,光調(diào)制器被用于控制光的強(qiáng)度,其作用是非常重要的。

1.2.5光濾波器

光濾波器是用來(lái)進(jìn)行波長(zhǎng)選擇的儀器，它可以從眾多的波長(zhǎng)中挑選出所需的波長(zhǎng)，而除此波長(zhǎng)以外的光將會(huì)被拒絕通過(guò)。它可以用于波長(zhǎng)選擇、光放大器的噪聲濾除、增益均衡、光復(fù)用/解復(fù)用。

光耦合器或者光復(fù)用器是把不同波長(zhǎng)的光復(fù)用到一根光纖中的，不同的波長(zhǎng)傳載著不同的信息。那么在接收端，要從光纖中分離出所需的波長(zhǎng)，就要用到光濾波器。

光濾波器類型有：基于干涉原理的濾波器（熔錐光纖濾波器、法布里-伯羅濾波器、多層介質(zhì)膜濾波器、馬赫-曾德爾干涉濾波器）；基于光柵原理的濾波器（體光柵濾波器、陣列波導(dǎo)光柵濾波器、光纖光柵濾波器、聲光可調(diào)諧濾波器）。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2光交換系統(tǒng)

光交換技術(shù)可分成光路交換（OS）系統(tǒng)、分組光交換(OPS)系統(tǒng)。光路交換系統(tǒng)可分為空分交換、時(shí)分交換、波分交換、混合交換等等�？辗钟址譃椋翰▽�(dǎo)空分和自由空間，分組光交換系統(tǒng)可分為：光分組交換、光突發(fā)交換、光標(biāo)記分組交換和光子時(shí)隙路由。

2.1光電路交換的分類

光電路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)SD、時(shí)分交換技術(shù)TD、波分/頻分交換技術(shù)WD/FD、碼分交換技術(shù)和復(fù)合型交換技術(shù)，其中空分交換技術(shù)包括波導(dǎo)空分和自由空分光交換技術(shù)。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來(lái)廣泛研究的一種方式。

2.1.1時(shí)分光交換(TDPS）

時(shí)分光交換是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)，把時(shí)間劃分為若干互不重疊的時(shí)隙，由不同的時(shí)隙建立不同的子信道，通過(guò)時(shí)隙交換網(wǎng)絡(luò)完成話音的時(shí)隙搬移，從而實(shí)現(xiàn)入線和出線間話音交換的一種交換方式。其基本原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲(chǔ)器（如光纖延遲存儲(chǔ)器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲(chǔ)器）、光選通器（如定向復(fù)合型陣列開關(guān)）以進(jìn)行相應(yīng)的交換。

2.1.2時(shí)分光交換原理

TDPS的基本原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)匹配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲(chǔ)器如光纖延遲存儲(chǔ)器、雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲(chǔ)器、光選通器，如定向復(fù)合型陣列開關(guān)，以進(jìn)行相應(yīng)的交換。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2.1.3空分光交換（SDPS)

這是指在交換過(guò)程中的入線是通過(guò)在空間的位置來(lái)選擇出線，并建立接續(xù)。通信結(jié)束后，隨即拆除。比如，人工交換機(jī)上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務(wù)員按主叫要求把塞繩的另一端連接被叫的出線塞孔，這就是最形象的空分交換方式。此外，機(jī)電式（電磁機(jī)械或繼電器式）、步進(jìn)制、縱橫制、半電子、程控模擬用戶交換機(jī)、以至寬帶交換機(jī)都可以利用空分交換原理實(shí)現(xiàn)交換的要求。

2.1.4空分光交換原理

SDPS的基本原理是將光交換組成門(Gate)陣列開關(guān),并適當(dāng)控制門陣列開關(guān),即可在任一路輸入光纖和任一輸出光纖之間構(gòu)成通路。因其交換元件的不同可分為機(jī)械型、光電轉(zhuǎn)換型、復(fù)合波導(dǎo)型、全反射型和激光二極管門開關(guān)等,如耦合波導(dǎo)型交換元件鑰酸鉀,它是一種電光材料,具有折射率隨外界電場(chǎng)的變化而發(fā)生變化的光學(xué)特性。以鈮酸鉀為基片,在基片上進(jìn)行鈦擴(kuò)散,以形成折射率逐漸增加的光波導(dǎo),即光通路,再焊上電極后即可將它作為光交換元件使用。當(dāng)將兩條很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合,通過(guò)這兩條波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換。能量交換的強(qiáng)弱隨復(fù)合系數(shù)。平行波導(dǎo)的長(zhǎng)度和兩波導(dǎo)之間的相位差變化,只要所選取的參數(shù)適當(dāng),光束就在波導(dǎo)上完全交錯(cuò),如果在電極上施加一定的電壓,可改變折射率及相位差。由此可見,通過(guò)控制電極上的電壓,可以得到平行和交叉兩種交換狀態(tài)。

