FOCCの光スイッチチュートリアル

Mar 18, 2019

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FOCCの光スイッチチュートリアル

光スイッチとは何ですか?

光スイッチは、光ファイバまたは光集積回路(IOC)の信号を、電気通信で1つの回路から別の回路に選択的に切り替えることができるスイッチです。 テレコムとは別に、光スイッチは実際にファイバー間で光を切り替えるユニットであり、フォトニックスイッチは非線形材料特性を利用して光を操作する(つまり、特定のファイバー内の波長または信号を切り替える)ことによってこれを行います。

光スイッチは、光ファイバを物理的にシフトして1つ以上の代替ファイバを駆動するなどの機械的手段、または電気光学効果、磁気光学効果、またはその他の方法で動作します。 移動ファイバを使用するような低速の光スイッチは、障害の周りのルーティングなど、光スイッチ伝送パスの代替ルーティングに使用できます。 電気光学効果や磁気光学効果を使用するような高速光スイッチを使用して、論理演算を実行できます。 また、このカテゴリには、光スイッチとして使用でき、ディスクリートまたは集積マイクロ電子回路と統合できる光電子デバイスである半導体光増幅器も含まれます。

(参照:ウィキペディア)

光スイッチング技術

全光通信ネットワーク技術の重要な基盤としての光スイッチング技術、その開発と応用は、将来の光通信ネットワークの開発方向に大きく影響します。 それで、それはどのように機能しますか?

光信号は、空間分割、時分割、WDMの3つの方法で多重化されます。 対応する光スイッチング方式は、空間分割スイッチング、時分割スイッチング、および波分割スイッチングであり、3つの多重化チャネルを完成します。

空間分割スイッチング

これは、空間信号スイッチの基本的な機能コンポーネントである、光信号上のドメインスワップスペースです。 空間光スイッチは、ゲートアレイスイッチが多入力多出力ファイバの確立されたパスのいずれかにある光スイッチングコンポーネントの原理です。 それは空の分光スイッチングユニットを構成でき、他のタイプのスイッチも一緒に時分割スイッチングユニットまたは波星を構成できます。 空のスペクトルスイッチには、一般に、ファイバーベースとスペースベースの両方のスペース分割スイッチングがあり、スワップ空間の分割です。

時分割スイッチング

この多重化信号多重化方式は通信ネットワークであり、チャネルは複数の異なるタイムスロットに分割され、各光パス信号分布は異なるタイムスロットを占有し、高速光データストリーム伝送に適合するベースバンドチャネルです。 時分割スイッチングのタイムスロット交換を使用する必要があります。 入力信号のタイムスロットインターチェンジャーは光バッファに順次書き込まれ、次に確立された順序に従って読み出されます。これにより、あるタイムスロットから別のタイムスロットへの交換で1フレームが達成され、タイミング交換プログラムが完了します。 通常、双安定レーザーは光バッファーとして使用できますが、ビット出力のみであり、高速スイッチングと大容量の需要を満たすことはできません。 光ファイバ遅延線はより時分割スイッチングデバイスであり、時分割多重された信号光は光スプリッタに入力されるため、その出力チャネルのそれぞれは同じタイムスロットの光信号のみであり、これらの信号は結合されます異なる時間遅延を得るための遅延線のタイプの信号の後、異なる光遅延線を介して、信号が元の信号と多重化される前に最終的な組み合わせが適合し、それによって時分割切り替えが完了する。

波分割スイッチング

WDMシステムの出荷では、送信元と宛先は同じ波長を使用して信号を送信する必要があります。たとえば、波長分割多重技術で多重化された多重化は、光伝送システムで広く使用されています。コストと複雑さ。 WDMシステムでは、中間送信ノードでの波スペクトル交換により、追加デバイスを満たさずに波長分割多重化システムのソースと宛先が互いに通信し、システムリソースを節約し、リソース使用率を向上させることができます。 波動分光切り替えシステムは、最初の光波信号デマルチプレクサーが複数の波分割に分割され、各チャンネルで波長チャンネルを交換する必要があり、光出力からの密な波分割多重化信号で構成される多重化後に得られる最後の信号を切り替えます。複数の光信号を多重化する光ファイバーブロードバンド、低損失帯域の特性により、ファイバーチャネルの利用率が大幅に向上し、通信システムの容量が向上します。

