光交叉連接設(shè)備

1、關(guān)于光交叉連接設(shè)備第一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光交叉連接設(shè)備是光傳送網(wǎng)的核心節(jié)點設(shè)備，是一種兼有復(fù)用、光交叉連接、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管的多功能OTN傳輸設(shè)備。 本章將介紹OXC的主要功能，講述OXC的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和幾種主要的OXC結(jié)構(gòu)。第二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5.1 OXC的主要功能 OXC依據(jù)它所具有的功能可以出現(xiàn)在光網(wǎng)絡(luò)的許多位置，如網(wǎng)絡(luò)的邊緣和網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部等，它們應(yīng)用在不同的位置時，功能會有所差異。1光交叉連接 OXC具有強大的網(wǎng)絡(luò)重組和業(yè)務(wù)疏導(dǎo)交換能力。它具有多個標(biāo)準(zhǔn)的光纖接口，它可以把輸入端的來自任一光纖信號(或其各波長信號)可控地連接到

2、輸出端的任一光纖(或其各波長)中去，并且這一過程是完全在光域中進(jìn)行的。通過使用光交叉連接設(shè)備，可以有效地解決現(xiàn)有的數(shù)字交叉連接(DXC)設(shè)備的電子瓶頸問題。 隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，實現(xiàn)多粒度的交叉連接的需求日漸迫切。OXC目前的發(fā)展趨勢是向多粒度、多層次交叉連接的方向發(fā)展，實現(xiàn)光纖級、波長級和子波級的交叉連接。第三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 分插復(fù)用和帶寬管理 OXC處于干線的交匯點或網(wǎng)絡(luò)的匯聚點，會有相當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)在本地需要上下路。另一方面在未來的光網(wǎng)絡(luò)中，信令和路由信息要使用控制通道來傳送，這些控制通道可以用專門的波長來實現(xiàn)，它們在節(jié)點處必須上下路，才能完成對本地節(jié)點的控制和

3、信息的交互。因此OXC節(jié)點需要提供本地上下路的功能，支持一定數(shù)量波長的上下路。 光交叉連接節(jié)點可以響應(yīng)各種形式的帶寬請求，尋找合適的波長通道，為到來的業(yè)務(wù)量建立連接。對于未來的光網(wǎng)絡(luò)，光交叉連接節(jié)點應(yīng)能根據(jù)連接請求的動態(tài)變化，實時地進(jìn)行帶寬管理。 第四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 保護(hù)和恢復(fù) 目前OXC主要有基于鏈路的保護(hù)和恢復(fù)以及基于光通道的保護(hù)和恢復(fù)兩種方式。當(dāng)某一條鏈路或一個波長性能出現(xiàn)劣化或發(fā)生故障時，OXC可以為其重新選路，通過遷回路由實現(xiàn)故障的恢復(fù)?；謴?fù)功能主要是由OXC的波長路由功能提供的，通過優(yōu)化的路由波長分配 (RWA）算法來實施。算法與OXC節(jié)點結(jié)構(gòu)有關(guān)

4、，如是否全交叉，是否波長交換，是否波長可調(diào)諧等。其主要目的是為了提高網(wǎng)絡(luò)容量的利用率和網(wǎng)絡(luò)的生存性。第五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月OXC恢復(fù)算法要完成的主要任務(wù)有以下幾個：做到路徑最短（節(jié)點數(shù)最少）；使波長資源分配優(yōu)化；使各鏈路、節(jié)點業(yè)務(wù)量平衡，負(fù)荷量最佳或路由最安全；提供優(yōu)先級選擇，按優(yōu)先級順序恢復(fù)第六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 波長變換 OXC帶有光波長轉(zhuǎn)換器，可以用來增加網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬和傳輸距離?？梢允咕W(wǎng)絡(luò)容量在不影響原有業(yè)務(wù)的情況下迅速地增加,同時大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性、安全性。 根據(jù)OXC能否提供波長轉(zhuǎn)換功能，光通道可以分為波長通道(Waveleng

