《全光通信網(wǎng)》課件第5章 OXC

2023/5/14《全光通信網(wǎng)》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(cè)信號OTUkODUkOPUkOTN的信息結(jié)構(gòu)第五章OXC2023/5/14《全光通信網(wǎng)》課堂主要內(nèi)容一.OXC的基本概念二.OXC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理三.OXC的主要性能四.幾種主要的OXC結(jié)構(gòu)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OXC的定義

OXC(OpticalCrossConnect,OXC)設(shè)備是一種兼有復(fù)用、光交叉連接、本地上下路、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管的多功能光傳輸設(shè)備。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OXC設(shè)置于通信網(wǎng)絡(luò)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(dāng)?shù)牟ㄩL輸送至合適的光纖中。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

OXC具有多個標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)》123412341

2

3

412

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(wǎng)》123412341

2

3

412

3412341234動態(tài)交叉連接光開關(guān)112023/5/14《全光通信網(wǎng)》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(wǎng)》(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(jìn)行交叉連接，信號的處理都是在電域內(nèi)進(jìn)行,用于多種業(yè)務(wù)信號的接入，如對GE、2.5GPOS等子波長業(yè)務(wù)直接進(jìn)行分插復(fù)用等。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》多粒度光交叉連接2023/5/14《全光通信網(wǎng)》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(fù)用ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37InputportSinglewavelengthaddportsSinglewavelengthdropportsOutputportch352023/5/14《全光通信網(wǎng)》

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?；謴?fù)功能主要由OXC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(hù)和恢復(fù)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

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。可以使網(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(WP)和虛波長通道(VWP)。波長變換2023/5/14《全光通信網(wǎng)》相同：信號復(fù)用、信號交換、保護(hù)倒換、監(jiān)控管理等？OXC與DXC的比較？a）經(jīng)過DXC的信息路由過程b）經(jīng)過OXC的信息路由過程區(qū)別：2023/5/14《全光通信網(wǎng)》？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(jìn)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(jìn)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(shè)備3）OXC交叉容量大，交叉總?cè)萘靠蛇_(dá)到petabit/s級別；DXC受電子元件的限制，交叉總?cè)萘恐贿_(dá)到Gbit/s級別。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OXC在全光網(wǎng)中的重要性2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OTN的分層結(jié)構(gòu)SDHNESDHNEOTSOCh電通信信道NE:網(wǎng)元終端OXC:光交叉連接器OADM：光分插復(fù)用器OA:光放大器

OCh:光通道OMS:光復(fù)用段OTS:光傳輸段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OXC的基本結(jié)構(gòu)

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(wù)接口5個功能模塊構(gòu)成。輸入部分包括放大器EDFA和波長解復(fù)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(jìn)行功率均衡，以減小不同光波長間的干擾。控制和管理部分屬于電子設(shè)施，通過信令協(xié)議接收用戶及網(wǎng)管系統(tǒng)請求，完成自動保護(hù)倒換、連接指配、波長選路等功能。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

抵達(dá)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(wù)信息進(jìn)入連接矩陣之前，控制和管理面已根據(jù)業(yè)務(wù)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(fù)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(guān)波長信號轉(zhuǎn)換成光纖所需波長。OXC的工作原理2023/5/14《全光通信網(wǎng)》1）光纖交叉連接：以一根光纖上所有波長的總?cè)萘繛榛?/p>

礎(chǔ)進(jìn)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(jìn)行波長轉(zhuǎn)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(wǎng)》波長選擇法交換2023/5/14《全光通信網(wǎng)》3）波長轉(zhuǎn)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(wǎng)》波長轉(zhuǎn)換法交換2023/5/14《全光通信網(wǎng)》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(wǎng)》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(wǎng)》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。模塊性：指當(dāng)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(kuò)容。

鏈路模塊性：除增加新模塊外，不需改動現(xiàn)有的OXC結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，就能增加每條鏈路中復(fù)用的波長數(shù)。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》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。廣播發(fā)送能力

