1.2.4 光网络节点的结构分类

按构成光网络节点结构的复杂性递增来对其进行分类，具体如下所示。

（1）静态固定配置的光节点

① 星形耦合器。

② 静态光网络节点（只有波分复用器及解复用器）。

（2）动态可重构光网络节点

① 波长选择光交叉连接器（WSXC）。

② 波长交换光交叉连接器（WIXC）。

● 专用型。

● 共享型。

另外，为了将光网络节点与传统电子交换机和传统路由器加以区别并突出光子技术和光通路的透明性，现在又提出了光交换机/光路由器的概念。光交叉连接设备和光波长路由器是人们从两个不同的方向看待通信网发展的结果。光交叉连接设备是传统通信方式发展的结果，它采用类似电路式交换方式；光波长路由器是计算机网络中对于路由器大吞吐量要求发展的一个结果。两者的核心技术都是采用光交叉连接矩阵，只是部分功能的实现和控制方式不同。单从交换功能上来说，其实所有光网络节点都可称为光交换机或光路由器。但是现在之所以提出这个新名词，根本目的是要突出光网络的动态可重构性，可以说它就是动态的OXC，主要完成光节点处任意光纤端口之间的光通路/光信号的交换及选路。光路变换是其最主要的工作。如果不是光纤级的空分交换，而是对光的波长信道进行交换处理，这时可以更确切地将光交换机/光路由器称为波长交换机/波长路由器。

从节点功能是否强大、结构是否灵活来看，光交换机/波长路由器、OXC、OADM是顺序包容的，即OADM是OXC的特例，而OXC是光交换机/光路由器的特例。另外静态光节点是动态光节点的特例。

1.静态光网络节点

静态非重构的光网络节点，是输入光信道和输出光信道之间的交换关系固定不变的一种光网络节点结构。广播星形节点就是一种静态光网络节点。如图1.8所示，广播星形是一种具备广播功能的设备，其每一条入纤上的光信号都具有唯一的确定的波长。对于N×N的无源星形广播器来说，每条入纤的光信号被均匀地分成N等分，并送至所有输出端，无须人工操作，其出纤上光信号为波长不同的WDM信号。如果有两条以上入纤的光信号都占用同一波长，且要同时广播到输出端，则会发生冲突，所以一般要求各个输入端信号的波长不同。

广播星形结构的静态光网络节点有一个严重的缺陷，就是它不具有任何程度的波带或波长选择性，所有进入星形耦合器的信号都先被混合，然后再插回到所有的输出光纤中。这种方法限制了单根光纤中的可用带宽容量，降低了单根光纤的吞吐量。因此，它把到达任一个通信终端的可用带宽容量降低到只有全部可用带宽的1/N的水平。

改善这种网络中吞吐量的一种方法，是用一个静态OXC节点来代替星形耦合器。一种静态OXC节点结构是在一般的OXC结构中没有位于复用和解复用器之间的交换机构，而直接将复用器和解复用器之间的光路按一定的次序连接起来而构成的，静态光路由器结构如图1.9所示。

在无源星形结构中实现的是分波和合波功能，是对光功率的操作，每一份光波都包含了所有波长信号。而在图1.9所示的静态光路由器中，输入链路是WDM复用信号，WDM链路首先被解复用成各个波长信道，然后这些光信道按照固定的次序送到各个输出端，最后这些信道经过重新复用后被送上输出链路。

在解复用器的输出端口与复用器的输入端口之间有n2根光纤连接，它们之间的连接方式要避免把不同解复用器输出端口上的波长相同的信道连接到同一个复用器的输入端口上，以免引起不同信道间的互相干涉。也就是说，从不同解复用器上出来的波长相同的任何两个信道一定不会出现在同一个复用器上。一个信号通过节点所采取的物理路径由它的波长和端口号唯一决定，遵循的路由规则如下：在输入端口j的信号，承载在波长λk上，那么它将被节点选路到输出端口i上，其中各参数满足关系式k=（i−j）模n。例如，在一个4×4的网络中，信号从节点的端口2进入，如果要选路到输出端口1，则使用的波长将是λ2，如图1.9所示。可以看出无源光路由器允许波长重用，即波长可以在空间上重用，只要不发生波长冲突，各个输入端可以有同样波长的信道。这种规则固定的“交换”又称静态交叉连接，具有此功能的设备有拉丁路由器（Latin Router）和阵列波导光栅（AWG）等。无源光路由器的静态交叉也无须人工操作，但它不具备广播功能。

