波分交叉连接结构的一种简单评估方法%%
杨春勇1!Z%%!刘德明1!吴绍靖3!黄德修1
1.华中科技大学光电子工程系湖北武汉430074Z.中南民族大学电子信息工程学院湖北武汉4300743.华中师范大学信息技术系湖北武汉430079
摘要提出了一种评估各种波分交叉连接WXC结构的简单分析方法定性讨论了几种常用WXC结构在阻塞模块性广播发送能力和扩展能力的特性利用线性方程组建立数学模型并对几种常见WXC 方案做出了定量分析插入损耗硬件成本和灵活性的比较结果对比几种实现方案得出基于解复用空间光开关矩阵复用的WXC结构DS M具有最小的传输损耗且其成本和灵活性均表现较好
关键词波分复用WD M波长交叉连接器WXC光交换结构插入损耗代价
中图分类号TN9Z9.11文献标识码A文章编号1005-0086Z0060Z-0197-06
A S i m p le Eval uati on f or W avelen g t h C ross Connect Architect ures美国的英文
YANG Chun-y on g1Z%%Li U D e-m i n g1WU Shao-i n g3HUANG D e-xi u1
1.D e p art m ent of O p t oel ectr onics En g i neeri n g Huazhon g Uni versit y of S ci ence and T echnol o gy W uhan 430074Chi na Z.S chool of E l ectr onics inf or m ati on En g i neeri n g Sout h-Central Uni versit y of Nati onali-ti es W uhan430074Chi na3.D e p art m ent of inf or m ati on T echnol o gy Huazhon g Nor m al Uni versit y W u-han430079Chi na
等等 英文Abstract A s i m P l e me t h od i s P r o P od t o eval u at e di ver Wave l en9t h cr oss-conn ect WXC str uct ur es.W e make a C u al i ti ati ve anal y s i s o f bl ocki n9modul ari t y br oadcast ca-P abi l i t y and scal abi l i t y o f ver al f a m i l i ar WXCs.Li n ear e C u ati ons ar e ud t o t u P a mat h mode l and make a C u anti t ati ve anal y s i s o f i nrti on l oss h ar d War e cost and fl exi bi l i t y f or t h e WXCs.Co m P ar ed W i t h ver al WXC sch emes t h e sW i t chi n9f abri c bad on de-mux s P ace sW i t ch es matri x mux DSM i s sh oWn t o h ave t h e l east l oss.Mor eover a con-c l us i on i s dr a Wn t h at DSM i s mor e cost-e ff ecti ve and fl exi bl e.
K e y Words Wave l en9t h di vi s i on mul ti P l exi n9WD M Wave l en9t h cr oss connect WXC o P ti cal sW i t chi n9 f abri c i nrti on l oss cost
1引言
密集波分复用D WD M技术的应用使点到点光纤通信系统尽管有了巨大的传输容量但只能提供原始的
点到点的传输带宽更需要有灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力1从技术发展来看当前网络节点的处理能力无法跟上网络传输链路容量的增长速度面对越来越大的通信容量和网络管理灵活性的需求在光层执行许多高级的联网功能已迫在眉睫于是对光节点投入了极大的关注臆图实现光层互联Z3随着光交换技术的出现4终于发现了改造传输网络的契机光传送网开始向支持网状网和带宽动态灵活指配的智能光网络方向发展
波分交叉连接WXC是全光网络的核心技术也是全光网络技术中最难解决的瓶颈问题它主要的作用就是完全在光域中把输入端的任一光纤信
光电子·激光
第17卷第Z期Z006年Z月JOur nal O f O p t Oelect rOnics Lar Vol.17No.Z Feb.Z006
%收稿日期Z005-03-Z5修订日期Z005-09-05
基金项目武汉市科技攻关计划资助项目
号可控制地连接到输出端的任一光纤中去
