ols

：光包 游標記 游標記交換（OLS）

目前，在光纖交叉連接（OXC）和光分插復用設備（OADM）上的交換是基於波長的光交換，OXC在節點上完成一個波長到另一個波長的交叉連接，而OADM在主從網之間分出並插入一個波長完成主從網之間上下話路。業務上的交換交給下面的核心路由器完成。現行核心路由器採用的交換方式是基於電的交換技術，路由器將高速信號接收下來，分解成低速電信號，用多個CPU處理，用空間換時間，結果增加了設備的成本。DWDM的波長構成了核心路由器之間的鏈路，波長鏈路上具有統計時分復用的IP包序列都必須經過核心路由器。核心路由器為了維持線速包轉發，需進行大量的解復用。大量的DWDM、OTDM的高速光信號變成低速的光信號，再將光變成電，實現包轉發。這種方式有電子瓶頸，交換速率受核心路由器背板速率和數量的制約，且結構複雜。從整個網路結構上看，關鍵的癥結在於高速的傳輸速率與低速的交換速率不能匹配，並且它們分別領帶兩面三刀支各自獨立的技術。為了解決電子瓶頸限制問題，實現全光交換，近幾年在光交換中引入了游標記交換新技術，並且提出了不少新思路。

由於游標記交換是一項高新技術，是近幾年國外光交換技術研究的熱點，從而促使新技術和新器件不斷產生。游標記交換的光鍵技術主要集中在游標記的產生、提取和識別等方面，在研究中我們提出高強度游標記交換和電光調製游標交換兩種新的游標記交換方法。

游標記的產生和提取是游標記交換的核心技術。游標記信號一般是低速率信號，一般在M bit/s量級上，而光包的傳輸速率都在G bit/s量級上，如何把低速的標記信號加在高速的光包信號上，可以根據不同的機制採用不同的方法。一般來講，光調製有3種方式：調幅、調頻和調相，目前游標記的產生大多數也從調幅、調頻和調相3個方面入手。游標記的提取本質上就是把游標記從復用信號中分離出來。基於調幅產生的游標記多用半導體光放大器（SOA）、普通光纖和半導體激光放大器的非線性效應的交叉相位調製、交叉增益調製和四波混頻（FWM）等原理來提出遊標記；基於調頻產生的游標記一般採用載波解復用方法；基於調相產生的游標記方法可以利用光的干涉原理來提取游標記信號。

將游標記交換技術引入OXC和OADM后，OXC和OADM不再以波長為單位進行交叉連接和分插復用，而是以光包為單位進行交叉連接和分插復用，在OXC和OADM上實現以光包為單位的路由轉發功能。光網路的面貌因此將大為改觀。

首先，由於光的標記交換不必將光信號變成電信號，並能夠改善信號的質量，在實現透明的3R的同時直接下來進行線速光包轉發，使得路由器的負荷大大降低，大量的交換繞過了路由器電子瓶頸，從而有效地克服了光交換中的電子瓶頸；其次，由於光包不再與波長捆綁，光包可靈活出入上下各節點，網路在線數據量減少（這一點節點越多越為明顯），全光網路資源的利用潛力增加；最後，由於在波分復用上加入了光包的統計時分復用，一個波長鏈路可通過時分復用連接更多的節點，從線路角度來看，在全光網線路的任意一點都可不加限制地加限制地加入節點，這一點可使接入網技術更為簡單、靈活，同時也使全光網路的出路問題得到更好的解決。因此可以說，游標記交換技術的引入可以解決或改善路由器電子瓶頸問題、光網路資源合理利用問題以及光網路的接入和出路問題。

下面總結目前提出的幾種實現游標記交換的方法，其中高強度游標記交換法和電光調製游標記交換法是我們在研究中獨立提出的兩種新方法。

4.1 寬脈衝標記方法

光包由低速率的包頭/游標記段和高速率的有效負載/信息段構成，標記置於有效負載的前面，兩者之間由保護帶分隔。保護帶的設置一方面是為了給光包對齊留有餘量，另一方面是兼容電子電路。游標記的速率是兼容電子電路的，可直接採用電子學方法來處理。這種游標記的產生、提取和識別均較簡單，光包的有效負載和包頭分別由不同的激光器產生，然後通過光耦合器將這兩束光耦合在一起就形成了光包，游標記就產生了。至於游標記的提取和識別只需附加一個包頭探測器即可，其餘全部交給電子電路處理。

