全光交換關(guān)鍵技術(shù)解析

秦麗娜

【摘要】 對(duì)于全光交換技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行概述，通過(guò)分析全光交換技術(shù)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，從而探討出在標(biāo)簽交換過(guò)程中使用的關(guān)鍵技術(shù)，比如光標(biāo)簽的提取、光逐跳分配器與可調(diào)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等。伴隨著光邏輯電子器件的技術(shù)發(fā)展，全光交換技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)的重點(diǎn)研究發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】 全光交換 標(biāo)簽 關(guān)鍵技術(shù)

一、引言

IP信息業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸速度提出了較高的要求標(biāo)準(zhǔn)[1]。因?yàn)槊芗ǚ謴?fù)用技術(shù)的不斷發(fā)展，促使Tbit/s量級(jí)的傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠搭建起來(lái)。全光交換通常是指使用全光節(jié)點(diǎn)在光域?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸、交換、路由、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，轉(zhuǎn)變?cè)械男盘?hào)交換模式，能夠克服電速率對(duì)路由速度的有關(guān)限制，降低數(shù)據(jù)信息傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的擁塞情況，有利于增大計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。當(dāng)前相對(duì)較有優(yōu)勢(shì)發(fā)展的研究方向是全光標(biāo)簽交換技術(shù)，AOLS的理論思想是把光波長(zhǎng)用于交換標(biāo)簽，把光交換和路由轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫融合目的，直接在波長(zhǎng)信道上通過(guò)標(biāo)簽交換方式來(lái)進(jìn)行光分組包的交換，通過(guò)波長(zhǎng)查找路由，同時(shí)標(biāo)示出相應(yīng)的光通路。在全光交換過(guò)程中一般使用光邏輯器件和非線性光器件能夠達(dá)到高速的分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)目的。這種交換方法的優(yōu)勢(shì)在于分組的路由與分組速度、分組格式以及分組長(zhǎng)度是相互獨(dú)立的，這樣能夠提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的靈活性與交換粒度，有利于解決路由器轉(zhuǎn)發(fā)速度和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容量相互之間存在的矛盾問(wèn)題，從而能夠盡可能滿足寬帶光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求。

二、全光交換的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 沖突解決機(jī)制

在全光交換的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，如果光波長(zhǎng)一致的分組高于一組或者處在同一信號(hào)輸出端口的分組超過(guò)四組時(shí)，則直接產(chǎn)生沖突，這需要增加輸出或者輸入緩存來(lái)相應(yīng)地解決這種問(wèn)題[2]。對(duì)于信號(hào)輸出緩存的功能模塊，需要具備全光分組沖突檢測(cè)機(jī)制、全光可變光延遲控制以及全光可調(diào)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換等功能，然而當(dāng)前的工藝技術(shù)水平仍然無(wú)法生產(chǎn)制造出理想的電子器件， 這需要電控制來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。另一種實(shí)施方法是在AOLS模塊中增加相應(yīng)的輸入緩存，即通過(guò)配置數(shù)量更多的波長(zhǎng)分配給相應(yīng)的分組。這種方法主要使用16波長(zhǎng)復(fù)用模式替代過(guò)去的4波長(zhǎng)復(fù)用模式，這16個(gè)波長(zhǎng)直接分為4組，每組分別有4個(gè)波長(zhǎng)，進(jìn)入到4X4的AWG路由器通過(guò)4波長(zhǎng)一組的形式各自在AWG陣列中同時(shí)實(shí)現(xiàn)路由功能。

2.2 分組標(biāo)簽的分離和讀取

如果分組能夠到達(dá)AOLS節(jié)點(diǎn)位置之后，首先應(yīng)當(dāng)把分組標(biāo)簽和凈荷直接分離，節(jié)點(diǎn)才可以根據(jù)讀取標(biāo)簽所攜帶的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行路由選擇。光標(biāo)簽提取屬于標(biāo)簽交換的關(guān)鍵技術(shù)之一，通常使用一個(gè)光分組時(shí)鐘恢復(fù)電路和高速光邏輯門(mén)構(gòu)成分離電路從而達(dá)到分離標(biāo)簽的目的。到達(dá)分組直接分成兩個(gè)部分， 其中一部分屬于時(shí)鐘恢復(fù)電路相應(yīng)的輸入信號(hào)，另外一部屬于數(shù)據(jù)信號(hào)，被提取的時(shí)鐘信號(hào)屬于光邏輯門(mén)相應(yīng)的控制信號(hào)。如果原始分組和提取時(shí)鐘被遲延時(shí)間剛好與時(shí)鐘獲取時(shí)標(biāo)簽長(zhǎng)度增加的時(shí)間一致，標(biāo)簽和凈荷功能成功地分離。在實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽地址和查找地址的比較功能時(shí)，通常使用光時(shí)域相關(guān)器在查找表中比較一系列的比特流，從而能夠?qū)崿F(xiàn)路由選擇功能。分組路由實(shí)際上是節(jié)點(diǎn)根據(jù)到達(dá)分組的標(biāo)簽和查找表中地址進(jìn)行比較之后進(jìn)行的選擇，所以標(biāo)簽的讀取對(duì)于標(biāo)簽交換技術(shù)而言是重要的考慮因素。

在全光標(biāo)簽的交換過(guò)程中，路由選擇是根據(jù)標(biāo)簽地址和本地地址的比較結(jié)果進(jìn)行的，在比較地址之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)分組進(jìn)行新標(biāo)簽的重新插入，同時(shí)分配新的波長(zhǎng)才能夠送到陣列波導(dǎo)光柵選擇輸出端口。高速形式的光交換要求波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器使用不敏感極化以及較大范圍的可操作波長(zhǎng)。在LSANGNE的技術(shù)項(xiàng)目中，使用SOAMZI用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能。然而系統(tǒng)需要SOA-MZI 擁有強(qiáng)大的調(diào)制帶寬，才可以處理40Gb/s或者更高速度的歸零信號(hào)波長(zhǎng)。高速的波長(zhǎng)調(diào)諧同時(shí)要求轉(zhuǎn)換器具備可調(diào)自由光濾波的功能結(jié)構(gòu)，這就決定了SOA需要有迅速的增益恢復(fù)時(shí)間， 這對(duì)于現(xiàn)階段的技術(shù)水平而言仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)[3]。

三、結(jié)束語(yǔ)

全光標(biāo)簽交換技術(shù)能夠充分解決路由轉(zhuǎn)發(fā)速度和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容量相互之間的問(wèn)題，同時(shí)消除了普通光交換過(guò)程中相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)銷(xiāo)，在很大程度上能夠節(jié)約計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源。然而對(duì)于每一個(gè)接收信號(hào)的分組標(biāo)簽，都需要具備一個(gè)獨(dú)立形式的硬件支持，這可以增加光元器件的相應(yīng)開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的集成度直接影響到全光標(biāo)簽交換的總開(kāi)銷(xiāo)狀況，節(jié)點(diǎn)的集成度愈高。所以使用高集成度的光邏輯器件作為降低光開(kāi)銷(xiāo)的一個(gè)有效可行方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張寶富. 全光網(wǎng)絡(luò)[M]. 北京：人民郵電出版社，2002

[2] Blumenthal D J. All-Optical Label Swapping Networks and Technologies[J]. Lightw Technol Dec，2000，18（12）：2058-2075

[3] Martinez J M，Ramos F，Mart i J. All- Optical Packet Header Processor Based on Cascaded SOA-MZIs[J]. ElectronLett，2004，40（14）：894-895