光交叉連線

光交叉連線（optical cross-connect，OXC)是一種兼有復用、配線、保護/恢復、監控和網管的多功能OTN傳輸設備，OADM可以看成OXC結構的功能簡化。

中文名稱	光交叉連線
英文名稱	optical cross-connect;OXC
定　　義	一種能在不同的光路徑之間進行光信號交換的光傳輸設備。
套用學科	通信科技（一級學科），光纖傳輸與接入（二級學科）

基本介紹

• 中文名：光交叉連線
• 外文名：optical cross-connect
• 簡稱：OXC
• 功能：迅速提供網路的重新配置

概念

對於一般傳輸網路而言，OXC並不是一種必須的網元（例如網路拓撲主要為環或鏈，而且其保護和恢複方案也以環網為基礎時），其必要性和重要性取決於網路規模、規劃者的保護/恢復策略和對網路可靠性的要求等各方面因素。但從整個傳輸網路看，為了提供網路必須的靈活配置能力和以較小的冗餘代價（含線路和設備）具備必要的保護/恢復功能，則必須在網路中配置OXC設備，而且一旦在網路中採用了OXC設備，其在網路中必然處於中心地位，成為最核心的網元。OXC在網路中的基本用途是進行自動的業務疏導，著眼點在網路。

特點

OXC 是用於光纖網路節點的設備, 通過對光信號進行交叉連線 ,能夠靈活有效地管理光傳輸網路, 是實現可靠的網路保護/恢復以及自動配線和監控的重要手段。OXC 與 DXC 在網路中的作用相同 ,但功能和實現的方法不同。主要的不同點是：

1、OXC是對光信號交叉連線，DXC 是對電信號交叉連線 。

2、OXC 具有透明的傳輸代碼格式和比特率 , 可以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,設備型號少 。從理論上說,一種設備可以對 PDH(140Mbit/s, 565Mbit/s)、SDH(155Mbit/s, 622Mbit/s,2.5Gbit/s)及 ATM 的各種速率和格式的信號進行交叉連線 ;DXC 設備針對不同傳輸代碼格式和不同比特速率等級的信號要進行不同的處理, 因此有許多不同型號 ,例如:DXC4/4 、DXC4/1、DXC1/0、ATM-DXC 等 。

3、OXC 交叉容量、交叉連線速率和接入速率高,交叉連線速率和接入速率範圍寬,可以從 140Mbit/s 到10Gbit/s, 交叉總容量可達到(1～ 10)Tbit/s ;DXC 受電子元件的限制, 交叉連線速率和接入速率目前不超過622Mbit/s,交叉總容量只達到 40Gbit/s 。

4、OXC 無需進行時鐘同步和開銷處理 ;DXC 必須進行時鐘同步和開銷處理。

5、OXC 易於網路升級 ,網路升級時一般無需更換;DXC 在網路升級時需要隨之更換。

6、OXC 設備型號少 ,監控維護參數少 ,易於標準化;DXC 設備型號多, 監控維護參數多, 標準化難度較大。

7、OXC 適用於高比特率信號的交叉連線 ;DXC 能夠對信號進行更細緻的處理, 適用於低比特率信號的交叉連線 。
8、OXC 一般用於替代現有的光總配線架;DXC 一般用於替代現有的數字配線架 。

雖然 OXC 和 DXC 在網路中的作用相同, 但由於兩者的功能和實現的方法不同, 因此它們各有不同的套用範圍。理想的方式是將傳輸節點分為光層和數字層, 光層的 OXC 和數字層的 DXC 配合使用 。OXC 與傳輸鏈路的光纖接口 ,而 DXC 在 OXC 之上,與網路服務層相連。這樣 ,不僅實現了網路的大容量傳輸,而且使網路更加可靠和靈活。與單獨使用 DXC 相比較 , 既可以大大減少 DXC 的容量又可以對網路進行更細緻的配置和調度,增加了網路的可靠性和靈活性 。此外,OXC 也可以單獨用於特殊業務的寬頻網 ,例如 FDDI 、CAT V 、HD TV 。以單向 、雙向或廣播的形式傳輸寬頻數據 、視頻的音頻信號。

