1.2.3 光网络节点的基本功能

光连网的优势引起了所有研究机构和公司的极大关注，但要实现光层的连网功能，真正实现光连网的优势，还需要解决光网络的关键网元设备——光网络节点。针对光网络的发展，各种设备制造商和标准化组织提出了许多的建议，以实现光连网的优势，充分体现出光连网的灵活性、可扩展性、多业务性、多级生存性以及成本的巨大节省。这一切都建立在光交叉连接节点实现的基础上，同时这些建议对于光交叉连接节点的实现也会产生重要的影响。可以看出，在光域进行分插复用和交叉连接对未来光网络具有重要的地位，光网络节点的体系结构对于整个光网络的结构和发展有着重要的影响。

构成光网络的节点设备主要有针对本地网络只提供上路和下路功能的光分插复用器（OADM）和主要应用于网间交叉互连的光交叉连接器（OXC），以及提供业务接入、业务汇聚的网关节点（混合节点，同时具有OXC和OADM功能的节点；多业务综合节点，可支持多业务的汇集与疏导）等。由于采用模块化结构设计，在实际应用中，可以通过增加或者减少连网设备的某些组件来构造具有不同功能的光网络节点。光网络节点由于其所处的位置的不同，相应提供的连网功能也不同。按应用方式的不同，光网络节点主要分为网关节点、网络互连节点和业务分插节点。

① OXC节点的功能类似于SDH网络中的数字交叉连接器（DXC），只不过在光域上实现，无须进行光/电光转换和电信号处理。功能强大的OXC主要用于骨干网的网间互连和业务流量较大的网络节点处。除了光通道交叉连接、数据寻路和传送功能外，OXC还广泛应用于各种规模的网间互连，如WAN或MAN中环形网络互连、网状网络互连或混合拓扑结构网络的互连。OXC强大的功能极大地丰富了组网结构的多样性，提高了网络拓扑的灵活性。由于光网络必须具备生存性，网络节点必须具备提供保护和恢复的能力，这时OXC在各类网络的保护和恢复中起着不可替代的作用。

② OADM节点的功能类似于SDH网络中的分插复用器（ADM）。OADM的功能是从传输设备中下路通往本地的信号，同时上路本地用户发往另一节点其他用户的信号，上下路的同时不能影响其他波长通道的传输。也就是说，OADM在光域内实现了传统电域SDH设备的分插复用器在时域上的功能，而且具有道明性，可以处理任何形式的格式与速率，克服了传统网络中电子瓶颈问题，使网络的灵活性与可靠性都得到了极大的提高。功能相对简单的OADM主要用于环网和小型网络中。

③ 网关节点的主要功能是把低速的本地网络、城域网络连接到高速的骨干网络上。由于本地网络和城域网络与骨干网络的速率往往不一致，所以在它们之间使用网关节点来完成两个方向不同速率数据流的适配功能。通常，网关节点一方面要把多个低速业务汇总为一个高速数据流再转换为光信号发送出去，同时它还要把骨干网络上的高速信号分解为本地网络或者城域网络能够处理的低速信号流。由于不同用户或者网络所运行的协议可能不同，网关节点还应该完成相应的多协议适配和业务汇集工作。适配工作包括对不同协议的波长进行适配处理，而这些工作往往要在电域内完成，因此通常可以由挂接到OXC节点上的路由器或者其他附属设备来完成该功能。网关节点的波长扩展能力也显得尤其重要，同时它还应该具备端口的可扩展能力，使用扩展的波长把一个新的网络直接连接到高速骨干网络上。如果新增网络容量比较大，也可以使用新的端口来连接新网络和满足它的升级需求。

一般来说，OXC等通用的光网络节点具有下述功能。

（1）路由选择和交叉连接

交叉连接节点可以完成波长级的波长选路和交叉连接功能，在此基础上可以实现波长指配、波长恢复和网络的重构。光交叉连接节点也可以实现波长组级和光纤级的交叉连接，以更有效地进行带宽管理。波长组级的交叉连接是将光纤中复用的波长进行分组，以组为单位进行交叉连接。光纤级的交叉连接是将一根光纤中的业务量作为整体一起进行交换，类似于光纤自动配线架，它可以用于局中光纤互连中的保护倒换。光纤级的交叉连接可以在OXC中同其他两种形式的交叉连接结合使用，在需要的情况下只完成一定的数量的光纤交叉连接以减小交叉连接矩阵的规模和用于光纤的保护倒换。

（2）连接和带宽管理

连接和带宽管理是光交叉连接节点的一个基本功能。光交叉连接节点可以响应各种形式的带宽请求，寻找合适的波长通道，为到来的业务量建立连接。泛泛地讲，光交叉连接节点能够在任意输入链路中的任意波长通道和任意输出链路中的任意波长通道之间建立连接。

