《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(kāi)銷ClientOH電層ClientODUkFECOHOPUkOHClientOHOChPayloadE/OE/OOPS0OPSnOMSnOTSnOTM-nr.mOTM-0.mOTM-n.m非隨路開(kāi)銷OOSOSCOHOHOHOChPayloadOCCOCCOCC光層客戶側(cè)信號(hào)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(diǎn)，匯集各方不同波長(zhǎng)的輸入，再將各信號(hào)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)輸送至合適的光纖中。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

OXC具有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的光纖接口，可把輸入端的來(lái)自任一光纖信號(hào)(或其各波長(zhǎng)信號(hào))可控地連接到輸出端的任一光纖(或其各波長(zhǎng))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(dòng)態(tài)交叉連接光開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)進(jìn)行交叉連接，信號(hào)的處理都是在電域內(nèi)進(jìn)行,用于多種業(yè)務(wù)信號(hào)的接入，如對(duì)GE、2.5GPOS等子波長(zhǎng)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(diǎn)可提供本地上下路的功能，支持一定數(shù)量波長(zhǎng)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。恢復(fù)功能主要由OXC的波長(zhǎng)路由功能提供，通過(guò)優(yōu)化的路由波長(zhǎng)分配算法來(lái)實(shí)施。保護(hù)和恢復(fù)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

OXC帶有光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以用來(lái)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(shí)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(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，光通道可以分為波長(zhǎng)通道(WP)和虛波長(zhǎng)通道(VWP)。波長(zhǎng)變換2023/5/14《全光通信網(wǎng)》相同：信號(hào)復(fù)用、信號(hào)交換、保護(hù)倒換、監(jiān)控管理等？OXC與DXC的比較？a）經(jīng)過(guò)DXC的信息路由過(guò)程b）經(jīng)過(guò)OXC的信息路由過(guò)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(hào)形式進(jìn)行

2）OXC具有透明的傳輸代碼格式和比特率，可對(duì)不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級(jí)的信號(hào)進(jìn)行交叉連接；而DXC針對(duì)不同的傳輸代碼格式和比特率需要不同型號(hào)的DXC設(shè)備3）OXC交叉容量大，交叉總?cè)萘靠蛇_(dá)到petabit/s級(jí)別；DXC受電子元件的限制，交叉總?cè)萘恐贿_(dá)到Gbit/s級(jí)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(gè)功能模塊構(gòu)成。輸入部分包括放大器EDFA和波長(zhǎng)解復(fù)用DMUX，將每根光纖上的光信號(hào)放大、分離后送交叉連接矩陣。輸出部分，均功器的作用是對(duì)受到不同衰減的光波長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行功率均衡，以減小不同光波長(zhǎng)間的干擾?？刂坪凸芾聿糠謱儆陔娮釉O(shè)施，通過(guò)信令協(xié)議接收用戶及網(wǎng)管系統(tǒng)請(qǐng)求，完成自動(dòng)保護(hù)倒換、連接指配、波長(zhǎng)選路等功能。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

抵達(dá)OCX的多波長(zhǎng)光信號(hào)先摻餌光纖放大器放大，然后由DMUX分離成多個(gè)單波長(zhǎng)信號(hào)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(gè)輸入口波長(zhǎng)的輸出端口，光信號(hào)將自動(dòng)流出。OUT是一個(gè)波長(zhǎng)變換器，由于波分復(fù)用不能在一根光纖中有兩個(gè)以上的相同波長(zhǎng)信號(hào)，需要OUT將相關(guān)波長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖所需波長(zhǎng)。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(zhǎng)的總?cè)萘繛榛?/p>

礎(chǔ)進(jìn)行的交叉連接。

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

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

交叉連接到任何輸出光纖上。

特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)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(zhǎng)兩級(jí)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(zhǎng)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(gè)端口，每端口40個(gè)波長(zhǎng)，每波長(zhǎng)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(zhǎng)通道還是可支持虛波長(zhǎng)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(wú)阻塞、可重構(gòu)無(wú)阻塞和有阻塞三種。模塊性：指當(dāng)業(yè)務(wù)量增加時(shí)，在不改動(dòng)現(xiàn)有OXC結(jié)構(gòu)連接的情況下，只需增加模塊就可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)吞吐量的擴(kuò)容。