結構

一般結構

OXC 主要由光交叉連線矩陣 、輸入接口、輸出接口 、管理控制單元等模組組成 。為增加 OXC 的可靠性 ,每個模組都具有主用和備用的冗餘結構 , OXC 自動進行主備倒換。輸入接口 、輸出接口直接與光纖鏈路相連,分別對輸入輸出信號進行適配、放大 。管理控制單元通過編程對光交叉連線矩陣 、輸入接口 、輸出接口模組進行監測和控制 。監測的內容包括 :輸入/輸出信號丟失 , 輸出信號劣化 ,雷射器惡化 , 雷射器失效(溫度超出範圍或失控),OXC 內部運行狀態等 。控制內容包括 :交叉連線控制, 主備保護倒換等。光交叉連線矩陣是 OXC 的核心，是技術的關鍵 ,要求無阻塞 、低延遲、寬頻和高可靠, 並且要具有單向 、雙向和廣播形式的連線功能。

光交叉連線矩陣的結構

對光信號進行交叉連線比較成熟的技術是波分復用技術和空分技術。時分技術目前還不成熟。正在研製的大容量波分復用(WDM )光傳輸系統採用波分復用技術 , 可以很方便地對指定波長的光信號進行處理 。如果將波分復用技術和空分技術相結合 , 就大大提高了交叉連線矩陣的容量和靈活性 。圖3為這種光交叉連線矩陣的結構。

光交叉連線矩陣為 M 條光纖入,M 條光纖出。一條光纖中的 N 個波長光信號通過1×N 波分去復用器(DEM UX)分解為N 個單波長光信號 , M 條光纖中的光信號分解為 M×N 個單波長光信號 ,在光空分交叉連線矩陣內進行交叉連線。交叉後的光信號經過波長轉換器 , 由波分復用器(M UX)復用進 M 條光纖, 每條光纖包含N 個波長的光信號, 因此要求光空分交叉連線矩陣大小為(M×N)×(M ×N)。

當傳輸網路使用單一波長(N =1)傳輸信號時, 單一波長光信號直接在光空分交叉連線矩陣內進行交叉 。如果 OXC 設計最大光纖入出為 M ,則光空分交叉連線矩陣大小為M×M。

光空分交叉連線矩陣可以級聯使用, 採用多級矩陣時需要考慮光損耗的問題。

主要功能

1、提供以波長為基礎的半永久的交叉連線功能；

2、對波長通道進行配置以實現對網路光纖資源的最佳化；

3、當網路出現故障時，迅速提供網路的重新配置；

4、根據業務量的變化最佳化網路；

5、儘量允許運營者自由使用各種信號格式（即儘量保持網路的透明）。

OXC設備分類

就OXC設備而言，目前主要有以下三種：一種是基於光纖級的交叉連線（FXC），我們可以理解為具有交叉能力的光配線架（ODF），或稱為智慧型光配線架，是OXC的初級階段，有一定市場需求，缺點是設備本身獨立組網能力差。另兩種是基於波長級交叉的OXC，根據套用場合的不同分為波長選擇性交叉連線（WSXC）和波長可交換交叉連線（WIXC）。WIXC主要針對骨幹網套用，承載業務一般是STM-16/OC-48或STM-64/OC-192甚至STM-256/OC-768，節點內使用O/E/O波長轉換器，以實現大容量、長距離傳輸，交叉矩陣既可以由光交叉完成，也可用電交叉實現，特別是隨著半導體技術的發展，電交叉晶片規模越來越大（目前單片可達160Gbit/s，交叉顆粒更小），而光交叉由於受技術、成本等因素的制約，基於電交叉的OXC也會有一定的發展空間。WIXC的優點是技術成熟，性能有保證，可以實現嚴格無阻塞的波長交換，可實現波長重用，提供虛波長路由（VWP），缺點是系統透明性較差、由於大量使用O/E/O波長轉換器，價格昂貴，但在目前情況下，仍不失為一種比較實際的解決方案。另一種是基於本地網或城域網套用的波長選擇性交叉連線設備（WSXC），節點內一般不使用或部分使用O/E/O波長轉換器，以兼容多速率、多業務，節點內光交叉矩陣可由若干個較小規模的光開關構成，在目前大規模的光交叉矩陣技術未完全成熟、價格太高的情況下，WSXC更具有現實意義。需要注意的是，在由WSXC或OADM組成的光網路中，要禁止產生波長環路，以免引起自激，造成系統不穩定；而OXC將來的發展方向是支持全業務的透明全光網，這有賴於全光波長轉換和全光3R再生的實用化。表1是WIXC和WSXC比較。