（3）波长指配

根据需要为进入光交叉连接节点的光通道提供合适的波长，建立波长通道连接或者虚波长通道连接。

（4）保护和恢复功能

OXC节点不仅要提供对链路的保护和恢复能力，而且要对节点失效的情况提供相应的保护措施。光网络的恢复功能主要是由OXC的波长路由功能提供的。当某一个波长在一个链路上发生异常时，OXC就可以在节点内部重新为这个波长进行选路，通过迂回路由实现信号的正确传输。根据对发生异常波长进行重新选路的OXC节点位置的不同，可以将恢复分成不同的类型。如果OXC节点处于链路级上，它也要能够实现光纤级的保护倒换，主要处理由于光纤切断等重大的事故，以快速地恢复光纤中的业务量。

（5）波长汇聚/合并功能（Wavelength Grooming）

波长汇聚（也称为波长整饰）是指在光交叉节点上将不同速率或者相同速率的、去往相同方向的低速波长信号进行汇聚，形成一个更高速率的波长信号在网络中进一步传输。这时可能出现两种情况：一种是进入OXC的低速信号在同一个终端进行电的终结；另一种是进入OXC的低速信号去往的方向是相同的，可能在中间的某个节点再一次分开，分别进行各自的传输。

如图1.6所示，在这个交叉连接模块中实现了波长汇聚的功能，将几个2.5Gbps的信号汇聚成一个10Gbps的信号。这种方法可以减小网络中所需使用的波长数目，更好地利用已经建立的光纤基础设施。波长汇聚功能主要在光网络中间交叉节点中使用。

波长汇聚有不同的实现方式，可以在电域上实现，也可以在光域上实现。图1.7给出了一种实现方式，是通过光时域的解复用/复用来实现波长汇聚和解汇聚的。

（6）通道汇聚功能

通道汇聚（或者称为通道整饰）就是实现接入复用的功能。主要是在光网络边缘通过将几路进入节点的低速率的电信号进行合并处理，转换成一个高速率的光信号进一步在光网络中进行传输。这些低速信号往往具有相同的目的节点，或者在很长的距离上有相同的路径。通道汇聚可以方便地实现Multi-Protocol Wavelength，让多种协议的子波长通道在一个波长中传输。

在OXC节点处的通道汇聚一般颗粒都比较大。通道汇聚主要在电域上进行处理，这种方式对于信号格式比较敏感，所以针对不同的信号格式要采用不同的处理方式。

（7）上下路功能

一般光交叉连接接点都处于网络的业务重心处，会有相当多的业务需要上下路。另一方面，在未来的光网络中，信令和路由信息要使用控制通道来传送，这些控制通道可以用专门的波长来实现，它们在节点处必须执行上下路操作才能有效地接收信息、完成控制和发送本地信息，因此OXC节点需要提供本地上下路的功能。现在一般光网络节点都要实现一定数量波长的上下路功能。

（8）波长变换功能

波长变换是实现虚波长路由和部分虚波长路由所必须具有的功能。由于波长变换器的成本昂贵，并且在已有的参考文献中都论述了采用完全波长变换对网络性能带来的好处并不会高于部分波长变换所带来的好处，因此现在提倡在光交叉连接节点上采用受限数量的波长变换，有选择地只对迫于无奈的部分路由进行波长变换。如果采用的是OEO型的波长变换器，还可以对那些信号质量退化的信号进行整形、再生，而让那些质量好的信号直通过去。这种形式的波长变换对于不同厂商设备之间的互操作，网络的控制、管理、维护等都提供了方便。

（9）组播连接功能

光交叉连接节点应该能够支持组播连接功能，即将从任意输入端口来的波长交换到任意一组输出端口上去。在更特殊的情况下，应能同时支持任意数量的组播连接。光交叉连接节点在需要执行组播连接时必须要保持严格的无阻塞性。组播连接主要用在将某一个区域的业务同时复制传输到许多其他网络区域的时候，如奥运会实时转播等情况。

（10）信号监控与告警

交叉连接节点必须具有对进、出节点的每个波长进行监控的能力，在波长发生异常的情况下，必要时能以一定的方式告警。另外也要具有对节点中元器件性能进行监控和告警的能力。

（11）通信/控制接口功能

通信和控制接口主要用于传递信令，进行网元管理、网元设备和网络管理单元之间的通信等。

OXC依据它所具有的功能可以出现在光网络的许多位置，如网络的边缘和网络的内部等。应用场合的差异需要OXC要具有不同的功能。随着光网络的演化发展，会形成一系列的光连网设备产品，以适应各种不同的应用场合（如长途核心网络、城域网和接入网）和适应不同的用途（如用于保护倒换、用于环的互连及网状网中）。这些光网络节点根据不同的应用场合和不同的用途，可能具有一个光网络节点应该具有的所有功能，也可能只强调实现其中的部分功能。

光网络节点作为光传送网的关键节点，它的功能和特性是对光网络提供支撑的主要表现。它们必须能够满足光网络现有的需要，也需要能够使光网络方便、高效地进行升级、扩展。