几种光网络交换技术的比较

关海燕 王鲜 窦荣光

【关键词】全光网 光交换技术 比较

社会经济快速发展，信息已经成为发展社会的一项非常重要资源。在信息化时代，人们的信息需求不断增长。在快速发展的数据业务推动下，网络宽带与容量需要不断完善才能够满足人们的需要。就单单的通信网而言，其重要组成部分就是传输和交换正在不断发展和更新。巨大的频带资源和优异的传输性能，促使光纤逐渐成为高速大容量传输的理想媒介。在各项技术成熟的过程中，单根光纤传输技术可达到Tb/s的速度。而这样的速度同时也对交换系统的发展带来巨大压力，同时也推动交换系统的发展。就现如今的全光网而言，交换系统需要处理的信息量可达到几百甚至是上千Tb/s。因而，使用光子技术进行光交换，已经成为信息时代发展急需解决的问题。但是在全光网的光交换(Optical switching)技术中，核心技术反而是光节点技术。此种技术利用光域直接输入光信号，由此交换到不同的输出端，从而便可完成光节点处任意光纤端口的光信号交换。

1 几种光交换技术

在信息技术快速发展的推动下，全光网有几种比较常见和使用的交换技术。利用这几种基础就能够在全光网中进行信息交换。

1.1 微电子机械系统（MEMS）

在光纤内，微电子机械系统就是利用非常小的反射镜形成阵列，并以此针对不同波长的光重新定向的一种技术。这些反射镜多由半导体材料支撑，结构与集成电路具有高度相似性。一个256×256的MEMS阵列使用直径为1.5mm的反射镜。这些反射镜每隔1mm被放置一个，并且完整的阵列被放置在一个硅的晶片上，每一面的直径都是2.5cm。相对比，这种阵列比电子交换矩阵密三十多倍。同时由于光无需将256个波长的光转换为电信号。因此，利用交换机可消耗传统光交叉连接功率的1/100.实际上，MEMS中的交换处理器使用的软件，就决定了那一条光纤可作为输出光纤。控制软件发送一个信号给一个电极，而电极由此产生电磁场。因而就需要将反射镜调整到所需的角度上。相对于三维阵列，二维反射镜在设计、使用与结构上能够显示出很多的优势。因而，其可成为新一代的全光交换机技术。

1.2 液晶光交换技术

液晶光开关利用偏振特点来完成交换。液晶是一种相对细长且呈现一维形状的分子链。如果将液晶加到电场上，他们就会排成行，且不具备透明性。且只允许一个方向的光通过。这种技术通常会默认一种设置。在尚未施加电压的时候，光波就会自动引导这个默认路径。如果加入电压，就会创建新的路径。由于液晶在改变光方向的同时，还会抑制光的通过量。因而，在交换机中使用的非常普遍，且在较小的波长中使用交换机非常适合。

1.3 气泡光开关技术

这种技术在打印机上非常流行。在信息技术快速发展的过程中，气泡光开关技术已经成为光交换技术的核心。这种技术在Si材料中做出偏振光束分支波导，再在每个分支波导处刻蚀出不同角度的槽，同时在槽内装上与这折射率相匹配的液晶，液晶槽的下面就是电热器。在不加电的时候，光束直通，加入热硅片于相应的电热器时，上面液晶就会产生出一种气泡。经过全反射，就可改变来自输入波导的光方向。反射到要求输出的光波导。在此过程中，偏振光束分支波导能够发挥路由的作用，将信号引导要求的出口。在没有阻挡路径的时候，光就会直接通过已经建立好的路径。当信号需要被发送到不同的输出端口时所发生的事情。在这种情况下，光通过一个二氧化硅的沟槽,由于交换机决定光波必须被重新分配路径，这样，一个气泡膨胀了，阻塞了路径，于是光波就沿着新的路径继续前进。

1.4 热光波导技术

在集成电路上，波导是一种通路。可使用与制造集成電路一样的工艺来制造。与普通光线相同，波导包含芯部和涂覆层。利用温度可改变热光波导的相位。而作为相位变化的最终结果，光波可使用不同的路径来通过波导。热光波交换器件有一个输入波导，两个输出波导。而输入与输出之间，是两个短的内部波导，用来分离输入光。光通过两个路径被发送,一个是正常路径,而另一个是通过上面加有电压的小电阻来加热的路径。温度的变化加热了一个波导，引起了这个波导在物理上的增长。这个增长改变了光波的相位，当光波一起返回时，相位差就把光波推进了第二个输出波导中。如果没有对分离的波长加热，那么当它们重新合并的时候，它们都将通过默认的路径前进。

2 几种光交换技术的比较

在实际中，如果使用MEMS技术的光开关，构造增大，其速度反而会变缓。同时其可靠性存在不少问题，非常容易受到震动和冲击的影响，容易丢失信号。且功耗相对于其他光交换技术要高，但是相对于电子交换机要低。而从液晶技术来说，液晶分子粘稠度高，导致其速度非常缓慢。在没有互动部件引发故障的情况下，其可靠性相对较高。而针对双稳液晶来说，其功耗相对较低，而单稳态液晶，有电流通过，功耗就会稍微高一些，具有非常好的扩展性。气泡技术光开关，其速度达到10ms。在没有活动部件的影响下，其可靠性相对较高，但是必须维持气泡。而热光波导技术，利用的是二氧化硅设计，光开关速度可达到6ms-8ms，具有非常高的可靠性。但是由于需要恒定加热或制冷波导管，就有可能对设备产生负面的影响。热光波导的功耗相对低于二氧化硅，且具有良好的扩展性，规模并不会受到光损失的影响，且设备产生的热量非常有限。

3 结语

在光纤通信技术逐步发展的过程中，光已经不再是简单的信息载体和传输方式。其在信息交换中，发挥的作用越来越大。在光开关、光存储以及光再生等各种技术不断发展的情况下，由此便能够实现全光分组交换技术，能够满足人们信息传输和应用的需要。

参考文献

[1]漆澍,李乐民.几种光网络交换技术的比较[J].物探化探计算技术,2014,26(4):363-367.

[2]陈新桥,陈纪东.一种基于光标记交换技术的全光网络的设计方案[J].电信工程技术与标准化,2012,14(1):30-32.