基于WDM的航電光交換網(wǎng)絡研究，針對航電網(wǎng)絡的發(fā)展需求和趨勢，將WDM技術和光交換技術應用于光纖網(wǎng)絡中，對應用中存在的WDM傳輸和交換問題進行研究。通過對WDM系統(tǒng)中傳輸技術的研究，解決光發(fā)射、光接收中存在的問題，實現(xiàn)無波長信道間干擾，支持數(shù)字和模擬信號格式，支持多種信號速率的WDM傳輸系統(tǒng)；通過對WDM網(wǎng)絡的光交換技術研究，解決光交換系統(tǒng)中的架構(gòu)設計、關鍵器件選型、波長交換等關鍵技術，實現(xiàn)波長交換的航電光纖網(wǎng)絡。

　　0引言

　　隨著航空電子技術的發(fā)展，對航電網(wǎng)絡的速率、可靠性提出了更高的要求，光纖通道以其高速率、容錯性、確定性等特點在航空電子系統(tǒng)得到廣泛的應用。為了進一步提高光纖的利用率，同時克服傳統(tǒng)交換的“電子瓶頸”，構(gòu)建靈活、擴展性好而又具有體積小、重量輕、低功耗等特點的航電網(wǎng)絡系統(tǒng)，引入了WDM技術和光交換技術[1]。WDM技術是在一根光纖中承載多個波長（信道）的復用技術，其應用解決了長距離、大容量傳輸?shù)膯栴}；光交換技術則是用光交換設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)光纖系統(tǒng)中的電交換設備，實現(xiàn)高效、快速交換，使數(shù)據(jù)流能更快地傳送到下一個節(jié)點。將WDM技術和光交換技術應用于航空電子系統(tǒng)，可以大幅提高網(wǎng)絡傳輸速率和交換速率，基于WDM的航電光交換網(wǎng)絡是為了滿足下一代航空電子系統(tǒng)而進行的深入探索。

　　1WDM概述

　　光波分復用（WDM）技術是在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合（復用）起來，并耦合到光纜線路上同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號分開（解復用），并進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。[4]WDM技術是目前最為成功，應用最廣泛的光信道復用技術。

　　WDM技術，通過一根光纖同時傳輸多個信道數(shù)字信號，使得傳輸容量比單波長傳輸增加十倍到幾十倍，不僅極大的提高光纖的傳輸帶寬，同時提高了網(wǎng)絡組網(wǎng)的靈活性和網(wǎng)絡的生存性。

　　圖1WDM光傳輸網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　WDM技術的應用，極大地提高了光纖網(wǎng)絡傳輸帶寬，目前在建的商用光纖通信系統(tǒng)基本都是WDM系統(tǒng)。國內(nèi)從上世紀九十年代末起，對WDM技術進行了深入研究：武漢郵電科學研究院2004年研制成功了1.6Tbps的超長距離WDM光傳輸系統(tǒng)；華為公司推出的OptiXBWS1600G骨干DWDM光傳輸系統(tǒng)可同時傳送160個波長，每個波長10Gbit/s或者C波段80個波長，每個波長40Gbit/s。

　　WDM技術不僅極大的提高了光纖的傳輸帶寬，也提高了網(wǎng)絡組網(wǎng)的靈活性和網(wǎng)絡的生存性；未來航空電子信息傳輸需要航空電子網(wǎng)絡支持高速率、多服務通信，需要支持控制消息、音頻、視頻、乃至模擬信號的通信服務，對于容錯、重構(gòu)、擴展等性能提出了更高的要求，而WDM技術的應用為滿足這些要求提供了可行的途徑。

　　2光交換概述

　　光交換是指在光纖通信系統(tǒng)中，光波長通道通過交換機交換時無需進行光-電-光轉(zhuǎn)換，而直接由光交換設備完成交換。光交換可以采用光電路交換和光分組交換兩種形式。

　　WDM技術的應用，使通信網(wǎng)絡的帶寬得到極大的提高，克服了傳輸?shù)钠款i，但同時又帶來新的問題，大量的光波長通道需要交換，而在運營商網(wǎng)絡中使用的交換機目前仍是電交換機，交換中心和交叉連接節(jié)點仍然需要進行光-電-光交換。多個波長的數(shù)據(jù)流必須在每個節(jié)點中介，轉(zhuǎn)換成電信號后進行交換，再轉(zhuǎn)換為光信號傳送到下一個節(jié)點。[5]這種做法，缺乏靈活性，同時有交換設備體積大，能耗高的問題，成為整個網(wǎng)絡的瓶頸。采用光交換的方式代替電交換方式是光網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢。

　　光電路交換中，交換粒度是單個光通道的帶寬，光電路交換往往指光波長交換。光波長交換技術，指的是以光纖中的一個波長光信號作為最小的交換粒度進行交換，輸入端口通過波分解復用器，將光信號分離到不同的波長平面，在各波長平面分別采用光開關，實現(xiàn)輸入端口和輸出端口之間的交換和連接，光開關的輸出在經(jīng)過波分復用器匯合后輸出。

　　光分組交換的交換粒度為單個數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)報的處理為全光方式。光分組交換按照信令傳輸方式可以分為光分組交換（OPS）和光突發(fā)交換（OBS）；其不同之處在于，OBS突發(fā)包的長度可以是固定的，也可以是變化的，其顆粒大于光分組。近幾年，國內(nèi)的華為和烽火等公司在光交換領域進行了大量的研究，取得了豐富的成果；北京市通信公司采用北電網(wǎng)絡OPTeraDX光交換機完成的長途光傳輸系統(tǒng)也投入商業(yè)服務。