波分光交換以光波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)進(jìn)行通路選擇。其基本原理是通過(guò)改變輸入光信號(hào)的波長(zhǎng)，把某個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)變換成另一個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)輸出。波分光交換模塊由波長(zhǎng)復(fù)用器（合分器）/解分器（分波器）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器組成，如圖2-1所示。

圖2-1波分光交換模塊

這是來(lái)自一條多路復(fù)用輸入的光信號(hào)，先通過(guò)分波器進(jìn)行分路；再用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行交換處理；對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)信道分別進(jìn)行波長(zhǎng)變換；最后通過(guò)合波器進(jìn)行合路，輸出的還是一個(gè)多路復(fù)用光信號(hào)，經(jīng)由一條光纖輸出。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2.1.5波分光交換(WDPS)

WDPS充分利用光路的寬帶特性,獲得電子線路所不能實(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)�？烧{(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)變換器是實(shí)現(xiàn)波分(WD)光交換的基本元件。前者的作用是從輸入的多路波分光信號(hào)中選出的光信號(hào),后者則將可變波長(zhǎng)濾波器選出的光信號(hào)變換為適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)后輸出。WDPS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)等效于一個(gè)NAN陣列型交換系統(tǒng)。它將每個(gè)輸入的光波變換成波長(zhǎng)(1-(N中的一個(gè)波,用星型耦合器將這N條光波混合,再通過(guò)輸出端的可調(diào)波長(zhǎng)濾波器,分別選出所需波長(zhǎng)的光波，這樣就完成了N條光波的交換。也可在兩個(gè)輸出端口上選取波長(zhǎng)相同的光波，以實(shí)現(xiàn)廣播分配型的通信。

2.1.6波分光交換原理

波分光交換以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，根據(jù)光信號(hào)的波長(zhǎng)進(jìn)行通路選擇。其基本原理是通過(guò)改變輸入光信號(hào)的波長(zhǎng)，把某個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)變換成另一個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)輸出。波分交換模板由波長(zhǎng)復(fù)用器（合波器）/解復(fù)用器(分波器）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器組成，如圖2-2所示。

圖2-2波分光交換原理

這波分光交換原理圖，來(lái)自一條多路復(fù)用輸入的光信號(hào)，先通過(guò)分波器進(jìn)行交換處理，對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)信道分別進(jìn)行波長(zhǎng)變換；最后通過(guò)合波器進(jìn)行合路，輸出的還是一個(gè)多路復(fù)用光信號(hào)，經(jīng)由一條光纖輸出。是從1到4輸入的多路波分復(fù)用光信號(hào)中選出所需波長(zhǎng)的光信號(hào)。

2.1.7復(fù)合光交換

該技術(shù)是指在一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)應(yīng)用兩種以上的光交換方式。例如，在波分技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進(jìn)行多級(jí)鏈路連接，鏈路連接在各級(jí)內(nèi)均采用波分交換技術(shù)。因這種方法需要把多路信號(hào)分路接入鏈路，故抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。解決這個(gè)問(wèn)題的措施是在鏈路上利用波分復(fù)用方法,實(shí)現(xiàn)多路化鏈路的連接,空分波分復(fù)合型光交換系統(tǒng)就是復(fù)合型光交換技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用�？辗植ǚ謴�(fù)合型光交換系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是，鏈路級(jí)數(shù)和交換元件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可提供廣播型的多路連接。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

另一種極有前途的大容量復(fù)合型光交換系統(tǒng)就是時(shí)分波分復(fù)合型交換模塊。其復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積，即二者復(fù)用度分別為8時(shí),可實(shí)現(xiàn)64路復(fù)合型交換。若將這種交換模塊用于4級(jí)鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)，則可構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。

2.2光分組交換系統(tǒng)

光分組交換系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光分組交換（OPS)技術(shù)；光突發(fā)交換(OBS）技術(shù)；光標(biāo)記分組交換(OMPLS）技術(shù)；光子時(shí)隙路由（PSR)技術(shù)等。這些技術(shù)能確保用戶與用戶之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行。2.2.1光分組交換概念