在網路中的套用

OXC 與光纖組成了一個全光網路, 網路中為全光信號 。DXC 與本地交換機相連 。通過網路節點的大多數業務流不必通過 DXC , 僅通過OXC 進行交叉連線, 減少了對 DXC 容量和複雜程度的要求。當光纜中斷或節點失效時 ,OXC 自動完成故障隔離、重選路由、重新配置網路等操作, 使傳輸業務不中斷 。當業務發展需要對網路結構進行調整時 , OXC 可以簡單迅速地完成網路的調度和升級。

由於OXC有很強的靈活性。因此不僅可以用於本地網而且可以用於長途傳輸網路 。網路的拓撲結構也可以千變萬化。常用的網路拓撲有星形、樹形、環形 、匯流排形等 。

主要技術難點

目前OXC設備研製中碰到的主要難點有以下幾點：一是如何解決系統透明性與長距離傳輸的矛盾，雖然目前可以通過採用拉曼（RAMAN）光放大技術和前向糾錯編碼技術（FEC）延伸傳輸距離，但根本出路還在於全光波長轉換技術及全光3R再生技術的實用性；二是由於受光器件的制約，特別是大規模的光交叉矩陣開關的制約（技術、成本的制約），系統的規模和靈活性不夠理想。理論上講，只要光交叉矩陣的規模足夠大，OXC、OADM也完全可以像電層的DXC和SDH ADM一樣，實現不同速率等級上的任意交叉和上下，最起碼可實現類似於SDH中的AU-4高階全交叉；三是在OXC性能監測，尤其是光通道層（OCH）的性能監測方面實現起來代價較高，主要是需要監測的點太多而客戶層（OCH層）業務又具有多樣性（如速率、信號格式不同），需要對不同類型的業務根據其特徵分別處理，目前，ITU-T G.709數字包封技術（Digital wrapper）可為這一問題提供統一的解決方法，應引起重視；四是如何抑制串擾，由於光器件的隔離度不可能無限高（如解復用器、光開關），波長通道間存在帶間串擾，在由OXC/OADM構成的半動態光網路中，信號被多次交叉連線和反覆復用，因此，在與其他波長通道復用時相應轉化為其他通道的帶內串擾（既同頻串擾），並且很難消除。串擾的主要來源還包括光放大器ASE噪聲及光纖的非線性等，在動態/半動態光網路中，還要考慮由於光放大器級聯帶來的瞬態回響；五是在網路管理方面，按照ITU-T光傳送網的分層結構（G.872），光傳送網的網元管理系統一般按光通道層（OCH）、光復用段層（OMS）、光傳送層（OTS）三層設計，具備ECC通信和四大管理功能，但具體細節還不夠詳細，很多內容有待進一步研究和規範。

發展

近年來，隨著技術的發展和WDM的規模套用，光網路節點設備的容量越來越大，對網路的生存性提出了更高的要求，OXC集傳輸與交換於一體，具有傳輸容量大、組網靈活、網路具有可擴展性和可重構性、易於升級、可透明傳輸各種格式的不同速率等級的信號，能夠同時適套用戶信號種類和服務種類不斷增長的需求等諸多優點，是構成光傳送網路（OTN）非常重要的節點設備。

從套用的角度看，點到點的DWDM組網方式僅是OTN組網的初級階段，預計下一階段的市場熱點將是能夠實現光層業務保護和恢復、配置靈活的OXC/OADM，組網主流將是環網、多環網、格狀網，而構成環網、多環網、格狀網的物理層設備是OADM和OXC。

從技術發展來看，光網路的發展趨勢是3T（傳輸鏈路、傳送節點和業務節點都具有Tbit/s的容量）和2I（集成化Intgration和智慧型化Intelligent），OXC作為光網路的核心設備，兼具T比特傳輸和T比特交換兩大功能，並向集成化和智慧型化發展。在集成化方面，未來的OXC將集電路交換、包交換、波長交換甚至光包交換於一身（也許不應該叫OXC），在智慧型化方面，OXC將向智慧型光網路邁進，如ASON/ASTN、IP/MPLmS。