鏈路模塊性：除增加新模塊外，不需改動(dòng)現(xiàn)有的OXC結(jié)構(gòu)，就能增加節(jié)點(diǎn)的輸入/輸出鏈路數(shù)；

波長(zhǎng)模塊性：除增加新模塊外，不需改動(dòng)現(xiàn)有OXC結(jié)構(gòu)，就能增加每條鏈路中復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》連接時(shí)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(kāi)關(guān)時(shí)間，減少保護(hù)倒換/恢復(fù)時(shí)間，這樣才能盡量減小對(duì)業(yè)務(wù)的影響。廣播發(fā)送能力

指輸入光信道中的信號(hào)經(jīng)過(guò)OXC節(jié)點(diǎn)后，可以被廣播發(fā)送到多個(gè)輸出光通道中。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

實(shí)現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開(kāi)關(guān)，它們?cè)诳臻g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(jī)制：

空間交換和波長(zhǎng)交換

實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交換的器件是指各種類型的波長(zhǎng)變換器，它們可以將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)上變換到另一個(gè)波長(zhǎng)上，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)域上的交換；

光交換模塊中還廣泛使用了波長(zhǎng)選擇器，它完成選擇WDM信號(hào)中一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)通過(guò)，而濾掉其他波長(zhǎng)信號(hào)的功能2023/5/14《全光通信網(wǎng)》器件種類串?dāng)_dB優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用機(jī)械光開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)50高速(1ns)能補(bǔ)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(kāi)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(kāi)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(jī)系統(tǒng)MEMS50~55規(guī)模大封裝不容易OXC

哪種光開(kāi)關(guān)適合用來(lái)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(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)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(hào)在空間上分開(kāi)，然后利用空間光開(kāi)關(guān)矩陣在空間上實(shí)現(xiàn)交換。完成空間交換后各波長(zhǎng)信號(hào)直接經(jīng)波分復(fù)用器復(fù)用到輸出鏈路中?？赏瓿刹煌ㄩL(zhǎng)信號(hào)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(duì)，一個(gè)輸入的光信號(hào)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(kāi)關(guān)矩陣波分解復(fù)用器12Nfλ2λ1λM21發(fā)送模塊Nf①

無(wú)波長(zhǎng)變換功能的OXC結(jié)構(gòu)

只能支持波長(zhǎng)通道，需要Nf個(gè)復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)，M個(gè)N×N空間光開(kāi)關(guān)矩陣，即MN2個(gè)交叉點(diǎn)。具有波長(zhǎng)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(zhǎng)變換功能的OXC結(jié)構(gòu)支持虛波長(zhǎng)通道，需要Nf個(gè)復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)，MNf個(gè)波長(zhǎng)變換器，光開(kāi)關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)MN×MN絕對(duì)無(wú)阻塞交換，最多需要M2N2個(gè)交叉點(diǎn)。既無(wú)波長(zhǎng)模塊性，也無(wú)鏈路模塊性和廣播發(fā)送能力。波分解復(fù)用器波長(zhǎng)變換器波分復(fù)用器OXC12Nf12NfMN×MN開(kāi)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(diǎn)共享型是指節(jié)點(diǎn)中所有的波長(zhǎng)都能夠?qū)ぢ返讲ㄩL(zhǎng)變換模塊進(jìn)行處理，只是每一次處理的波長(zhǎng)是受限的。a)節(jié)點(diǎn)共享波長(zhǎng)變換的交換結(jié)構(gòu)OSWDEMUXDEMUX光開(kāi)關(guān)MUXMUXWC③共享波長(zhǎng)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(zhǎng)變換器模塊只是由一條鏈路中所有波長(zhǎng)共享，這條鏈路中所有波長(zhǎng)都有機(jī)會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行波長(zhǎng)變換，只是每次處理的波長(zhǎng)數(shù)是有限的。

