全光交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)

1、全光交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)摘要為了克服傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)由于電子交換所帶來(lái)的“電子瓶頸”和電子設(shè)備的高額成本，人們提出了全光網(wǎng)(AON的概念。和傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)相比，全光網(wǎng)有很多優(yōu)點(diǎn)。但目前全光網(wǎng)還不是很成熟，其中主要的技術(shù)障礙來(lái)自光交叉連接器（OXC）和光分插復(fù)用器（OADM）技術(shù)。本文結(jié)合全光網(wǎng)的發(fā)展，主要介紹光交叉連接器(OXC的基本原理、性能指標(biāo)，對(duì)不同的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較與討論，并對(duì)多粒度OXC結(jié)構(gòu)的研究背景、原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，最后對(duì)全文內(nèi)容做了相應(yīng)的小結(jié)。關(guān)鍵詞光交叉連接器，全光網(wǎng)，交換節(jié)點(diǎn)，多粒度光交叉連接器一，前言為了克服傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)由于電子交換所帶來(lái)的“電子瓶頸”和電子設(shè)備的高額成本，

2、人們提出了全光網(wǎng)(AON的概念。全光網(wǎng)以波長(zhǎng)路由光交換技術(shù)和波分復(fù)用傳輸技術(shù)(WDM為基礎(chǔ)，它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由光分插復(fù)用器和光交叉連接器構(gòu)成，能在光域上實(shí)現(xiàn)高速信息流的傳輸、交換、路由和故障恢復(fù)等功能。如圖1所示，和傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)不同，全光網(wǎng)任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用了光波技術(shù)，也就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換中使用了光交叉連接器(OXC和光分插復(fù)用器(OADM來(lái)替代傳統(tǒng)的數(shù)字交叉連接器(DXC和數(shù)字分插復(fù)用器(ADM1。圖1 OXC與OADM和傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)相比，全光網(wǎng)有很多優(yōu)點(diǎn)。但目前全光網(wǎng)還不是很成熟，其中主要的技術(shù)障礙來(lái)自O(shè)XC和OADM技術(shù)。光交叉連接器(OXC與光分插復(fù)用器(OADM

3、作為全光網(wǎng)中最重要的網(wǎng)絡(luò)器件，是真正實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)關(guān)鍵性功能的必要前提，也是目前國(guó)內(nèi)外光通信器件廠商研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。由于之前已有同學(xué)對(duì)OADM進(jìn)行了相關(guān)的介紹，因此本文結(jié)合全光網(wǎng)的發(fā)展，主要介紹光交叉連接器(OXC的基本原理、性能指標(biāo)，對(duì)不同的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較與討論，并介紹與比較了目前國(guó)內(nèi)外廠商的主要產(chǎn)品。二，基本原理和模塊2.1 基本原理圖2給出了傳統(tǒng)的OXC節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖，其核心是一個(gè)大容量的波長(zhǎng)交叉連接矩陣。OXC節(jié)點(diǎn)的基本功能是在各輸入端和輸出端光纖上復(fù)用的DMDW信道之間建立全光的通道互連模式。由于目前沒(méi)有一種光子器件可以在空間和波長(zhǎng)域上同時(shí)完成DMDW信道交換，因此必須把DMDW信

4、號(hào)先在空間或波長(zhǎng)域上進(jìn)行分解，得到一組狀態(tài)單純的單波長(zhǎng)信號(hào)，再對(duì)他們進(jìn)行交叉連接。擴(kuò)展級(jí)網(wǎng)絡(luò)完成輸入端DMDW信號(hào)的解復(fù)用功能，集中級(jí)網(wǎng)絡(luò)在輸出端對(duì)單波長(zhǎng)信號(hào)重新進(jìn)行復(fù)用，交換級(jí)網(wǎng)絡(luò)位于擴(kuò)展級(jí)網(wǎng)絡(luò)與集中級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間，實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)信號(hào)在空間或波長(zhǎng)域上的全光交叉連接。擴(kuò)展級(jí)、交換級(jí)、集中級(jí)共同構(gòu)成了OXC節(jié)點(diǎn)的光通道交叉連接結(jié)構(gòu)和本地的上路和下路(Local add/drop業(yè)務(wù)的端口直接和波長(zhǎng)交換結(jié)構(gòu)相連。圖2 OXC節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)從對(duì)業(yè)務(wù)的處理方式角度來(lái)考慮，OXC主要完成兩個(gè)方面的功能：光通道的交叉連接功能和本地上下光路功能。 一個(gè)完整的OXC包括輸入部分（放大器EDFA，解復(fù)用DMUX），交叉連接模

