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星上波长交换技术优化方案

【摘要】:光交换技术能有效缓解交换系统的“电子瓶颈”问题,是实现全光卫星光网络的重要支撑技术。目前对星上光交换的研究主要集中在光路交换和光突发交换方面。把波长交换技术应用到卫星光网络中,是卫星网络全光化的一种实现方式。目前,人们已经开展了对星上光波长交换的初步研究。实验过程中同一轨道间相邻卫星通信采用波长路由技术,不同轨道间则采用传统的ATM技术。图8-7星上副载波光调制系统模型

光交换是指将输入的光信号在光域交换到输出端口的技术,即在交换过程中不经过任何光/电转换,可以充分发挥光通信频带宽、速率高、抗电磁干扰能力强、功耗低等优势,是交换技术发展的新方向。光交换技术能有效缓解交换系统的“电子瓶颈”问题,是实现全光卫星光网络的重要支撑技术。目前对星上光交换的研究主要集中在光路交换(包括了波长交换、波带交换、光纤交换等)和光突发交换方面。

光交换技术按照交换粒度的不同,大概可以划分为光路交换(OCS)、光突发交换(OBS)、光分组交换(OPS),其中光路交换技术较为成熟。目前应用较多的光波长交换是以波长为交换粒度/单位的光路交换。

光路交换通信前需用信令在主叫端与被叫端之间建立光连接,通信期间始终保持连接,通信结束时再用信令拆除连接。光连接可以是独占的一条光纤线路、一个或多个波长,也可以是光复用线上的一个信道,但是通信期间被某两个节点独占而不共享。光路交换具有技术成熟易于实现的优势,可满足海量数据对交换速度、容量的要求。

波长交换也称波长路由交换,是以波长作为交换粒度的光路交换,使用该交换方式的网络称为波长路由光网络,光交叉互联设备可以实现波长路由交换。

波长路由网络的主要任务是在一定的条件下为光通道分配可用的路由和波长,即波长和路由分配(RWA)问题。按照路由能否根据需要建立该问题可分为静态路由和动态路由2种。把波长交换技术应用到卫星光网络中,是卫星网络全光化的一种实现方式。目前,人们已经开展了对星上光波长交换的初步研究。

日本早在1997年就提出了采用波分复用星间链路(WDM ISL)技术建立下一代低轨卫星通信系统(NeLS)设计计划,组网结构如图8-5所示。NeLS系统具备星上ATM/IP/MPLS交换能力。2003年报道了激光星间链路WDM试验,数个卫星节点通过激光星间链路连接成一个环形拓扑,链路间采用四波道的WDM技术和掺铒光纤放大器(EDFA)。实验过程中同一轨道间相邻卫星通信采用波长路由技术,不同轨道间则采用传统的ATM技术。采用波长选择作为空间飞行器路由策略,不同波长代表不同目标卫星链路,不同波长共用一条星间链路,形成WDM ISL。

图8-5 NeLS组网示意(a)与轨道内4波长环状WDM传输网(b)

欧空局LSOXC项目以星上大规模MEMS设计与制造为目标,构造空间信息光交叉连接器(OXC),该方案采用微波输入/输出、交换在光域进行的方式,系统实现如图8-6所示。欧空局在2006—2010年工作总结中显示已在Darwin Mission和XEUS项目中研制了无阻塞8×8星上光交换机,实验证明性能良好。R.Suzuki在NeLS系统的基础上,提出了基于波长路由(WR)的星上光交换波长分配和静态、动态路由选择算法。

图8-6 基于MEMS的星载OXC组成结构

中国科技大学团队提出了在星地链路中用微波链路,而在空间网络中用WDM光链路,在接入星处用副载波调制光信号,完成微波/光的转换,空间光网络用波长方式进行路由的设想,系统模型如图8-7所示。

图8-7 星上副载波光调制系统模型