b)鏈路共享波長(zhǎng)變換的交換結(jié)構(gòu)DEMUXDEMUX光開(kāi)關(guān)MUXMUXWCWC2023/5/14《全光通信網(wǎng)》本地共享型是將波長(zhǎng)變換功能加到電交換的上下路模塊中。

c)本地共享波長(zhǎng)變換的交換結(jié)構(gòu)本地上路電信號(hào)本地下路電信號(hào)DEMUXDEMUX光開(kāi)關(guān)MUXMUX電交換發(fā)送波長(zhǎng)光開(kāi)關(guān)接收波長(zhǎng)RxB：接收波帶TxB：發(fā)送波帶ESW：電開(kāi)關(guān)OSW：光開(kāi)關(guān)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2)基于空間光開(kāi)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(hào)在空間上分開(kāi)的功能，經(jīng)過(guò)空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波長(zhǎng)變換器后（若有波長(zhǎng)變換器），再由耦合器將各波長(zhǎng)復(fù)用起來(lái)具有廣播發(fā)送能力：由于使用可調(diào)諧濾波器來(lái)選出某一波長(zhǎng)的信號(hào)，只要將一條鏈路對(duì)應(yīng)的多個(gè)可調(diào)諧濾波器調(diào)諧到同一波長(zhǎng)上，即可將這一信號(hào)廣播發(fā)送到多條輸出鏈路中。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

①

無(wú)波長(zhǎng)變換功能的OXC

只能支持波長(zhǎng)通道，需要M個(gè)N×N開(kāi)關(guān)矩陣，MNf個(gè)可調(diào)諧濾波器。具有波長(zhǎng)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(kāi)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(zhǎng)變換功能的OXC增加了波長(zhǎng)變換器，可支持虛波長(zhǎng)通道，其他性能和無(wú)波長(zhǎng)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(zhǎng)轉(zhuǎn)換器空間光開(kāi)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(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)分送耦合開(kāi)關(guān)是一種新型光開(kāi)關(guān)，它由1×2光開(kāi)關(guān)和耦合器構(gòu)成，可將多個(gè)輸入波長(zhǎng)耦合到一個(gè)輸出端，也可將一個(gè)輸入波長(zhǎng)廣播發(fā)送到多個(gè)輸出端，這使得這種OXC結(jié)構(gòu)用波分解復(fù)用器就可實(shí)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(zhǎng)變換器，故都支持虛波長(zhǎng)通道。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》3)基于分送耦合開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)具有波長(zhǎng)模塊性，但不具有鏈路模塊性，若每條輸入輸出鏈路對(duì)應(yīng)一個(gè)分送耦合開(kāi)關(guān)，則具有鏈路模塊性，但無(wú)波長(zhǎng)模塊性2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2.基于波長(zhǎng)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(jí)波長(zhǎng)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(jí)的波長(zhǎng)變換器級(jí)聯(lián)起來(lái)，完全在波長(zhǎng)域上實(shí)現(xiàn)光通道的交換。一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器可同時(shí)實(shí)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(gè)波長(zhǎng)復(fù)用到一個(gè)輸出端。這種結(jié)構(gòu)具有波長(zhǎng)模塊性，但不具有鏈路模塊性。如果波長(zhǎng)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(jí)波長(zhǎng)交換OXC結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有兩種改進(jìn)形式，通過(guò)增加波長(zhǎng)變換器數(shù)和/或空間光開(kāi)關(guān)數(shù)來(lái)減少所需的內(nèi)部波長(zhǎng)數(shù)，可降低對(duì)波長(zhǎng)變換器的性能要求。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2)完全基于波長(zhǎng)交換的OXC結(jié)構(gòu)基本原理：所有輸入鏈路中的WDM信號(hào)首先被波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換