《全光通信网》课件第5章 OXC

2023/5/14《全光通信网》Client数字包封ODUkFECOHOPUkOH随路开销ClientOH电层ClientODUkFECOHOPUkOHClientOHOChPayloadE/OE/OOPS0OPSnOMSnOTSnOTM-nr.mOTM-0.mOTM-n.m非随路开销OOSOSCOHOHOHOChPayloadOCCOCCOCC光层客户侧信号OTUkODUkOPUkOTN的信息结构第五章OXC2023/5/14《全光通信网》课堂主要内容一.OXC的基本概念二.OXC的基本结构和工作原理三.OXC的主要性能四.几种主要的OXC结构2023/5/14《全光通信网》OXC的定义

OXC(OpticalCrossConnect,OXC)设备是一种兼有复用、光交叉连接、本地上下路、保护/恢复、监控和网管的多功能光传输设备。2023/5/14《全光通信网》2023/5/14《全光通信网》OXC设置于通信网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各信号以适当的波长输送至合适的光纤中。2023/5/14《全光通信网》

OXC具有多个标准的光纤接口，可把输入端的来自任一光纤信号(或其各波长信号)可控地连接到输出端的任一光纤(或其各波长)中去。光交叉连接2023/5/14《全光通信网》123412341

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341234123静态交叉连接输入光纤1输入光纤2输出光纤1输出光纤22023/5/14《全光通信网》123412341

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3412341234动态交叉连接光开关112023/5/14《全光通信网》多层多粒度的OXC

光纤交叉连接波长交叉连接子波交叉连接F1FnF1Fn输入FλODUk输出2023/5/14《全光通信网》(b)波长交叉连接λ1λ1λ2(a)光纤交叉连接（c)子波交叉连接是将光通道层（OCh）中的基于ODUk的子波长进行交叉连接，信号的处理都是在电域内进行,用于多种业务信号的接入，如对GE、2.5GPOS等子波长业务直接进行分插复用等。2023/5/14《全光通信网》多粒度光交叉连接2023/5/14《全光通信网》OXC节点可提供本地上下路的功能，支持一定数量波长的上下路。分插复用ch31ch33ch35ch37ch31ch33ch37InputportSinglewavelengthaddportsSinglewavelengthdropportsOutputportch352023/5/14《全光通信网》

目前OXC主要有基于链路的保护和恢复以及基于光通道的保护和恢复两种方式。恢复功能主要由OXC的波长路由功能提供，通过优化的路由波长分配算法来实施。保护和恢复2023/5/14《全光通信网》

OXC带有光波长转换器可以用来增加网络的传输带宽和传输距离。可以使网络容量在不影响原有业务的情况下迅速地增加,同时大大提高网络的灵活性、安全性。根据OXC能否提供波长转换功能，光通道可以分为波长通道(WP)和虚波长通道(VWP)。波长变换2023/5/14《全光通信网》相同：信号复用、信号交换、保护倒换、监控管理等？OXC与DXC的比较？a）经过DXC的信息路由过程b）经过OXC的信息路由过程区别：2023/5/14《全光通信网》？OXC与DXC的比较？区别：1）OXC的交叉连接直接以光信号形式进行

2）OXC具有透明的传输代码格式和比特率，可对不同传输代码格式和不同比特速率等级的信号进行交叉连接；而DXC针对不同的传输代码格式和比特率需要不同型号的DXC设备3）OXC交叉容量大，交叉总容量可达到petabit/s级别；DXC受电子元件的限制，交叉总容量只达到Gbit/s级别。2023/5/14《全光通信网》OXC在全光网中的重要性2023/5/14《全光通信网》OTN的分层结构SDHNESDHNEOTSOCh电通信信道NE:网元终端OXC:光交叉连接器OADM：光分插复用器OA:光放大器

OCh:光通道OMS:光复用段OTS:光传输段OMSOTSOTSOAOAOXC/OADMOXC/OADM2023/5/14《全光通信网》OXC的基本结构

由输入部分、光交叉连接部分、输出部分、控制和管理部分以及本地上下业务接口5个功能模块构成。输入部分包括放大器EDFA和波长解复用DMUX，将每根光纤上的光信号放大、分离后送交叉连接矩阵。输出部分，均功器的作用是对受到不同衰减的光波长信号进行功率均衡，以减小不同光波长间的干扰。控制和管理部分属于电子设施，通过信令协议接收用户及网管系统请求，完成自动保护倒换、连接指配、波长选路等功能。2023/5/14《全光通信网》