また、マルチレベルリンク接続が混在するさまざまな光パススイッチング技術の大規模な通信ネットワークで使用されるハイブリッドスイッチング技術もあります。 大規模ネットワークでは、マルチチャネル信号スプリッターを使用してから異なるリンクにアクセスする必要があるため、波長分割多重化の利点を活用できないため、リンクを接続する波長分割多重化技術レベルを使用してから、すべてのレベルで使用される空間分割スイッチング技術を使用しますリンク間のインターフェイスを完了するためのリンク交換、最終的に宛先、次に技術的な出力の交換の波に対応する光信号、信号結合最終サブ出力。 混合使用スイッチングテクノロジー時間混合、空気分離-深夜0時以降-波長分割数分混合-時間、混合、空気分離-波長分割。

全光ネットワークスイッチングテクノロジー

すべての光ネットワークスイッチングを実現するには、最初に回線スイッチベースの光アドドロップ多重化(OADM)およびOXC(光クロスコネクト)技術を使用して波長スイッチングを実現し、さらに光パックドスイッチングを実現します。
波長切り替えは、光回線交換ドメイン単位の波長、エンドツーエンドのルーティングと波長割り当てチャネルを提供する波長切り替え光信号に基づいています。 波長切り替えキーは、対応するネットワークノード機器、光アドドロップ多重化光クロスコネクトを使用することです。 光アドドロップ多重化の動作原理は、すべての光ネットワークノードが必要な波長パスをドロップして挿入することに基づいています。 マルチプレクサー調整マルチプレクサーの主な構成要素、ならびに光スイッチおよび調整可能な高調波など。動作原理と同期デジタル階層(SDH)マルチプレクサーの個別の補間機能の光学的アドドロップ多重化は類似していますが、ドメイン、もう一方は光学ドメインで動作しています。 光クロスコネクトと同期デジタルシステムのデジタルクロスコネクト(DXC)と同様の効果がありますが、光ネットワークノードが通過する波長の通過へのクロスコネクトを実現します。
基本的に交換する光波長は、効率的な光スイッチングではなく、通信がアイドル状態であっても最大の利用効率を達成するために波長チャネルの再配布を確立した接続指向の属性ではありません。 光パケットスイッチングは、帯域幅リソースの最小スイッチング粒度多重化で実装でき、光ネットワークの通信効率を改善します。 通常、光パケットスイッチングは、軽量で透過的なパケット交換(OTPS)、光バーストスイッチング(OBS)、および光ラベルスイッチング(OMPLS)です。 光透過性パケットスイッチング特性は、パケット長が固定され、同期スイッチング方式が使用され、すべての入力パケットの必要性が時間的に同期されるため、技術的困難が増し、コストが増大します。 送信光バーストでは、可変長パケットデータ転送ヘッダー制御情報を使用し、時間と空間を分離して、同期時間の欠点を克服しますが、パケット損失の問題を生成することは可能です。 光ラベルスイッチングは、コアネットワークアクセスリパケットのIPパケットにタグを追加するために実行され、ルーティング方法はコアネットワーク内のタグに応じて行われます。
光スイッチング通信の機会には、より高い(通常10 Gbpsを超える)が必要ですが、伝送コストを下げるにはより適切であり、より大きなシステム容量を実現できます。 システム要件が低い伝送速度(2.5Gbps以下)を必要とする場合、デジタル伝送速度を介して、従来の方法の光電変換を使用するには、より柔軟な接続構成がより適切である場合があります。 したがって、現在の実用的なアプリケーションは、アプリケーションシナリオの適切なシステム展開に従って選択する必要があります。
将来の通信ネットワーク技術の開発と全光ネットワークにより、光スイッチング技術は、通信ネットワークの光化学が社会開発と人々の生活の重要な部分になるために貢献する、より革新的で効率的な方法になります。