5、塊（光交叉連接矩陣）、輸出部分（波長(zhǎng)變換器OTU，光功率均衡模塊，復(fù)用器）、控制和管理模塊等部分。2.2 光交叉連接模塊從上面的模型看出，實(shí)現(xiàn)光交叉連接的關(guān)鍵是傳送矩陣的實(shí)現(xiàn)，一般是通過(guò)光開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面列出幾種主要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)與器件。（1）自由空間光交換利用波導(dǎo)光柵路由器(WGR，馬赫-曾德?tīng)柛缮嫫?，?shí)現(xiàn)在任一輸入端口的給定波長(zhǎng)可以出現(xiàn)在特定的端口，或者將一個(gè)激光束機(jī)械的選通到多根光纖之中。（2）光的固態(tài)器件光的固態(tài)器件是一個(gè)半導(dǎo)體方向耦合器，能在所加的控制信號(hào)作用下有選擇的改變其通道的光特性，起到光開(kāi)關(guān)的作用。包括聲-光耦合器、電-光耦合器等。例如通過(guò)改變電流來(lái)控制半導(dǎo)體波導(dǎo)的折射率，或

6、是改變外加電場(chǎng)控制鐵電體LiNbO3晶體的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的選擇與波長(zhǎng)變化。（3）基于電-機(jī)械反射鏡的器件目前光交叉連接技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始使用微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS，利用沉積、腐蝕和平版印刷手段，在基片上用毫微米技術(shù)制造出微機(jī)械反射鏡陣列和電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制反射光束進(jìn)行交換。在這些光開(kāi)關(guān)器件中，開(kāi)關(guān)速度是其中一個(gè)重要的參數(shù)，它決定了OXC能否實(shí)現(xiàn)光數(shù)據(jù)流的高速傳遞從而發(fā)揮全光網(wǎng)的速度帶寬優(yōu)勢(shì)。表1是幾種器件的開(kāi)關(guān)速度比較。表1 幾種光開(kāi)關(guān)器件的性能參數(shù)類型速度熱-光開(kāi)關(guān)器件ms量級(jí)聲-光開(kāi)關(guān)器件s量級(jí)電-光復(fù)合陶瓷開(kāi)關(guān)器件s量級(jí)MEM開(kāi)關(guān)器件s量級(jí)Si上的SiO2平面器件ms或s量級(jí)LiNbO3

7、開(kāi)關(guān)器件ns量級(jí)聚合物非線性電-光器件ps量級(jí)總的說(shuō)來(lái)，有許多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光交叉連接。其中傳統(tǒng)光機(jī)械開(kāi)關(guān)可靠性好，但開(kāi)關(guān)速度太慢，并且它們不能適合大批量生產(chǎn)，所以不適合用于高速寬帶網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)OXC中?；贚iNbO3的交換矩陣，由于對(duì)波長(zhǎng)較敏感，損耗偏高，所以也不是很理想?；贗nP的集成數(shù)字光開(kāi)關(guān)矩陣，對(duì)偏振狀態(tài)不敏感，可靠性好，適合于批量生產(chǎn)，但還需要解決插人損耗和光通道隔離度的問(wèn)題。另外光放大器（SOA）開(kāi)關(guān)雖然可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大以補(bǔ)償分波/合波的損耗具有很寬的光帶寬，但是SOA的偏振相關(guān)性很大，不容易克服，所以這種光開(kāi)關(guān)也得不到廣泛的應(yīng)用。以MEMS為基礎(chǔ)制造出來(lái)的光開(kāi)關(guān)是無(wú)源開(kāi)關(guān)，與光

8、信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方式、偏振作用、傳播方向等均無(wú)關(guān)，同時(shí)在進(jìn)行光處理過(guò)程中不需要經(jīng)過(guò)光/電或電/光轉(zhuǎn)換，可直接在光域中進(jìn)行。但是由于成本和可靠性等一系列原因，商用的MEMS光開(kāi)關(guān)陣列的交換規(guī)模僅達(dá)到8×8和16×16，更大規(guī)模的光開(kāi)關(guān)陣列只是在試驗(yàn)階段，還遠(yuǎn)未成熟2。2.3 波長(zhǎng)變換模塊波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)上，實(shí)現(xiàn)波域的交換。目前有兩種基本的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換：光電混合方式和全光方式。光電混合方式在功率、信號(hào)再生、波長(zhǎng)和偏振敏感性等方面性能優(yōu)良，但它對(duì)不同的傳輸代碼格式和比特率不透明。所以O(shè)XC中的波長(zhǎng)變換器用的是全光變換方式。2.4 其