光分組交換是電分組交換在光域的延伸，交換單位是高速光分組。OPS沿用電分組交換的“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式，是無(wú)連續(xù)的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立路由和分配資源。采用單向預(yù)約機(jī)制，分組凈荷緊跟分組頭后，在相同光路中傳輸，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要緩存分組凈荷，等待分組頭處理，以確定路由。與OCS相比，OPS有著很高的資源利用率和很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。

光突發(fā)交換為IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。一方面，通過(guò)光突發(fā)交換可以使現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術(shù)的帶寬潛力，另外一方面，由于光突發(fā)交換網(wǎng)對(duì)突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過(guò)任何的光電轉(zhuǎn)化，從而使光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實(shí)現(xiàn)所謂的T比特級(jí)光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難。此外，光突發(fā)交換的QOS支持特征也符合下一代Internet的要求。因此，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)很有希望取代當(dāng)前基于ATM/SDH架構(gòu)和電子路由器的IP骨干網(wǎng)，成為下一代光子化的Internet骨干網(wǎng)。作為一項(xiàng)具有廣泛前景和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的交換方式，光突發(fā)交換技術(shù)已引起了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，我國(guó)的863計(jì)劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為重點(diǎn)資助項(xiàng)目。2.2.2光分組交換技術(shù)特點(diǎn)：

a.大容量、數(shù)據(jù)率和格式的透明性、可配置性等特點(diǎn)，支持未來(lái)不同類型數(shù)據(jù)。b.能提供端到端的光通道或者無(wú)連接的傳輸。

c.帶寬利用效率高，能提供各種服務(wù)，滿足客戶的需求。2.2.3光分組交換機(jī)組成

OPS交換由輸入接口、光交換矩陣單元、控制單元和輸出接口組成，如圖2.3所示。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

圖2-3OPS交換模式

a.輸入接口:對(duì)來(lái)自不同輸入端口的光分組進(jìn)行時(shí)間和相位對(duì)準(zhǔn)，完成光分組讀取和同步功能，并保持?jǐn)?shù)據(jù)凈荷的透明傳輸。

b.交換矩陣單元：OPS節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵部分，它為同步的光分組選擇路由并解決輸出端口的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。光交換矩陣單元具有光分組緩存功能，對(duì)于本

c.地交換節(jié)點(diǎn)，光交換矩陣單元同時(shí)完成上下路功能。根據(jù)使用交換開關(guān)類型的不同，OPS結(jié)構(gòu)分為空間光開關(guān)結(jié)構(gòu)、廣播選擇交換結(jié)構(gòu)、波長(zhǎng)路由交換結(jié)構(gòu)等。

d.控制單元：利用光分組頭信息控制核心交換�？刂撇糠忠�處理信頭信息，并發(fā)出必要的指示。

輸出接口：通過(guò)輸出同步和再生模塊，降低交換機(jī)內(nèi)部不同路徑光分組的相位抖動(dòng)，進(jìn)行功率均衡，同時(shí)完成光分組頭的重寫和光分組再生，以補(bǔ)償光交換矩陣所帶來(lái)的消光比和信噪比惡化。2.2.3光分組交換原理

a.在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。b.每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。

c.每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，暫存到交換機(jī)的存儲(chǔ)器（內(nèi)存）中。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)處理分組的過(guò)程：

（1）把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)；

（2）查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；（3）把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。

d.用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終的目的地。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

e.接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟�原成報(bào)文2.2.4光分組交換優(yōu)點(diǎn)

（1）OPS屬于分組級(jí)的光信號(hào)處理，和OTDM相比對(duì)光器件工作速度的要求大大降低，與WDM相比更加靈活，可有效地提高帶寬利用率。

（2）交換粒度小，能與IP分組很好地兼容。

（3）容量大、可配置、數(shù)據(jù)率和格式透明，可支持未來(lái)不同類型數(shù)據(jù)。(4)能提供端到端的光通道或者無(wú)連接傳輸，帶寬利用效率高，適應(yīng)性好，能提供各種服務(wù)。

(5)將大量的交換業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到光域，交換容量與WDM傳輸容量匹配，同時(shí)與OXC、MPLS等新技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與資源的合理利用，有很高的資源利用率和很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

3光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)

