光电转换技术范例(3篇)

光电转换技术范文篇1

【关键词】高速通信网络全光通信网三网融合

智能处理与通信相结合，通信网将提供包括个人通信在内的各种高级通信业务。为了完成自动翻译、位置登录、号码变换、对用户跟踪和用户身份验证等操作。访问数据库的频度急剧增加。由此可见，必须导入智能网（IN）以实现高级业务的接续控制。本文基于这一背景，对高速通信网络关键技术进行了阐述，这一分析对于通信网络的发展具有一定的参考价值。

一、高速通信网络关键技术

1.1通信网的宽带化

实践表明，要想使通信网宽带化，可通过异步转移模式（简称ATM）与光交换方式来实现。不管所采用的技术是什么，都需要对容量较大的光通信系统进行开发，同时光纤化用户的网络。

（1）异步转移模式。作为一种快速分组交换模式，异步转移模式可适应的业务速率范围较为广泛，从不足几千比特至几百兆比特。（2）光交换方式。光纤通信已被广泛的应用于通信网中，如：光交换和光传输同时进行的全光交换网技术，也就是深入导入光交换技术。光交换网可将通信网和广播网两者结合在一起。除了可实现强大的通信网功能，还可提供数量不少于三百的高清晰度电视（简称HDTV）频道。而无线方式的电视广播网能提供的频道不超过十个。但光交换网存在许多技术难点，现在还处于研究的初期阶段，不过已经受到了广泛的关注，过不了多久应该会得到应用。

1.2光纤传输线路和全光通信网

由于网络具有较为灵活、稳定以及可靠等特点，全光网被认为是光通信网络技术发展的高峰，它由三个部分组成：核心传输网、接入网以及区域网。专家称，光网络也就是光层网络，它的结构主要包括以下几个部分：光纤、光放大器、WDM设备、光插分复用器、光交叉连接设备、网络监测系统、网管系统、网络保护与恢复系统等。目前，还未真正实现所谓的全光网。

1.3三网融合技术

三网融合指的是通过对三大网络进行相应的技术改造，即电信网、有线电视网以及计算机网，可实现结合了语音、数据以及图像等多媒体的通信。

作为一种广义说法，三网融合目前并非真正意义上的将三大网络整合为了一个整体，而只是高层应用的融合。主要体现在技术、网络、业务、应用、经营以及管制与政策等多个方面，具体来说，技术、应用、管制与政策方面已慢慢统一，网络方面可实现相互通信和无缝覆盖，业务方面可相互融合，在经营方面存在竞争，也存在合作，以实现服务的多样化与个性化。

成熟的数字化技术是三网融合技术的基础，也就是通过将语音、数据以及图像等信息编码为零和1的比特流以实现传输与交换；TCP/IP协议的广泛应用，点对点以及点对多点的相互联通只有独立IP地址方可实现，这样，多个基于IP的业务才可在多个网络之间相互连通；对于光通信技术的发展，唯有光通信技术可满足信息快速传输以及传输质量的要求，该项技术还可大大降低传输成本。

1.4三网融合的接入网技术

容量较大且快速的同步数字系列光纤通信系统与波分复用密集技术越来越成熟，已达到现在高速宽带通信的要求，而发展到成熟阶段的异步转移模式交换技术也有助于宽带综合业务的交换。在光纤/同轴电缆混合拓扑网络应用于宽带接入网络后，技术有了突飞猛进，用户所享受到的电话、数据以及图像等业务只需一个混合光纤同轴电缆接入网便可实现。这项技术已越来越成熟，不仅可提供电话及模拟广播电视等业务，还有窄带ISDN业务、高速数据通信业务、数字视频点播以及其他高速信息业务，由于具有较大的带宽，传输问题已得以解决。就算进入了数字电视年代，混合光纤同轴电缆宽带多媒体接入网依然可在原有的基础上将各光结点所覆盖的用户量降低，业务的灵活性与适应性更强，由于具有足够的带宽资源、高速的数据及数字电视业务、经济适用等特点，其优势十分明显。

另外，混合光纤同轴电缆不只是将同轴电缆替换为光纤，还添加了新的TOP结构，也就是节点结构，将该结构应用于网络中，所有小区的交换服务很容易就可实现。三网融合并非只是在之前的基础上发展而来，而是一种基于IP的新型电信网络，包括多项应用，如：视频点播、IP电话、远程教育与医疗、交互式游戏、电子商务等。