這種游標記交換法的優點是游標記的產生、提取和識別均較容易，缺點是游標記佔用通道資源較多。

4.2 高強度脈衝標記交換方法

高強度游標記法中的光包由高速率低強度的有效負載（最高可達40 Gbit/s）和同樣速率但高強度的包頭/游標記構成，兩者來自相同的時鐘並佔有不同的時間段。游標記和負載可以由同一激光器產生，這可通過控制激光器的旁路偏流做到。另外，游標記和有效負載也可先分別由兩個不同的激光器產生，然後再將兩路光信號通過光耦合器合在一起。

非線性光學介質在強場作用下具有Kerr效應或增益非線性效應，利用非線性效應可以實現非線性門控作用，通過非線性門控作用就可以把高低強度不同的光脈衝很好地分離開來。目前使用過的非線性介質有單模光纖和SOA兩種，可以用來提出遊標記的結構至少有單模光纖的非線性光學環路鏡、SOA的非線性光學環路鏡以及SOA的FWM 3種。非線性光纖環路鏡（NOLM）結構簡單，用有SOA的NOLM提取游標記只要在非線性光纖環路鏡基礎上加一SOA即可，這種結構簡單，器件的穩定性高，同時信號檢出容易，效率較高。直接利用SOA中FWM效應的也可以提取游標記。處理高達數吉比特甚至數十吉比特速率的游標記信號，電子方法不可取，已接近或達到它的處理極限，因此迫切需要一種在光域進行識別和處理的方法，即全光的游標記識別技術。SOA作為邏輯處理器作可以實現游標記的識別，但有一定的難度。

這種游標記交換的優點是游標記的產生和提取較容易，且不佔用通道資源，缺點是游標記的識別較困難。

4.3 微波副載波游標記交換方法

微波副載波游標記是在電副載波上調製低帶寬游標記實現的。具體來說，電副載波調製在包有效負載佔有的基帶上，游標記和有效負載佔有相同時間段，並且同時傳輸。負載包的數據與游標記保持同步操作，兩者的數據源由相同的時鐘控制。游標記與載波混合后，再與基帶負載相結合，然後用它調製一個激光器。在保證基帶信號誤碼率要求的情況下，控制游標記的光功率，保證基帶信號的調製深度。游標記和負載佔有相同的時間段。負載和游標記在頻率上相差足夠遠時被分離，是為了防止互相調製引起失真。至於游標記的提取，可以把輸入到節點的光信號用1:9的雙錐光纖分束器分成兩束，10%的一束光經光/電轉換后，通過微波解復用器后就可提取低速率的游標記信號。

這種游標記交換的優點是游標記的產生、提取和識別較容易，且不佔用通道資源，缺點是游標記的調製對有效負載有影響。

4.4 電光調製游標記交換法

電光調製游標記法是利用電光晶體的電光效應實現游標記的產生，利用光的干涉原理來實現游標記的提取。游標記是這樣產生的：用低速率的包頭信號調製高速率的光包信號，使光包相應的光脈衝相位改變180°，顯然這束光與另一束光是相干的，通過光耦合器使這兩束光進行干涉，干涉的結果是，凡不帶游標記的光脈衝，它們的相位相差180°，它們相干相消；凡帶游標記的光脈衝，它們的相位相差360°或0°，它們相干相長，游標記脈衝被提取出來了。

這種游標記交換的優點是游標記的產生、提取和識別較容易，且不佔用通道資源，缺點是游標記的同步要求比較高。

從游標記交換實現技術方面來看，游標記交換綜合了高速光開關、超高速電路、大規模集成電路等多項尖端技術手段。游標記交換技術與寬頻網路技術、光計算機技術、WDM技術、OTDM技術、光集成與光電集成技術、超大規模集成電路技術等緊密相關並以此為推動力量。

游標記交換是光包交換OPS（optical packet switch）的實現形式，國外在OLS的關鍵技術方面的專利不斷湧現，其中主要集中在游標記脈衝的產生技術、游標記復用、解復用技術以及光時鐘提取技術等方面，但要實現OLS的實用化還有許多未知的因素有待人們去進一步探索。儘管目前OLS技術還不成熟，構成OLS系統的許多關鍵器件還處於實驗室研究階段，但該技術正成為世界範圍內的研究熱點，OLS從器件、系統、網路諸方面正以驚人的速度向前發展，並逐步向實用化邁進。