光路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)、時(shí)分交換技術(shù)、波分／頻分交換技術(shù)、碼分交換技術(shù)和復(fù)合型交換技術(shù)，其中空分交換技術(shù)包括波導(dǎo)空分和自由空分光交換技術(shù)。光分組交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)主要包括：光分組交換技術(shù)，光突發(fā)交換技術(shù)，光標(biāo)記分組交換技術(shù)，光子時(shí)隙路由技術(shù)等。

光路交換技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化。光分組交換技術(shù)目前主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行研究與功能實(shí)現(xiàn)，確保用戶與用戶之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)。其中，光分組交換技術(shù)和光突發(fā)交換技術(shù)是光交換中的最有開發(fā)價(jià)值的熱點(diǎn)技術(shù)，也是全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，她將有著廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

3.1光交換的特點(diǎn)

隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺(tái)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護(hù)和自愈功能在光通信領(lǐng)域中越來(lái)越重霎。光交換能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號(hào)路由平臺(tái)，盡管現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都采用電路交換技術(shù)，但發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)卻需要由純光交換來(lái)完成信號(hào)路由功能以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。光交換為進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的高速信息流提供動(dòng)態(tài)光域處理，僅將屬于該節(jié)點(diǎn)及其子網(wǎng)的信息上下路并交由電交換設(shè)備繼續(xù)處理，這樣具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

a.可以克服純電子交換的容量瓶頸問(wèn)題。

b.可以大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成本。如果采用全光網(wǎng)技術(shù)，將使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省70%，設(shè)備費(fèi)用節(jié)省90%。

c.可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，以及加快網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時(shí)間。d.可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供靈活的信息路由手段。

3.2ATM光交換技術(shù)

ATM光交換遵循電領(lǐng)域ATM交換的基本原理，以ATM信元為交換對(duì)象，采用波分復(fù)用、電或光緩存技術(shù)，由信元波長(zhǎng)進(jìn)行選路。依照信元的波長(zhǎng)，信元被選路到輸出端口的光緩存器中，然后將選路到同一輸出端口的信元存儲(chǔ)于輸入公用的光緩存器內(nèi)，完成交換的目的。

3.2.1ATM光交換技術(shù)的機(jī)構(gòu)

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

一是采用廣播選擇方式的超短光脈沖星形網(wǎng)絡(luò)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本較低等優(yōu)點(diǎn)；

二是采用光矩陣開關(guān)的超立方體網(wǎng)絡(luò)。具有模塊化結(jié)構(gòu)、可擴(kuò)展性、路由算法簡(jiǎn)單、高可靠的路由選擇等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.2ATM光交換技術(shù)特點(diǎn)

.ATM是采用固定長(zhǎng)度的信元，可使信元像STM的時(shí)隙一樣定時(shí)出現(xiàn)。因此，ATM可以采用硬件方式高速地對(duì)信頭進(jìn)行識(shí)別和交換處理。

.具有同樣標(biāo)志的信元的傳輸線上并不對(duì)應(yīng)某個(gè)固定的時(shí)隙，也不是按周期出現(xiàn)的。.任何業(yè)務(wù)都能按實(shí)際需要來(lái)占用資源。

.信息傳輸速率隨信息到達(dá)的速率而變化，因此網(wǎng)絡(luò)資源得到最大限度的利用。.ATM傳送技術(shù)融合了電路傳送模式與分組傳送模式的特點(diǎn)。

.ATM網(wǎng)絡(luò)可以適用于任何業(yè)務(wù)，不論其特性如何，網(wǎng)絡(luò)都按同樣的模式來(lái)處理。

3.3光突發(fā)交換技術(shù)

光突發(fā)交換（OBS)是作為OCS向OPS的過(guò)渡技術(shù)提出的。OBS的交換單位是突發(fā)，即為多個(gè)分組的集合，其帶寬粒度介于OCS和OPS之間。OBS比OCS靈活、帶寬利用率高，比OPS更貼近實(shí)用�？梢哉f(shuō)，OBS結(jié)合了OCS和OPS的優(yōu)點(diǎn)克服了兩者的部分缺點(diǎn)，且由于對(duì)光器件的要求較低，因此成為目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

3.3.1光突發(fā)交換優(yōu)點(diǎn)

（1）粒度適中：OBS的粒度介于OCS和OPS之間，它比OCS粒度細(xì)，比OPS粒度粗。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顆粒度的基本尺寸一般用幀長(zhǎng)表示。例如：假定在1000Km光纖傳輸中，在10Gbit/s傳輸速率條件下，基本波長(zhǎng)的OCS以SDH作為基本，以125微妙為基本顆粒度，幀長(zhǎng)為160k比特。

