光标记交换

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光标记交换(optical label switch,OSL)

　　所谓光标记，是指利用各种方法在光包上打上标记，也就是把光包的包头地址信号用各种方法打在光包上，这样在交换节点上根据光标记来实现全光交换。基于这种原理来实现的光交换称为光标记交换，这就是OLS。

　　光标记的产生和提取是光标记交换的核心技术。光标记信号一般是低速率信号，一般在Mbit/s量级上，而光包的传输速率都在Gbit/s量级上，如何把低速的标记信号加在高速的光包信号上，可以根据不同的机制采用不同的方法。一般来讲，光调制有3种方式：调幅、调频和调相，目前光标记的产生大多数也从调幅、调频和调相3个方面入手。光标记的提取本质上就是把光标记从复用信号中分离出来。基于调幅产生的光标记多用半导体光放大器（SOA）、普通光纤和半导体激光放大器的非线性效应的交叉相位调制、交叉增益调制和四波混频（FWM）等原理来提出光标记；基于调频产生的光标记一般采用载波解复用方法；基于调相产生的光标记方法可以利用光的干涉原理来提取光标记信号。

　　将光标记交换技术引入OXC和OADM后，OXC和OADM不再以波长为单位进行交叉连接和分插复用，而是以光包为单位进行交叉连接和分插复用，在OXC和OADM上实现以光包为单位的路由转发功能。光网络的面貌因此将大为改观。

　　首先，由于光的标记交换不必将光信号变成电信号，并能够改善信号的质量，在实现透明的3R的同时直接下来进行线速光包转发，使得路由器的负荷大大降低，大量的交换绕过了路由器电子瓶颈，从而有效地克服了光交换中的电子瓶颈；其次，由于光包不再与波长捆绑，光包可灵活出入上下各节点，网络在线数据量减少（这一点节点越多越为明显），全光网络资源的利用潜力增加；最后，由于在波分复用上加入了光包的统计时分复用，一个波长链路可通过时分复用连接更多的节点，从线路角度来看，在全光网线路的任意一点都可不加限制地加限制地加入节点，这一点可使接入网技术更为简单、灵活，同时也使全光网络的出路问题得到更好的解决。因此可以说，光标记交换技术的引入可以解决或改善路由器电子瓶颈问题、光网络资源合理利用问题以及光网络的接入和出路问题。

　　下面总结目前提出的几种实现光标记交换的方法，其中高强度光标记交换法和电光调制光标记交换法是我们在研究中独立提出的两种新方法。

　　1.宽脉冲标记方法

　　光包由低速率的包头/光标记段和高速率的有效负载/信息段构成，标记置于有效负载的前面，两者之间由保护带分隔。保护带的设置一方面是为了给光包对齐留有余量，另一方面是兼容电子电路。光标记的速率是兼容电子电路的，可直接采用电子学方法来处理。这种光标记的产生、提取和识别均较简单，光包的有效负载和包头分别由不同的激光器产生，然后通过光耦合器将这两束光耦合在一起就形成了光包，光标记就产生了。至于光标记的提取和识别只需附加只需附加一个包头探测器即可，其余全部交给电子电路处理。

　　这种光标记交换法的优点是光标记的产生、提取和识别均较容易，缺点是光标记占用信道资源较多。

　　2.高强度脉冲标记交换方法

　　高强度光标记法中的光包由高速率低强度的有效负载（最高可达40Gbit/s）和同样速率但高强度的包头/光标记构成，两者来自相同的时钟并占有不同的时间段。光标记和负载可以由同一激光器产生，这可通过控制激光器的旁路偏流做到。另外，光标记和有效负载也可先分别由两个不同的激光器产生，然后再将两路光信号通过光耦合器合在一起。

　　非线性光学介质在强场作用下具有Kerr效应或增益非线性效应，利用非线性效应可以实现非线性门控作用，通过非线性门控作用就可以把高低强度不同的光脉冲很好地分离开来。目前使用过的非线性介质有单模光纤和SOA两种，可以用来提出光标记的结构至少有单模光纤的非线性光学环路镜、SOA的非线性光学环路镜以及SOA的FWM3种。非线性光纤环路镜（NOLM）结构简单，用有SOA的NOLM提取光标记只要在非线性光纤环路镜基础上加一SOA即可，这种结构简单，器件的稳定性高，同时信号检出容易，效率较高。直接利用SOA中FWM效应的也可以提取光标记。处理高达数吉比特甚至数十吉比特速率的光标记信号，电子方法不可取，已接近或达到它的处理极限，因此迫切需要一种在光域进行识别和处理的方法，即全光的光标记识别技术。SOA作为逻辑处理器作可以实现光标记的识别，但有一定的难度。

　　这种光标记交换的优点是光标记的产生和提取较容易，且不占用信道资源，缺点是光标记的识别较困难。

　　3.微波副载波光标记交换方法

　　微波副载波光标记是在电副载波上调制低带宽光标记实现的。具体来说，电副载波调制在包有效负载占有的基带上，光标记和有效负载占有相同时间段，并且同时传输。负载包的数据与光标记保持同步操作，两者的数据源由相同的时钟控制。光标记与载波混合后，再与基带负载相结合，然后用它调制一个激光器。在保证基带信号误码率要求的情况下，控制光标记的光功率，保证基带信号的调制深度。光标记和负载占有相同的时间段。负载和光标记在频率上相差足够远时被分离，是为了防止互相调制引起失真。至于光标记的提取，可以把输入到节点的光信号用1:9的双锥光纤分束器分成两束，10%的一束光经光/电转换后，通过微波解复用器后就可提取低速率的光标记信号。

　　这种光标记交换的优点是光标记的产生、提取和识别较容易，且不占用信道资源，缺点是光标记的调制对有效负载有影响。

　　4.电光调制光标记交换法

　　电光调制光标记法是利用电光晶体的电光效应实现光标记的产生，利用光的干涉原理来实现光标记的提取。光标记是这样产生的：用低速率的包头信号调制高速率的光包信号，使光包相应的光脉冲相位改变180°，显然这束光与另一束光是相干的，通过光耦合器使这两束光进行干涉，干涉的结果是，凡不带光标记的光脉冲，它们的相位相差180°，它们相干相消；凡带光标记的光脉冲，它们的相位相差360°或0°，它们相干相长，光标记脉冲被提取出来了。

　　这种光标记交换的优点是光标记的产生、提取和识别较容易，且不占用信道资源，缺点是光标记的同步要求比较高。