光スイッチの種類

光スイッチは、駆動方法に応じて機械式と非機械式に分けることができます。

メカニカル光スイッチは、光ファイバーまたは光学素子の動きに依存して、光ファイバを移動するタイプなどの光路を変換し、スリーブを動かしてレンズ(ミラー、プリズム、自己集束レンズを含む)を動かします。 この種の光スイッチの最大の利点は、低挿入損失と低クロストークです。 その欠点は、ゆっくりと着用しやすく、振動しやすく、衝撃が強いことです。

非機械的光学スイッチは、電気光学、磁気光学、熱光学、およびその他の効果を利用して、光導波路の屈折率、電気光学スイッチ、磁気光学スイッチ、熱光学スイッチなどの光路変更を変更します。光スイッチ。 この種の光スイッチは、優れた再現性、高速スイッチング速度、高信頼性、長寿命およびその他の利点、および小型であり、モノリシックに統合できます。 欠点は、挿入損失とクロストーク性能が理想的ではないことです。これは改善する必要があります。

ここに3つの一般的な光スイッチがあります。
光機械スイッチ

オプトメカニカルスイッチは、最も古いタイプの光スイッチであり、当時最も広く導入されていました。 これらのデバイスは、ステッピングモーターまたはリレーアームを使用してファイバーまたはその他のバルク光学素子を移動することにより、スイッチングを実現します。 これにより、切り替え時間が10〜100ミリ秒の範囲で比較的遅くなります。 優れた信頼性、挿入損失、クロストークを実現できます。 通常、オプトメカニカル光スイッチは、各入力および出力ファイバからの光ビームをコリメートし、これらのコリメートされたビームをデバイス内で移動させます。 これにより、低い光損失が可能になり、有害な影響なしに入力ファイバと出力ファイバ間の距離が可能になります。 新しいマイクロメカニカルデバイスはこれを克服しますが、これらのデバイスは他の代替デバイスと比較してより大きな体積を持ちます。

熱光学スイッチ

熱光学スイッチは通常、ポリマーまたはシリカで作られた導波路に基づいています。 動作のために、それらは、導波路の上に置かれた抵抗ヒーターによって作成された温度による屈折率の変化に依存しています。 それらの遅さは、現在のアプリケーションでそれらを制限しません。

電気光学スイッチ

これらは通常半導体ベースであり、その動作は電場による屈折率の変化に依存します。 この特性により、低消費電力で本質的に高速なデバイスになります。 ただし、電気光学または熱光学の光スイッチはいずれも、光機械光スイッチの挿入損失、後方反射、および長期安定性にまだ適合していません。 最新のテクノロジーには、信号を電気ドメインに変換せずにファイバーを相互接続できる全光スイッチが組み込まれています。 これにより、スイッチング速度が大幅に向上し、今日の電話会社とネットワークはデータレートを向上できます。 ただし、この技術は現在開発中であり、配備されたシステムは、従来の光機械スイッチを使用するシステムよりもはるかに高価です。

DWDMネットワークセキュリティ用の光スイッチ保護システム

通信ネットワークのセキュリティのための光スイッチ保護システムは、経済的で実用的なソリューションのセットを提供し、光通信ネットワークのノンブロッキング、高信頼性、柔軟、災害対策能力を形成します。 自動切り替えおよびネットワーク管理ステーションによる光スイッチ保護システムは、光スイッチの保護、監視、および光パワー緊急ディスパッチ3つの主な機能の光路を実現できます。

