ＯＸＣ／ＯＡＤＭ關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展

摘要：

由于WDM技術(shù)的飛速發(fā)展，用于構(gòu)建WDM全光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備——光交叉連接和光分插復(fù)用引起人們廣泛關(guān)注。為此，文章對OXC/OADM的關(guān)鍵技術(shù)和解決方案進行了介紹，并對OXC/OADM的發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：

光傳送網(wǎng)；光交叉連接；光分插復(fù)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.

KEY WORDS:

OTN; OXC; OADM

1、OXC關(guān)鍵技術(shù)

1.1 OXC的幾種典型結(jié)構(gòu)

光交叉連接(OXC)主要有光/光(O/O)交換和光/電/光(O/E/O)交換兩大類。O/O交換由光交叉矩陣實現(xiàn)，根據(jù)交叉粒度的大小又分為基于光纖級交叉和基于波長級交叉(如波長選擇性交叉和波長可交換交叉)。而O/E/O交換則由半導(dǎo)體交叉芯片實現(xiàn)，可以完成更小粒度的交叉，應(yīng)用更靈活，但透明性受影響，目前單片交叉芯片容量可達320 Gbit/s，交叉粒度為STS-1(VC-3)。

1.2 OXC恢復(fù)算法

OXC恢復(fù)算法其實質(zhì)是路由和波長分配算法(RWA)，算法與OXC節(jié)點結(jié)構(gòu)有關(guān)，如是否全交叉，是否波長交換，是否波長可調(diào)諧等。其主要目的是為了提高網(wǎng)絡(luò)容量的利用率和網(wǎng)絡(luò)的生存性。

OXC恢復(fù)算法要完成的主要任務(wù)有：

*做到路徑最短(節(jié)點數(shù)最少)；

*使波長資源分配優(yōu)化；

*使各鏈路、節(jié)點業(yè)務(wù)量平衡，負荷量最佳或路由最安全；

*提供優(yōu)先級選擇，按優(yōu)先級順序恢復(fù)；

*具有可擴展性，即恢復(fù)算法要有普遍性，適合多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)的擴展。

1.3 光信道均衡

由于OXC具有多方向、半動態(tài)的特點，光信道均衡顯得尤為重要。在基于波長交叉的OXC中，每個鏈路對應(yīng)不同的方向和不同的傳輸距離，接收光功率差別很大。如果OXC內(nèi)部不具備光信道均衡，通過OXC交叉連接后，在輸出鏈路中各信道功率差非常大的情況下，將無法進行傳輸。目前，光信道均衡比較成熟的方法是采用陣列可變光衰減器(VOA)實現(xiàn)，或直接用V-MUX實現(xiàn)(即陣列VOA實現(xiàn)加合波實現(xiàn))。

1.4 OXC保護與恢復(fù)

嚴格地講，保護和恢復(fù)是兩個不同的概念，但如何在OXC中實現(xiàn)保護機制和恢復(fù)機制的共存，從而為不同類型的業(yè)務(wù)提供不同的保護恢復(fù)策略是OXC的一個重要課題。

就保護而言，一個簡單的例子是在OXC組成的Mesh(格形)網(wǎng)中提供部分通道的1+1保護，這部分容量在業(yè)務(wù)指配(含主、備通道)完成后，其占用的容量在OXC恢復(fù)算法中作為不可用容量對待。

就恢復(fù)而言，目前主要有基于鏈路的恢復(fù)和基于光通道恢復(fù)兩種,兩種恢復(fù)策略各有優(yōu)缺點。需要指出的是，在基于光通道恢復(fù)的恢復(fù)機制中，如何同時監(jiān)視主通道和恢復(fù)通道的告警及通道性能是需要認真研究的。自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)的波長路由也要解決這個問題。