5、th Path, WP)和虛波長通道(Virtual Wavelength Path, VWP) 。 波長通道是指OXC沒有波長轉(zhuǎn)換功能，光通道在不同的波長復(fù)用段中必須使用相同波長實現(xiàn)。這樣，為了建立一條波長通道，光通道層必須找到一條鏈路，在構(gòu)成這條鏈路的所有波長復(fù)用段中，存在一個共同的空閑波長。如果找不到這樣一條鏈路，該傳送請求失敗。第七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月虛波長通道是指利用OXC的波長轉(zhuǎn)換功能，使光通道在不同的波長復(fù)用段可以占用不同的波長，從而可以有效地利用各波長復(fù)用段的空閑波長來建立傳送請求，提高波長的利用率。建立虛波長通道時，光通道層只需找到一條鏈路，其中每個波長

6、復(fù)用段都有空閑波長即可。 第八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月波長通道方式要求光通道層在選路和分配波長時必須采用集中控制方式，因為只有在掌握了整個網(wǎng)絡(luò)所有波長復(fù)用段的波長占用情況后，才可能為一個新傳送請求選一條合適的路由。在虛波長通道運作方式下，確定通道的傳送鏈路后，各波長復(fù)用段的波長可以逐個分配，因此可以進(jìn)行分布式控制，從而大大降低光通道層選路的復(fù)雜性。第九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 網(wǎng)元管理OXC應(yīng)具有完善的管理功能，包括系統(tǒng)管理、配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等。網(wǎng)元管理具有對網(wǎng)元設(shè)備各工作板的工作狀況實施控制、具備業(yè)務(wù)的端到端指配和恢復(fù)功能、業(yè)務(wù)上

7、下波長的配置管理、光交叉連接、性能出現(xiàn)劣化或發(fā)生故障時的告警、鏈路或通路的保護(hù)和恢復(fù)、故障的診斷與測試，另外還需要有完善的通信和控制接口、用于傳遞信令和進(jìn)行網(wǎng)元管理單元和網(wǎng)絡(luò)管理單元之間的通信，必須具備子網(wǎng)級甚至網(wǎng)絡(luò)級網(wǎng)管的能力。第十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5.2 OXC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月OXC主要由輸入部分（光放大器EDFA，解復(fù)用器DMUX）、光交叉連接部分（光交叉連接矩陣）、輸出部分（光接口單元OTU、均功器、復(fù)用器、EDFA）、控制和管理部分及本地上下業(yè)務(wù)接口這五大部分組成。由于每條光纖不能同時傳輸兩個相同波長的信號（

8、即波長爭用），所以為了防止出現(xiàn)這種情況，實現(xiàn)無阻塞交叉連接，在連接矩陣的輸出端每波長通道光信號還需要在波長變換器OTU中進(jìn)行波長變換，然后再進(jìn)入均功器把各波長通道的光信號功率控制在可允許的范圍內(nèi)，防止非均衡增益經(jīng)EDFA放大導(dǎo)致比較嚴(yán)重的非線性效應(yīng)。第十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 53 OXC的主要性能1交叉連接容量交叉連接容量的大小取決于OXC的端口數(shù)。OXC具有透明的傳輸代碼格式和比特率，可以對不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級的信號進(jìn)行交叉連接，所以O(shè)XC的端口數(shù)是衡量OXC的交換能力的重要標(biāo)志。不同網(wǎng)絡(luò)對OXC交換能力的要求不同。OXC的端口數(shù)量少的可有22，44 ；

9、多的可達(dá)10241024。2001年OFC會議上，Lucent公司報導(dǎo)已實現(xiàn)1296 1296個端口MEMS，每個端口上輸入40 40Gbit/s =1.6Tbit/s的WDM信號，總的交叉能力達(dá)到2.07Pbit/s .第十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2 通道特性 通道特性是指只支持波長通道還是可以支持虛波長通道。反映出OXC的連接能力。根據(jù)OXC能否提供波長轉(zhuǎn)換功能，光通道可以分為波長通道和虛波長通道兩種。波長通道是指OXC沒有波長轉(zhuǎn)換功能，光通道在不同的光纖段中必須使用同一波長，即滿足波長連續(xù)性條件。這樣，為了建立一條波長通道，光網(wǎng)絡(luò)必須找到一條路由，在這條路由的所有光纖