指輸入光信道中的信號經(jīng)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(wǎng)》

實現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開關(guān)，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(jié)構(gòu)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(wǎng)》器件種類串?dāng)_dB優(yōu)點缺點應(yīng)用機械光開關(guān)60～100插入損耗小，串?dāng)_低體積大，低速，擴(kuò)展性差網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、OADM電光開關(guān)(LiNbO3波導(dǎo))30～35高速(1ns)損耗大、串?dāng)_大、偏振敏感、擴(kuò)展性差保護(hù)、OADM熱光開關(guān)>30集成度高損耗大、串?dāng)_大、消耗功率大、擴(kuò)展性差保護(hù)、OADM半導(dǎo)體增益門開關(guān)50高速(1ns)能補償損耗噪聲大、失真大、擴(kuò)展性差保護(hù)、廣播、OADM、分組交換液晶開關(guān)40規(guī)模大溫度敏感、封裝不容易保護(hù)、OXC、OADM氣泡技術(shù)開關(guān)45~50規(guī)模大擴(kuò)展性差、封裝不容易保護(hù)、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(guān)適合用來構(gòu)成OXC？？2023/5/14《全光通信網(wǎng)》1.基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)1)基于空間光開關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對的OXC結(jié)構(gòu)基本原理：利用波分解復(fù)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(guān)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(jīng)波分復(fù)用器復(fù)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(fù)用/解復(fù)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(wǎng)》

N×N接收模塊OXC

N×N

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

無波長變換功能的OXC結(jié)構(gòu)

只能支持波長通道，需要Nf個復(fù)用/解復(fù)用器對，M個N×N空間光開關(guān)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(wǎng)》

②

有波長變換功能的OXC結(jié)構(gòu)支持虛波長通道，需要Nf個復(fù)用/解復(fù)用器對，MNf個波長變換器，光開關(guān)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(fù)用器波長變換器波分復(fù)用器OXC12Nf12NfMN×MN開關(guān)矩陣接收模塊發(fā)送模塊2023/5/14《全光通信網(wǎng)》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)點共享波長變換的交換結(jié)構(gòu)OSWDEMUXDEMUX光開關(guān)MUXMUXWC③共享波長變換器的OXC結(jié)構(gòu)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

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)MUXMUXWCWC2023/5/14《全光通信網(wǎng)》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(jié)構(gòu)本地上路電信號本地下路電信號DEMUXDEMUX光開關(guān)MUXMUX電交換發(fā)送波長光開關(guān)接收波長RxB：接收波帶TxB：發(fā)送波帶ESW：電開關(guān)OSW：光開關(guān)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2)基于空間光開關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)基本原理：利用耦合器＋可調(diào)諧濾波器完成將輸入的WDM信號在空間上分開的功能，經(jīng)過空間光開關(guān)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(fù)用起來具有廣播發(fā)送能力：由于使用可調(diào)諧濾波器來選出某一波長的信號，只要將一條鏈路對應(yīng)的多個可調(diào)諧濾波器調(diào)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(wǎng)》

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(guān)矩陣，MNf個可調(diào)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(guān)矩陣可調(diào)諧濾波器星型耦合器12Nf21MNf21發(fā)送模塊2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

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(jié)構(gòu)相同。

N×N接收模塊OXC

N×N

N×N星型耦合器波長轉(zhuǎn)換器空間光開關(guān)矩陣可調(diào)諧濾波器星型耦合器12Nf21MNf21發(fā)送模塊2023/5/14《全光通信網(wǎng)》3)基于分送耦合開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)分送耦合開關(guān)是一種新型光開關(guān)，它由1×2光開關(guān)和耦合器構(gòu)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(jié)構(gòu)用波分解復(fù)用器就可實現(xiàn)廣播發(fā)送能力，比使用可調(diào)諧濾波器減小了損耗，降低了成本。這種結(jié)構(gòu)含有波長變換器，故都支持虛波長通道。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》3)基于分送耦合開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)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(yīng)一個分送耦合開關(guān)，則具有鏈路模塊性，但無波長模塊性2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2.基于波長變換的OXC結(jié)構(gòu)1)基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的多級波長交換OXC結(jié)構(gòu)基本原理：這種結(jié)構(gòu)巧妙地利用了陣列波導(dǎo)光柵復(fù)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(dǎo)光柵復(fù)用器可同時實現(xiàn)波分復(fù)用和解復(fù)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(fù)用到一個輸出端。這種結(jié)構(gòu)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(fù)用器，它不具有廣播發(fā)送能力；如果使用的是可調(diào)諧濾波器，則具有廣播發(fā)送能力。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》1)基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的多級波長交換OXC結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有兩種改進(jìn)形式，通過增加波長變換器數(shù)和/或空間光開關(guān)數(shù)來減少所需的內(nèi)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(wǎng)》2)完全基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)基本原理：所有輸入鏈路中的WDM信號首先被波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換