OXC技術(shù)及其應用場景

中國移動通信集團山西有限公司 楊新春 關(guān) 靜

伴隨著網(wǎng)絡(luò)流量的不斷增長，以及5G、4K/8K視頻、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等各類網(wǎng)絡(luò)業(yè)務的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)增長的趨勢日益加劇，給核心和骨干網(wǎng)的節(jié)點處理能力帶來巨大挑戰(zhàn)。隨著芯片技術(shù)的不斷迭代，光交叉技術(shù)可以實現(xiàn)波長級的業(yè)務調(diào)度，其功耗、成本、交叉容量相對電交叉技術(shù)有明顯優(yōu)勢。無論純光交叉還是光電混合交叉，會成為技術(shù)發(fā)展的趨勢。本文主要介紹OXC以及ROADM相關(guān)內(nèi)容，重點介紹了OXC技術(shù)。在介紹光交叉OXC發(fā)展背景、現(xiàn)狀和趨勢的基礎(chǔ)上，聚焦OXC關(guān)鍵技術(shù)及其應用的價值和優(yōu)勢等。

1 OXC技術(shù)發(fā)展路線

1.1 OXC技術(shù)背景

隨著5G時代的來臨，大數(shù)據(jù)相關(guān)業(yè)務和直播、小視頻等多媒體業(yè)務進入更快發(fā)展階段，與此同時用戶對帶寬資源的需求也在迅猛增加。不可預測性是這類業(yè)務的特性，這使得作為傳輸保障的光傳送基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)必須具備更高的靈活性和動態(tài)調(diào)整能力。目前，光傳

送網(wǎng)絡(luò)的交叉調(diào)度功能一般采用大容量的電交叉設(shè)備來實現(xiàn)，其中單節(jié)點交叉容量設(shè)備支持能力已超過60Tb，采用集群技術(shù)可達到數(shù)百Tb。隨著波長通道速率的快速增長，200Gb/s、400Gb/s的業(yè)務部署，超大容量電交叉設(shè)備正逐漸逼近電互連背板帶寬、設(shè)備功耗以及機房供電散熱等一系列處理能力的上限，超大容量集群系統(tǒng)在成本和能耗方面也面臨巨大的挑戰(zhàn)，電交叉設(shè)備容量如何能夠繼續(xù)擴展，面臨著技術(shù)和能耗瓶頸。

1.2 OXC技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

OXC作為下一代全光交叉技術(shù)，具備大維度無阻塞交換能力，可實現(xiàn)極高的交叉調(diào)動容量，同時組網(wǎng)更靈活、易擴展、低功耗、運維簡便，已成為業(yè)界關(guān)注的熱點。OXC核心器件是波長選擇光開關(guān)（WSS），基于LCoS（硅基液晶）光波長選擇開關(guān)是全光交叉最核心的部件。在LCoS WSS方面，國內(nèi)廠商與Lumentum、FINISAR、Molex、InLC等廠家合作開發(fā)。現(xiàn)階段商用產(chǎn)品最高維度32維，未來隨著市場需求和技術(shù)進步，可實現(xiàn)40維、48維等；支持CE Band、C++ Band，后續(xù)擴展至C+ L Band。波長選擇光開關(guān)（WSS）可使光路系統(tǒng)中每個波長都可以被獨立的交換，多端口的WSS模塊能獨立的將任意波長分配到任意路徑，實現(xiàn)光層波長級調(diào)度。

2 OXC技術(shù)

2.1 OXC整體介紹

ROADM設(shè)備的需求日增，光纖連接也變得越來越復雜，ROADM站點內(nèi)跳纖數(shù)量也在呈幾何級數(shù)的增加。連纖繁瑣，易出錯，影響工程開局及維護工作的效率，增加了維護成本。ROADM站點內(nèi)連接關(guān)系雖然復雜，但有較好的規(guī)律性。采用光纖編織技術(shù)，使ROADM內(nèi)部龐雜錯亂的連纖形成整塊全光背板，免去了易錯耗時耗力的連纖工作。再結(jié)合高速光纖連接器和自動插拔技術(shù)，可實現(xiàn)插板即連纖，即插即用，維護簡便，易用效果有了明顯的提升。OXC設(shè)備在集成化方面有了更為明顯的改進，可以做到一個線路維度的所有功能使用一塊板卡就可以全部解決。圖1表示傳統(tǒng)ROADM向OXC演進的示意圖。

圖1 傳統(tǒng)ROADM向OXC演進示意圖

2.2 光背板技術(shù)

目前國內(nèi)主流廠家的光背板采用光纖電路技術(shù)，核心組件自研，組裝生產(chǎn)與國內(nèi)廠家合作。通過自動布纖設(shè)備，優(yōu)化光背板的層疊設(shè)計和布纖路徑（包括彎曲半徑、光纖交疊等），在基材上自動布纖，自動涂膠固化，保證OXC設(shè)備長期穩(wěn)定工作，性能和質(zhì)量不受影響。通過自動測試設(shè)備，實現(xiàn)光路連接關(guān)系的自動測試，確保光路連接的指標滿足要求。

