摘  要：光交换是光通信的关键技术．本文分类阐述了光交换的不同类型．比较了纯光交换和电交换之间的差异，以及光交换及电交换的突出优点。最后展示了光交换发展的几大趋势。

关键词：光交换 纯光交换  电交换

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的目标。从系统角度来看，支撑全光网络的关键技术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，它对全光通信系统发挥着重要的作用，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。

1什么是光交换

光交换技术也是一种光纤通信技术，与电子数字程控交换相比，光交换技术将成为通信网交换技术的一个发展方向。由于目前光逻辑器件的功能还较简单，不能完成控制部分复杂的逻辑处理功能，因此国际上现有的分组光交换单元还要由电信号来控制，即所谓的电控光交换。随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。

2光交换技术的分类

光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。

2.1．光路交换技术

光路交换系统所涉及的技术有空分交换技术(SD)、时分交换技术(TD)、波分／频分交换技术(WD／FD)、码分交换技术和复合型交换技术，其中空分交换技术按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分交换，另一类是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。

2.1.1时分光交换技术(TDPS)

TDPS的基本原理与现行的电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统匹配。在这种技术下，可以时分复用各个光器件，能够减少硬件设备，构成大容量的光交换机。该技术组成的通信技术网由时分型交换模块和空分型交换模构成。它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器(如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器)、光选通器(如定向复合型阵列开 关)以进行相应的交换。

2.1.2空分光交换技术(SDPS)

SDPS的基本原理是将光交换组成阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一输出光纤之间构成通路。以铌酸钾为基片，在基片上进行钛扩散，形成折射率逐渐增加的光波导，即光通路，再焊上电极后便可将它作为光交换元件使用。当将两条很接近的波导进行适当的复合后，通过这两条波导的光束将发生能量交换。能量交换的强弱取决于复合系数。平行波导的长度和两波导之间的相位差变化，只要所选取的参数适当，光束就在波导上完全交错，如果在电极上施加一定的电压，可改变折射率及相位差。由此可见，通过控制电极上的电压，就可以得到平行和交叉两种交换状态。

2.1.3波分光交换(WDPS)

WDPS充分利用光路的宽带特性，获得了电子线路所不能实现的波分型交换网。可调波长滤波器和波长变换器是实现波分(WD)光交换的基本元件。前者的作用是从输入的多路波分光信号中选出光信号；后者则将可变波长滤波器选出的光信号变换为适当的波长后输出。WDPS系统基本结构等效于一个NxN阵列型交换系统。它将每个输入的光波变换成波长(1．N)中的一个波，用星型耦合器将这N条光波混合，再通过输出端的可调波长滤波器，分别选出所需波长的光波，这样就完成了N条光波的交换。也可在两个输出端上选取波长相同的光波，以实现广播分配型的通信。

2.2．光分组交换技术

光分组交换系统所涉及的关键技术主要包括光分组交换技术、光突发交换术、光标记分组交换技术、光子时隙路由技术等。这些技术能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，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行。光分组交换技术独秀之处在于：

一是大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，支持未来不同类型数据；

二是能提供端到端的光通道或者无连接的传输；

三是带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的需求：

光分组技术的制约因素：光分组交换技术与电分组技术相比，光分组交换技术经历了近10年的研究，却还没有达到实用化，主要有两大原因，

第一是 缺乏深度和快速光记忆器件，在光域难以实现与电路由器相同的光路由器；

第二是相对于成熟的硅工业而言，光分组交换的集成度很低，这是由于光分组本身固有的限制以及这方面工作的不足造成的。

2.3纯光交换和电交换比较

随着新技术的不断涌现，很多人预言纯光交换将会很快取代电交换在核心电信网络中的地位。但是仔细地研究电交换和纯光交换技术就会发现它们有着非常不同的特征，因此，不存在后者完全取代前者的可能性。这两种技术将很可能共存于电信网络中。

2.3.1光与电的比较

目前有两种技术能够满足光交换的广泛需求。这里的光交换是指用光纤传输信号的交换。举例来说，假设有一个OC．48或OC．192业务流要从旧金山通过光纤传送到纽约。从端局到端局之间的长途传输可采用DWDM。但在每个端局中也需要信号指向下一条路径，包括指定到纽约使用的链路、光纤和波长。纯光交换机可使用反射或折射效应来重定向光束。电交换机则是对从光信号中提取的电信号比特流进行处理。电交换可利用现有的多种交换机体系结构和技术。纯光交换有显而易见的优点。光纤中承载的是光信号，当它们通过交换机时不必进行光电转换。纯光交换机的另一个优点是：它的运行与光信号的比特速率无关。不管光纤中的信号速率是OC．48、OC．192还是OC．768(40Gbit／s)都一样。然而，纯光交换结构并不能完全满足光交换的需求。纯光交换在某种程度上说也有其局限性，如纯光交换机对于数据来说是透明的，这将会给业务量的管理和整形带来困难。

2.3.2．电交换结构

当光纤从街道进入端局时，通常要先对光信号进行处理，包括信号放大、光性能监测以及将波长解复用到独立的物理光纤上。所有这些操作对于光交换方案来说都是通用的。下一步是将每一个长距DWDM信号送到转发器中，后者从长途侧接收光信号，产生一个电信号流，然后将其转换为一个短距(1310nm)光信号。转发器的主要功能是接收长距信号并将其转换为短距信号。这一短距信号在端局内被传送到光交换机。光交换机将短距信号转换为电信号后交换到另一端口，然后将其再转换为短距信号。实现这种转换的交换机被称为光．电．光(OEO)交换机。处理过程的最后一步是通过另一个转发器将短距信号再转换为长距信号并将其复用到光纤中。

3．纯光交换结构

长途网中所使用的纯光交换机有两种模型。在这一例子中，与电模型类似，第一步也是光信号处理。分离的波长被识别后便直接通过纯光结构被交换到输出端，然后，这些波长在输出端经光信号处理被送到下一条链路进行传输。这种模型很显然几乎没有OE转换，但它失去了一些关键功能。全光模型主要有三个局限性，其中最重要的是输入波长和输出波长必须相同。在一个大型网络中，这很快就会产生问题。例如，在两个不同的输入光纤上的第35号通道都要求输出到同一根光纤时，由于在输出光纤中只能有一个第35号通道而无法实现。因此只有一个信号将会被允许通过，而另一个信号则不能使用相同的路由。这种现象称为波长阻塞。这种简单模型的第二个问题是它不能在SONET层上完成性能监测。这一功能在光层不能被简单地复制。全光模型存在的第三个严重问题是它只能对整个波长进行交换。

4光交换技术的发展趋势

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，使之向着更易于管理、更加灵活、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．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，使得全光网络的发展呈现出全新的面貌。

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。自问世30多年来，光纤通信已逐渐成为现代传输网的主体。现在，世界上大约有60%的通信业务经光纤传输 ，不久将达到85% 。在信息社会，骨干传输网的容量几乎每9个月就要翻一番 。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。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。