基于WDM的航電光交換網絡研究，針對航電網絡的發展需求和趨勢，將WDM技術和光交換技術應用于光纖網絡中，對應用中存在的WDM傳輸和交換問題進行研究。通過對WDM系統中傳輸技術的研究，解決光發射、光接收中存在的問題，實現無波長信道間干擾，支持數字和模擬信號格式，支持多種信號速率的WDM傳輸系統；通過對WDM網絡的光交換技術研究，解決光交換系統中的架構設計、關鍵器件選型、波長交換等關鍵技術，實現波長交換的航電光纖網絡。
0引言
隨著航空電子技術的發展，對航電網絡的速率、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，同時克服傳統交換的“電子瓶頸”，構建靈活、擴展性好而又具有體積小、重量輕、低功耗等特點的航電網絡系統，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、大容量傳輸的問題；光交換技術則是用光交換設備代替傳統光纖系統中的電交換設備，實現高效、快速交換，使數據流能更快地傳送到下一個節點。將WDM技術和光交換技術應用于航空電子系統，可以大幅提高網絡傳輸速率和交換速率，基于WDM的航電光交換網絡是為了滿足下一代航空電子系統而進行的深入探索。
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，同時提高了網絡組網的靈活性和網絡的生存性。
圖1WDM光傳輸網絡結構
WDM技術的應用，極大地提高了光纖網絡傳輸帶寬，目前在建的商用光纖通信系統基本都是WDM系統。國內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；華為公司推出的OptiXBWS1600G骨干DWDM光傳輸系統可同時傳送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，也提高了網絡組網的靈活性和網絡的生存性；未來航空電子信息傳輸需要航空電子網絡支持高速率、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、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中，光波長通道通過交換機交換時無需進行光-電-光轉換，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，使通信網絡的帶寬得到極大的提高，克服了傳輸的瓶頸，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點仍然需要進行光-電-光交換。多個波長的數據流必須在每個節點中介，轉換成電信號后進行交換，再轉換為光信號傳送到下一個節點。[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，成為整個網絡的瓶頸。采用光交換的方式代替電交換方式是光網絡發展的趨勢。
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據包，數據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）和光突發交換（OBS）；其不同之處在于，OBS突發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絡OPTeraDX光交換機完成的長途光傳輸系統也投入商業服務。
傳統電交換設備體積大、能耗高，已成為現階段網絡傳輸的瓶頸，而波長交換避免了光電轉換，同時為通信節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的應用要求。
3航電光交換網絡研究
國內對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送機與接收機，WDM光網絡的高可靠性設計實現方法等，同時對航電系統特殊環境下的應用提出了更高的要求。
基于WDM的航電光交換網絡研究包含以下方面：網絡體系結構定義技術，網絡容錯性技術，交換機與節點機技術，網絡配置及管理技術。
針對新型航電系統的要求，構建高速率，可擴展，具有容錯能力和快速重構能力的網絡體系結構；根據WDMLAN標準思想，將航電光網絡分為光骨干網（OBN）和光接入網（OAN）兩部分，在OBN中采用波長路由和交換技術進行網絡互連，通過OBN連接多個OAN，實現整個網絡的互連。
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）等光網絡元素的研究，構建出網絡交換機模型，節點機模型；交換機和節點機是網絡的主要組成部分，通過研究光交換機波長分配策略，路由算法及網絡管理技術等，構建網絡交換機模型；通過研究波分復用，解復用技術，光發射機，接收機技術等，構建網絡節點機模型。
網絡管理系統通過監控系統內各信道的傳輸情況，在發送端，插入本節點產生的光監控信號，在接收端，將接收到的光信號分波，輸出光監控信號和業務信道信號；網絡配置系統通過對波長的配置，在光接入網中的光網絡接入（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；實現對通信節點尋找數據傳輸路徑，為路徑分配波長，支持路徑的數據傳輸。系統發生重構時，系統功能節點的重新分布導致通信鏈路也需要相應的進行重新配置，實現路由和波長分配方案間的變更。
網絡容錯技術包括網絡監控機制、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），在工作路徑出現故障時，啟用備份路徑通信，從而提高網絡的生存性和可靠性。
圖2一種光交換網絡結構
航電環境的特殊性及其對系統和元器件要求更為苛刻，因此航電環境下光網絡的發展要比商用環境下的發展緩慢，在光纜逐漸取代電纜成為航電系統的主要通信傳輸媒介后，WDM技術受到了業界的普遍重視；WDM技術和光交換技術主要器件逐漸趨于成熟，商業的廣泛應用給航電應用積累了豐富的工程經驗，同時具備在航電系統應用中規模小、實時性等優勢；隨著光纖通道在航電系統的進一步應用，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結語
在航電光纖網絡中引入波分復用技術，在保持原有光纖通道傳輸的基礎上，引入光交換技術，既提高了網絡帶寬和靈活性，又適應了航電光纖網絡的發展趨勢，實現了航電光纖網絡的平滑過度。該系統的建立，最終將實現航電環境中大容量，高速率的數據穩定傳輸，成為下一代航空電子系統的一個關鍵。
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，光波分復用系統與維護.
[5]洪小斌，面向未來的光交換網絡及其器件技術.
[6]顧畹儀，WDM超長距離光傳輸技術.