2.3 高密度光連接器技術(shù)

OXC的光纖連接器必須具備兩個特點：一是高密度，對于16維OXC光纖連接器至少要達到32芯光纖，32維OXC至少要達到64芯光纖，才能保證OXC站點內(nèi)各光板的全互聯(lián)。實際上還要給監(jiān)控、檢測、環(huán)回等功能預留連接光纖，所需要的光纖芯數(shù)更多。二是可以盲插，需要連接器具備高對接精度、多次插拔的可靠性、彈性設(shè)計、低插損等特點。

標準MT連接器已可實現(xiàn)24芯光纖封裝，多組MT形成陣列，再結(jié)合彈性設(shè)計、背板插座、單板插座等，即可實現(xiàn)完整的OXC光纖連接器。另外高密度光纖連接器端面的潔凈度在應用中需重點考慮。

2.4 波長選擇開關(guān)

基于LCOS（硅基液晶）的光波長選擇開關(guān)（WSS）是OXC各廠家的通用選擇，可以實現(xiàn)波長級的光層調(diào)度功能，可將輸入端口的任意波長信號靈活調(diào)度到任意一個線路端口輸出，它是OXC實現(xiàn)光交叉功能的核心部件。

基于LCOS的WSS具備高維度和小型化的特點，適合OXC這種對維度和集成度有極高要求的設(shè)備。現(xiàn)階段WSS商用產(chǎn)品最高維度可達32維，后續(xù)隨著市場需求和技術(shù)進步，會實現(xiàn)40+維。在高維度的情況下還實現(xiàn)了小型化，利于OXC板卡多功能的集成。此外，WSS支持FlexGrid和波道擴展等功能，可以適應不斷變化的新增功能。

3 OXC應用場景

OXC代替?zhèn)鹘y(tǒng)ROADM作為光通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點設(shè)備，實現(xiàn)光層波長級業(yè)務調(diào)度，包括線路維度交叉和本地上下路。圖2為OXC的典型應用場景，左邊為Mesh型網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務調(diào)度節(jié)點采用的OXC設(shè)備功能示意如右邊所示。可重構(gòu)波長交叉模塊（R-WADD）集成為一塊板卡，實現(xiàn)該線路方向的所有功能，包括光層調(diào)度、信號放大、線路保護、光纜監(jiān)測等；可重構(gòu)本地上下路模塊（R-LADD）同樣集成為一塊板卡，實現(xiàn)一塊板卡一組上下路，直連OTU板卡；可采用多塊該板卡實現(xiàn)多組上下路，解決波長競爭沖突問題；可多塊板卡級聯(lián)擴展，增加本地上下路端口數(shù)目。中間為OXC光背板，其保證各個R-WADD板卡和R-LADD板卡全互聯(lián)，實現(xiàn)波長級業(yè)務任意交叉調(diào)度，示意圖如圖2所示。

圖2 OXC典型應用場景

從整個網(wǎng)絡(luò)的角度來看，在干線網(wǎng)絡(luò)和城域網(wǎng)絡(luò)中，OXC應用稍有不同。

干線網(wǎng)絡(luò)從物理鏈路看維度不高，但是業(yè)務量大，上下路占用OXC維度多，波長沖突嚴重，對波道規(guī)劃的要求高。建議對每條光纜中的80/96/120個波道資源劃片，承載不同路徑的業(yè)務，提升波道規(guī)劃和管理能力。

城域網(wǎng)絡(luò)的特點是物理鏈路多且雜，導致OXC線路維度多。但是每維度業(yè)務量小，占用波道少，所以上下路的波道數(shù)也少。同樣建議對每條光纜中的80/96/120個波道資源劃片，承載不同路徑的業(yè)務，提升波道規(guī)劃和管理能力。

總結(jié)：通過技術(shù)的對比，OXC相比ROADM具有以下優(yōu)勢：（1）簡潔的設(shè)計，便捷的運維，極大提升初期建網(wǎng)、設(shè)備開通和后期運維的效率，降低成本。（2）高度集成。原ROADM網(wǎng)絡(luò)一個線路維度需要一個子架，一組上下路需要一個子架；現(xiàn)OXC各僅需一塊板卡即可實現(xiàn)。從子架到單板，從多組機柜到單組機柜，占地面積極大減少，維度越高，優(yōu)勢越明顯。（3）低功耗低散熱。現(xiàn)階段的電交叉設(shè)備單機柜功耗一般在4000～7000W，也有上萬瓦的，對機房供電和散熱有苛刻要求，很多舊機房不具備大容量電交叉的部署條件；OXC設(shè)備整體功耗僅幾百瓦，與電交叉設(shè)備相比是數(shù)量級的提升。（4）超大交叉容量。現(xiàn)階段電交叉設(shè)備交叉容量在幾十Tb量級，采用集群技術(shù)可達到數(shù)百Tb，而OXC的交叉容量已經(jīng)是Pb量級。