幾種光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的比較

關(guān)海燕 王鮮 竇榮光

【關(guān)鍵詞】全光網(wǎng) 光交換技術(shù) 比較

社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，信息已經(jīng)成為發(fā)展社會的一項非常重要資源。在信息化時代，人們的信息需求不斷增長。在快速發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)推動下，網(wǎng)絡(luò)寬帶與容量需要不斷完善才能夠滿足人們的需要。就單單的通信網(wǎng)而言，其重要組成部分就是傳輸和交換正在不斷發(fā)展和更新。巨大的頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，促使光纖逐漸成為高速大容量傳輸?shù)睦硐朊浇椤Ｔ诟黜椉夹g(shù)成熟的過程中，單根光纖傳輸技術(shù)可達(dá)到Tb/s的速度。而這樣的速度同時也對交換系統(tǒng)的發(fā)展帶來巨大壓力，同時也推動交換系統(tǒng)的發(fā)展。就現(xiàn)如今的全光網(wǎng)而言，交換系統(tǒng)需要處理的信息量可達(dá)到幾百甚至是上千Tb/s。因而，使用光子技術(shù)進(jìn)行光交換，已經(jīng)成為信息時代發(fā)展急需解決的問題。但是在全光網(wǎng)的光交換(Optical switching)技術(shù)中，核心技術(shù)反而是光節(jié)點(diǎn)技術(shù)。此種技術(shù)利用光域直接輸入光信號，由此交換到不同的輸出端，從而便可完成光節(jié)點(diǎn)處任意光纖端口的光信號交換。

1 幾種光交換技術(shù)

在信息技術(shù)快速發(fā)展的推動下，全光網(wǎng)有幾種比較常見和使用的交換技術(shù)。利用這幾種基礎(chǔ)就能夠在全光網(wǎng)中進(jìn)行信息交換。

1.1 微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）

在光纖內(nèi)，微電子機(jī)械系統(tǒng)就是利用非常小的反射鏡形成陣列，并以此針對不同波長的光重新定向的一種技術(shù)。這些反射鏡多由半導(dǎo)體材料支撐，結(jié)構(gòu)與集成電路具有高度相似性。一個256×256的MEMS陣列使用直徑為1.5mm的反射鏡。這些反射鏡每隔1mm被放置一個，并且完整的陣列被放置在一個硅的晶片上，每一面的直徑都是2.5cm。相對比，這種陣列比電子交換矩陣密三十多倍。同時由于光無需將256個波長的光轉(zhuǎn)換為電信號。因此，利用交換機(jī)可消耗傳統(tǒng)光交叉連接功率的1/100.實(shí)際上，MEMS中的交換處理器使用的軟件，就決定了那一條光纖可作為輸出光纖?？刂栖浖l(fā)送一個信號給一個電極，而電極由此產(chǎn)生電磁場。因而就需要將反射鏡調(diào)整到所需的角度上。相對于三維陣列，二維反射鏡在設(shè)計、使用與結(jié)構(gòu)上能夠顯示出很多的優(yōu)勢。因而，其可成為新一代的全光交換機(jī)技術(shù)。

1.2 液晶光交換技術(shù)

液晶光開關(guān)利用偏振特點(diǎn)來完成交換。液晶是一種相對細(xì)長且呈現(xiàn)一維形狀的分子鏈。如果將液晶加到電場上，他們就會排成行，且不具備透明性。且只允許一個方向的光通過。這種技術(shù)通常會默認(rèn)一種設(shè)置。在尚未施加電壓的時候，光波就會自動引導(dǎo)這個默認(rèn)路徑。如果加入電壓，就會創(chuàng)建新的路徑。由于液晶在改變光方向的同時，還會抑制光的通過量。因而，在交換機(jī)中使用的非常普遍，且在較小的波長中使用交換機(jī)非常適合。

1.3 氣泡光開關(guān)技術(shù)