抵达OCX的多波长光信号先掺饵光纤放大器放大，然后由DMUX分离成多个单波长信号送入连接矩阵。在业务信息进入连接矩阵之前，控制和管理面已根据业务需求指定了每个输入口波长的输出端口，光信号将自动流出。OUT是一个波长变换器，由于波分复用不能在一根光纤中有两个以上的相同波长信号，需要OUT将相关波长信号转换成光纤所需波长。OXC的工作原理2023/5/14《全光通信网》1）光纤交叉连接：以一根光纤上所有波长的总容量为基

础进行的交叉连接。

特点：容量大但灵活性差。2）波长选择交叉连接：可将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长的任何光纤上。

特点：比光纤交叉连接具有更大的灵活性，但由于不进行波长转换，其灵活性还是受到了一定的限制。OXC的实现方式2023/5/14《全光通信网》波长选择法交换2023/5/14《全光通信网》3）波长转换交叉连接：可将任何输入光纤上的任何波长

交叉连接到任何输出光纤上。

特点：实现波长之间的任意交叉连接，灵活性非常高4）综合交叉连接：光纤＋波长两级交叉连接，甚至电路交叉连接和电子分组交换/选路等。2023/5/14《全光通信网》波长转换法交换2023/5/14《全光通信网》OXC的主要性能交叉连接容量：大小取决于OXC的端口数。MEMS：1296*1296个端口，每端口40个波长，每波长40Gbit/s，则总交叉容量为1296*40*40Gbit/s=2.07Pbit/s2023/5/14《全光通信网》通道特性：指只支持波长通道还是可支持虚波长通道，反映OXC的连接能力。2023/5/14《全光通信网》阻塞性

交叉连接结构的构成可有：严格无阻塞、可重构无阻塞和有阻塞三种。模块性：指当业务量增加时，在不改动现有OXC结构连接的情况下，只需增加模块就可实现节点吞吐量的扩容。

链路模块性：除增加新模块外，不需改动现有的OXC结构，就能增加节点的输入/输出链路数；

波长模块性：除增加新模块外，不需改动现有OXC结构，就能增加每条链路中复用的波长数。2023/5/14《全光通信网》连接时间

OXC处理信息的颗粒度比较大，因此交叉连接、保护和恢复操作都需要尽量提高速度，尽量减少交叉连接矩阵的开关时间，减少保护倒换/恢复时间，这样才能尽量减小对业务的影响。广播发送能力

指输入光信道中的信号经过OXC节点后，可以被广播发送到多个输出光通道中。2023/5/14《全光通信网》

实现空间交换的器件有各种类型的光开关，它们在空间域上完成入端到出端的交换功能；几种主要的OXC结构OXC的光交换模块中可采用两种基本交换机制：

空间交换和波长交换

实现波长交换的器件是指各种类型的波长变换器，它们可以将信号从一个波长上变换到另一个波长上，实现波长域上的交换；

光交换模块中还广泛使用了波长选择器，它完成选择WDM信号中一个或多个波长的信号通过，而滤掉其他波长信号的功能2023/5/14《全光通信网》器件种类串扰dB优点缺点应用机械光开关60～100插入损耗小，串扰低体积大，低速，扩展性差网络保护、OADM电光开关(LiNbO3波导)30～35高速(1ns)损耗大、串扰大、偏振敏感、扩展性差保护、OADM热光开关>30集成度高损耗大、串扰大、消耗功率大、扩展性差保护、OADM半导体增益门开关50高速(1ns)能补偿损耗噪声大、失真大、扩展性差保护、广播、OADM、分组交换液晶开关40规模大温度敏感、封装不容易保护、OXC、OADM气泡技术开关45~50规模大扩展性差、封装不容易保护、OXC、OADM微电机系统MEMS50~55规模大封装不容易OXC

哪种光开关适合用来构成OXC？？2023/5/14《全光通信网》1.基于空间交换的OXC结构1)基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器对的OXC结构基本原理：利用波分解复用器将链路中的WDM信号在空间上分开，然后利用空间光开关矩阵在空间上实现交换。完成空间交换后各波长信号直接经波分复用器复用到输出链路中。可完成不同波长信号的分出和插入。不具有广播发送能力：由于使用波分复用/解复用器对，一个输入的光信号只能唯一地被交叉连接到一条输出光通道中，而不能被广播发送到多条输出光通道中。2023/5/14《全光通信网》