参考文献

[1]王蒙，娄国伟，王慧君.4G通信网络关键技术讨论与研究[J].福建电脑，2007，07：38-39+58

光电转换技术范文

近年来，有关镇静类中药药理研究的报道屡见不鲜，其中尤以安神药和平肝息风药的研究居多。安神药和平肝息风药均具有镇静作用，给药后可使动物闭目、嗜睡、低头、伏卧，抑制动物的自发活动[1-2]，具有对抗中枢神经兴奋药的兴奋作用。镇静试验是测定动物自主活动的经典实验方法，此项实验为观察动物自主活动规律及研究中枢神经系统的功能状态和药物作用奠定了坚实的基础。传统的实验方法大都采用人为观察动物自主活动的方式进行记录，这种方法受人为干扰因素和外界环境（声音、光线、动物所处空间）的影响较大，实验结果存在较大误差，特别是对功效相似的不同镇静药的筛选工作有一定影响。随着现代科学技术的发展，先进的传感器技术不断更新，诸如换能器技术、光电管技术、红外光电探测技术、热释电效应探测技术等高性能、高精度的传感器已经融入到现代药理研究之中，为观测镇静安神药对实验动物自主活动的影响提供了更为方便准确的新方法[2]。

传感器按国标GB7665-87定义为：感受规定的被测量信号，并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置[3]。该装置通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受（或响应）的信息按一定规律转换成另一种信息的装置。它获取的信息，可以是各种物理量、化学量、生物量转换后的信息，也有其它形式，大多数的传感器将获取的信息转换为电信号。目前，在小动物自主活动检测中所采用的一些传感器技术有以下4类。

1抖笼换能器法

换能器技术是传感器的一个分支，它主要是感知生物体内的各种非电量的信息（生理、生化和病理信息），把它们传递出来并转换为易处理的电信号的装置。针对小动物自主活动的特殊性，在铁架台上通过橡皮筋（或小弹簧）吊一抖笼，该笼底部圆心处用一带线的挂钩和拉力换能器相连。笼中小动物的活动通过换能器由动能转换为电能之后输入生理记录仪或生物信号采集处理系统进行放大记录，便能获得动物的活动曲线和单位时间内振动波的次数。近几年的研究中采用的有抖笼滴水法、抖笼气鼓法、光电抖笼法和浮动法。抖笼法的特点是能够把小动物的细小活动（如修饰、搔抓等）描记下来，仪器简单，操作容易。但此类方法不能达到精确的定量分析，只适用于镇静药的粗略筛选[1-2]。

高雅玲等[4]采用二道生理记录仪和50g拉力换能器测定50只小鼠的自主活动，通过分析小鼠的活动曲线得出养血清脑颗粒（当归、川芎、白芍、熟地、珍珠母、元胡）的大剂量组(8.0g/kg)、中剂量组(4.0g/kg)对头部血管舒缩功能障碍、大脑皮层功能失调或某些体液物质暂时性改变所引起的血管性头痛有明显的镇静作用，为临床治疗血管性头痛提供了实验依据。

2光电技术检测法

在活动箱内将一束或者几束光线照射到对侧的光电感应器（如光电管、光导管、光敏管）上，动物在箱内活动时遮断光线一次，则电流改变一次，经过放大装置使电脉冲驱使继电器启动，通过计数器记录数值[2]。

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关键词：IPoverDWDM;光纤通信;全光网;MPLS;MPLmS;ASON

EvaluationofOpticalInternetandIPoverDWDM

YAOWeiming

(ChangqingPetrochemistryCompany,ChinaNationalPetroleumCorporation,Yinchuan,750004,China)

Abstract：TheenablingtechnologiesandevolutionoftheopticalInternetarediscussed,theproblemsanddevelopmenttendencyofIPoverDWDMisanalysed.TypicalnetworkinfrastructuresofbroadbandInternetandtheircharacteristicsareoverviewedandcompared,thusIPoverDWDMisidentifiedasoneofthekeyenablingtechnologiesoffuturebroadbandInternet.Thereafter,thetoughproblemsinrealizingIPoverDWDMarediscussed,includingtheall-opticalsignalprocessingandmulti-protocollabelswitching.Finally,theopticalpacketswitchingtechnologyisdiscussedanditssignificantroleinfutureopticalInternetisforecast.