10、段中，有一個共同的波長是空閑的。如果找不到這樣一條路由，就會發(fā)生波長阻塞。虛波長通道是指OXC具有波長轉(zhuǎn)換功能，光通道在不同的光纖段中可以占用不同的波長，從而提高了波長的利用率，降低了阻塞概率。第十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 阻塞性 交叉連接結(jié)構(gòu)的構(gòu)成可有：嚴(yán)格無阻塞、可重構(gòu)無阻塞和有阻塞三種。 在嚴(yán)格無阻塞的情況下，從一個可以使用的輸入端口到任一可用的輸出端口可以建立連接，而不用中斷、重新安排其它端口的現(xiàn)有連接。 在可重構(gòu)無阻塞情況下，可以建立從任意輸入端口到輸出端口的任意波長之間的連接，但是要中斷現(xiàn)有的某些連接，對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新配置，這也就影響了已建立連接的信號。

11、在有阻塞的情況下，結(jié)構(gòu)本身就是具有一定的阻塞性。在某些情況下，即使對節(jié)點進(jìn)行重新配置，從一個輸入端口來的波長也不能交換到一個輸出端口，而造成阻塞。由于每個波長所攜帶的信息量都比較大，因此節(jié)點一般不采用有阻塞的連接結(jié)構(gòu)，最好是采用嚴(yán)格無阻塞的體系結(jié)構(gòu)，有時候為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，也采用可重構(gòu)無阻塞的結(jié)構(gòu)。第十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 模塊性 因通信業(yè)務(wù)量的不斷增長，考慮到建設(shè)OXC的成本，人們希望OXC結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有模塊性（包括波長模塊性和鏈路模塊性），以便于將來的升級和擴容。模塊性是指當(dāng)建網(wǎng)初期業(yè)務(wù)量比較小時，需要OXC的交叉連接容量不大，只需小容量的OXC；而當(dāng)幾年后

12、業(yè)務(wù)量增加時，在不改動現(xiàn)有OXC結(jié)構(gòu)連接的情況下，只需增加模塊就可實現(xiàn)節(jié)點吞吐量的擴容。如果除了增加新模塊外，不需改動現(xiàn)有OXC結(jié)構(gòu)，就能增加節(jié)點的輸入輸出鏈路數(shù)，則稱這種結(jié)構(gòu)具有鏈路模塊性。這種節(jié)點可以很方便地通過增加節(jié)點的鏈路數(shù)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴容。這樣可以減少建網(wǎng)初期費用，又不會造成以后業(yè)務(wù)量增加時更換OXC所造成的浪費。 第十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 連接時間 OXC處理信息的顆粒度比較大，因此交叉連接、保護(hù)和恢復(fù)操作都需要盡量提高速度，盡量減少交叉連接矩陣的開關(guān)時間，減少保護(hù)倒換恢復(fù)時間，這樣才能盡量減小對業(yè)務(wù)的影響。第十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月

13、5.4 幾種主要的OXC結(jié)構(gòu)5.4.1 具有多層多粒度的OXC結(jié)構(gòu)就目前OTN應(yīng)用情況看，OXC應(yīng)能支持不同層次、不同粒度的信號的交叉連接或交換，實現(xiàn)多種選路功能。具有的交換層次應(yīng)包括光纖級、波長級以及子波級 光纖交叉連接波長交叉連接子波交叉連接F1FnF1Fn輸入FODUk輸出第十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 (b)波長交叉連接112(a)光纖交叉連接光纖級的交叉連接就是將一根光纖中的業(yè)務(wù)作為整體一起進(jìn)行交換，交換粒度最大，光纖級的交叉連接可以減小交叉連接矩陣的規(guī)模，滿足大業(yè)務(wù)量的需要,如圖5-3(a)所示。波長級的交叉連接就是將光纖中的波長進(jìn)行交換，交換粒度較大是當(dāng)前主要的

14、交叉連接形式，是OXC的核心模塊,如圖5-3(b)所示。第十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月子波交叉連接是將光通道層（OCh）中的基于ODUk (ODU1-2.5Gbit/s，ODU2-10Gbit/s，ODU3-40Gbit/s)的子波長進(jìn)行交叉連接，信號的處理都是在電域內(nèi)進(jìn)行, 子波交叉連接用于多種業(yè)務(wù)信號的接入，如對GE、2.5G POS等子波長業(yè)務(wù)直接進(jìn)行分插復(fù)用，具備完善的業(yè)務(wù)匯聚、調(diào)度能力，交叉調(diào)度模塊完成子波長業(yè)務(wù)的靈活上下和直通，從而達(dá)到子波長業(yè)務(wù)顆粒的透明調(diào)度，極大地提高了波長利用率，使各站點可共享一個波長，使傳送距離和容量利用達(dá)到最佳。子波交叉功能將成為未來電域