（2）BCP與BP在信道上分離：BCP與BP在時(shí)間和空間上分離，空間上分離指在物理信道上采用同一光纖中的不同波長(zhǎng)；時(shí)間上分離是指BCP提前于BP一段時(shí)間發(fā)送，且在中間節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)電信息處理，為BP預(yù)留資源，而BP在BCP之后傳送，在中間節(jié)點(diǎn)通過(guò)預(yù)留好的資源直通，無(wú)需O/E/O處理。將BCP于BP分離的意義在于BCP可以先于BP傳輸，以彌補(bǔ)BCP在交換節(jié)點(diǎn)的處理過(guò)程中O/E/O變換及電處理造成的時(shí)延。隨后發(fā)出的BP在交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全光交換透明傳輸，無(wú)需進(jìn)行光存儲(chǔ)，避開了目前光緩存器技術(shù)不成熟的缺點(diǎn)。

（3）無(wú)光緩存：突發(fā)數(shù)據(jù)在中間節(jié)點(diǎn)不需要任何光存儲(chǔ)，而是通過(guò)相應(yīng)的BCP預(yù)

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

留進(jìn)行直通傳輸，因而在經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)時(shí)無(wú)時(shí)延，偏置時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)路由中的波長(zhǎng)通道建立時(shí)間。

（4）單向預(yù)留：采用單向預(yù)留方式分配資源，即BCP提前于BP一段時(shí)間發(fā)送，為BP預(yù)留資源，源點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)之前，不需要等待目的節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，因此端到端時(shí)延相對(duì)較小。

（5）透明傳輸：由于OBS網(wǎng)對(duì)突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不需要經(jīng)過(guò)任何光電轉(zhuǎn)換，從而使OBS能夠真正的實(shí)現(xiàn)比特級(jí)光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難的問(wèn)題。

（6）統(tǒng)計(jì)復(fù)用：允許每一個(gè)波長(zhǎng)的突發(fā)數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)復(fù)用，不需要占用幾個(gè)波長(zhǎng)，效率高、交換靈活、交換容量大。

3.3.2OBS的關(guān)鍵技術(shù)

OBS關(guān)鍵技術(shù)主要包括高速光交叉模塊技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)解決方案、光子時(shí)隙路由技術(shù)、組裝算法、波長(zhǎng)分配和生存性。

a.光交叉模塊，是OBS核心節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵部分，對(duì)OBS網(wǎng)絡(luò)的性能影響很大。OBS要求其中的光開關(guān)速度達(dá)到微秒級(jí)甚至納秒級(jí)。全息光開關(guān)，開關(guān)速度非�？�，只需幾個(gè)納秒，可靠性比較好，插入損耗小于4dB，但是它的功耗比較大，并且需要高電壓供電。因此高速光交叉矩陣技術(shù)有待進(jìn)一步研究。

b.競(jìng)爭(zhēng)解決方案：為了處理當(dāng)多個(gè)分組同時(shí)到達(dá)同一個(gè)輸出端口時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)解決方案是

必需的，這是所有分組交換方式所必然會(huì)遇到的問(wèn)題，即所謂的外部阻塞。比較典型的解決方式是通過(guò)緩存其它沖突的分組，只允許一個(gè)輸出。在OBS與OPS中，競(jìng)爭(zhēng)解決方案有光緩存、波長(zhǎng)變換和偏射路由，或者其中多種技術(shù)融合。

c.光子時(shí)隙路由(PSR)(PhotonicSlotRouting)技術(shù)，按照PSR原理，用戶的分組數(shù)據(jù)在被連帶交換的所有波長(zhǎng)上的相同時(shí)隙(光子時(shí)隙)內(nèi)傳輸，交換節(jié)點(diǎn)將每一個(gè)時(shí)隙作為一個(gè)整體來(lái)看待，而無(wú)需在不同的分立波長(zhǎng)上執(zhí)行分組的變換或接入。從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)特定節(jié)點(diǎn)的分組數(shù)據(jù)，首先在該節(jié)點(diǎn)上被分配到可用波長(zhǎng)上的一個(gè)特定的時(shí)隙中，以便被正確傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。注意，該時(shí)隙就是專門被指定要去那個(gè)特定目的瑞節(jié)點(diǎn)的一個(gè)特定時(shí)隙。

d.組裝算法：光交換技術(shù)的邊緣接入節(jié)點(diǎn)要按照一定規(guī)則對(duì)進(jìn)入OBS網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚組裝，如何將來(lái)來(lái)自不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)適配組裝成合適的突發(fā)包是OBS網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。突發(fā)包的組裝一般兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是組裝時(shí)間，另一個(gè)是突發(fā)包的最大長(zhǎng)度。

e.波長(zhǎng)分配：在波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)中，波長(zhǎng)分配問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，在

