光交叉連接的中實(shí)現(xiàn)方法（陳偉）1引言 光交叉連接是全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，也是全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最難解決的“瓶頸”問(wèn)題。在理想的全光網(wǎng)中，信號(hào)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)均是在光的范疇內(nèi)進(jìn)行，但是由于現(xiàn)有器件技術(shù)的限制，使得全光網(wǎng)中冬節(jié)點(diǎn)的處理能力有限，并不能完成光波轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)等功能，而這些功能對(duì)于全光網(wǎng)有效地運(yùn)行具有很重要的意義。因此人們從實(shí)用的角度出發(fā)提出了有限制地在節(jié)點(diǎn)上使用電處理的策略，即用電處理來(lái)完成現(xiàn)在光處理所不能完成的功能，從而使全光WDM網(wǎng)的運(yùn)行使用的能力和范圍得到充分的擴(kuò)展。 光波轉(zhuǎn)換及高速交叉連接等技術(shù)在電領(lǐng)域已經(jīng)是一種成熟的技術(shù)，因此使用電方法實(shí)現(xiàn)光交叉連接具有現(xiàn)實(shí)意義，這樣對(duì)加速全光網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用具有促進(jìn)作用。光交叉連接設(shè)備應(yīng)具有傳輸?shù)耐该餍浴捴卫怼⒐饩W(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)等主要功能。對(duì)于電實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)：傳輸?shù)耐该餍允禽^難實(shí)現(xiàn)的，其他方面的功能都比較輕易實(shí)現(xiàn)。2電實(shí)現(xiàn)方法 光交叉連接的電實(shí)現(xiàn)方案包括光分波器、光收模塊、電交叉連接單元、光發(fā)模塊、光合波器、波長(zhǎng)性能監(jiān)測(cè)單元、控制治理單元等，其中除了光分波器和光合波器為全光器件外，其他單元都使用電實(shí)現(xiàn)方法。 光分波器：把單光纖內(nèi)多波長(zhǎng)光按波長(zhǎng)解復(fù)用成多束單波長(zhǎng)光。 光合波器：把多來(lái)單波長(zhǎng)光復(fù)用到單光纖內(nèi)形成多波長(zhǎng)光。 光收模塊：把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并能夠檢測(cè)光信號(hào)的參數(shù)（光功率等）。 光發(fā)模塊：把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并能夠調(diào)節(jié)和檢測(cè)光信號(hào)的參數(shù)（光功率、光波長(zhǎng)等）。 電交叉連接單元：把任一輸人口的電信號(hào)通過(guò)控制可以調(diào)配到任意一個(gè)或多個(gè)輸出口，再進(jìn)行電信等輸出。現(xiàn)有成熟技術(shù)可以單級(jí)實(shí)現(xiàn)2.5Gb／s電信號(hào)的64×65的電信號(hào)交叉。 監(jiān)控波優(yōu)點(diǎn)理單元：利用非業(yè)務(wù)光通道（2Mb/s）傳送節(jié)點(diǎn)間信息和網(wǎng)絡(luò)信息。 波長(zhǎng)性能監(jiān)測(cè)單元：對(duì)單波長(zhǎng)光信號(hào)的性能監(jiān)測(cè)和治理。光信號(hào)性能包括光功率、光信號(hào)丟失、光線路劣化等。光線路誤碼監(jiān)測(cè)是先通過(guò)光收模塊把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，進(jìn)一步進(jìn)入電交叉連接單元選擇出需要監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)的電信號(hào)，再使用電的方法來(lái)完成。 控制治理單元：完成系統(tǒng)各單元的性能監(jiān)測(cè)與治理；控制系統(tǒng)各單元協(xié)同工作；配置電交叉連接單元的路由；融入傳送網(wǎng)治理系統(tǒng)。 （1）將輸入的多波長(zhǎng)光信號(hào)通過(guò)光分波器解復(fù)用成多束單波長(zhǎng)光信號(hào)； （2）把光信號(hào)輸入到光收模塊轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； （3）電信號(hào)在電交叉連接單元中完成信號(hào)的交叉連接； （4）電交叉連接單元輸出的電信號(hào)經(jīng)光發(fā)模塊轉(zhuǎn)換成特定波長(zhǎng)特定功率的光信號(hào)； （5）最后特定波長(zhǎng)特定功率的光信號(hào)通過(guò)光合波器復(fù)用成多波長(zhǎng)光信號(hào)輸出。 此方法從宏觀上完成了光信號(hào)的交叉連接功能和波長(zhǎng)的本地上下路功能。3電實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能與性能 電交叉連接單元具有無(wú)阻塞特性，加上光發(fā)模塊具有波長(zhǎng)選擇功能，因此系統(tǒng)可以完成無(wú)阻塞的光交叉連接和波長(zhǎng)重用，支持虛波長(zhǎng)通道，答應(yīng)波長(zhǎng)的廣播發(fā)送。整個(gè)系統(tǒng)以單波長(zhǎng)為一個(gè)獨(dú)立的處理單位，可以完成波長(zhǎng)的路由選擇，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的信號(hào)調(diào)配。控制治理單元與傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)治理系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分布發(fā)生變化或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，可以動(dòng)態(tài)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。 整個(gè)系統(tǒng)按模塊化設(shè)計(jì)，可以動(dòng)態(tài)改變光收模塊和光發(fā)模塊的數(shù)量，在線擴(kuò)大電交叉連接單元的交叉容量，在線增加光分波器和光合波器的數(shù)量來(lái)增加光復(fù)用段的數(shù)量，從而適應(yīng)不同業(yè)務(wù)量節(jié)點(diǎn)的要求，當(dāng)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)也能平滑過(guò)渡。