9、他模塊OXC設(shè)備中，摻鉺光纖放大器(EDFA的作用是有效補(bǔ)償線路損耗和節(jié)點(diǎn)內(nèi)部損耗，延長(zhǎng)傳輸距離。EDFA具有寬頻帶，對(duì)調(diào)制方式和傳輸碼率透明等特點(diǎn)。均功器使各波長(zhǎng)通道光功率的差異在允許的范圍內(nèi)，防止在經(jīng)過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的EDFA級(jí)聯(lián)以后對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的非線性效應(yīng)?？刂坪凸芾韱卧獙?shí)現(xiàn)OXC設(shè)備各功能模塊的控制和管理。它有自動(dòng)保護(hù)倒換功能，也能夠支持光傳送網(wǎng)的端到端的連接指配，動(dòng)態(tài)配置波長(zhǎng)路由，完成快速保護(hù)和恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)。三，交叉連接節(jié)點(diǎn)的性能和結(jié)構(gòu)OXC的性能大體上分為兩類：一類與的具體結(jié)構(gòu)相關(guān)，如阻塞性能、模塊性、廣播發(fā)送能力、可擴(kuò)展性性等。另一類涉及光器件的物理特性，主要指節(jié)點(diǎn)的各種傳輸性能

10、指標(biāo)，如是否支持虛波長(zhǎng)通道；阻塞特性；鏈路模塊性；波長(zhǎng)模塊性；廣播發(fā)送能力；配置、保護(hù)和恢復(fù)時(shí)間；成本。OXC的光交換模塊可以采用兩種基本的交換機(jī)制：空間交換和波長(zhǎng)交換。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域上完成輸入端到輸出端的交換功能。實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交換器件是指各種類型的波長(zhǎng)變換器，可以將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)上，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)域上的交換。下面結(jié)合以上的性能指標(biāo)，分析幾種典型的OXC節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。3.1 基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間交換的器件主要是各種類型的光開(kāi)關(guān)和波長(zhǎng)選擇器(可調(diào)諧光濾波器和解復(fù)用器，它們?cè)诳臻g域上完成光從輸入端到輸出端的交換功能。(1 基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)

11、用/解復(fù)用器對(duì)的OXC結(jié)構(gòu)圖3為基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)的OXC結(jié)構(gòu)圖。圖3 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)圖它利用波分解復(fù)用器將鏈路中的波分復(fù)用(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，完成交換的光信號(hào)經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器復(fù)用到輸出鏈路。由于采用了波長(zhǎng)變換器，每個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換后再?gòu)?fù)用到輸出鏈路，從而支持虛波長(zhǎng)通道。這里的開(kāi)關(guān)矩陣在最初的設(shè)計(jì)容量確定后就定下來(lái)了，即使業(yè)務(wù)量較小時(shí)也不能減小，所以既無(wú)波長(zhǎng)模塊性，也無(wú)鏈路模塊性。(2 基于分送耦合開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)A.Watanabe等人于1994年提出了基于分送耦合開(kāi)關(guān)(deli

12、vering and coupling switches的OXC結(jié)構(gòu)，如圖4所示。圖4 基于分送耦合開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)分送開(kāi)關(guān)是一種新型光開(kāi)關(guān)，由1 2個(gè)光開(kāi)關(guān)和耦合器構(gòu)成，如圖5所示。每個(gè)1 2個(gè)光開(kāi)關(guān)由一個(gè)1 2耦合器和2個(gè)1 1個(gè)光門組成，具有四種狀態(tài)：全通，全不通，1號(hào)通，2號(hào)通。這樣的分送開(kāi)關(guān)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。圖5 分送耦合開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)分送耦合開(kāi)關(guān)的這些性質(zhì)，使得這種OXC結(jié)構(gòu)用波分復(fù)用器就實(shí)現(xiàn)了廣播發(fā)送功能。該結(jié)構(gòu)中，每條輸入輸出鏈路對(duì)應(yīng)一個(gè)M N分送耦合開(kāi)關(guān)，增加一條鏈路只需要增加一個(gè)波分復(fù)用器，M個(gè)波長(zhǎng)變換器和一個(gè)分送耦合開(kāi)關(guān)和

