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现代交换技术的现状及其发展趋势 摘要： 随着国家信息基础网络建设及电信经营的逐步开放，通信网络正经历着一次又一次的重大变革。而交换设备是通信网的重要组成，交换技术的发展与通信网的发展是分不开的，即交换技术与终端业务、传输技术必须相适应。分组交换是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组，通过传输分组的方式传输信息的一种技术。它是通过计算机和终端实现计算机与计算机之间的通信，在传输线路质量不高、网络技术手段还比较单一的情况下，应运而生的一种交换技术。近年来，随着光纤技术获得巨大成就，信道的传输速率明显增强，光交换技术得到很大发展，宽带综合业务数字网（B-ISDN）中的用户线必须要用光纤。光技术已经在信息传输中得到广泛的应用。 关键字：通信 交换技术 光交换技术 1. 现代交换技术概述 随着微电子技术、计算机技术的飞速发展，交换技术得到了空前的发展。从电话交换一直到当今数据交换、综合业务数字交换，交换技术经历了人工交换到自动交换的过程。人们对可视电话、可视图文、图像通信和多媒体等宽带业务的需求，也将大大地推动异步传输技术（ATM）和同步数字系列技术（SDH）及宽带用户接入网技术的不断进步和广泛应用。 一些常见的交换技术，比如电话通信中使用的电路交换技术、数据通信网中使用的分组交换技术和帧中继技术、宽带交换中使用的ATM技术、计算机网络中使用的二层交换、IP交换和MPLS技术、光交换技术等等。随着通信技术和计算机技术的不断发展，人们要求网络能提供多种业务，而传统的电路交换技术已经满足不了用户对于新业务的要求，因此新兴的交换技术应用范围越加广泛。其中，我以光交换技术为例，来体现现代交换技术的发展趋势。 2. 光交换概述 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。全光通信网是带宽网未来发展目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术又基本上分为光监控技术、光交换技术、光处理技术、光放大技术几大类。而光交换技术作为全光网络系统中的一个重要支撑技术，它在全光通信技术中发挥着重要的作用。 光交换(photonic switching)技术也是一种光纤通信技术，它是在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。与电子数字程控交换相比，光交换无须在光纤传输线路和交换机之间设置光端机进行光/电（O/E）和电/光（E/O）交换，而且在交换过程中，还能充分发挥光信号的高速、宽带和无电磁感应的优点。光纤传输技术与光交换技术融合在一起，可以起到相得益彰的作用，从而使光交换技术成为通信网交换技术的一个发展方向。 光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术、时分交换技术、波分／频分交换技术、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术包括波导空分和自由空分光交换技术。光分组交换系统所涉及的技术主要包括：光分组交换技术、光突发交换技术、光标记分组交换技术、光子时隙路由技术等。 光路交换技术已经实用化。光分组交换技术目前主要是在实验室内进行研究与功能实现，确保用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术。其中，光分组交换技术和光突发交换技术是光交换中的最有开发价值的热点技术，也是全光网络的核心技术，它将有着广泛的市场应用前景。 2.1 光交换技术特点 ➢ 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。 ➢ 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。 ➢ 光交换可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。 2.2 光交换技术分类 电域内存在电路交换和分组交换，光交换技术依据交换粒度的不同也可以分为光路交换、光分组交换和光突发交换三种。 2.2.1 光路交换 OCS基于波长上下话路OADM和交叉连接OXC，采用波长路由方式，通过控制平面的双向信令传输建立链路和分配波长，实质是一种光的电路交换方式。 在光层利用密集波分复用网络中，光路交换以波长交换的形式实现，即在相邻节点间的每一条链路上，一个波长对应一个用于交换的光通道。波长交换的优点是速度快、对数据速率及格式透明，适合SDH网络。 2.2.2 光分组交换 随着光传送技术的不断发展，光网络的传送波长会越来越多。为了实现带宽适配，边缘节点往往需要进行大量的复用和解复用操作，把高速光信号变换成可处理的低速电信号，不仅增加了设备的复杂性和成本，而且使边缘节点成为新的电子瓶颈。为了彻底解决电子瓶颈问题，一种能够直接在光域复用、交换和传送IP包的光分组交换技术应运而生。 2.2.3 光突发交换 虽然波长交换技术相对比较成熟，但难以适应具有高突发性的IP业务。由于现在光器件的局限，实现完全的OPS网络比较困难，因此提出了光突发交换技术。OBS的主要思想是将IP分组组装成一个大的突发包，并在电域上为这个突发包建立交换通路。一般情况下，单个光IP分组通过交换矩阵对光开关的要求为纳秒级，而OBS使突发包通过光开关的时间要求下降为毫秒级，使得现在的光器件可以满足这一要求。 2.3 光交换的优点 随着通信网络逐渐向全光平台发展，网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重要。光交换能够保证网络的可靠性和提供灵活的信号路由平台，尽管现有的通信系统都采用电路交换技术，但发展中的全光网络却需要由纯光交换来完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。光交换为进入节点的高速信息流提供动态光域处理，仅将属于该节点及其子网的信息上下路并交由电交换设备继续处理，这样具有以下几个优点： a. 可以克服纯电子交换的容量瓶颈问题。 b. 可以大量节省建网和网络升级成本。如果采用全光网技术，将使网络的运行费用节省70%，设备费用节省90%。 c. 可以大大提高网络的重构灵活性和生存性，以及加快网络恢复的时间。 d. 可以保证网络的稳定性，提供灵活的信息路由手段。 3. 光交换技术发展趋势 现代通信网络中，先进的光通信技术以其高速、宽带的明显特征而为世人瞩目，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。 3.1 全光交换 所谓全光交换是指从波长到波长的转换，基于这种技术的光交换或波长路由器能使网络配置更灵活，使运营商可以在光骨干网中方便地提供OC-1到光波长的业务，把选路定位在波长上而不是光纤上，遇到故障可以自动恢复工作。由于无须ATM交换机、SONET ADM和数字交叉连接器等设备，网络的结构将得到大大简化。 现代波分复用（WDM）、空分复用、时分复用和码分复用等复用技术的出现，丰富了光信号交换和控制的方式，使得全光网络的发3.2 3.3 展呈现出全新的面貌。专家认为，未来全光网络的主要构架可能就是以WDM技术为主导，结合光时分复用（OTDM）和光码分复用（OCDMA）技术。OTDM技术可以使一个固定波长的光波携带信息量十几倍、几十倍地增长，OCDMA则提供一种全光的接入方式。 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。对这种技术的需求源自互联网容量的增长。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。在组网技术方面的两项技术进展使得对光网络带宽的动态指配有很大进展。首先是可重构型的光联网节点的开发成功，如光交叉连接器和光分插复用器，使得由运营商动态支配带宽成为现实。另外，由于在IP路由器、ATM交换机等设备中强化了新的流量技术和路由技术，使这些设备具有了动态决定增减带宽的能力。这两种技术的使用，为传统的光网络引入了智能控制和管理信令，从而使光网络具有了智能性和自动性，为发展按需分配带宽和买卖带宽的新型商业模式提供了条件。 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。 另外，市场上又开发了基于不同类型的特殊微光器件的光交换机，这种类型的交换机可以由小型化的机械系统激活，而且它的体积小，集成度高，可大规模生产，我们相信这种类型的交换机在生产工艺水平不断提高的将来，一定能成为市场的主流。 本文来源：https://www.dywdw.cn/e652e52293c69ec3d5bbfd0a79563c1ec4dad747.html
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2022-07-24
