高速光分组交换网关键技术研究及其重要子系统开发

论文摘要

随着互联网技术的高速发展,承载多种数据业务和数据格式的通信网面临新的挑战。作为通信网络的核心和主干,光传输网在网络结构、通信质量、交换粒度、网络兼容等方面都需要进一步的提高,以便于更好的将光传输技术同IP技术相结合。光分组交换(OPS)网络的提出正是顺应了这种发展趋势。OPS网络是以光分组的形式来承载业务数据流,净荷的传输和交换在光域中实现。相对于光线路交换(OCS)网络、光突发交换(OBS)网络,OPS网络具有最小的交换粒度,可以灵活的按照用户的需求进行分配,有着很高的资源利用率,是未来光网络的发展方向。本论文工作的主要内容有以下几个方面:第二章基于分段模型对SOA的特性进行了理论研究,对SOA的饱和特性、非线性效应等进行了数值模拟仿真研究。第三章基于现有码型变换技术,提出了基于单个SOA和光带通滤波器(OBPF)的全光码型变换技术,并进行了理论和实验研究,实验上实现不同脉冲宽度的脉冲产生,10Gb/s码型转换以及40Gb/s的光RZ到NRZ码型变换,在实验上实现了基于D触发器的10Gb/s的RZ到NRZ码型变换。第四章讨论和分析了现有的几种光缓存结构,并结合基于后向布里渊(SBS)效应的慢光技术,提出一种多波长、小畸变光缓存。并对慢光进行了理论研究,理论研究了小畸变、小展宽的双泵浦慢光结构。并通过数值模拟研究了基于慢光的多信道光缓存。第五章首先基于分块技术的光包压缩方案,提出了一种新型的光包压缩方案,并仿真和实验研究了基于半导体光放大器(SOA)四波混频技术的光包解压缩方案。实验上实现了基于四波混频技术由40Gb/s到10Gb/s的全光解压缩。同时利用D触发器实现了由20Gb/s到10Gb/s电域解压缩,该解压缩同时实现了归零(RZ)码到非归零(NRZ)码的码型转换。同时实现了解压缩和码型变换两种功能。基于DFF产生不同宽度的门控方波信号,实验产生了上升沿为15ps,下降沿为14ps的方波信号。针对超高速的光包交换,提出了基于DFF和铌酸锂调制器组成的光交换单元,对基于DFF产生门控信号和对光包交换进行的理论和实验研究,实现了比特率为40Gb/s和80Gb/s的光包交换。第一章对光通信发展历程和光交换技术的历程进行了一些介绍,第六章对光包交换网络关键技术进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光交换网络回顾
• 1.2.1 光路交换网络
• 1.2.2 光突发交换网络
• 1.2.3 光分组交换网络
• 1.3 光分组交换网的结构和关键性技术
• 1.3.1 OPS网络的架构
• 1.3.2 同步和异步光分组交换网络
• 1.3.3 光分组交换网络的节点结构
• 1.3.4 光分组交换网络的关键技术
• 1.4 光分组交换网的研究现状
• 1.5 本论文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 半导体光放大器的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 SOA基础
• 2.2.1 增益和吸收
• 2.2.2 自发辐射
• 2.3 SOA数学模型
• 2.4 SOA的稳态增益饱和特性
• 2.5 SOA的动态态增益饱和特性
• 2.6 SOA的非线性效应
• 2.6.1 高速非线性效应
• 2.6.2 超快非线性效应
• 2.7 数值模拟研究
• 2.7.1 单光束入射下SOA的静态饱和特性
• 2.7.2 双光束入射下SOA的静态饱和特性
• 2.7.3 单脉冲作用下的SOA饱和特性
• 2.8 实验所用半导体光放大器的性能参数和测试结果
• 2.9 结论
• 参考文献
• 第三章 码型变换
• 3.1 引言
• 3.2 全光码型变换器的类型
• 3.2.1 RZ到NRZ的全光码型变换器
• 3.2.2 NRZ到RZ的全光码型变换器
• 3.3 基于SOA的全光RZ到NRZ码型变换新技术方案研究
• 3.3.1 基于SOA的全光RZ到NRZ码型变换基本原理
• 3.3.2 基于SOA的全光RZ到NRZ码型变换仿真研究
• 3.3.3 基于SOA的全光RZ到NRZ码型变换实验研究
• 3.4 基于D触发器的RZ到NRZ码型变换
• 3.5 基于SOA的全光NRZ到RZ码型变换
• 3.5.1 基于SOA的全光NRZ到RZ码型变换基本原理
• 3.5.2 基于SOA的全光NRZ到RZ码型变换仿真研究
• 3.5.3 基于SOA的全光NRZ到RZ码型变换实验研究
• 3.6 结论
• 参考文献
• 第四章 基于SBS效应产生慢光的光缓存研究
• 4.1 引言
• 4.2 光缓存的分类
• 4.2.1 前向结构光延迟线
• 4.2.2 反馈型光纤缓存器
• 4.2.3 利用慢光技术实现的光缓存
• 4.3 基于SBS效应实现慢光的光缓存
• 4.3.1 受激布里渊散射（SBS）机理
• 4.3.2 基于双泵浦实现多波长、小畸变慢光的光缓存
• 4.3.3 仿真研究
• 4.4 总结
• 参考文献
• 第五章 三节点光分组交换网络
• 5.1 引言
• 5.2 一种新型超高速光包交换网的光包压缩和解压缩方法及其系统
• 5.2.1 现有的光包压缩技术
• 5.2.2 新型压缩方案工作原理
• 5.2.3 新型压缩方案的模拟仿真
• 5.2.4 新型光包压缩方案的实验研究
• 5.2.5 新型光包压缩方案的优点
• 5.3 基于D触发器和铌酸锂调制器实现的三节点高速光包交换网
• 5.3.1 实验工作原理
• 5.3.2 三节点光包交换网仿真研究
• 5.3.3 三节点光包交换网实验研究
• 5.4 总结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文的主要创新
• 6.2 对未来的工作展望
• 发表文章和专利
• 致谢