トランクおよびローカル光ファイバー伝送ネットワークのDWDMシステムには、多数のアプリケーションがあります。 安全性の重要性に焦点を当てて運ばれるトラフィックの量により、完全な抵抗が発生した場合、ますます注意がホストされるすべてのビジネスネットワークに影響を与えます。 DWDMネットワークセキュリティは、伝送保守作業において常に最も重要でした。 ただし、DWDM保護技術には独自の制限があり、柔軟性がなく、大規模な投資などの問題があり、効果は理想的ではありません。 その後、光スイッチ保護技術がDWDMネットワークセキュリティで非常に重要な役割を果たすようになります。
光スイッチ保護システムのスイッチング制御モジュールは、高レベルの統合モジュールの1つにある光スイッチ、光パワー監視、安定した光源監視のセットです。 光パワーモニタリングモジュールと光スイッチ制御モジュールの調整、97:3の分割比の選択はトランクでより適切であり、伝送ラインでの減衰は約0.2dBに相当します。 光スイッチングモジュールには、メインとバックアップの光ルーティング動作の間のスイッチによって制御される1×2または2×2の光スイッチが含まれます。
主制御モジュールに報告される光パワー監視モジュール通信光ファイバーの光パワー値のリアルタイム監視。 主制御モジュールの分析と比較の結果、光パワーの値の変化が、光スイッチモジュールに直ちに発行された事前設定されたしきい値切り替えを超えていることがわかりました。 指令による光学スイッチモジュールは、即座にスイッチングアクションが発生しました。 切り替え操作を実現するため。
トランク伝送システムに含まれる保護装置を自動的に切り替える光路は、伝送特性に影響しませんでした。 実際、光スイッチとスプリッターに関与するスイッチング機器は、2つの受動光デバイスのみです。
スイッチングユニットの一方の端は、伝送システムのトランシーバー、メイン光ファイバーケーブル、およびスペアケーブルに接続され、それぞれ2x2光スイッチの2つの出力端子に接続されます。 光パワーが異常なときに光パスが発生すると、光スイッチは自動的に代替ルートに切り替えられます。
光スイッチ保護システムには次の利点があることが理解される。 高速スイッチング速度、光スイッチのスイッチング速度は5ms、システム分析、20ms未満のシングルエンドスイッチング時間の応答時間、システム全体の50ms未満のスイッチング時間、基本的なスイッチング動作が可能通信を中断することなく、ビジネスグレードのレベルの保護を実現します。
スイッチング、高信頼性、光パワーモニタリングを通じて実装され、光フレームの誤警報を回避し、切り替えられた判断が正しいことを確認します。 スペアファイバルーティングモニタリング。スイッチの有効性を確保し、光パスの切り替え後も引き続き監視されます。
緊急ディスパッチ機能は、プログラムから発行されたコマンドを切り替えるだけで、ルーティングを展開して、ノンブロッキングカットオーバーと回線保守作業の実現を促進できます。 伝送システムのスイッチデバイスは透過的です。つまり、スイッチングデバイスは、SDHまたはDWDMを使用できる伝送システムのタイプを必要としません。
光スイッチ保護DWDMは経済的で安全な回線保護方法ですが、DWDMシステムに対する光自動保護システムの介入には、考慮すべき多くの問題があります。 スプリッター97:3スペクトル、光スイッチングデバイスの挿入損失は約2 dBの介入光スイッチングデバイスであり、システムには追加の2ファイバージャンパーがあり、そのファイバー挿入損失は1 dBと推定されるため、スイッチングデバイス全体の理論上の最大値は3dBになります減衰、および実際の使用の多くの場合は1.5〜2.5dBのみです。
DWDM回線保護用の光自動スイッチングシステムは、安全で経済的な保護手段です。 将来、ネットワークの規模が拡大し続けるにつれて、光スイッチ保護システムは、評価指標の要件を満たすためにより重要な役割を果たし、伝送ネットワークの運用の安全性を改善します。

FOCCの光スイッチソリューション

FOCCの光スイッチは、実証済みの信頼性を備えた光機械技術に基づいており、光スイッチ1×1、1×2、2×2の非ラッチ、ラッチ、シングルモード、マルチモードバージョンとして利用できます。 これらの高性能オプトメカニカルスイッチソリューションに加えて、熱光学や電気光学などの他のタイプを購入したい場合は、特別なカスタムサービスについては営業までお問い合わせください。

利用可能な構成
1X1メカニカル1X2メカニカル
1X4メカニカル1X8メカニカル
1X16メカニカル2X2メカニカル
2X2Bメカニカル2X2BAメカニカル
D1X2メカニカルD2X2メカニカル
D2X2Bメカニカル
利用可能なモード
シングルモード
マルチモード
利用可能な制御モデル
ラッチング

ランチングなし


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