Keywords：IPoverDWDM;opticalfibercommunication;allopticalnetwork;MPLS;MPLmS;ASON

オ

1引言

由于密集波分复用(DWDM)技术的发展,光网络的研究和建设已经成为网络发展和建设的要点。

为什么光网络的发展会特别引起人们的关注？这主要有两个原因：一方面,光纤是一种高带宽低损耗的优良通信传输介质,本来就在通信网络的物理传输层起着举足轻重的作用,而DWDM技术的发展又进一步挖掘了光纤带宽的潜力,同时,伴随着光器件技术和光信号处理技术的发展,在光传输层已经提供了联网的能力；另一方面,DWDM技术要真正组成网络,还有许多问题需要解决,人们已经看到这是一场重新架构网络的机会,但还不清楚光器件和光信号处理技术会以何种速度发展,光网络会以何种方式随着宽带网的建设而演进,从而支持整个通信网络的发展和运作。

在这个许多光网络标准还没有出台而又急于出台的时候,各种新技术和新思想都想抓住机会在未来的宽带网络中占得一席之地。然而,可以看出,绝大多数新思想或新技术基本上是在承认未来的宽带网是以IPoverDWDM为模型的基础上提出并发展的,也基本上是以过渡到或直接构建IPoverDWDM网络为目标的。

过去人们一度认为：未来的宽带网是以ATM技术为核心的B_ISDN。但是由于技术标准推进缓慢、技术实现复杂和代价过高,尽管和IP技术一样都是端到端的解决方案,ATM技术已经在桌面端失去了市场。

现在很难再猜想如果当初ATM技术在承认桌面端主流是IP技术的前提下来开发会是什么样子,但ATM技术本身凝结了电信网技术的许多精华,在过渡到IPoverDWDM的网络中,仍然会在网络的边缘发挥自己的作用。即便在将来,ATM技术也会以融合或改装到IP层技术中的形式体现出来。总之,ATM技术将对未来网络的发展会起到很重要的借鉴作用。

2为什么考虑IPoverDWDM

在过去的几年里,由于在光电器件和光传输系统上的技术进步,数据传输的成本已显著地降低,运营成本成为网络设计首要考虑的主要参数。在考虑运营成本时,除了像再生器和放大器间隔、光线路速率、通道数量和发光/冷却器大小这样的一些设计参数外,采用何种技术构建网络也将决定网络运营成本的变化。

电信网络的关键属性主要有寻址、服务质量保证、复用能力、低误码率、容错能力和传输容量等。在当前的网络中,这些关键属性分布在IP,ATM,SDH和WDM四个层次上。在一个典型的网络中,IP层支持寻址,ATM层保证服务质量,SONET提供复用、低误码率和容错能力,而DWDM提供更高的传输容量。

仔细研究这些技术就会发现它们的许多功能是互相重叠的(见表1)。其实在这些技术中,只需选出两种就可实现网络需要的所有功能。

究竟选择那两种技术来简化网络结构,还要从降低网络运营成本来考虑。若想持续降低网络运营成本,就应当选择那些革新速度最快的技术。DWDM的性价比每10个月就会翻一番,IP的性价比每20个月翻一番,SONET和ATM则分别要花30个月和40个月,毫无疑问,选择IP的智能和DWDM的速度及容量是构建未来网络惟一可行的策略。

从技术角度看,在光网络层,DWDM技术已经能够提供大量的带宽并日益具备复杂的再配置能力；在业务层,IP能向终端系统提供连接和业务。随着两种技术的迅速发展,人们希望去掉SDH/SONET和ATM这样的中间层而将这些层的功能移植到光层或IP层的愿望是应该能够实现的。

3IPoverDWDM的困难

真正要让IPoverDWDM网络来替代现有网络不是容易的事。这是因为目前实现IPoverDWDM还有许多困难。

从网络角度看,IP技术无疑具有许多优点,比如简单灵活的组网方式、相对而言很高的协议效率、强大的生存性等,这是它能够取得成功的原因。IP技术的一些基本特性,如无连接的包交换机制、端到端的解决方案和尽力而为的原则等已经广为人知。但是,应该看到,IP技术主要针对实时性要求不高的数据业务而优化,其优点是以牺牲业务的实时性或服务质量(QoS)来换取的。这对于未来用IPoverDWDM技术构建一个要支持多种业务(包括实时业务)的宽带网无疑是不利的。

