光交叉连接

对于一般传输网络而言，OXC并不是一种必须的网元（例如网络拓扑主要为环或链，而且其保护和恢复方案也以环网为基础时），其必要性和重要性取决于网络规模、规划者的保护/恢复策略和对网络可靠性的要求等各方面因素。但从整个传输网络看，为了提供网络必须的灵活配置能力和以较小的冗余代价（含线路和设备）具备必要的保护/恢复功能，则必须在网络中配置OXC设备，而且一旦在网络中采用了OXC设备，其在网络中必然处于中心地位，成为最核心的网元。OXC在网络中的基本用途是进行自动的业务疏导，着眼点在网络。

OXC 是用于光纤网络节点的设备, 通过对光信号进行交叉连接 ,能够灵活有效地管理光传输网络, 是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。OXC 与 DXC 在网络中的作用相同 ,但功能和实现的方法不同。主要的不同点是：

1、OXC是对光信号交叉连接，DXC 是对电信号交叉连接 。

2、OXC 具有透明的传输代码格式和比特率 , 可以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,设备型号少 。从理论上说,一种设备可以对 PDH(140Mbit/s, 565Mbit/s)、SDH(155Mbit/s, 622Mbit/s,2.5Gbit/s)及 ATM 的各种速率和格式的信号进行交叉连接 ;DXC 设备针对不同传输代码格式和不同比特速率等级的信号要进行不同的处理, 因此有许多不同型号 ,例如:DXC4/4 、DXC4/1、DXC1/0、ATM-DXC 等 。

3、OXC 交叉容量、交叉连接速率和接入速率高,交叉连接速率和接入速率范围宽,可以从 140Mbit/s 到10Gbit/s, 交叉总容量可达到(1～ 10)Tbit/s ;DXC 受电子元件的限制, 交叉连接速率和接入速率目前不超过622Mbit/s,交叉总容量只达到 40Gbit/s 。

4、OXC 无需进行时钟同步和开销处理 ;DXC 必须进行时钟同步和开销处理。

5、OXC 易于网络升级 ,网络升级时一般无需更换;DXC 在网络升级时需要随之更换。

6、OXC 设备型号少 ,监控维护参数少 ,易于标准化;DXC 设备型号多, 监控维护参数多, 标准化难度较大。

7、OXC 适用于高比特率信号的交叉连接 ;DXC 能够对信号进行更细致的处理, 适用于低比特率信号的交叉连接 。8、OXC 一般用于替代现有的光总配线架;DXC 一般用于替代现有的数字配线架 。

虽然 OXC 和 DXC 在网络中的作用相同, 但由于两者的功能和实现的方法不同, 因此它们各有不同的应用范围。理想的方式是将传输节点分为光层和数字层, 光层的 OXC 和数字层的 DXC 配合使用 。OXC 与传输链路的光纤接口 ,而 DXC 在 OXC 之上,与网络服务层相连。这样 ,不仅实现了网络的大容量传输,而且使网络更加可靠和灵活。与单独使用 DXC 相比较 , 既可以大大减少 DXC 的容量又可以对网络进行更细致的配置和调度,增加了网络的可靠性和灵活性 。此外,OXC 也可以单独用于特殊业务的宽带网 ,例如 FDDI 、CAT V 、HD TV 。以单向 、双向或广播的形式传输宽带数据 、视频的音频信号。

OXC 主要由光交叉连接矩阵 、输入接口、输出接口 、管理控制单元等模块组成 。为增加 OXC 的可靠性 ,每个模块都具有主用和备用的冗余结构 , OXC 自动进行主备倒换。输入接口 、输出接口直接与光纤链路相连,分别对输入输出信号进行适配、放大 。管理控制单元通过编程对光交叉连接矩阵 、输入接口 、输出接口模块进行监测和控制 。监测的内容包括 :输入/输出信号丢失 , 输出信号劣化 ,激光器恶化 , 激光器失效(温度超出范围或失控),OXC 内部运行状态等 。控制内容包括 :交叉连接控制, 主备保护倒换等。光交叉连接矩阵是 OXC 的核心，是技术的关键 ,要求无阻塞 、低延迟、宽带和高可靠, 并且要具有单向 、双向和广播形式的连接功能。

对光信号进行交叉连接比较成熟的技术是波分复用技术和空分技术。时分技术目前还不成熟。正在研制的大容量波分复用(WDM )光传输系统采用波分复用技术 , 可以很方便地对指定波长的光信号进行处理 。如果将波分复用技术和空分技术相结合 , 就大大提高了交叉连接矩阵的容量和灵活性 。图3为这种光交叉连接矩阵的结构。

光交叉连接矩阵为 M 条光纤入,M 条光纤出。一条光纤中的 N 个波长光信号通过1×N 波分去复用器(DEM UX)分解为N 个单波长光信号 , M 条光纤中的光信号分解为 M×N 个单波长光信号 ,在光空分交叉连接矩阵内进行交叉连接。交叉后的光信号经过波长转换器 , 由波分复用器(M UX)复用进 M 条光纤, 每条光纤包含N 个波长的光信号, 因此要求光空分交叉连接矩阵大小为(M×N)×(M ×N)。

当传输网络使用单一波长(N =1)传输信号时, 单一波长光信号直接在光空分交叉连接矩阵内进行交叉 。如果 OXC 设计最大光纤入出为 M ,则光空分交叉连接矩阵大小为M×M。