15、交叉連接設(shè)備的主要形態(tài)。 第二十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5.4.2 基于空間光交換型的OXC實現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開關(guān)矩陣，它們在空間域上完成入端到出端的交叉連接功能?；诳臻g光交換型的OXC結(jié)構(gòu)可分為兩種。1.一種類型是無波長變換功能的OXC NN接收模塊DXC NN NN波分復(fù)用器空間光開關(guān)矩陣波分解復(fù)用器12Nf21M21發(fā)送模塊Nf第二十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月無波長變換功能的光交叉連接是利用波分復(fù)用器將N個鏈路中的M個WDM信號在空域上分開，然后利用空間光開關(guān)矩陣在空間上實現(xiàn)交換，再重新按波長復(fù)用到相應(yīng)的鏈路。這種類型的光交叉連接含有空

16、間光開關(guān)矩陣、光波分復(fù)用器、解復(fù)用器，完成不同波長信號的分出和插入。由于這種OXC沒有光波長變換的功能，所以只能支持波長通道的交叉連接，而不支持虛波長通道。第二十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 具有波長變換功能的OXC 支持虛波長通道波分解復(fù)用器波長變換器波分復(fù)用器DXC12Nf12NfMNMN開關(guān)矩陣接收模塊發(fā)送模塊第二十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月這是一種空間光開關(guān)矩陣加上波長變換器，可以進(jìn)行光波長變換的OXC，它支持虛波長通道的交叉連接，提高了波長的利用率，降低了阻塞概率。其缺點是波長變換器成本較高，對于大容量系統(tǒng)耗資巨大，用戶很難接受。第二十四張，PP

17、T共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 共享波長變換器的OXC結(jié)構(gòu) 由于波長變換器的成本昂貴，每個波長信道都加有波長變換器的話，成本太高，并且已有文獻(xiàn)論述完全波長變換對網(wǎng)絡(luò)性能的改善與部分波長變換沒有明顯的差別，因此在光交叉連接節(jié)點上采用一定數(shù)量的、可以多信道共享的波長變換器，有選擇的只對需要的信道進(jìn)行波長變換是一種較好的解決方案。它既能降低成本，又能滿足需要。第二十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月共享波長變換模塊大致分為三類： 節(jié)點共享型、 鏈路共享型、 本地共享型。節(jié)點共享型是指節(jié)點中所有的波長都能夠?qū)ぢ返讲ㄩL變換模塊進(jìn)行處理，只是每一次處理的波長是受限的。a)節(jié)點共享波長變換

18、的交換結(jié)構(gòu)OSWDEMUXDEMUX光開關(guān)MUXMUXWC光開關(guān)第二十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 鏈路共享型是指波長變換器模塊只是由一條鏈路中所有波長共享，這條鏈路中所有波長都有機會根據(jù)需要進(jìn)行波長變換，只是每次處理的波長數(shù)是有限的。b)鏈路共享波長變換的交換結(jié)構(gòu)DEMUXDEMUX光開關(guān)MUXMUXWCWC第二十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月本地共享型 是將波長變換功能加到傳統(tǒng)WXC的上下路模塊中。 c)本地共享波長變換的交換結(jié)構(gòu)本地上路電信號本地下路電信號DEMUXDEMUX光開關(guān)MUXMUXESWTBOSWRBRxB：接收波帶TxB：發(fā)送波帶ESW：電開關(guān)OSW：光開關(guān)第二十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5.4.3 基于可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu) 首先利用耦合器加可調(diào)諧濾波器完成將輸入的N個鏈路、M個波長的WDM信號在空間上進(jìn)行分開，經(jīng)過空間光開關(guān)矩陣后，再用耦合器將相應(yīng)的波長復(fù)用起來進(jìn)入對應(yīng)的光鏈路。第二十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 NN接收模塊DXC NN NN星型耦合器空間光開關(guān)矩陣可調(diào)諧濾波器星型耦合器12Nf21MNf21發(fā)送模塊圖中無波長變換器，只能支持波長通道。它需要的器件有M個（NN）開關(guān)矩陣（MN2個交叉點）和M