从根本上来说,IPoverWDM是一个网的观念。在波分复用技术提出以后,波长本身成为组网(分插、交换、路由)的资源,伴随着光分插复用(OADM)和光交叉联接(OXC)技术的逐步成熟,原来被认为只是提供带宽的光层开始有了组网能力――在提供了巨大带宽的同时衍生出了一系列的可优化使用这些带宽的交换资源。这种交换资源目前集中在波长上,将来会细化到光时隙上或光分组上。换句话说,光层技术的推进为网络实现提供了巨大的机遇。但是,光层提供的技术支持毕竟还是有限的,而且在逐步演进,存在一定程度的不确定性。它和需求的不确定性以及竞争的复杂性揉合在一起,就形成了一个极其复杂的局面。

从具体技术角度看,IPoverWDM同样也存在需要解决的问题。首先,光逻辑器件还没有,这就使得电层的许多成果要加上许多限制条件才能用到光层上；其次,光集成技术可以说刚刚起步,还很难预测其发展速度和对光网络建设的影响力；第三,光节点技术本身的稳定性、成本还是个难于确定的问题；第四,技术竞争和市场竞争,是复杂的事情,网络功能的增强一般是以增加复杂性和成本为代价的,要取得较好的性价比不是容易的事情；最后,兼容现有网络、充分利用已铺设光纤资源和开拓全新的建网思想,两者之间还具有许多冲突。

总之,从根本上说,IP难于overDWDM还是因为宽带网络建设本身是很困难的事――并不会因为用IPoverDWDM模型替代了原先的以ATM技术为主的B_ISDN模型便变得轻而易举。

4演进的过程

对于DWDM技术在IPoverDWDM网络中的使用,人们是逐渐从节点电处理方式向全光网方式演进的。

起初,业务供应商都在忙于利用DWDM技术提高他们的网络带宽,他们实现两层网络方案的方法是“智能路由器+无智能光纤”。这个模型假设用于传输的光器件和用于路由/交换的电器件都各有所长,因此网络就应该由大量的无智能通道(点到点DWDM链路)和智能路由器构成。不同波长的光信号到了节点后解复用,经过电处理后又重新波分复用,再由光层发送。这种方案有它的优点(这些优点往往也是全光网络方案实现的难点)：首先,电信号处理技术比较成熟,易于实现；其次,光/电/光(O/E/O)的转换过程同时也是信号再生的过程,就不会有全光网络中要考虑的噪声累积问题；最后,只要电信号处理能力足够强,带宽的利用率相对于全光网络方案可以较大,尽管这样实际做起来很复杂、成本也高。但也正是由于节点处的所有光信号都要经过电处理,这种方案有着其固有的问题：首先,电信号处理会带来时延,电信号处理方案从根本上没有充分利用光信号处理能力来优化网络,只是利用DWDM技术来拓展带宽,特别是由于目前DWDM技术比电处理技术发展快得多(甚至许多人正在推行用带宽换服务质量的建网思想),电信号处理技术会成为未来网络的瓶颈；其次,成本也是问题,信号到了每个节点都要有光/电/光的转换过程,成本很高。相比较而言,利用全光网络的实现方案,可望网络成本降低一两个数量级。

全光网络的思想主要是通过使用光交换技术在光层引入智能,实现在光层直接旁路节点中需要中转的业务,从而全面地降低成本。

是否要发展全光网,从根本上说还是由网络的性价比竞争来决定的,而从网络层次来考虑,是一个网络的智能是否需要推广到光层来实现的问题。事实上,随着光器件技术的进步,通过在光网络上提供智能来简化网络是必然的趋势,只有这样,光纤传输的巨大容量和超长传输的能力才能在网络中体现得淋漓尽致。当然,要注意的是,由于光信号处理能力还很弱,现阶段谈论的智能都是电控的光网络层智能。

实现全光网也有简单和复杂之分,这种区分主要集中在光节点的交换方式和交换能力上。如果将基于空分和波分的光交换和程控电路交换相比,可以看到许多相似之处：光交换中的空分交换相当于电路转接中的空分交换,而且为了减小开关群的规模,一般在实现时都是分级的；而光交换中的波分交换相当于电路交换中的时分交换(话路交换),在交换前要先分解成单个波长(话路),然后通过交换设备去交换(转接),需要时再合波(话路复合)；更有意思的是,波分交换从没有波长转换器到通过波长转换器减小交换的阻塞率,就相当于话路交换中从没有存储器到通过存储器来消除入线的第k路只能转接到某一出线的第k路的限制。虽然两者在其他方面有显著的区别,例如,从原理上看,波分交换是基于频带分割的而电路交换是基于时间分割的,从内容上看,波分交换比时隙交换的交换粒度大了许多倍(一个波长的容量约是一百亿个电时隙),从交换能力上看,波分交换还远没有电路时分交换灵活,但从交换原理而言,其交换机制是一样的,都要通过人为的或程序控制的方式先建立连接,然后数据才能顺利通过节点到达目的地。光上也有时分交换,但由于技术的原因实现还很困难,这种时分交换和其他光交换一样是电控交换,而且一般采用块复用,主要用于后面要讲到的光分组交换技术中。

