光的世界第二弹：OXC和OADM

第一弹中，我们知道了光交换的几种主要方式，下面我们来关注下光网中的两种主要设备，OXC和OADM。

一、OXC的原理及应用

我们在第一弹中介绍过，光纤本身具备巨大的通信潜能，但是往往由于节点电子化的瓶颈，使得其带宽优势无法发挥出来，人们解决这个问题的办法，就是采用OXC设备来直接在光层面进行交换，因为光的交换不同于电子交换，所以没有简单的将其命名为光交换机，而是称之为光交叉连接（Optical Cross Connextion）设备。（水煮豆豆注：这里的X不是单词的缩写，而是一个交叉的含义，这点同某些标识网线交叉线还是直通线的含义类似）

这里要提到一个比较，OXC和DXC的区别，我们传统的DXC（数字交叉链接）设备，比如SDH中的DXC等，具有信号复用，信号交换，保护倒换，监控管理等功能；OXC则是在光级别完成了这些动作，与此同时，由于OXC不需要去关心信号内部的格式和速率，可以透明的对更下层的光进行处理，使得具有很大的通用性，而DXC则要根据不同的信号格式分别部署相应的设备。此外，OXC的处理能力能达到Petabit （水煮豆豆注：一个petabit相当于10的15次方个二进制数字，一个petabit等于一千个gigabit）。而DXC只能达到Gigabit级别。

OXC主要由输入单元(放大器EDFA，解复用DMUX)，光交叉连接部分(关交叉连接矩阵)，输出单元(波长变换器OTU，均功器，复用器)，控制和管理单元及其分插复用这五大部分组成。如图：

光信号在经过放大，解复用后散开，成为单独波长的光波，进入交换矩阵进行交换，随后变换波长并均功后重新复用输出。同时，也可以复用在IP网络和SDH链路上。注意此时的输出光信号已经和输入的光信号无论是用户还是波长均已发生变化。这里，波长变化是为了解决在同一路光纤中无法复用波长相同的两路光波而设计的。均功器则是为了保证各波长通道的光信号功率控制在可允许的范围内，防止非均衡增益经EDFA放大导致比较严重的非线性效应。

OXC的主要模块：

（1）光交叉矩阵。纯光交叉矩阵的OXC仍然处于研发和现场实验阶段，主要问题之一，是尚未有性能价格比好、容量可扩展、稳定可靠的光交换矩阵，目前主要的发展方向是电子机械开关(MEMS)的新型光开关。光交换矩阵的主要指标是与偏振无关，光通道隔离度大，插入损耗小，通道损耗小，通道均匀性好，多波长操作能力好。

（2）波长变换器。波长变换器可以将信号从一个波长转换到另一个波长上，实现波域的交换。目前有两种基本的方式和全光方式。光电混合方式在功率、信号再生、波长和偏振敏感性等方面性能优良，但它对不同的传输代码格式和比特率不透明。所以OXC中的波长变换器用的是全光变换方式。

（3）掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器(EDFA)的作用是有效补偿线路损耗和节点内部损耗，延长传输距离。EDFA具有宽频带，对调制方式和传输码率透明等特点。

（4）功率均衡器。均功器使各波长通道光功率的差异在允许的范围内，防止在经过多个节点的EDFA级联以后对系统造成严重的非线性效应。
（5）控制和管理单元。控制和管理单元实现OXC设备各功能模块的控制和管理。它有自动保护倒换功能，也能够支持光传送网的端到端的连接指配，动态配置波长路由，快速保护和恢复网络传输业务。

同时，多个OXC组成的交换枢纽可以进行更加高规模和细微颗粒度的光交叉控制，实现传送网业务的灵活处理。

二、OADM的原理及其应用

我们前面了解OXC的基本原理，感受到了它在光传送过程中的重要地位，下面介绍另外一个重要设备光分插复用器（Optical Add-Drop Multiplexer）。分插复用是指将一个波长的光从传送节点上“分离”出来或者将同一波长的光“插入”进去。在光网络中运用分插复用设备，能够使光网的波长应用和分配更加具备灵活性。

OADM的基本功能包括三种：下路需要的波长信道,复用进上路信号,使其它波长信道尽量不受影响地通过。OADM具体的工作过程如下：从线路来的光信号包含多个波长信道,进入OADM的输入端,根据业务需求,从多个波长信道中,有选择性地从下路端（Drop）输出所需的波长信道,相应地从上路端（Add）输入所需的波长信道。而其它与本地无关的波长信道就直接通过OADM,和上路波长信道复用在一起后,从OADM的线路输出端输出。

根据不同的组网设计、业务需求情况和资源配置,光网络对用于其中的OADM节点有一定的要求,主要集中在性能要求上,具体体现在以下几个方面：重构性、可扩展性、透明性以及多通道处理能力。此外,引入OADM对网络管理有利有弊。尽管OADM允许光信道的灵活管理,但其灵活性不是完全不受约束的,OADM带来的信号恶化需要认真考虑。在网络目标与OADM的光性能上存在一个技术选择的平衡点。

OADM主要参数有：信道间隔、信道带宽、中心波长、信道隔离度、波长温度稳定度、信道差损均匀性。
OADM的主要模块：OADM节点的核心器件是光滤波器件,由滤波器件选择要上/下路的波长,实现波长路由。目前应用于OADM中的比较成熟的滤波器有声光可调谐滤波器、体光栅、阵列波导光栅（AWG）、光纤布拉格光栅（FBG）、多层介质膜等。从OADM实现的具体形式来看,主要包括分波合波器加光开关阵列及光纤光栅加光开关两大类。

（1）分波合波器加光开关阵列

这种结构的波长路由采用分波合波器,OADM的直通与上下的切换由光开关或光开关阵列来实现。这种结构的支路与群路间的串扰由光开关决定,波长间串扰由分波合波器决定。由于分波合波器的损耗一般都比较大,所以这种结构的主要不足是插损较大。目前分波合波器多采用体光栅、多层介质膜和阵列波导光栅等器件。

（2）光纤光栅

光纤布拉格光栅（FBG）是使用紫外光干涉在光纤中形成周期性的折射率变化（光栅）制成的光器件。其优点是可直接写入通信光纤,成本低,生产重复性高,可批量生产,易于与各种光纤系统连接,连接损耗小,波长、带宽、色散可灵活控制。存在的主要问题是受外界环境的影响较大,如温度、应变等因素的微小变化都会导致中心波长的漂移。

三、OXC和OADM的区别及应用

从总体上看，OXC和OADM都是光网中不可或缺的重要组成部分，没有地位高低之分。但是从组成和属性来看，OADM其实是一种OXC的特殊实现而已。简单的说，就是OXC包含OADM，而在如今的网络中，OADM已经逐步演变成具有更强大功能的ROADM（可重构光分插复用系统）再加上新衍生出的光路由的概念，实际上形成了光路由>OXC>ROADM>OADM的包容结构。

此外，在传送网结构中，OADM主要用于本地环、城域环的分插复用，而OXC则负责不同网络之前的链接，这点上，很有园区交换机和园区间路由器的差别。

转载于:https://blog.51cto.com/netwalk/75923

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