13、一個(gè)耦合器，具有鏈路模塊性。該結(jié)構(gòu)需要N個(gè)M N分送耦合開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)MN N個(gè)交叉點(diǎn)，2MN×N個(gè)光門，Nf個(gè)波分解復(fù)用器和MN個(gè)波長(zhǎng)變換器。(3 基于空間開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)除了基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)的OXC和基于分送耦合開(kāi)關(guān)的OXC，另外還有基于空間開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)（如圖6所示）和基于平行波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)。圖6 基于空間開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器的OXC結(jié)構(gòu)3.2 基于波長(zhǎng)變換的OXC結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換的主要是各種類型的波長(zhǎng)變換器，它們可以將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)域上的變換。(1 基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的多級(jí)波長(zhǎng)變換

14、OXC結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由Wen De Zhang等人于1996年提出，如圖7所示。圖7 基于陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器的多級(jí)波長(zhǎng)變換OXC結(jié)構(gòu)它巧妙的利用了陣列光柵復(fù)用器(arrayed waveguide grating multiplexer，AWGM的特性，將多級(jí)波長(zhǎng)變換器連接起來(lái)，完全在波長(zhǎng)域上實(shí)現(xiàn)光通道的交換。一個(gè)AWGM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和解復(fù)用的功能，并且將間隔寬度為自由譜寬(free spectral range的整數(shù)倍的多個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用到一個(gè)輸出端。圖中的1×1波長(zhǎng)變換器由一個(gè)解復(fù)用器，M個(gè)波長(zhǎng)變換器和1個(gè)耦合器構(gòu)成，完成將M個(gè)輸入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成為R個(gè)內(nèi)部波長(zhǎng)中某個(gè)波長(zhǎng)的功能。(2 完

15、全基于波長(zhǎng)變換的OXC結(jié)構(gòu)R.Sabella和E.IanneneL于1996年提出一種支持虛波長(zhǎng)通道的結(jié)構(gòu)，如圖8所示。在這種結(jié)構(gòu)中，所有輸入鏈路的WDM信號(hào)首先被波長(zhǎng)變換器轉(zhuǎn)換成MN個(gè)不同的內(nèi)部波長(zhǎng)，然后通過(guò)一個(gè)大耦合器送到MN條支路中，由可調(diào)諧濾波器選出一個(gè)所需的波長(zhǎng)，再由波長(zhǎng)變換器轉(zhuǎn)換成所需的外部波長(zhǎng)與其他波長(zhǎng)復(fù)用到輸出鏈路中。這種結(jié)構(gòu)不僅具有波長(zhǎng)模塊性和鏈路模塊性，而且還具有廣播發(fā)送能力。但缺點(diǎn)是對(duì)波長(zhǎng)變換器和可調(diào)諧濾波器的性能要求很高，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鞣秶枰采w所有MN個(gè)內(nèi)部波長(zhǎng)。圖8 完全基于波長(zhǎng)變換的OXC結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)主要需要Nf個(gè)上述的1×1波長(zhǎng)變換器，MNf個(gè)一般波

16、長(zhǎng)變換器和MNf個(gè)可調(diào)諧濾波器，而不需要空間交換器件。從AON對(duì)于節(jié)點(diǎn)交換的要求來(lái)看，它要求信號(hào)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程中避免光-電-光信號(hào)轉(zhuǎn)變，要求采用全光域波長(zhǎng)變換，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的透明性。單純從性能角度考慮，完全基于波長(zhǎng)變換的OXC結(jié)構(gòu)性能最好，但是它對(duì)于波長(zhǎng)變換器和可調(diào)諧濾波器的性能要求很高，要求工作范圍能覆蓋所有MN個(gè)內(nèi)部波長(zhǎng)，所以成本較高。四，多粒度OXC研究4.1 研究背景隨著通信業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，單根光纖可復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)達(dá)數(shù)千個(gè)波長(zhǎng)，而一根光纜中可以包含數(shù)百根光纖。同時(shí)DWDM網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也從原來(lái)簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)方式向環(huán)網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)方向發(fā)展。這些都使得網(wǎng)絡(luò)的交換容量不斷提

