OXC/OADM关键技术及其发展

1 OXC关键技术

　　1.1 OXC的几种典型结构

　　光交叉连接(OXC)主要有光/光(O/O)交换和光/电/光(O/E/O)交换两大类。O/O交换由光交叉矩阵实现，根据交叉粒度的大小又分为基于光纤级交叉和基于波长级交叉(如波长选择性交叉和波长可交换交叉)。而O/E/O交换则由半导体交叉芯片实现，可以完成更小粒度的交叉，应用更灵活，但透明性受影响，目前单片交叉芯片容量可达320 Gbit/s，交叉粒度为STS-1(VC-3)。

　　1.2 OXC恢复算法

　　OXC恢复算法其实质是路由和波长分配算法(RWA)，算法与OXC节点结构有关，如是否全交叉，是否波长交换，是否波长可调谐等。其主要目的是为了提高网络容量的利用率和网络的生存性。

　　OXC恢复算法要完成的主要任务有：

• 做到路径最短(节点数最少)；
• 使波长资源分配优化；
• 使各链路、节点业务量平衡，负荷量最佳或路由最安全；
• 提供优先级选择，按优先级顺序恢复；
• 具有可扩展性，即恢复算法要有普遍性，适合多种网络拓扑结构和网络的扩展。

　　1.3 光信道均衡

　　由于OXC具有多方向、半动态的特点，光信道均衡显得尤为重要。在基于波长交叉的OXC中，每个链路对应不同的方向和不同的传输距离，接收光功率差别很大。如果OXC内部不具备光信道均衡，通过OXC交叉连接后，在输出链路中各信道功率差非常大的情况下，将无法进行传输。目前，光信道均衡比较成熟的方法是采用阵列可变光衰减器(VOA)实现，或直接用V-MUX实现(即阵列VOA实现加合波实现)。

　　1.4 OXC保护与恢复

　　严格地讲，保护和恢复是两个不同的概念，但如何在OXC中实现保护机制和恢复机制的共存，从而为不同类型的业务提供不同的保护恢复策略是OXC的一个重要课题。

　　就保护而言，一个简单的例子是在OXC组成的Mesh(格形)网中提供部分通道的1+1保护，这部分容量在业务指配(含主、备通道)完成后，其占用的容量在OXC恢复算法中作为不可用容量对待。

　　就恢复而言，目前主要有基于链路的恢复和基于光通道恢复两种,两种恢复策略各有优缺点。需要指出的是，在基于光通道恢复的恢复机制中，如何同时监视主通道和恢复通道的告警及通道性能是需要认真研究的。自动交换光网络(ASON)的波长路由也要解决这个问题。

　　图1是基于光通道恢复的一个实例，正常情况下主信道传送业务，恢复信道空闲。因此只知道主信道的状态，而恢复通道无法监视。一种解决办法是在恢复通道中传送额外业务，或想办法在恢复通道中加载信号源；另一种办法是不管恢复通道状态，只要主信道出现故障就将业务倒向恢复通道。

图1　基于光通道恢复的实例

　　1.5 防止自激

　　在电领域中，闭环在一定的振幅和相位匹配条件下会产生自激，光领域也不例外。在OXC/OADM组成的Mesh网中，由于各节点都有光放大器，振幅条件很容易满足，如果某一个或几个光通道形成闭环，则很有可能使整个系统或网络自激。解决的办法一是靠算法保证；二是靠配置管理，将空闲的光交叉状态全部置于断开状态。

　　1.6 瞬态响应抑制

　　OXC组成的Mesh网中，交叉状态的改变必然带来各链路光功率重新分配。由于网络中存在大量的光放大器和可调谐器件，整个系统和网络会出现瞬态响应过程，严重时甚至会影响业务。如何抑制瞬态响应是OXC设计中需要重点考虑的问题。解决的办法一是快速光信道均衡；二是提高光放大器响应速度(目前可达微秒级)，并使放大器工作于增益锁定模式。

　　1.7 串扰

　　串扰的主要来源一是由于光器件(如合波/分波器、光开关等)隔离度不可能无限高，波长间存在带间串扰；二是在OXC中，信号被多次交叉连接和复用/解复用，原来的带间串扰转化为带内串扰；三是光放大器自发辐射噪声(ASE)和光纤非线性；四是放大器的瞬态响应。
解决串扰是实现OXC组网和长距离传输的关键。