光空分交叉连接矩阵可以级联使用, 采用多级矩阵时需要考虑光损耗的问题。

1、提供以波长为基础的半永久的交叉连接功能；

2、对波长通道进行配置以实现对网络光纤资源的优化；

3、当网络出现故障时，迅速提供网络的重新配置；

4、根据业务量的变化优化网络；

5、尽量允许运营者自由使用各种信号格式（即尽量保持网络的透明）。

就OXC设备而言，目前主要有以下三种：一种是基于光纤级的交叉连接（FXC），我们可以理解为具有交叉能力的光配线架（ODF），或称为智能光配线架，是OXC的初级阶段，有一定市场需求，缺点是设备本身独立组网能力差。另两种是基于波长级交叉的OXC，根据应用场合的不同分为波长选择性交叉连接（WSXC）和波长可交换交叉连接（WIXC）。WIXC主要针对骨干网应用，承载业务一般是STM-16/OC-48或STM-64/OC-192甚至STM-256/OC-768，节点内使用O/E/O波长转换器，以实现大容量、长距离传输，交叉矩阵既可以由光交叉完成，也可用电交叉实现，特别是随着半导体技术的发展，电交叉芯片规模越来越大（目前单片可达160Gbit/s，交叉颗粒更小），而光交叉由于受技术、成本等因素的制约，基于电交叉的OXC也会有一定的发展空间。WIXC的优点是技术成熟，性能有保证，可以实现严格无阻塞的波长交换，可实现波长重用，提供虚波长路由（VWP），缺点是系统透明性较差、由于大量使用O/E/O波长转换器，价格昂贵，但在目前情况下，仍不失为一种比较实际的解决方案。另一种是基于本地网或城域网应用的波长选择性交叉连接设备（WSXC），节点内一般不使用或部分使用O/E/O波长转换器，以兼容多速率、多业务，节点内光交叉矩阵可由若干个较小规模的光开关构成，在目前大规模的光交叉矩阵技术未完全成熟、价格太高的情况下，WSXC更具有现实意义。需要注意的是，在由WSXC或OADM组成的光网络中，要禁止产生波长环路，以免引起自激，造成系统不稳定；而OXC将来的发展方向是支持全业务的透明全光网，这有赖于全光波长转换和全光3R再生的实用化。表1是WIXC和WSXC比较。

OXC 与光纤组成了一个全光网络, 网络中为全光信号 。DXC 与本地交换机相连 。通过网络节点的大多数业务流不必通过 DXC , 仅通过OXC 进行交叉连接, 减少了对 DXC 容量和复杂程度的要求。当光缆中断或节点失效时 ,OXC 自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络等操作, 使传输业务不中断 。当业务发展需要对网络结构进行调整时 , OXC 可以简单迅速地完成网络的调度和升级。

由于OXC有很强的灵活性。因此不仅可以用于本地网而且可以用于长途传输网络 。网络的拓扑结构也可以千变万化。常用的网络拓扑有星形、树形、环形 、总线形等 。

目前OXC设备研制中碰到的主要难点有以下几点：一是如何解决系统透明性与长距离传输的矛盾，虽然目前可以通过采用拉曼（RAMAN）光放大技术和前向纠错编码技术（FEC）延伸传输距离，但根本出路还在于全光波长转换技术及全光3R再生技术的实用性；二是由于受光器件的制约，特别是大规模的光交叉矩阵开关的制约（技术、成本的制约），系统的规模和灵活性不够理想。理论上讲，只要光交叉矩阵的规模足够大，OXC、OADM也完全可以像电层的DXC和SDH ADM一样，实现不同速率等级上的任意交叉和上下，最起码可实现类似于SDH中的AU-4高阶全交叉；三是在OXC性能监测，尤其是光通道层（OCH）的性能监测方面实现起来代价较高，主要是需要监测的点太多而客户层（OCH层）业务又具有多样性（如速率、信号格式不同），需要对不同类型的业务根据其特征分别处理，目前，ITU-T G.709数字包封技术（Digital wrapper）可为这一问题提供统一的解决方法，应引起重视；四是如何抑制串扰，由于光器件的隔离度不可能无限高（如解复用器、光开关），波长通道间存在带间串扰，在由OXC/OADM构成的半动态光网络中，信号被多次交叉连接和反复复用，因此，在与其他波长通道复用时相应转化为其他通道的带内串扰（既同频串扰），并且很难消除。串扰的主要来源还包括光放大器ASE噪声及光纤的非线性等，在动态/半动态光网络中，还要考虑由于光放大器级联带来的瞬态响应；五是在网络管理方面，按照ITU-T光传送网的分层结构（G.872），光传送网的网元管理系统一般按光通道层（OCH）、光复用段层（OMS）、光传送层（OTS）三层设计，具备ECC通信和四大管理功能，但具体细节还不够详细，很多内容有待进一步研究和规范。

近年来，随着技术的发展和WDM的规模应用，光网络节点设备的容量越来越大，对网络的生存性提出了更高的要求，OXC集传输与交换于一体，具有传输容量大、组网灵活、网络具有可扩展性和可重构性、易于升级、可透明传输各种格式的不同速率等级的信号，能够同时适应用户信号种类和服务种类不断增长的需求等诸多优点，是构成光传送网络（OTN）非常重要的节点设备。

从应用的角度看，点到点的DWDM组网方式仅是OTN组网的初级阶段，预计下一阶段的市场热点将是能够实现光层业务保护和恢复、配置灵活的OXC/OADM，组网主流将是环网、多环网、格状网，而构成环网、多环网、格状网的物理层设备是OADM和OXC。

从技术发展来看，光网络的发展趋势是3T（传输链路、传送节点和业务节点都具有Tbit/s的容量）和2I（集成化Intgration和智能化Intelligent），OXC作为光网络的核心设备，兼具T比特传输和T比特交换两大功能，并向集成化和智能化发展。在集成化方面，未来的OXC将集电路交换、包交换、波长交换甚至光包交换于一身（也许不应该叫OXC），在智能化方面，OXC将向智能光网络迈进，如ASON/ASTN、IP/MPLmS。