17、高，下一代網(wǎng)絡(luò)要求有Tbps級(jí)交換。傳統(tǒng)的光交叉連接器OXC采用基于波長(zhǎng)粒度的交換，所有的光路信號(hào)必須適配到波長(zhǎng)粒度后，經(jīng)過(guò)光的交叉連接矩陣進(jìn)行交換，所有這些都將使OXC具有極大的規(guī)模，也將增加控制的復(fù)雜性，最終將成為網(wǎng)絡(luò)容量的瓶頸。為此人們提出了多粒度光交叉連接節(jié)點(diǎn)（MG-OXC，Multi-Granularity OXC）：即在原來(lái)的波長(zhǎng)交換之前加入波帶、光纖等更大粒度的交換結(jié)構(gòu)3，圖9是一個(gè)典型的MG-OXC節(jié)點(diǎn)示意圖。圖9 MG-OXC交換結(jié)構(gòu)多粒度OXC光網(wǎng)絡(luò)中，光交換節(jié)點(diǎn)中可以進(jìn)行交換的粒度不僅僅是波長(zhǎng)，還可以是數(shù)個(gè)波長(zhǎng)組成的波帶甚至是整個(gè)光纖。波帶和光纖粒度的業(yè)務(wù)在交換節(jié)點(diǎn)中無(wú)須

18、適配到波長(zhǎng)粒度，而是作為一個(gè)整體經(jīng)過(guò)交叉連接矩陣進(jìn)行交換，這樣使得交叉連接矩陣的規(guī)模大大減小。從硬件的角度看，多粒度交換大大減少了交換節(jié)點(diǎn)中交換矩陣和光復(fù)解用器的端口數(shù)，簡(jiǎn)化了管理控制。其次，由于光信號(hào)經(jīng)過(guò)的光器件數(shù)的減少，使傳輸延時(shí)減小，可以放松對(duì)再生的要求，從而降低生產(chǎn)與維護(hù)成本。MG-OXC是交換結(jié)構(gòu)中聚合光纖、波帶、波長(zhǎng)三種交換粒度。4.2 多粒度OXC設(shè)計(jì)(1 三層多粒度交換結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)任意輸入端到輸出端的無(wú)阻塞交換，從左邊進(jìn)入光纖交換盒的光信號(hào)，根據(jù)其業(yè)務(wù)需要選擇配置從而進(jìn)行光纖交換或進(jìn)行更細(xì)粒度的波帶交換或波長(zhǎng)交換。其結(jié)構(gòu)如圖10所示：圖10 三層動(dòng)態(tài)配置的MG-OXC結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)

19、包含光纖交叉連接（FXC），波帶交叉連接（BXC），波長(zhǎng)交叉連接（WXC）共三層。如果一根光纖中所有波長(zhǎng)波帶信號(hào)都不需要在本地進(jìn)行交叉連接或上下路處理，則它直接通過(guò)FXC旁路通過(guò)。對(duì)于波帶級(jí)交換，對(duì)若干個(gè)相鄰波長(zhǎng)捆綁在一起進(jìn)行交叉連接處理，由BXC實(shí)現(xiàn)。對(duì)于波長(zhǎng)級(jí)交換，對(duì)若干個(gè)波帶進(jìn)一步分解成波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)WXC進(jìn)行交叉連接或上下路操作。MG-OXC可以靈活地進(jìn)行波長(zhǎng)、波帶、光纖的組合，適合在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)模型下進(jìn)行的業(yè)務(wù)流梳理。(2 二層多粒度交換結(jié)構(gòu)兩層多粒度交換結(jié)構(gòu)是一種從交換規(guī)模和性能上介于三層和單層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)。單層結(jié)構(gòu)不能完成中間節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)匯聚。而三層結(jié)構(gòu)中由于不同粒度之間經(jīng)過(guò)的光開(kāi)關(guān)的