這種技術(shù)在打印機(jī)上非常流行。在信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，氣泡光開關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為光交換技術(shù)的核心。這種技術(shù)在Si材料中做出偏振光束分支波導(dǎo)，再在每個分支波導(dǎo)處刻蝕出不同角度的槽，同時在槽內(nèi)裝上與這折射率相匹配的液晶，液晶槽的下面就是電熱器。在不加電的時候，光束直通，加入熱硅片于相應(yīng)的電熱器時，上面液晶就會產(chǎn)生出一種氣泡。經(jīng)過全反射，就可改變來自輸入波導(dǎo)的光方向。反射到要求輸出的光波導(dǎo)。在此過程中，偏振光束分支波導(dǎo)能夠發(fā)揮路由的作用，將信號引導(dǎo)要求的出口。在沒有阻擋路徑的時候，光就會直接通過已經(jīng)建立好的路徑。當(dāng)信號需要被發(fā)送到不同的輸出端口時所發(fā)生的事情。在這種情況下，光通過一個二氧化硅的溝槽,由于交換機(jī)決定光波必須被重新分配路徑，這樣，一個氣泡膨脹了，阻塞了路徑，于是光波就沿著新的路徑繼續(xù)前進(jìn)。

1.4 熱光波導(dǎo)技術(shù)

在集成電路上，波導(dǎo)是一種通路?？墒褂门c制造集成電路一樣的工藝來制造。與普通光線相同，波導(dǎo)包含芯部和涂覆層。利用溫度可改變熱光波導(dǎo)的相位。而作為相位變化的最終結(jié)果，光波可使用不同的路徑來通過波導(dǎo)。熱光波交換器件有一個輸入波導(dǎo)，兩個輸出波導(dǎo)。而輸入與輸出之間，是兩個短的內(nèi)部波導(dǎo)，用來分離輸入光。光通過兩個路徑被發(fā)送,一個是正常路徑,而另一個是通過上面加有電壓的小電阻來加熱的路徑。溫度的變化加熱了一個波導(dǎo)，引起了這個波導(dǎo)在物理上的增長。這個增長改變了光波的相位，當(dāng)光波一起返回時，相位差就把光波推進(jìn)了第二個輸出波導(dǎo)中。如果沒有對分離的波長加熱，那么當(dāng)它們重新合并的時候，它們都將通過默認(rèn)的路徑前進(jìn)。

2 幾種光交換技術(shù)的比較

在實(shí)際中，如果使用MEMS技術(shù)的光開關(guān)，構(gòu)造增大，其速度反而會變緩。同時其可靠性存在不少問題，非常容易受到震動和沖擊的影響，容易丟失信號。且功耗相對于其他光交換技術(shù)要高，但是相對于電子交換機(jī)要低。而從液晶技術(shù)來說，液晶分子粘稠度高，導(dǎo)致其速度非常緩慢。在沒有互動部件引發(fā)故障的情況下，其可靠性相對較高。而針對雙穩(wěn)液晶來說，其功耗相對較低，而單穩(wěn)態(tài)液晶，有電流通過，功耗就會稍微高一些，具有非常好的擴(kuò)展性。氣泡技術(shù)光開關(guān)，其速度達(dá)到10ms。在沒有活動部件的影響下，其可靠性相對較高，但是必須維持氣泡。而熱光波導(dǎo)技術(shù)，利用的是二氧化硅設(shè)計，光開關(guān)速度可達(dá)到6ms-8ms，具有非常高的可靠性。但是由于需要恒定加熱或制冷波導(dǎo)管，就有可能對設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面的影響。熱光波導(dǎo)的功耗相對低于二氧化硅，且具有良好的擴(kuò)展性，規(guī)模并不會受到光損失的影響，且設(shè)備產(chǎn)生的熱量非常有限。

3 結(jié)語

在光纖通信技術(shù)逐步發(fā)展的過程中，光已經(jīng)不再是簡單的信息載體和傳輸方式。其在信息交換中，發(fā)揮的作用越來越大。在光開關(guān)、光存儲以及光再生等各種技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，由此便能夠?qū)崿F(xiàn)全光分組交換技術(shù)，能夠滿足人們信息傳輸和應(yīng)用的需要。

參考文獻(xiàn)

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