通信工程師基于WDM的航電光交換網(wǎng)絡(luò)研究[1]

OFweek光通訊網(wǎng)消息，基于WDM的航電光交換網(wǎng)絡(luò)研究，針對(duì)航電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求和趨勢(shì)，將WDM技術(shù)和光交換技術(shù)應(yīng)用于光纖網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)應(yīng)用中存在的WDM傳輸和交換問(wèn)題進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)WDM系統(tǒng)中傳輸技術(shù)的研究，解決光發(fā)射、光接收中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)波長(zhǎng)信道間干擾，支持?jǐn)?shù)字和模擬信號(hào)格式，支持多種信號(hào)速率的WDM傳輸系統(tǒng)；通過(guò)對(duì)WDM網(wǎng)絡(luò)的光交換技術(shù)研究，解決光交換系統(tǒng)中的架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵器件選型、波長(zhǎng)交換等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交換的航電光纖網(wǎng)絡(luò)。

引言

隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)航電網(wǎng)絡(luò)的速率、可靠性提出了更高的要求，光纖通道以其高速率、容錯(cuò)性、確定性等特點(diǎn)在航空電子系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高光纖的利用率，同時(shí)克服傳統(tǒng)交換的“電子瓶頸”,構(gòu)建靈活、擴(kuò)展性好而又具有體積小、重量輕、低功耗等特點(diǎn)的航電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，引入了WDM技術(shù)和光交換技術(shù)[1].WDM技術(shù)是在一根光纖中承載多個(gè)波長(zhǎng)（信道）的復(fù)用技術(shù)，其應(yīng)用解決了長(zhǎng)距離、大容量傳輸?shù)膯?wèn)題；光交換技術(shù)則是用光交換設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)光纖系統(tǒng)中的電交換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效、快速交換，使數(shù)據(jù)流能更快地傳送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。將WDM技術(shù)和光交換技術(shù)應(yīng)用于航空電子系統(tǒng)，可以大幅提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和交換速率，基于WDM的航電光交換網(wǎng)絡(luò)是為了滿足下一代航空電子系統(tǒng)而進(jìn)行的深入探索。

1.WDM概述

光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合（復(fù)用）起來(lái)，并耦合到光纜線路上同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用），并進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。[4]WDM技術(shù)是目前最為成功，應(yīng)用最廣泛的光信道復(fù)用技術(shù)。

WDM技術(shù)，通過(guò)一根光纖同時(shí)傳輸多個(gè)信道數(shù)字信號(hào)，使得傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加十倍到幾十倍，不僅極大的提高光纖的傳輸帶寬，同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的靈活性和網(wǎng)絡(luò)的生存性。

圖1WDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WDM技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，目前在建的商用光纖通信系統(tǒng)基本都是WDM系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)九十年代末起，對(duì)WDM技術(shù)進(jìn)行了深入研究：武漢郵電科學(xué)研究院2004年研制成功了1.6Tbps的超長(zhǎng)距離WDM光傳輸系統(tǒng)；華為公司推出的OptiXBWS1600G骨干DWDM光傳輸系統(tǒng)可同時(shí)傳送160個(gè)波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)10Gbit/s或者C波段80個(gè)波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)40Gbit/s。

WDM技術(shù)不僅極大的提高了光纖的傳輸帶寬，也提高了絡(luò)組網(wǎng)的靈活性和網(wǎng)絡(luò)的生存性；未來(lái)航空電子信息傳輸需要航空電子網(wǎng)絡(luò)支持高速率、多服務(wù)通信，需要支持控制消息、音頻、視頻、乃至模擬信號(hào)的通信服務(wù)，對(duì)于容錯(cuò)、重構(gòu)、擴(kuò)展等性能提出了更高的要求，而WDM技術(shù)的應(yīng)用為滿足這些要求提供了可行的途徑。

2.光交換概述

光交換是指在光纖通信系統(tǒng)中，光波長(zhǎng)通道通過(guò)交換機(jī)交換時(shí)無(wú)需進(jìn)行光-電-光轉(zhuǎn)換，而直接由光交換設(shè)備完成交換。光交換可以采用光電路交換和光分組交換兩種形式。

WDM技術(shù)的應(yīng)用，使通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬得到極大的提高，克服了傳輸?shù)钠款i，但同時(shí)又帶來(lái)新的問(wèn)題，大量的光波長(zhǎng)通道需要交換，而在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中使用的交換機(jī)目前仍是電交換機(jī)，交換中心和交叉連接節(jié)點(diǎn)仍然需要進(jìn)行光-電-光交換。多個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流必須在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中介，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)行交換，再轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。[5]這種做法，缺乏靈活性，同時(shí)有交換設(shè)備體積大，能耗高的問(wèn)題，成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。采用光交換的方式代替電交換方式是光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。

光電路交換中，交換粒度是單個(gè)光通道的帶寬，光電路交換往往指光波長(zhǎng)交換。光波長(zhǎng)交換技術(shù)，指的是以光纖中的一個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)作為最小的交換粒度進(jìn)行交換，輸入端口通過(guò)波分解復(fù)用器，將光信號(hào)分離到不同的波長(zhǎng)平面，在各波長(zhǎng)平面分別采用光開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)輸入端口和輸出端口之間的交換和連接，光開(kāi)關(guān)的輸出在經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器匯合后輸出。

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