另一种静态光网络节点是虽然在复用器和解复用器之间有交换结构，但该交换结构输入和输出通路之间的关系也是固定的，如图1.10所示。

2.动态光网络节点

动态光网络节点通常被称为光交叉连接器OXC（Optical Cross-Connect），主要由波分复用/解复用器和核心交换矩阵机构组成，它负责把每一个输入端口的信号选路到一个或多个选定的输出端口上。其中核心交换网络/矩阵的灵活性和可重构性是光网络节点动态性能的主要体现。OXC的核心光交换模块中可采用两种基本交换机制：空间交换和波长交换。实现空间交换的元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；实现波长交换的元器件有各种类型的波长转换器，可以将信号从一个波长上转换到另一个波长上。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），它具有选择WDM信号中一个或多个波长的信号通过，而滤掉其他波长信号的功能。这些元器件的不同组合可以构成不同结构的OXC。

具有波长选择性的交换机，称为波长选择交叉连接器（Wavelength-Selective Cross-Connects，WSXC）。其结构如图1.11所示，它可将入口处任何光纤上的任何一路波长交叉连接到任何一条出口光纤上波长相同的一路波长上，一般在网络中使用最多的就是这种波长选择交叉连接器，其空分交换机构往往是基于同波交换方式的（不同的开关模块处理的是不同波长的信号）。

结构更灵活的OXC也就是光交换机，可以将任何输入光纤上的任何一条光通路交叉连接到任何一条输出光纤上的任何一条光通路上（它可以在具有不同波长数值的光通路之间建立连接）。这时往往需要给该交换机的输入端口、输出端口或者两端都引入波长转换功能，则它既可以完成空间交换又可以进行波长转换。由于引入了波长转换器，则形成一种波长交换光交叉连接器（Wavelength Interchange Cross-Connects，WIXC），如图1.12所示。

在光网络中，一条连接多个节点的光路往往要使用同一个波长信道，这就意味着在光路中任何一段，如果这个波长被占用，光路将无法建立，使网络的灵活性和可靠性受到限制。解决的办法是将波长变换功能引入连网节点，这往往会将光路的波长连续性打破，但这时如果要建立一条经过多个节点的光路，只需要途经的每一段有空闲波长即可。

按照波长转换器的使用情况可将WIXC节点分为两类：每路波长专用波长转换器型的WIXC和波长转换器共享型的WIXC。

每路波长都专用一个波长转换器型的WIXC结构如图1.12所示，它既可以完成空间交换又可以进行波长转换，可将入口光纤中的所有波长一一对应地交换到出路光纤的不同波长上，波长变换器的位置在交换结构的前后均可。

在光网络连网节点中采用波长转换器来建立虚波长通道选路的方式会带来许多好处，如降低波长选路过程中的波长冲突，增强可管理性、可互操作性等。但实现虚波长选路技术的波长转换器的价格目前还十分昂贵。对于一个大型节点来说，为每个波长通道都专用一个波长转换器，从目前的成本上看是不现实的。大量参考文献都论述过这样一个事实：如果在网络中采用有限数量的部分波长转换器方案，实现的网络性能完全可以达到采用完全虚波长选路时的性能。因此有人就提出了部分虚波长选路（PVWP）的概念，它既能降低成本，又能满足需要。

部分波长可转换就是只对光交叉连接节点中一定数量的波长进行波长变换、信号再生、广播、上下路等。一般的部分波长变换模块可能只具有其中的一种或者几种功能。部分波长转换并非只对其中固定几个波长进行处理，而是对任意波长的部分处理，即采用多波长共享受限处理的方式，根据受限处理模块的数量来决定一次同时处理的波长数。

在节点中让所有光通道都共享部分波长转换器的方式，可以大大降低成本。根据共享方式的不同，共享波长转换方式大致分为三类：节点共享型、链路共享型和共享本地处理器型，分别如图1.13、图1.14和图1.15所示。

如图1.13所示，节点共享型的共享受限处理，是指节点中所有的波长都能够选路到受限处理，只是根据需要每一次受限处理的波长是受限的。

如图1.14所示，链路共享型的共享受限处理，是指受限处理模块只能够被一条链路中所有的波长所共享，这条链路中所有波长都有机会根据需要进行受限处理，只是每次受限处理的波长数由需要决定。

如图1.15所示，共享本地处理器型的受限处理主要是指将受限处理功能增加到传统OXC的上下路模块中。

波长转换将波长重复利用，既减少了波长阻塞，又提高了网络的可扩展性。如果波长转换元器件对信号的速率、格式、调制方式等透明，还可以建成透明的网络。