　　1.8 数字包封

　　数字包封(Digital Wrapper)提供的主要功能有：

• 多业务的统一封装，在OTN侧提供统一的告警和性能监视，与封装内容无关；
• 信号质量的分层、分段监视；
• 丰富的开销，支持运行、维护和管理(OAM)；
• FEC改善信号传输质量。

　　目前，2.5 Gbit/s和10 Gbit/s数字包封技术已比较成熟，并已广泛应用于光网络设备中，但其潜力还有待进一步发掘，特别是联网智能方面。

　　1.9 网管

　　OXC网管除了完成传统的四大管理功能外，还必须具备实时恢复算法，具备业务的端到端指配和恢复功能，同时提供端到端业务的管理。也就是说，OXC网管必须具备子网级甚至网络级网管的能力。

　　2 OADM关键技术

　　2.1 OADM分类和主要功能

　　光分插复用(OADM)主要分串行、并行和串并混合3种结构，实现方式多种多样，从功能上说，应具备如下特点：

• 业务的保护；
• 固定或可配置上下路；
• 多业务接入；
• 端到端业务指配和管理。

　　2.2 保护功能的实现

　　在OADM环网中，主要保护方式与SDH类似，有光通道保护(含单向通道保护、子网连接保护、双向光通道保护)和光线路保护(含二纤环保护和四纤环保护)两大类，这几种保护方式各有千秋，实现方式各异。目前应用最多的还是单向通道保护，其特点是实现简单，可靠性高，无须协议支持，保护时间短，组网应用灵活，根据业务需要可实现部分波长保护。双向光线路保护(BLSR)可实现全部业务在光层的保护，保护效率高，在非集中型业务组网情况下容量利用率高，可支持额外业务，不足之处有3点：一是保护路径过长，二是信道均衡比较麻烦，三是在不需要光层保护的情况下，某些业务(如SDH)存在多层保护的竞争和协调问题。双向光通道保护比较有特点，但实现开销较大，由于光通道不是1+1方式，因此存在保护通道监视困难的问题。

　　2.3 告警传递与自动保护倒换协议扩展

　　OADM环网中，如果采用BLSR，则需要自动保护倒换(APS)协议支持，目前的做法是将G.841协议经过适当修改和扩展来实现。需要指出，在OADM环网中，如果有线放站存在(在大的网络应用中)，则需要考虑告警传递(如图2所示)问题，其情形类似于在SDH环网元中加入电中继。当然还有一种方法是将发生故障的下游线放站的输出关断，但这种做法不严谨，应少用。

图2　OADM和SDH告警传递

　　2.4 防止自激与错连

　　OADM与OXC类似，在某些情况下会发生自激，应想办法防止。错连通常发生在波长重用、系统故障或多处节点(含多节点)失效的情况下，在系统设计中应予以重视并想办法予以避免。

　　2.5 透明复用与子波长管理

　　在DWDM和光网络中，透明复用越来越受到重视，其关键技术是开销透传。透明复用被人们定义为子波长复用，由于具备子波长交叉能力，应用非常灵活。目前开发的透明复用主要用来节约带宽资源，其灵活的组网能力并未很好发掘，下一步的研究重点将是子波长级的业务指配和管理。

　　3 OXC/OADM的发展

　　OXC/OADM作为光传送网(OTN)的关键网元，经过几年的研究，技术已基本成熟，相关产品也已问世，但目前并未获得规模应用。究其原因，组网形态可能是阻碍OXC应用的主要因素。就目前的组网方式，不管是SDH还是DWDM，主要组网方式还是链形和环网，这也是OADM首先获得应用的主要原因，而OXC的最佳组网方式是Mesh网。短期看，一方面要继续完善OXC的功能，降低成本，等待并寻找市场机会；另一方面将OXC相关先进技术应用于OADM也许是另一种出路。从长期发展来看，自动交换光网络(ASON)正在成为新的研究热点，其传送平面和管理平面与OXC基本相同，区别在于OXC的光通道建立是由管理平面完成，而ASON是由客户端发起。

[摘要] 由于WDM技术的飞速发展，用于构建WDM全光网络的设备--光交叉连接和光分插复用引起人们广泛关注。为此，文章对OXC/OADM的关键技术和解决方案进行了介绍，并对OXC/OADM的发展进行了展望。

[关键词] 光传送网；光交叉连接；光分插复用

[Abstract] With the rapid development of the WDM technology, OXC/OADM as components of the WDM all-optical network have drawn much public attention. In the paper, the key technologies and application solutions of OXC/OADM are presented, and their future development is prospected.

[Keywords] OTN; OXC; OADM