這種實(shí)現(xiàn)方法具有以下特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；單元技術(shù)成熟；有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性；基本單元少；對(duì)于不同業(yè)務(wù)量節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)都具有很高的性能價(jià)格比。 整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)波長(zhǎng)性能監(jiān)測(cè)單元檢測(cè)系統(tǒng)和波長(zhǎng)的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到缺陷時(shí)，通知控制管理單元，控制治理單元根據(jù)特定的保護(hù)倒換協(xié)議采取相應(yīng)的保護(hù)措施，調(diào)整電交叉連接單元路由配置，并通過(guò)監(jiān)控波優(yōu)點(diǎn)理單元把本節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)傳送到網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)和治理系統(tǒng)，從而完成光通道保護(hù)；整個(gè)系統(tǒng)也可以接受治理系統(tǒng)的倒換命令，進(jìn)行光通道倒換，人工來(lái)完成光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)；整個(gè)系統(tǒng)還可以通過(guò)監(jiān)控波優(yōu)點(diǎn)理單元接收光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)和治理系統(tǒng)的信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)有缺陷時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行光通道路由搜索，完成光網(wǎng)絡(luò)級(jí)的光通道路由保護(hù)和光網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。 整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有處理信號(hào)中的數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)格式可以完整穿過(guò)系統(tǒng)，因此系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)格式具有透明性。全光網(wǎng)的傳輸透明性除數(shù)據(jù)格式透明性外還包括傳輸碼率透明性和調(diào)制方式透明性等兩種，這正是電實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。4電實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)及解決方法 傳輸碼率透明性對(duì)電實(shí)現(xiàn)方法的難點(diǎn)在于光收模塊，因?yàn)橄到y(tǒng)的其他部分對(duì)傳輸碼率顯透明狀態(tài)。可以使用無(wú)時(shí)鐘再生的2R光收模塊技術(shù)和時(shí)鐘再生速率可調(diào)光收模塊技術(shù)來(lái)解決傳輸碼率透明性問(wèn)題。2R光收模塊對(duì)傳輸碼率完全透明，而且終止了光線路的色散累加。由于2R光收模塊無(wú)時(shí)鐘再生，所以在信號(hào)處理過(guò)程中將引人信號(hào)抖動(dòng)和失真，當(dāng)信號(hào)穿過(guò)多級(jí)2R光收模塊時(shí)信號(hào)抖動(dòng)和失真將累加，這樣影響了信號(hào)穿過(guò)的2R光收模塊節(jié)點(diǎn)數(shù)，是2R光收模塊的弱點(diǎn)。時(shí)鐘再生速率可調(diào)光收模塊對(duì)傳輸碼率不完全透明，而且終止了光線路的色散累加，當(dāng)它進(jìn)行信號(hào)時(shí)鐘再生后，時(shí)鐘再生速率可調(diào)光收模塊可以終止光線路的非線性累加和信號(hào)的抖動(dòng)累加，這樣信號(hào)穿過(guò)的時(shí)鐘再生速率可調(diào)光收模塊的節(jié)點(diǎn)數(shù)不受限制；另一方面，因有時(shí)鐘再生單元，會(huì)受到鎖相環(huán)鎖相頻率范圍限制，難以解決51MHz～2.5GHz如此寬的鎖相范圍，不過(guò)輕易解決多鎖相頻點(diǎn)技術(shù)，這恰恰滿足現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率系列要求，如SDH的155.522Mb／S、622.08Mb／S。2.488Gb／s等傳輸速率系列和千兆以太網(wǎng)的1.25Gb／s傳輸速率系列，因此時(shí)鐘再生速率可調(diào)光收模塊可以有條件地滿足傳輸碼率透明性要求。 電實(shí)現(xiàn)方法對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)制，因此實(shí)現(xiàn)調(diào)制方式的透明性難度很大。目前，光信號(hào)調(diào)制方式分為強(qiáng)度調(diào)制和光孤子調(diào)制兩種方式，光孤子調(diào)制方式還未商用化，市場(chǎng)上只有強(qiáng)度調(diào)制方式。正因?yàn)檫@樣，從商業(yè)角度來(lái)看，調(diào)制方式本身就具有透明性。 電實(shí)現(xiàn)方法可以很好地解決全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的光交叉連接“瓶頸”問(wèn)題，雖然電實(shí)現(xiàn)方法比全光解決方法在傳輸透明性上略微遜色一點(diǎn)，但是電實(shí)現(xiàn)方法具有很強(qiáng)的可實(shí)現(xiàn)性和很高性價(jià)比，相對(duì)于今天不成熟的全光技術(shù)，光交叉連接的電實(shí)現(xiàn)方法具有很高的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)它也將促進(jìn)全光網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展。