20、級(jí)數(shù)差別較大，導(dǎo)致信號(hào)的衰減差別也較大。因此提出兩層的交換結(jié)構(gòu)，既能夠?qū)崿F(xiàn)中間節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)匯聚，而結(jié)構(gòu)也較三層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單4。和三層MG-OXC類似，兩層MG-OXC也可以有串連型和反饋型兩種結(jié)構(gòu)，如圖11所示。圖11 二層多粒度交換結(jié)構(gòu)(3 單層多粒度交換結(jié)構(gòu)單層節(jié)點(diǎn)可以看作三個(gè)沒(méi)有關(guān)系的光纖交換、波帶交換和波長(zhǎng)交換的堆疊（如圖12所示）。單層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是大大節(jié)省了光開(kāi)關(guān)的數(shù)目。但是這種節(jié)省代價(jià)是損失了一部分的交換能力，在單層結(jié)構(gòu)中不同粒度之間是不能完成交換的。例如圖12中的一個(gè)輸入光纖粒度業(yè)務(wù)只能交換到光纖輸出端口，而不能交換到波長(zhǎng)和波帶輸出的端口。那么在整個(gè)路徑中，源節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求的是什么粒度，在所有

21、的鏈路中就是什么粒度。圖12 單層MG-OXC結(jié)構(gòu)示意圖五，結(jié)論和傳統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)相比，全光網(wǎng)有很多優(yōu)點(diǎn)。光交叉連接器(OXC是全光網(wǎng)中的一個(gè)重要網(wǎng)絡(luò)單元，作為網(wǎng)格狀光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，其功能主要是通過(guò)實(shí)施波長(zhǎng)路由算法完成多波長(zhǎng)環(huán)網(wǎng)間的交叉連接以及光節(jié)點(diǎn)處任意光纖端口之間的光信號(hào)交換及選路，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)的自動(dòng)配置、動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自動(dòng)恢復(fù)。根據(jù)選路功能主要是由哪一種器件實(shí)現(xiàn)的，OXC可分為兩大類基于空間交換的OXC和基于波長(zhǎng)交換的OXC。單純從性能角度考慮，完全基于波長(zhǎng)變換的OXC結(jié)構(gòu)性能最好，但是它對(duì)于波長(zhǎng)變換器和可調(diào)諧濾波器的性能要求很高，要求工作范圍能覆蓋所有MN個(gè)內(nèi)部波長(zhǎng)，所以成本較高。多粒度光

22、網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)高速骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)技術(shù)，己成為國(guó)際學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和標(biāo)準(zhǔn)化組織的研究熱點(diǎn)，具有前沿性學(xué)術(shù)研究意義和工程化應(yīng)用前景。多粒度OXC光網(wǎng)絡(luò)中，光交換節(jié)點(diǎn)中可以進(jìn)行交換的粒度不僅僅是波長(zhǎng)，還可以是數(shù)個(gè)波長(zhǎng)組成的波帶甚至是整個(gè)光纖。波帶和光纖粒度的業(yè)務(wù)在交換節(jié)點(diǎn)中無(wú)須適配到波長(zhǎng)粒度，而是作為一個(gè)整體經(jīng)過(guò)交叉連接矩陣進(jìn)行交換，這樣使得交叉連接矩陣的規(guī)模大大減小。多粒度OXC研究具有廣闊的應(yīng)用前景。OXC技術(shù)還存在以下幾個(gè)問(wèn)題，一是系統(tǒng)的完全透明性無(wú)法保證，這主要受制于全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)尚未完全成熟；二是系統(tǒng)的規(guī)模和靈活性不夠理想，這主要受光器件特別是大規(guī)模光交叉矩陣開(kāi)關(guān)發(fā)展水平的制約；三是在網(wǎng)絡(luò)管

23、理方面，還有很多內(nèi)容有待于進(jìn)一步研究和規(guī)范。目前OXC的研究發(fā)展熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面。(1 利用MEMS制造高性能的光開(kāi)關(guān)器件。(2 設(shè)計(jì)高性能的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。(3 高效的保護(hù)恢復(fù)算法的開(kāi)發(fā)。(4 OXC與OADM的組網(wǎng)方案的研究。參考文獻(xiàn)1 鄒志威，陳博，全光網(wǎng)的關(guān)鍵器件光交叉連接器與光分插復(fù)用器，光電子技術(shù)，2002(22.2 陳遠(yuǎn)祥等，P比特光交換節(jié)點(diǎn)研究，中興通訊技術(shù)，2011(17.3 王建忠，全光通信網(wǎng)中基于FBG的OADM與OXC的研究，電子科技大學(xué)，成都，2008.4 張玲，鞏稼民，張亮，光網(wǎng)絡(luò)的核心器件光交叉連接器，西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(15.All Optical Switching Node TechnologyChen ZipingAbstractIn order to overcome the shortcomings of traditional optical communication networks, such as th