圖1是基于光通道恢復(fù)的一個實例，正常情況下主信道傳送業(yè)務(wù)，恢復(fù)信道空閑。因此只知道主信道的狀態(tài)，而恢復(fù)通道無法監(jiān)視。一種解決辦法是在恢復(fù)通道中傳送額外業(yè)務(wù)，或想辦法在恢復(fù)通道中加載信號源；另一種辦法是不管恢復(fù)通道狀態(tài)，只要主信道出現(xiàn)故障就將業(yè)務(wù)倒向恢復(fù)通道。

1.5 防止自激

在電領(lǐng)域中，閉環(huán)在一定的振幅和相位匹配條件下會產(chǎn)生自激，光領(lǐng)域也不例外。在OXC/OADM組成的Mesh網(wǎng)中，由于各節(jié)點都有光放大器，振幅條件很容易滿足，如果某一個或幾個光通道形成閉環(huán)，則很有可能使整個系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)自激。解決的辦法一是靠算法保證；二是靠配置管理，將空閑的光交叉狀態(tài)全部置于斷開狀態(tài)。

1.6 瞬態(tài)響應(yīng)抑制

OXC組成的Mesh網(wǎng)中，交叉狀態(tài)的改變必然帶來各鏈路光功率重新分配。由于網(wǎng)絡(luò)中存在大量的光放大器和可調(diào)諧器件，整個系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)瞬態(tài)響應(yīng)過程，嚴重時甚至?xí)绊憳I(yè)務(wù)。如何抑制瞬態(tài)響應(yīng)是OXC設(shè)計中需要重點考慮的問題。解決的辦法一是快速光信道均衡；二是提高光放大器響應(yīng)速度(目前可達微秒級)，并使放大器工作于增益鎖定模式。

1.7 串?dāng)_

串?dāng)_的主要來源一是由于光器件(如合波/分波器、光開關(guān)等)隔離度不可能無限高，波長間存在帶間串?dāng)_；二是在OXC中，信號被多次交叉連接和復(fù)用/解復(fù)用，原來的帶間串?dāng)_轉(zhuǎn)化為帶內(nèi)串?dāng)_；三是光放大器自發(fā)輻射噪聲(ASE)和光纖非線性；四是放大器的瞬態(tài)響應(yīng)。

解決串?dāng)_是實現(xiàn)OXC組網(wǎng)和長距離傳輸?shù)年P(guān)鍵。

1.8 數(shù)字包封

數(shù)字包封(Digital Wrapper)提供的主要功能有：

*多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一封裝，在OTN側(cè)提供統(tǒng)一的告警和性能監(jiān)視，與封裝內(nèi)容無關(guān)；

*信號質(zhì)量的分層、分段監(jiān)視；

*豐富的開銷，支持運行、維護和管理(OAM)；

*FEC改善信號傳輸質(zhì)量。

目前，2.5 Gbit/s和10 Gbit/s數(shù)字包封技術(shù)已比較成熟，并已廣泛應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，但其潛力還有待進一步發(fā)掘，特別是聯(lián)網(wǎng)智能方面。

1.9 網(wǎng)管

OXC網(wǎng)管除了完成傳統(tǒng)的四大管理功能外，還必須具備實時恢復(fù)算法，具備業(yè)務(wù)的端到端指配和恢復(fù)功能，同時提供端到端業(yè)務(wù)的管理。也就是說，OXC網(wǎng)管必須具備子網(wǎng)級甚至網(wǎng)絡(luò)級網(wǎng)管的能力。

2、OADM關(guān)鍵技術(shù)

2.1 OADM分類和主要功能

光分插復(fù)用(OADM)主要分串行、并行和串并混合3種結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)方式多種多樣，從功能上說，應(yīng)具備如下特點：

*業(yè)務(wù)的保護；

*固定或可配置上下路；

*多業(yè)務(wù)接入；

*端到端業(yè)務(wù)指配和管理。

2.2 保護功能的實現(xiàn)