目前随着D WD M技术以及各种光开关技术的进步使得构建多种可选择WXC方案成为可能设计WXC系
统变得灵活有多种实现方案可以灵活选择的同时又面临如何根据不同的光网络需求选择不同的方案因此对不同方案的评估和比较显得十分必要文献58对各种常用结构在阻塞模块性广播发送能力和升级能力等几个方面进行了定性的讨论本文将在插入损耗硬件成本灵活性方面对文献58中提出的WXC结构进行定量的评估
2波分交叉连接方案
快速记单词WXC的光交换网络目前采用Z种基本交换机制空间交换和波长交换前者的器件有各种类型的光开关它们在空间域上完成入端到出端的交换功能后者的器件是指各种类型的波长变换器可以将
信号从一个波长转换到另一个波长上实现波长域上的交换另外光交换模块中还广泛使用了波长选择器如各种类型的可调谐光滤波器和解复用器它完成选择WD M信号中1个或多个波长的信号通过而滤掉其它波长信号的功能这些器件的不同组合可以构成不同结构的WXC根据选路功能主要是由哪一种器件实现的WXC可以分为Z大类基于空间交换的WXC和基于波长交换的WXC文献5
六年级上册英语翻译8提出的WXC结构有多种且由于器件的相互可替代性基于这些基本结构它们又可以演化为更多的结构为了讨论的一致性假设各种结构均有N= N f条输入输出链路每条链路中复用同一组M个波长可上下路的波长数为a图1图7为几种常见的WXC核心交换网络基本结构其中W P为波长通路V W P为虚波长通路EDFA为掺铒光纤放大器DXC为数字交叉连接
图l基于耦合器对!可调谐滤波器!空间光开关矩阵的WXC结构"CFSC#
F i g.l WXC bad on co mbi ner!t unable filter!s p atial o p tical sW itchi n g m atri x"CFSC#
图2基于解复用!复用!空间光开关矩阵的WXC结构"DSM#when you told me you love me
891光电子·激光Z006年第17卷
图3基于解复用!耦合器!分送耦合开关的WXC结构"DDCC#
F i g.3WXC bad on de mux co mbi ner!deliveri n g-and-cou p li n g sW itches"DDCC#图4波长可变的WXC结构"DSM-A W C#
F i g.4WXC bad on Wavelen g t h convers ion"DSM-A W C#
图5基于平行波长开关的WXC结构"CCS FC-V W P#
F i g.5WXC bad on7p arallel-sW itches"CCS FC-V W P#
3评估方法
3.1插入损耗的比较
对WXC的传输损耗评价模型如图8所示!由于EDFA具备放大能力和根据不同情况可选用不同的放大倍数"以补偿WXC结构的功率损耗!另外"
图6基于阵列波导光栅波分复用器的
三级波长变换WXC结构"A WGM-V W P#
F i g.6WXC bad on arra y ed Wave g ui de
g rati n g s multi p lexer"A WGM-V W P#
图7基于波长转换器!耦合器!可调谐滤波器!
波长转换器!耦合器的波长
交换的WXC结构"CFCN-V W P#
F i g.7WXC bad on Wavelen g t h converter!
co mbi ner!t unable filter!Wavelen g t h
#
991
#
第Z期杨春勇等$波分交叉连接结构的一种简单评估方法
基于SOA的波长转换器9在一定程度上它具有放大器的功能为了统一起见考查的是光信号通过WXC后各无源器件的光功率损耗值LOss根据文献6对各器件单元的报告结果均选用各器件的最大光功率损耗作为基准值各器件公司的产品指标不尽相同光功率预算时的绝对值必然有所差别在评价WXC结构时均选用同一器件指标配置不影响相互间的差异性便于评估在预算整个WXC结构系统的功率损耗时系统光功率估计损耗是光路通过这些器件损耗功率的简单相加假设最坏情况下8=1耦合器插入损耗为10dB4>4光开关的插入损耗为Z.5dB滤波器损耗为5dB解复用/复用器的损耗值为5dB
图8光学传输损耗评估模型
F i g.8The eval uati n g m odel of transm iss ion l oss
对各种WXC结构的传输损耗评估如图9所示从传输损耗来看在支持W P的WXC结构方案中DS M-W P和DS M-A WC是最好的只有14.5dB在支持V W P的WXC结构方案中DS M-V W P和
图9WXC s传输损耗评估结果!N=3"M=8#
了不起的盖茨比主题曲
F i g.9The eval uati n g results of transm iss ion l oss
f or WXC s!N=3"M=8#
DDCC-V W P1DDCC-V W PZ表现最好分别为Z1 dB和19.5dB其中DDCC方案略好
3.2硬件成本$上下路灵活性的比较
