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光网络与交换技术

光网络与交换技术

光网络基础

  1. 光纤传输原理

    • 利用光信号在光纤中的全反射特性传输数据,支持高速率、低损耗。
    • 单模光纤（芯径9μm）适用于长距离通信，多模光纤（芯径50μm/62.5μm）用于短距离。

  2. 波分复用（WDM）

    • 在单根光纤中通过不同波长承载多路信号,提升带宽利用率。
    • DWDM（密集波分复用）：波长间隔≤0.8nm，支持上百通道。
    • CWDM（粗波分复用）：波长间隔20nm，成本较低，适用于城域网。

  3. 光放大器

    光网络与交换技术 第1张

    • EDFA（掺铒光纤放大器）：无需光电转换，直接放大光信号，用于延长传输距离。

光网络关键技术

技术 功能
ROADM（光分插复用器） 动态调整波长路由，支持灵活上下业务，减少人工配置。
SDN（软件定义网络） 集中控制网络资源，通过OpenFlow协议实现流量调度，提升灵活性。
光性能监测（OPM） 实时监测信噪比（OSNR）、误码率等指标，保障传输质量。

光交换技术分类

  1. 光电路交换（OCS）

    • 预先建立端到端光路,适合大颗粒、固定带宽业务（如视频广播）。
    • 缺点：资源利用率低，难以支持突发流量。

  2. 光分组交换（OPS）

    • 以光分组为单位动态分配资源,支持统计复用，适合IP业务。
    • 挑战：需解决光域同步、缓冲难题（目前依赖电缓存）。

  3. 混合交换技术

    • OBS（光突发交换）：结合OCS和OPS，通过控制包提前预约带宽，降低时延。
    • OSU（弹性光网络）：基于SDN动态调整频谱资源，匹配业务需求。

光网络 vs 电网络

对比维度 光网络 电网络
传输容量 单纤Tbps级（DWDM） 受限于电子器件，100Gbps/通道
延迟 更低（无OEO转换） 需光电转换，增加时延
能耗 更低（无需频繁电再生） 高（电交换与放大设备耗能）
适用场景 骨干网、数据中心互联 接入网、边缘计算节点

典型应用与挑战

  1. 应用场景

    • 数据中心互联（DCI）：利用DWDM实现高速低时延互联。
    • 5G前传/中传：CPRI接口通过eCPRI压缩或光直连降低功耗。
    • 智能电网：光纤传感与通信融合，支持差动保护等实时业务。

  2. 主要挑战

    • 非线性效应：高功率下出现四波混频（FWM）、自相位调制（SPM）。
    • 资源碎片化：弹性光网络中频谱分配导致带宽浪费。
    • 成本问题：相干接收机、可调激光器等器件价格高昂。

问题与解答

Q1：为什么光网络在骨干网中取代了传统电网络？
A1：光网络通过WDM技术大幅提升单纤容量（如120波×100Gbps），且无需中间电再生，降低了时延与能耗，而电网络受限于电子器件速率（如SerDes技术），在超高速场景下成本与功耗显著增加。

Q2：SDN如何提升光网络的灵活性？
A2：SDN将控制平面与转发平面分离，通过集中式控制器（如ONOS）动态调配波长资源，在流量高峰时自动开通额外光路，或故障时快速重路由，实现业务“分钟级”部署，相比传统人工配置效率提升百倍

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