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

OBS中，控制分組在每個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)分組發(fā)送之前發(fā)送，雖然克服了波長(zhǎng)一制性原則，波長(zhǎng)資源是統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，利用率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于波長(zhǎng)路由網(wǎng)絡(luò)，但是在沒(méi)有全光波長(zhǎng)變換的情況下，波長(zhǎng)分配問(wèn)題仍是制約網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要問(wèn)題，它通知該數(shù)據(jù)分組要通過(guò)的中間節(jié)點(diǎn)在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)為該分組預(yù)留資源。如果預(yù)留失敗，該數(shù)據(jù)分組將被丟棄或使用反射路由送到其他節(jié)點(diǎn)。

f.生存性：光突發(fā)交換技術(shù)的生存性包括控制信道和數(shù)據(jù)信道的保護(hù)機(jī)制，它與傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)由許多相似的地方，可以借鑒傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制。但OBS網(wǎng)絡(luò)其有自身的特性，如控制信道要經(jīng)過(guò)O/E/O處理，數(shù)據(jù)信息在光域中透明傳輸，所以光突發(fā)交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的生存性在許多方面有待進(jìn)一步研究。

3.3.3OBS與OCS和OPS技術(shù)的比較

表3-2三種交換技術(shù)區(qū)別(1)

序號(hào)1交換粒度比較內(nèi)容光電路交換波長(zhǎng)/波帶/光纖23交換方式控制方式制456信息長(zhǎng)度建立鏈接時(shí)延建立鏈接占用信道固定高占用可變低不占用可變低占用直通帶外控10納米-10微1納米-100微光分組交換光突發(fā)交換米光分組（小顆粒）米突發(fā)包（大顆粒）存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)帶內(nèi)控制直通帶外控制表3-3三種交換技術(shù)區(qū)別(2)

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技術(shù)粒度特點(diǎn)光電路交換光突發(fā)交換光分組交換波長(zhǎng)/波帶/光纖1s-100s突發(fā)包10ns-10s光分組靜態(tài)配置或者端到端信令預(yù)留帶寬交換，無(wú)需緩存存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換，需要緩存光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4光交換技術(shù)應(yīng)用

4.1光交換技術(shù)的交換方式及其應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)在通信網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)透明的、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)。讓更多的光交換技術(shù)發(fā)展起來(lái)。

4.1.1空分光交換方式

空分光交換的基本原理是將光交換節(jié)點(diǎn)組成可控的門陣列開關(guān),通過(guò)控制交換節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開,完成光信號(hào)的交換。簡(jiǎn)言之,光空分交換是使按空間順序排列的各路信息進(jìn)入空分交換陣列后,交換陣列節(jié)點(diǎn)根據(jù)信令對(duì)信號(hào)的空間位置進(jìn)行重新排列,然后輸出,完成交換�？辗止饨粨Q的交換過(guò)程是在光波導(dǎo)中完成的,有時(shí)也稱為光波導(dǎo)交換�？辗止饨粨Q的交換節(jié)點(diǎn)可由機(jī)械、電、光、聲、磁、熱等方式進(jìn)行控制。就目前情況而言,機(jī)械式控制光節(jié)點(diǎn)技術(shù)是比較成熟和可靠的空分光交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)。

