《全光通信網》課件第5章 OXC

2023/5/14《全光通信網》Client數(shù)字包封ODUkFECOHOPUkOH隨路開銷ClientOH電層ClientODUkFECOHOPUkOHClientOHOChPayloadE/OE/OOPS0OPSnOMSnOTSnOTM-nr.mOTM-0.mOTM-n.m非隨路開銷OOSOSCOHOHOHOChPayloadOCCOCCOCC光層客戶側信號OTUkODUkOPUkOTN的信息結構第五章OXC2023/5/14《全光通信網》課堂主要內容一.OXC的基本概念二.OXC的基本結構和工作原理三.OXC的主要性能四.幾種主要的OXC結構2023/5/14《全光通信網》OXC的定義

OXC(OpticalCrossConnect,OXC)設備是一種兼有復用、光交叉連接、本地上下路、保護/恢復、監(jiān)控和網管的多功能光傳輸設備。2023/5/14《全光通信網》2023/5/14《全光通信網》OXC設置于通信網絡上重要的匯接點，匯集各方不同波長的輸入，再將各信號以適當?shù)牟ㄩL輸送至合適的光纖中。2023/5/14《全光通信網》

OXC具有多個標準的光纖接口，可把輸入端的來自任一光纖信號(或其各波長信號)可控地連接到輸出端的任一光纖(或其各波長)中去。光交叉連接2023/5/14《全光通信網》123412341

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3

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341234123靜態(tài)交叉連接輸入光纖1輸入光纖2輸出光纖1輸出光纖22023/5/14《全光通信網》123412341

2

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3412341234動態(tài)交叉連接光開關112023/5/14《全光通信網》多層多粒度的OXC

光纖交叉連接波長交叉連接子波交叉連接F1FnF1Fn輸入FλODUk輸出2023/5/14《全光通信網》(b)波長交叉連接λ1λ1λ2(a)光纖交叉連接（c)子波交叉連接是將光通道層（OCh）中的基于ODUk的子波長進行交叉連接，信號的處理都是在電域內進行,用于多種業(yè)務信號的接入，如對GE、2.5GPOS等子波長業(yè)務直接進行分插復用等。2023/5/14《全光通信網》多粒度光交叉連接2023/5/14《全光通信網》OXC節(jié)點可提供本地上下路的功能，支持一定數(shù)量波長的上下路。分插復用ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37InputportSinglewavelengthaddportsSinglewavelengthdropportsOutputportch352023/5/14《全光通信網》

目前OXC主要有基于鏈路的保護和恢復以及基于光通道的保護和恢復兩種方式?；謴凸δ苤饕蒓XC的波長路由功能提供，通過優(yōu)化的路由波長分配算法來實施。保護和恢復2023/5/14《全光通信網》

OXC帶有光波長轉換器可以用來增加網絡的傳輸帶寬和傳輸距離?？梢允咕W絡容量在不影響原有業(yè)務的情況下迅速地增加,同時大大提高網絡的靈活性、安全性。根據OXC能否提供波長轉換功能，光通道可以分為波長通道(WP)和虛波長通道(VWP)。波長變換2023/5/14《全光通信網》相同：信號復用、信號交換、保護倒換、監(jiān)控管理等？OXC與DXC的比較？a）經過DXC的信息路由過程b）經過OXC的信息路由過程區(qū)別：2023/5/14《全光通信網》？OXC與DXC的比較？區(qū)別：1）OXC的交叉連接直接以光信號形式進行

2）OXC具有透明的傳輸代碼格式和比特率，可對不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級的信號進行交叉連接；而DXC針對不同的傳輸代碼格式和比特率需要不同型號的DXC設備3）OXC交叉容量大，交叉總容量可達到petabit/s級別；DXC受電子元件的限制，交叉總容量只達到Gbit/s級別。2023/5/14《全光通信網》OXC在全光網中的重要性2023/5/14《全光通信網》OTN的分層結構SDHNESDHNEOTSOCh電通信信道NE:網元終端OXC:光交叉連接器OADM：光分插復用器OA:光放大器

OCh:光通道OMS:光復用段OTS:光傳輸段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM2023/5/14《全光通信網》OXC的基本結構

由輸入部分、光交叉連接部分、輸出部分、控制和管理部分以及本地上下業(yè)務接口5個功能模塊構成。輸入部分包括放大器EDFA和波長解復用DMUX，將每根光纖上的光信號放大、分離后送交叉連接矩陣。輸出部分，均功器的作用是對受到不同衰減的光波長信號進行功率均衡，以減小不同光波長間的干擾?？刂坪凸芾聿糠謱儆陔娮釉O施，通過信令協(xié)議接收用戶及網管系統(tǒng)請求，完成自動保護倒換、連接指配、波長選路等功能。2023/5/14《全光通信網》