在各种WXC结构中可以采用成熟的商业化器件有波长转换器OEO>全光开关阵列PLC>滤波器int erl eaver>复用/解复用器薄膜滤光片>阵列也是针对这些器件进行的其中有源器件OEO和无源器件的PLC A WG M的成本相对较高为了评估WXC结构成本不失比较的相对性参照文献10 1Z得出成本计算参照表如表1所示表中A 是一个基础成本单位各器件的成本是表中的值与A 的乘积如OEO的实现依赖于不同的比特率有所不同针对比特率分别为6Z Z M b/s Z.5Gb/s和10 Gb/s的OEO代价T为1A Z.5A和7A由于目前A WC还未进入大规模实用阶段实验室得到的A WC往往成本过高而难以计入DS M-A WC结构的成本中即使对其考查构建这样的系统也会因为代价过高而在市场中不具备优势所以没有考查DS M-A WC结构成本但是有理由相信未来实用化的A WC有着广阔的应用前景根据表中的假设性定义可以得出估算各种WXC结构的系统成本表达式为
CFSC-W P Z MN S
/
8MN
i M N a
>
\31> CFSC-V W P Z MN S
/8MN
i M N a
>
\3
MN T Z> DS M-W P Z MN D
/8M N a>
avcintra
\33> DS M-V W P Z MN D
/
8M MN a>
\3MN T
4> DDCC-VW P1M N D
/8M N a>
T M N a
>
\3
MN S/85> DDCC-V W PZ MN D
/8M N1>
T
N1>M
\3MN S/86> CCSFC-V W P N N1
>
S
/8MN N1>
S
bloodpressure
/8
MN N1>4M
\3MN N1>i MN N1>T MN S/87> A WGM-V W P3N1
>M
D
/8M
T i
>
M S/8Z N1>Z G/16Z Z M D/88> CFCN N T N a
>a MN>
S
/8MN
i T
>MN
S
/89>
为了更直观地看出各种结构的成本对比情况数值结果对比如图10图1Z所示
对比几种方案相同的条件下在支持W P和WXC结构方案中DS M-W P实现的成本最低在支持V W P的WXC结构方案中DS M-V W P实现的成本最低
从图1Z还可以看出虽然CFCN方案与DS M-W P DS M-V W P相比上下路的灵活性略好但这是
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00Z
-光电子·激光Z
006
年第17卷
表l各种器件成本估计
Tab.l Cost eval uation of so m e devices Unit:A
OEO T
6Z Z M b/s Z.5Gb/s10Gb/s int erl eaver
i
<80Wav
PLC
W
DE MUX
D
1=8
忽布Cou p l er
S冬季怎么保养皮肤
8=1
A WG M
G
16>16
Cost1Z.573M
\3Z116
图lO硬件成本与光纤链路数的关系!N=8"x=l# F i g.lO H ardWare cost vs fi ber li nks!N=8"x=l#
图ll硬件成本与复用波长数的关系!N=8"x=l#
F i g.ll H ardWare cost vs multi p lex
Wavelen g t hs!N=8"x=l#
图l2硬件成本与WXC上下路波长数的关系
!M=8"N=8#
F i g.l2H ardWare cost vs added$dro pp ed Wavelen g t hs
的所以从WXC设备可升级性来看CFCN方案又逊于其它两者
4结论
支持虚波长通路的WXC能够充分利用有限的波长资源减少光网络光通路的连接阻塞提高波长重用效率但是目前A WC离系统实用还有一定的距离实用化还取决于技术的成熟程度如果OEO 采用光/电/光转换的形式实现将限制光网络的透明性如限制了最高比特速率因此是否采用OEO 和采用何种OEO仍需要根据器件的发展水平和系统的实际需要来决定
综上所述在不采用OEO的结构中图Z<a>所示结构最简单~实用图1<a>所示结构虽然具有广播发送能力但耦合器+可调谐滤波器的损耗大于波分复用器滤波性能也差一些因此其传输性能不及图Z<a>所示结构如果分送耦合开关的性能满足要求的话图3所示的Z种结构很有优势理论上光纤中的带宽是无限的D WD M技术在不断向前推进单根光纤中能复用的波长越来越多对于利用已铺设光缆来组建光网络而言为了避免因新增光缆而埋设施工的成本具备波长模块特性的WXC无疑具备较强优势图Z可以作为首选实际上为了减少相邻波长信道之间的串扰D WD M使用的滤波器需要一定的通道间隔而且实用中受EDFA工作频段的限制因此光纤中可用波长数毕竟是有限的从长远考虑将来网络扩容将更多地通过增加链路数来实现因此链路模块性更为重要即图3结构可能更实用图4因为需要大量的OEO因此也不是一种理想的方案图5和图6所示结构的缺点是损耗太大需要光放大器进行补偿影响传输性能并提高了成本
图6和图7两种结构都是利用内部波长的概念在波长域实现交换它们的缺点是对OEO和可调谐滤波器的要求过高
参考文献:
1]Sat o Ken-i chi.Ke y enabl i n9t echno l o9i es f or f ut ur e ne t-Wor ks J].O P ti cs&Ph ot oni cs News Z004<5>:34-39.
10Z
第Z期杨春勇等：波分交叉连接结构的一种简单评估方法