在全光网中另一个值得注意的地方是波长变换和可调谐光收发器,通过在光网络节点中使用光波长变换器和可调谐的光发射机、接收机,可以在光网络层建立虚波长连接,实现光网络的动态配置。在这种情况下,光纤链路资源能得到比较充分的利用。

但是要真正的使光网络智能化,还要在光传送网OTN(OpticalTransportNetwork)上添加一个能管理OTN的管理网,这就是正在标准化进程中的自动交换光网络ASON(AutomaticSwitchingOpticalNetwork)。其层次结构如图1所示。

TP(TransportPlane)：传输平面;

CP(ControlPlane)：控制平面;

MP(ManagementPlane)：管理平面;

OCC(OpticalNetworkController)：光网络控制器;

UNI(UserNetworkInterface)：用户网络接口;

CCI(ConnectionControlInterface)：连接控制接口;

OXC(OpticalCrossConnect)：光交叉连接器;

I-NNI(InternalNodetoNodeInterface)：内部节点接口;

E-NNI(ExternalNodetoNodeInterface)：外部节点接口;

NMI(NetworkManagementInterface)：网络管理接口;

PI(PhysicalInterface)：物理接口。

ASON是一种客户-服务器的运行机制,上层电网络是客户,下层光网络是服务器,电网络通过发出请求得到响应的方式得到相应的带宽。

另一方面,在IP技术的发展上,将第三层路由和第二层交换紧密结合的技术在迅速发展,其中最成功的是多协议标签交换(MPLS)技术。IP/多协议标签交换(MPLS)框架结构在未来将成为数据层和光层的通用控制平面。

如果将MPLS思想和光波长交换结合起来考虑,或者说利用波长的不同作为标签,就是现在所说的多协议波长交换MPλS(也称为MPLmS)技术。IETF正在研究制定MPλS协议集,MPλS将结合现有的控制平面技术和光交换机的点击式配置能力来建立光路径和传递光传输网络的拓扑状态信息。MPλS控制平面将支持多种流量工程功能并具备多种保护和恢复的能力,此外它还可以简化光交换机和标签交换路由器的集成。

总之,光网络的技术革新将促进两层网络结构(IP层和DWDM层)的形成,网络资源管理的智能化将集中在业务层上(图2),而光资源的管理则将通过一个由业务层和光传输层所共享的控制平面提供。这种网络体系结构可以提供可管理的G比特级网络带宽,并能向业务平台提供既可靠,又具备流量控制能力的波长级网络接口。

5光分组交换网――未来光网络的一个方向

全光网的思想从实质上讲还是在波长级建立类似电路交换的交换机制,其支配光网络带宽的能力(交换粒度)就是一个波长,至于这个波长的带宽利用率决定于使用这个波长的电网络的能力。而且,已经建立的波长通道不再为别的电网络层客户服务,即使这个通道处于闲置状态。虽然在公网上,电层上的汇聚功能已经很强大,但随着突发数据业务在网络中占据主导地位,这种网络架构在利用光网络资源上效率还是不太高。

一种在光层上的解决方法是建设光分组交换网。光分组交换网的基本思想是在电网络层和DWDM网络层上再叠加一个适配层――光分组交换层,这样,支配光网络的能力就能从一个波长细化到一个光分组。目前局限于技术实现的能力,一般采用定长光分组交换

的方案,可以通过研究光分组大小对网络性能的影响来决定使用的光分组的大小,使光分组网络达到最优化。

目前光分组交换网还在研究阶段,已经有的系统还是实验室的产品,要商用化还有待于许多关键技术的解决。然而,随着光信号处理能力的增强,光分组交换网被认为是未来的光网络技术。

6结语

本文从网络成本和网络功能之间的固有矛盾入手,剖析了在DWDM技术出现后,人们力图通过IPoverDWDM这种简化的网络方案来重新考虑构建未来宽带网络的思路,并从这里归纳了IPoverDWDM的演进过程：从用DWDM技术进行点到点的扩容,到构建基于光分插复用和光交叉连接的智能全光网,而在光信号处理技术更加成熟后,光分组交换技术将进一步推动IPoverDWDM的发展。

参考文献

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