　　傳統(tǒng)電交換設備體積大、能耗高，已成為現(xiàn)階段網(wǎng)絡傳輸?shù)钠款i，而波長交換避免了光電轉(zhuǎn)換，同時為通信節(jié)點對之間建立直接相連的波長路徑，更好的滿足了航電系統(tǒng)的實時性需求；波長交換以其交換速度快、體積小、能耗低等特點，能更好的滿足航電系統(tǒng)的應用要求。

　　3航電光交換網(wǎng)絡研究

　　國內(nèi)對WDM技術和光交換技術的研究與應用主要集中在民用通信領域，強調(diào)的重點是帶寬的增大與傳輸信息量的提高，而適應航空電子環(huán)境的高可靠性WDM技術和光交換技術的研究基本上處于起步階段。相比民用通信領域，航電WDM技術和光交換技術除要求帶寬與傳輸信息量提高之外，還要求滿足航電多種通信速率的光發(fā)送機與接收機，WDM光網(wǎng)絡的高可靠性設計實現(xiàn)方法等，同時對航電系統(tǒng)特殊環(huán)境下的應用提出了更高的要求。

　　基于WDM的航電光交換網(wǎng)絡研究包含以下方面：網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)定義技術，網(wǎng)絡容錯性技術，交換機與節(jié)點機技術，網(wǎng)絡配置及管理技術。

　　針對新型航電系統(tǒng)的要求，構(gòu)建高速率，可擴展，具有容錯能力和快速重構(gòu)能力的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)；根據(jù)WDMLAN標準思想，將航電光網(wǎng)絡分為光骨干網(wǎng)（OBN）和光接入網(wǎng)（OAN）兩部分，在OBN中采用波長路由和交換技術進行網(wǎng)絡互連，通過OBN連接多個OAN，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的互連。

　　通過對光開關（OSW），平面光波導分路器（PLCS），光分插復用器（OADM），波分復用器（MUX），波分解復用器（DEMUX）等光網(wǎng)絡元素的研究，構(gòu)建出網(wǎng)絡交換機模型，節(jié)點機模型；交換機和節(jié)點機是網(wǎng)絡的主要組成部分，通過研究光交換機波長分配策略，路由算法及網(wǎng)絡管理技術等，構(gòu)建網(wǎng)絡交換機模型；通過研究波分復用，解復用技術，光發(fā)射機，接收機技術等，構(gòu)建網(wǎng)絡節(jié)點機模型。

　　網(wǎng)絡管理系統(tǒng)通過監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況，在發(fā)送端，插入本節(jié)點產(chǎn)生的光監(jiān)控信號，在接收端，將接收到的光信號分波，輸出光監(jiān)控信號和業(yè)務信道信號；網(wǎng)絡配置系統(tǒng)通過對波長的配置，在光接入網(wǎng)中的光網(wǎng)絡接入（ONA）之間建立波長路徑，利用光交叉連接（OXC）進行波長交換，利用光分插復用器（OADM）進行波長通道的輸入和輸出；實現(xiàn)對通信節(jié)點尋找數(shù)據(jù)傳輸路徑，為路徑分配波長，支持路徑的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)發(fā)生重構(gòu)時，系統(tǒng)功能節(jié)點的重新分布導致通信鏈路也需要相應的進行重新配置，實現(xiàn)路由和波長分配方案間的變更。

　　網(wǎng)絡容錯技術包括網(wǎng)絡監(jiān)控機制、硬件冗余層次與方法、故障處理等，主要利用冗余的波長建立備份路徑（保護路徑），在工作路徑出現(xiàn)故障時，啟用備份路徑通信，從而提高網(wǎng)絡的生存性和可靠性。

　　圖2一種光交換網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　航電環(huán)境的特殊性及其對系統(tǒng)和元器件要求更為苛刻，因此航電環(huán)境下光網(wǎng)絡的發(fā)展要比商用環(huán)境下的發(fā)展緩慢，在光纜逐漸取代電纜成為航電系統(tǒng)的主要通信傳輸媒介后，WDM技術受到了業(yè)界的普遍重視；WDM技術和光交換技術主要器件逐漸趨于成熟，商業(yè)的廣泛應用給航電應用積累了豐富的工程經(jīng)驗，同時具備在航電系統(tǒng)應用中規(guī)模小、實時性等優(yōu)勢；隨著光纖通道在航電系統(tǒng)的進一步應用，具有更高速率和可靠性的WDM和光交換技術應用勢在必行。

　　4結(jié)語

　　在航電光纖網(wǎng)絡中引入波分復用技術，在保持原有光纖通道傳輸?shù)幕A上，引入光交換技術，既提高了網(wǎng)絡帶寬和靈活性，又適應了航電光纖網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)了航電光纖網(wǎng)絡的平滑過度。該系統(tǒng)的建立，最終將實現(xiàn)航電環(huán)境中大容量，高速率的數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，成為下一代航空電子系統(tǒng)的一個關鍵。

　　參考文獻：

　　[1]Naresh Chand. Approach to reducing swap and cost for avioncs high-speed optical data networks.

　　[2]Robert D.Gardner.A Photonic WDM Network Architecture for Next Generation Avionics Systems.

　　[3]Mark E.Daniel.Development of a fully interconnected optical network architecture(FIONA).

　　[4]武文彥，光波分復用系統(tǒng)與維護.

　　[5]洪小斌，面向未來的光交換網(wǎng)絡及其器件技術.

　　[6]顧畹儀，WDM超長距離光傳輸技術.