在OADM環(huán)網(wǎng)中，主要保護方式與SDH類似，有光通道保護(含單向通道保護、子網(wǎng)連接保護、雙向光通道保護)和光線路保護(含二纖環(huán)保護和四纖環(huán)保護)兩大類，這幾種保護方式各有千秋，實現(xiàn)方式各異。目前應(yīng)用最多的還是單向通道保護，其特點是實現(xiàn)簡單，可靠性高，無須協(xié)議支持，保護時間短，組網(wǎng)應(yīng)用靈活，根據(jù)業(yè)務(wù)需要可實現(xiàn)部分波長保護。雙向光線路保護(BLSR)可實現(xiàn)全部業(yè)務(wù)在光層的保護，保護效率高，在非集中型業(yè)務(wù)組網(wǎng)情況下容量利用率高，可支持額外業(yè)務(wù)，不足之處有3點：一是保護路徑過長，二是信道均衡比較麻煩，三是在不需要光層保護的情況下，某些業(yè)務(wù)(如SDH)存在多層保護的競爭和協(xié)調(diào)問題。雙向光通道保護比較有特點，但實現(xiàn)開銷較大，由于光通道不是1+1方式，因此存在保護通道監(jiān)視困難的問題。

2.3 告警傳遞與自動保護倒換協(xié)議擴展

OADM環(huán)網(wǎng)中，如果采用BLSR，則需要自動保護倒換(APS)協(xié)議支持，目前的做法是將G.841協(xié)議經(jīng)過適當(dāng)修改和擴展來實現(xiàn)。需要指出，在OADM環(huán)網(wǎng)中，如果有線放站存在(在大的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中)，則需要考慮告警傳遞(如圖2所示)問題，其情形類似于在SDH環(huán)網(wǎng)元中加入電中繼。當(dāng)然還有一種方法是將發(fā)生故障的下游線放站的輸出關(guān)斷，但這種做法不嚴謹，應(yīng)少用。

2.4 防止自激與錯連

OADM與OXC類似，在某些情況下會發(fā)生自激，應(yīng)想辦法防止。錯連通常發(fā)生在波長重用、系統(tǒng)故障或多處節(jié)點(含多節(jié)點)失效的情況下，在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)予以重視并想辦法予以避免。

2.5 透明復(fù)用與子波長管理

在DWDM和光網(wǎng)絡(luò)中，透明復(fù)用越來越受到重視，其關(guān)鍵技術(shù)是開銷透傳。透明復(fù)用被人們定義為子波長復(fù)用，由于具備子波長交叉能力，應(yīng)用非常靈活。目前開發(fā)的透明復(fù)用主要用來節(jié)約帶寬資源，其靈活的組網(wǎng)能力并未很好發(fā)掘，下一步的研究重點將是子波長級的業(yè)務(wù)指配和管理。

3 OXC/OADM的發(fā)展

OXC/OADM作為光傳送網(wǎng)(OTN)的關(guān)鍵網(wǎng)元，經(jīng)過幾年的研究，技術(shù)已基本成熟，相關(guān)產(chǎn)品也已問世，但目前并未獲得規(guī)模應(yīng)用。究其原因，組網(wǎng)形態(tài)可能是阻礙OXC應(yīng)用的主要因素。就目前的組網(wǎng)方式，不管是SDH還是DWDM，主要組網(wǎng)方式還是鏈形和環(huán)網(wǎng)，這也是OADM首先獲得應(yīng)用的主要原因，而OXC的最佳組網(wǎng)方式是Mesh網(wǎng)。短期看，一方面要繼續(xù)完善OXC的功能，降低成本，等待并尋找市場機會；另一方面將OXC相關(guān)先進技術(shù)應(yīng)用于OADM也許是另一種出路。從長期發(fā)展來看，自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)正在成為新的研究熱點，其傳送平面和管理平面與OXC基本相同，區(qū)別在于OXC的光通道建立是由管理平面完成，而ASON是由客戶端發(fā)起?！?/p>

(收稿日期：2002-06-30)

作者簡介

何建明，烽火通信科技股份有限公司傳輸產(chǎn)品部副總經(jīng)理，高級工程師。研究領(lǐng)域為高速光通信系統(tǒng)，主要研究SDH、DWDM和OXC/OADM等。