4.1.2波分光交換方式

在光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中,可采用光信號(hào)時(shí)隙互換的方法實(shí)現(xiàn)交換。在光波分復(fù)用系統(tǒng)中,則可采用光波長(zhǎng)互換(或光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)交換。光波長(zhǎng)互換的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)從光波分復(fù)用信號(hào)中檢出所需的光信號(hào)波長(zhǎng),并將它調(diào)制到另一光波長(zhǎng)上去進(jìn)行傳輸。在波分光交換系統(tǒng)中,精確的波長(zhǎng)互換技術(shù)是關(guān)鍵。波分光交換方式能充分利用光路的寬帶特性,獲得電子線路所不能實(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)�？烧{(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)變換器是實(shí)現(xiàn)波分光交換的基本元件,前者的作用是從輸入的多路波分復(fù)用光信號(hào)中選出所需波長(zhǎng)的光信號(hào);后者則將可變波長(zhǎng)濾波器選出的光信號(hào)變換為所需要的波長(zhǎng)后輸出。用分布反饋型和分布布喇格反射型的半導(dǎo)體激光器可以實(shí)現(xiàn)這兩類元件的功能。目前,能用的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方式主要還是有源的方式,利用某些光學(xué)晶體在特定條件下能夠改變光波頻率的現(xiàn)象在此不妨大膽設(shè)想一下：也許不久的將來(lái)，一種無(wú)源的光波長(zhǎng)變換實(shí)用化裝置就會(huì)誕生,它能夠在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬頻帶的光波長(zhǎng)變換。如果這一設(shè)想能夠成為現(xiàn)實(shí),將會(huì)給波長(zhǎng)光交換帶來(lái)廣闊的應(yīng)用空間。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4.1.3時(shí)分光交換方式

時(shí)分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學(xué)的時(shí)分交換原理基本相同,只不過(guò)它是在光域里實(shí)現(xiàn)時(shí)隙互換而完成交換的,因此,它能夠和時(shí)分多路復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)匹配。時(shí)分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時(shí)隙交換器,通過(guò)光讀寫門對(duì)光存儲(chǔ)器的受控有序讀寫操作完成交換動(dòng)作。由于時(shí)分光交換可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件,所以能夠減少硬件設(shè)備,構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。時(shí)分光交換系統(tǒng)能與光傳輸系統(tǒng)很好配合構(gòu)成全光網(wǎng),所以時(shí)分光交換技術(shù)研究開發(fā)進(jìn)展很快,其交換速率幾乎每年提高1倍,目前已研制出幾種時(shí)分光交換系統(tǒng)。

4.1.4自由空間光交換方式

自由空間光交換可以看作是一種空分光交換,它是通過(guò)在空間無(wú)干涉地控制光的路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于自由空間光交換方式的構(gòu)成比較簡(jiǎn)單,有時(shí)只需移動(dòng)棱鏡或透鏡即可實(shí)現(xiàn)交換，因此它是較早出現(xiàn)的光交換技術(shù)。它與空分光交換的不同在于:在自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)中，光是通過(guò)在自由空間或均勻材料中傳播而到達(dá)目標(biāo)的;而空分光交換中光的傳播則完全在波導(dǎo)進(jìn)行。與空分光交換相比,因?yàn)樗�利用的是光束互連,適合做三維高密度組合,即使光束相互交叉,也不會(huì)相互影響,因此比較容易構(gòu)成大規(guī)模的交換系統(tǒng)。典型的自由空間光交換是由二維光偏振控制的交換陣列或開關(guān)門器件組成。另外,使用全息光交換技術(shù)可以構(gòu)成大規(guī)模的自由空間光交換系統(tǒng),且無(wú)需多級(jí)連接。

4.1.5混合型光交換方式

由于各種光交換技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不同的適應(yīng)性,將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起來(lái)進(jìn)行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。已見介紹的復(fù)合型光交換主要有:

(1)空分/時(shí)分光交換系統(tǒng);(2)波分/空分光交換系統(tǒng);(3)頻分/時(shí)分光交換系統(tǒng);(4)時(shí)分/波分/空分光交換系統(tǒng)等。

例如，將時(shí)分和波分技術(shù)合起來(lái)可以得到一種極有前途的大容量復(fù)合型光交換模塊，其復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積。如果他們的復(fù)用度分別為8,則可實(shí)現(xiàn)64路的時(shí)分2波分復(fù)合型交換。將此種交換模塊用于4級(jí)鏈路連接的網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4.2光交換技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中，先進(jìn)的光通信技術(shù)以其高速、寬帶的明顯特征而為世人矚目，可以這樣說(shuō)光交換技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也決定了全光通信的發(fā)展。