抵達OCX的多波長光信號先摻餌光纖放大器放大，然后由DMUX分離成多個單波長信號送入連接矩陣。在業(yè)務信息進入連接矩陣之前，控制和管理面已根據業(yè)務需求指定了每個輸入口波長的輸出端口，光信號將自動流出。OUT是一個波長變換器，由于波分復用不能在一根光纖中有兩個以上的相同波長信號，需要OUT將相關波長信號轉換成光纖所需波長。OXC的工作原理2023/5/14《全光通信網》1）光纖交叉連接：以一根光纖上所有波長的總容量為基

礎進行的交叉連接。

特點：容量大但靈活性差。2）波長選擇交叉連接：可將任何光纖上的任何波長交叉連接到使用相同波長的任何光纖上。

特點：比光纖交叉連接具有更大的靈活性，但由于不進行波長轉換，其靈活性還是受到了一定的限制。OXC的實現(xiàn)方式2023/5/14《全光通信網》波長選擇法交換2023/5/14《全光通信網》3）波長轉換交叉連接：可將任何輸入光纖上的任何波長

交叉連接到任何輸出光纖上。

特點：實現(xiàn)波長之間的任意交叉連接，靈活性非常高4）綜合交叉連接：光纖＋波長兩級交叉連接，甚至電路交叉連接和電子分組交換/選路等。2023/5/14《全光通信網》波長轉換法交換2023/5/14《全光通信網》OXC的主要性能交叉連接容量：大小取決于OXC的端口數(shù)。MEMS：1296*1296個端口，每端口40個波長，每波長40Gbit/s，則總交叉容量為1296*40*40Gbit/s=2.07Pbit/s2023/5/14《全光通信網》通道特性：指只支持波長通道還是可支持虛波長通道，反映OXC的連接能力。2023/5/14《全光通信網》阻塞性

交叉連接結構的構成可有：嚴格無阻塞、可重構無阻塞和有阻塞三種。模塊性：指當業(yè)務量增加時，在不改動現(xiàn)有OXC結構連接的情況下，只需增加模塊就可實現(xiàn)節(jié)點吞吐量的擴容。

鏈路模塊性：除增加新模塊外，不需改動現(xiàn)有的OXC結構，就能增加節(jié)點的輸入/輸出鏈路數(shù)；

波長模塊性：除增加新模塊外，不需改動現(xiàn)有OXC結構，就能增加每條鏈路中復用的波長數(shù)。2023/5/14《全光通信網》連接時間

OXC處理信息的顆粒度比較大，因此交叉連接、保護和恢復操作都需要盡量提高速度，盡量減少交叉連接矩陣的開關時間，減少保護倒換/恢復時間，這樣才能盡量減小對業(yè)務的影響。廣播發(fā)送能力

指輸入光信道中的信號經過OXC節(jié)點后，可以被廣播發(fā)送到多個輸出光通道中。2023/5/14《全光通信網》

實現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開關，它們在空間域上完成入端到出端的交換功能；幾種主要的OXC結構OXC的光交換模塊中可采用兩種基本交換機制：

空間交換和波長交換

實現(xiàn)波長交換的器件是指各種類型的波長變換器，它們可以將信號從一個波長上變換到另一個波長上，實現(xiàn)波長域上的交換；

光交換模塊中還廣泛使用了波長選擇器，它完成選擇WDM信號中一個或多個波長的信號通過，而濾掉其他波長信號的功能2023/5/14《全光通信網》器件種類串擾dB優(yōu)點缺點應用機械光開關60～100插入損耗小，串擾低體積大，低速，擴展性差網絡保護、OADM電光開關(LiNbO3波導)30～35高速(1ns)損耗大、串擾大、偏振敏感、擴展性差保護、OADM熱光開關>30集成度高損耗大、串擾大、消耗功率大、擴展性差保護、OADM半導體增益門開關50高速(1ns)能補償損耗噪聲大、失真大、擴展性差保護、廣播、OADM、分組交換液晶開關40規(guī)模大溫度敏感、封裝不容易保護、OXC、OADM氣泡技術開關45~50規(guī)模大擴展性差、封裝不容易保護、OXC、OADM微電機系統(tǒng)MEMS50~55規(guī)模大封裝不容易OXC

哪種光開關適合用來構成OXC？？2023/5/14《全光通信網》1.基于空間交換的OXC結構1)基于空間光開關矩陣和波分復用/解復用器對的OXC結構基本原理：利用波分解復用器將鏈路中的WDM信號在空間上分開，然后利用空間光開關矩陣在空間上實現(xiàn)交換。完成空間交換后各波長信號直接經波分復用器復用到輸出鏈路中。可完成不同波長信號的分出和插入。不具有廣播發(fā)送能力：由于使用波分復用/解復用器對，一個輸入的光信號只能唯一地被交叉連接到一條輸出光通道中，而不能被廣播發(fā)送到多條輸出光通道中。2023/5/14《全光通信網》