N×N接收模块OXC

N×N

N×N波分复用器空间光开关矩阵波分解复用器12Nfλ2λ1λM21发送模块Nf①

无波长变换功能的OXC结构

只能支持波长通道，需要Nf个复用/解复用器对，M个N×N空间光开关矩阵，即MN2个交叉点。具有波长模块性，不具有链路模块性和广播发送能力。2023/5/14《全光通信网》

②

有波长变换功能的OXC结构支持虚波长通道，需要Nf个复用/解复用器对，MNf个波长变换器，光开关矩阵实现MN×MN绝对无阻塞交换，最多需要M2N2个交叉点。既无波长模块性，也无链路模块性和广播发送能力。波分解复用器波长变换器波分复用器OXC12Nf12NfMN×MN开关矩阵接收模块发送模块2023/5/14《全光通信网》节点共享型是指节点中所有的波长都能够寻路到波长变换模块进行处理，只是每一次处理的波长是受限的。a)节点共享波长变换的交换结构OSWDEMUXDEMUX光开关MUXMUXWC③共享波长变换器的OXC结构2023/5/14《全光通信网》

链路共享型是指波长变换器模块只是由一条链路中所有波长共享，这条链路中所有波长都有机会根据需要进行波长变换，只是每次处理的波长数是有限的。

b)链路共享波长变换的交换结构DEMUXDEMUX光开关MUXMUXWCWC2023/5/14《全光通信网》本地共享型是将波长变换功能加到电交换的上下路模块中。

c)本地共享波长变换的交换结构本地上路电信号本地下路电信号DEMUXDEMUX光开关MUXMUX电交换发送波长光开关接收波长RxB：接收波带TxB：发送波带ESW：电开关OSW：光开关2023/5/14《全光通信网》2)基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器的OXC结构基本原理：利用耦合器＋可调谐滤波器完成将输入的WDM信号在空间上分开的功能，经过空间光开关矩阵和波长变换器后（若有波长变换器），再由耦合器将各波长复用起来具有广播发送能力：由于使用可调谐滤波器来选出某一波长的信号，只要将一条链路对应的多个可调谐滤波器调谐到同一波长上，即可将这一信号广播发送到多条输出链路中。2023/5/14《全光通信网》

①

无波长变换功能的OXC

只能支持波长通道，需要M个N×N开关矩阵，MNf个可调谐滤波器。具有波长模块性和广播发送能力，不具有链路模块性。

N×N接收模块OXC

N×N

N×N星型耦合器空间光开关矩阵可调谐滤波器星型耦合器12Nf21MNf21发送模块2023/5/14《全光通信网》

②

有波长变换功能的OXC增加了波长变换器，可支持虚波长通道，其他性能和无波长变换功能的结构相同。

N×N接收模块OXC

N×N

N×N星型耦合器波长转换器空间光开关矩阵可调谐滤波器星型耦合器12Nf21MNf21发送模块2023/5/14《全光通信网》3)基于分送耦合开关的OXC结构分送耦合开关是一种新型光开关，它由1×2光开关和耦合器构成，可将多个输入波长耦合到一个输出端，也可将一个输入波长广播发送到多个输出端，这使得这种OXC结构用波分解复用器就可实现广播发送能力，比使用可调谐滤波器减小了损耗，降低了成本。这种结构含有波长变换器，故都支持虚波长通道。2023/5/14《全光通信网》3)基于分送耦合开关的OXC结构具有波长模块性，但不具有链路模块性，若每条输入输出链路对应一个分送耦合开关，则具有链路模块性，但无波长模块性2023/5/14《全光通信网》2.基于波长变换的OXC结构1)基于阵列波导光栅复用器的多级波长交换OXC结构基本原理：这种结构巧妙地利用了阵列波导光栅复用器的特征，将多级的波长变换器级联起来，完全在波长域上实现光通道的交换。一个阵列波导光栅复用器可同时实现波分复用和解复用的功能，并且将相隔宽度为自由谱宽整数倍的多个波长复用到一个输出端。这种结构具有波长模块性，但不具有链路模块性。如果波长变换器中使用的是解复用器，它不具有广播发送能力；如果使用的是可调谐滤波器，则具有广播发送能力。2023/5/14《全光通信网》1)基于阵列波导光栅复用器的多级波长交换OXC结构这种结构有两种改进形式，通过增加波长变换器数和/或空间光开关数来减少所需的内部波长数，可降低对波长变换器的性能要求。2023/5/14《全光通信网》2)完全基于波长交换的OXC结构基本原理：所有输入链路中的WDM信号首先被波长转换器转换