OTN电交叉连接电交叉连接技术基本原理

电交叉连接设备的核心器件是交叉连接矩阵，用以实现N条输入信号中一定等级的各个支路之间任意的交叉连接。

理解电交叉首先要了解时隙的概念，对于OTN，就好像一个传送带，把一个个大车厢从一个地方传送到另一个地方。大车厢里根据需要装了很多小箱子，小箱子里又装了很多更小的箱子。最小的箱子就可能是64k，往上依次是2M、155M、622M、ODUk、光波长等。各种箱子都要标明目的地，当箱子到了目的地后就要卸下来，再把同样规格的其他箱子装入到卸下来箱子的位置，接着往下送。

交叉矩阵目前有两种常用的结构，即平方矩阵和CLOS矩阵。

(1)平方矩阵

单级交换矩阵也称为平方矩阵。有N个输入端、N个输出端。在某一连接建立期间，每横排与每纵列只能有一个交叉接点动作。单级交换矩阵，无阻塞，但所需交叉接点多，N×N矩阵，交叉接点数为N×N，例如N=64，则交叉接点总数为64×64=4096。从N个等效交叉时隙扩展至2N个等效交叉时隙，所需交叉矩阵单元会增加到2=4倍，依次类推，矩阵规模呈现平方增加。

(2)三级CLOS网

1954年由克洛斯(CLOS)首先提出了无阻塞条件。以三级CLOS网络为例，由输入级、中心级和输出级组成。输入和输出级实施空分(S)和时分(T)交换，而中心级只做空分交换，矩阵的典型配置形式为(TS-S-ST)。中心级的容量按规划设计的最大矩阵容量配置，扩容时只需增加输入级和输出级的矩阵容量即可。与平方矩阵相比，三级CLOS矩阵需要控制的交叉点数量大幅减少，适合于大容量交叉连接矩阵的实现。当广播业务不能超过25%时，这种矩阵对于单向和双向连接是无阻塞的。

OTN交叉连接设备所采用的实现方式看，有采用双核或者多核技术，有采用单核技术的。双核与多核技术是将包交换、ODUk交换与VC交换分别以各自的交换盘(或芯片)进行处理。业务盘和线路盘根据信号业务的分类分别调度到不同的交换盘(或芯片)进行交换调度。单核技术则是采用统一交换核心处理包交换、ODUk交换和VC交换。

至于交换内核的技术取向，有采用信元交换的，也有采用VC交叉的。有以下几种交换技术实现方式。

(1)信元与包交换技术

信元与包交换是将OTN业务分割成信元，利用包交换芯片进行调度，然后再恢复装载成OTN业务。数据分组业务可以直接用包交换芯片进行处理。

(2)空分交叉技术

空分交叉可以解决几乎所有的TDM业务交叉，但对包交换无能为力。在空分交换网络内，对各个接续，有一个独立的物理路由。供不同的连接用的路由没有公共点，并且在每个连接建立期间均保持这一路由。一条路由是由一组内部链路组成的，是通过按矩阵配置的交叉接点来相互连接的。交叉接点有两个稳定状态:开断状态和闭合状态。空分矩阵实际上是一种空间接线器，通常以电的形式将输入和输出在空间的某一点(或某几点)上实现物理连接，因而接续时间极短。

其最大的优点在于业务无关性，其最大的问题在于容量的限制。

(3)时分交叉技术

时分交换网络向用户提供的路由只是一个时隙，即仅在给定的时隙内，这条路由是指定给某一对用户使用的。在别的时间内则可能分配给别的用户使用。时分矩阵实际是一种时隙交换器，常用随机存储器来实现。通过将输入信号存储在不同的空间位置，利用读出控制电路控制在不同时隙中的时间读出不同列的内容，从而实现不同输入信号之间的时隙交换。这种矩阵的延时较大，远远大于空分矩阵。

当前的交叉芯片的实现技术主要有两种:一种是采用时分-空分-时分(TST)结构的交叉技术来实现，采用该技术，芯片电路规模小一点，但交叉连接的实现算法比较复杂，交叉连接的实现速度、重构性等方面有些不足;另一种结构是一种基于比特切割的实现方法，可以实现任意端口任意时隙之间的交叉，实现算法简单，容易级联与扩展，交叉连接的速度快，重构性强。

国外设备制造商偏重于ODUk与VC交换，国内市场则更重视ODUk与包交换。从技术的发展来看，相对于SDH交换而言，包交换应给予更多的重视与容量分配。从器件供应商以及OIF标准发展来看，OTN支持分组功能则很可能是今后一段时间的发展方向。

如同SDH设备一样，OTN设备也会存在阻塞现象，业务一般经过ODUk封装后，通过背板总线进入交叉矩阵单元，如果业务自身颗粒度较大，例如ODU2，总线带宽就不会浪费，但是业务颗粒较小时，例如ODU1或ODU0，单独承载一个业务的这条总线的带宽不会用满，业务数量较多，总线被用尽，其他业务就无法实现交叉功能。

传统的OTN设备处理流程是异步处理流程，业务信号经ODU映射，进入交叉矩阵，再经过ODU成帧器，成为OTUk彩光口，反之亦然。这种实现方式首先是难以超大容量的ODUk交叉，对于所有粒度的ODUk难以实现无阻交叉。

光交叉连接器通常分为三类: 1. 光纤交叉连接器(fxc: fiber crossconnect) 2. 波长固定交叉连接器(wsxc: wavelength睸elective crossconnect) 3. 波长可变交叉连接器(wixc: wavelength interchanging crossconnect)

如上图所示:光交叉连接器主要由输入部分(放大器edfa，解复用dmux)，光交叉连接部分(关交叉连接矩阵)，输出部分(波长变换器oyu，均功器，复用器)，控制和管理部分及其分插复用这五大部分组成。

光纤交叉连接器连接的是多路输入输出光纤，如下图所示，每根光纤中可以是多波长光信号。在交叉连接器中，只有空分交换开关，交换的基本单位是一路光纤，并不对多波长信号进行解复用，而是直接对波分复用光信号进行交叉连接。交叉连接器在wdm光网络中不能发挥多波长通道的灵活性，不能实现波长选路，因而很少在wdm网络结点中单独使用。