N×N接收模塊OXC

N×N

N×N波分復用器空間光開關矩陣波分解復用器12Nfλ2λ1λM21發(fā)送模塊Nf①

無波長變換功能的OXC結構

只能支持波長通道，需要Nf個復用/解復用器對，M個N×N空間光開關矩陣，即MN2個交叉點。具有波長模塊性，不具有鏈路模塊性和廣播發(fā)送能力。2023/5/14《全光通信網》

②

有波長變換功能的OXC結構支持虛波長通道，需要Nf個復用/解復用器對，MNf個波長變換器，光開關矩陣實現(xiàn)MN×MN絕對無阻塞交換，最多需要M2N2個交叉點。既無波長模塊性，也無鏈路模塊性和廣播發(fā)送能力。波分解復用器波長變換器波分復用器OXC12Nf12NfMN×MN開關矩陣接收模塊發(fā)送模塊2023/5/14《全光通信網》節(jié)點共享型是指節(jié)點中所有的波長都能夠尋路到波長變換模塊進行處理，只是每一次處理的波長是受限的。a)節(jié)點共享波長變換的交換結構OSWDEMUXDEMUX光開關MUXMUXWC③共享波長變換器的OXC結構2023/5/14《全光通信網》

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需要進行波長變換，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構DEMUXDEMUX光開關MUXMUXWCWC2023/5/14《全光通信網》本地共享型是將波長變換功能加到電交換的上下路模塊中。

c)本地共享波長變換的交換結構本地上路電信號本地下路電信號DEMUXDEMUX光開關MUXMUX電交換發(fā)送波長光開關接收波長RxB：接收波帶TxB：發(fā)送波帶ESW：電開關OSW：光開關2023/5/14《全光通信網》2)基于空間光開關矩陣和可調諧濾波器的OXC結構基本原理：利用耦合器＋可調諧濾波器完成將輸入的WDM信號在空間上分開的功能，經過空間光開關矩陣和波長變換器后（若有波長變換器），再由耦合器將各波長復用起來具有廣播發(fā)送能力：由于使用可調諧濾波器來選出某一波長的信號，只要將一條鏈路對應的多個可調諧濾波器調諧到同一波長上，即可將這一信號廣播發(fā)送到多條輸出鏈路中。2023/5/14《全光通信網》

①

無波長變換功能的OXC

只能支持波長通道，需要M個N×N開關矩陣，MNf個可調諧濾波器。具有波長模塊性和廣播發(fā)送能力，不具有鏈路模塊性。

N×N接收模塊OXC

N×N

N×N星型耦合器空間光開關矩陣可調諧濾波器星型耦合器12Nf21MNf21發(fā)送模塊2023/5/14《全光通信網》

②

有波長變換功能的OXC增加了波長變換器，可支持虛波長通道，其他性能和無波長變換功能的結構相同。

N×N接收模塊OXC

N×N

N×N星型耦合器波長轉換器空間光開關矩陣可調諧濾波器星型耦合器12Nf21MNf21發(fā)送模塊2023/5/14《全光通信網》3)基于分送耦合開關的OXC結構分送耦合開關是一種新型光開關，它由1×2光開關和耦合器構成，可將多個輸入波長耦合到一個輸出端，也可將一個輸入波長廣播發(fā)送到多個輸出端，這使得這種OXC結構用波分解復用器就可實現(xiàn)廣播發(fā)送能力，比使用可調諧濾波器減小了損耗，降低了成本。這種結構含有波長變換器，故都支持虛波長通道。2023/5/14《全光通信網》3)基于分送耦合開關的OXC結構具有波長模塊性，但不具有鏈路模塊性，若每條輸入輸出鏈路對應一個分送耦合開關，則具有鏈路模塊性，但無波長模塊性2023/5/14《全光通信網》2.基于波長變換的OXC結構1)基于陣列波導光柵復用器的多級波長交換OXC結構基本原理：這種結構巧妙地利用了陣列波導光柵復用器的特征，將多級的波長變換器級聯(lián)起來，完全在波長域上實現(xiàn)光通道的交換。一個陣列波導光柵復用器可同時實現(xiàn)波分復用和解復用的功能，并且將相隔寬度為自由譜寬整數(shù)倍的多個波長復用到一個輸出端。這種結構具有波長模塊性，但不具有鏈路模塊性。如果波長變換器中使用的是解復用器，它不具有廣播發(fā)送能力；如果使用的是可調諧濾波器，則具有廣播發(fā)送能力。2023/5/14《全光通信網》1)基于陣列波導光柵復用器的多級波長交換OXC結構這種結構有兩種改進形式，通過增加波長變換器數(shù)和/或空間光開關數(shù)來減少所需的內部波長數(shù)，可降低對波長變換器的性能要求。2023/5/14《全光通信網》2)完全基于波長交換的OXC結構基本原理：所有輸入鏈路中的WDM信號首先被波長轉換器轉換