4.2.1智能自動(dòng)化

智能自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)即網(wǎng)絡(luò)的管理和控制具有智能化特點(diǎn)，能夠動(dòng)態(tài)、自動(dòng)地完成端到端光通道的建立、拆除和修改。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰ⒖捎玫馁Y源信息、配置信息等動(dòng)態(tài)指配最佳恢復(fù)路由。對(duì)這種技術(shù)的需求源自互聯(lián)網(wǎng)容量的增長(zhǎng)。容量的增長(zhǎng)要求光交換層的交換能力不斷增強(qiáng)，使之向更易于管理、更加靈活和更具有健壯性，同時(shí)業(yè)務(wù)指配和故障恢復(fù)也能夠更快地自動(dòng)完成并具有智能性的方向發(fā)展。近期，在組網(wǎng)技術(shù)方面的兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展使得對(duì)光網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)指配成為可能。首先是可重構(gòu)型的光聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的開發(fā)成功，如光交叉連接器和光分插復(fù)用器，使得由運(yùn)營(yíng)商動(dòng)態(tài)支配帶寬成為現(xiàn)實(shí)。另外，由于在IP路由器、ATM交換機(jī)等設(shè)備中強(qiáng)化了新的流量技術(shù)和路由技術(shù)，使這些設(shè)備具有了動(dòng)態(tài)決定增減帶寬的能力。這兩種技術(shù)的使用，為傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)引入了智能控制和管理信令，從而使光網(wǎng)絡(luò)具有了智能性和自動(dòng)性，為發(fā)展按需分配帶寬和買賣帶寬的新型商業(yè)模式提供了條件。

4.2.2全光交換

所謂全光交換是指從波長(zhǎng)到波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換，基于這種技術(shù)的光交換或波長(zhǎng)路由器能使網(wǎng)絡(luò)配置更靈活，使運(yùn)營(yíng)商可以在光骨干網(wǎng)中方便地提供OC-1到光波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)，把選路定位在波長(zhǎng)上而不是光纖上，遇到故障可以自動(dòng)恢復(fù)工作。由于無(wú)須ATM交換機(jī)、SONETADM和數(shù)字交叉連接器等設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)將得到大大簡(jiǎn)化。近期在光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)熱潮中，運(yùn)營(yíng)商和制造商都顯示出了對(duì)全光交換設(shè)備的濃厚興趣，預(yù)計(jì)成熟的產(chǎn)品很快就能面世。

現(xiàn)代波分復(fù)用（WDM）、空分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn)，豐富了光信號(hào)交換和控制的方式，使得全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)出全新的面貌。專家認(rèn)為，未來(lái)全光網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)架可能就是以WDM技術(shù)為主導(dǎo)，結(jié)合光時(shí)分復(fù)用（OTDM）和光碼分復(fù)用（OCDMA）技術(shù)。OTDM技術(shù)可以使一個(gè)固定波長(zhǎng)的光波攜帶信息量十幾倍、幾十倍地增長(zhǎng)，OCDMA則提供一種全光的接入方式。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

4.2.3光交換機(jī)多樣化

隨著液晶技術(shù)的成熟，液晶光交換機(jī)將會(huì)成為光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，該交換設(shè)備主要由液晶片、極化光束分離器、成光束調(diào)相器組成，而液晶在交換機(jī)中的主要作用是旋轉(zhuǎn)入射光的極化角。當(dāng)電極上沒(méi)有電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)液晶片的光線極化角為90°，當(dāng)有電壓加在液晶片的電極上時(shí)，入射光束將維持它的極化狀態(tài)不變。而由聲光技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光交換設(shè)備，因其中加入了橫向聲波，從而可以將光線從一根光纖準(zhǔn)確地引導(dǎo)到另一根光纖，該類型的交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的交換速度，可方便地構(gòu)成端口較少的交換機(jī)。但它不適合用于矩陣交換機(jī)。

另外，市場(chǎng)上目前又開發(fā)了基于不同類型的特殊微光器件的光交換機(jī)，這種類型的交換機(jī)可以由小型化的機(jī)械系統(tǒng)激活，而且它的體積小，集成度高，可大規(guī)模生產(chǎn)，我們相信這種類型的交換機(jī)在生產(chǎn)工藝水平不斷提高的將來(lái)，一定能成為市場(chǎng)的主流。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

致謝

這篇論文是在王琦老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在寫作過(guò)程中，王琦老師給我提出切實(shí)可行的指導(dǎo)性建議，并細(xì)心全面地修改了我的論文。王琦老師這種一絲不茍的負(fù)責(zé)精神，使我深受感動(dòng)。更重要的是王琦老師在指導(dǎo)我的論文的過(guò)程中，始終踐行著“授人以魚，不如授之以漁”的原則。

在此向?qū)�師表示衷心地感謝！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！

通過(guò)該畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展有了大致的了解，熟悉了無(wú)線局域網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)在社會(huì)中的應(yīng)用和未來(lái)的發(fā)展，更使我加深了對(duì)本課題的理解。

光交換技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

參考文獻(xiàn)

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