城域傳送網(wǎng)引入PIC技術(shù)的可行性探討

郎塞原, 王剛

（1 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司, 北京 100033；2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司安徽分公司, 合肥 230041）

在過去的幾年里，電子元器件的發(fā)展極其飛速。電子元器件從分離走向集成，系統(tǒng)也從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字，是與時俱進的一種必然發(fā)展趨勢。同樣，在光通信領(lǐng)域,光元器件的集成也帶來光網(wǎng)絡(luò)容量升級模式、復(fù)用模式的變化。光子集成技術(shù)正在創(chuàng)造跳躍性的革命，光子集成將會讓光網(wǎng)絡(luò)從模擬光節(jié)點轉(zhuǎn)向數(shù)字節(jié)點，同時也創(chuàng)立一種新的網(wǎng)絡(luò)演進模式。城域傳送網(wǎng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，各類新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，也給業(yè)務(wù)的調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)的運維帶來較大的壓力。在這種情況下，引入光子集成技術(shù)(PIC)，簡化網(wǎng)絡(luò)層次，減少業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)接、調(diào)度層次，提高網(wǎng)絡(luò)運行效率是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中需要重點考慮的問題。

1 PIC技術(shù)

PIC(Photonic Integration Circuits，光子集成電路)技術(shù)的理念和電子元器件的集成理念雷同，在OTN技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用高可靠的集成度，將眾多成熟的光元器件(M40、D40、OTU、TMUX等)的功能集成到一起，實現(xiàn)一塊板卡多種功能的一種技術(shù)。具體詳見圖1所示。

圖1 PIC技術(shù)原理

在城域范圍內(nèi)，采用PIC技術(shù)可以實現(xiàn)40km無需色散補償，最大可支持12/20×10Gbit/s的業(yè)務(wù)上下，后期還可以平滑升級到40～80波。相對于OTN設(shè)備而言，PIC技術(shù)具有更高的槽位利用率，網(wǎng)絡(luò)部署簡單高效。

2 PIC和WDM、OTN技術(shù)的差異

傳統(tǒng)的WDM(波分復(fù)用)技術(shù)是較早出現(xiàn)的一種技術(shù)，其主要原理是將充分利用光纖的傳輸容量，利用其傳輸?shù)耐该餍院鸵讛U展性的特點，解決長途光纜造價高、距離長傳輸速率受限等問題，并成為早期SDH系統(tǒng)承載的主要手段。然而WDM技術(shù)也有其天然的局限性，不支持保護倒換，業(yè)務(wù)調(diào)度也基本停留在SDH層面，對IP業(yè)務(wù)的支持能力非常弱。

OTN則很好的解決了WDM設(shè)備面臨的問題。OTN通過引入G.709協(xié)議，較好地解決了傳統(tǒng)WDM設(shè)備無法倒換的問題。此外，通過支、線路分離，OTN設(shè)備可以支持ODU1、ODU2等顆粒的調(diào)度，圓滿的解決了IP業(yè)務(wù)的傳送。

PIC技術(shù)是基于OTN技術(shù)的一種演進。較以往的OADM/OTN設(shè)備相比，設(shè)備PIC技術(shù)具有更強大的集成度，通過光器件的集成，將OTN設(shè)備中獨立的的分波器、合波器、梳妝濾波器、波長轉(zhuǎn)換器等集成到一塊板件，再利用設(shè)備自身的交叉單元和背板總線，完成10Gbit/s、2.5Gbit/s、GE等顆粒的靈活上下。PIC技術(shù)大大簡化了數(shù)據(jù)配置，提高業(yè)務(wù)調(diào)度的靈活性，同時也節(jié)約機房空間、設(shè)備槽位。在具體的工程實施中，網(wǎng)絡(luò)可以一次部署，后期擴容僅需在網(wǎng)管進行數(shù)據(jù)配置和修改即可，實施快速便捷。

3 PIC技術(shù)的定位及應(yīng)用場景

PIC技術(shù)將相關(guān)的板卡功能進行集成，系統(tǒng)設(shè)計特別是在10Gbit/s顆粒方面，色散、信噪比等指標受限于傳送距離。因此PIC技術(shù)較為適用于城域范圍內(nèi)，最佳傳送距離在40km以內(nèi)，對于長距離的傳送則較弱。

在目前傳送網(wǎng)的PTN網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)顆粒的調(diào)度模型詳見圖2所示。

從圖2不難發(fā)現(xiàn)，小型城域傳送網(wǎng)中，業(yè)務(wù)需要調(diào)度和轉(zhuǎn)接的層次較少，在這種情況下，OTN系統(tǒng)的局點較少，維護和業(yè)務(wù)調(diào)度較為簡單，引入PIC技術(shù)，僅僅在幾個核心節(jié)點簡化OTN的業(yè)務(wù)配置，而核心節(jié)點一般對安全性、業(yè)務(wù)分攤要求很高，因此，在小型城域傳送網(wǎng)中引入PIC技術(shù)意義不是特別大。

圖2 PTN網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)調(diào)度模型

在大中型城域傳送網(wǎng)中，設(shè)置OTN的局點較多，業(yè)務(wù)需要調(diào)度的層次也較小型城域傳送網(wǎng)增加。這個時候一條業(yè)務(wù)的調(diào)整或者增加，除了需要修改上行的PTN環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)配置，還要在OTN調(diào)度層修改業(yè)務(wù)的配置，特別是新增業(yè)務(wù)經(jīng)常會帶來波道的零星擴容和調(diào)整，給項目的實施以及維護均造成很大的不便。很顯然，在大中型城域傳送網(wǎng)中，業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度和便捷的可維護性顯得更為迫切和重要。

PIC技術(shù)目前可以支持12/20波左右的業(yè)務(wù)上下，核心調(diào)度層一般為網(wǎng)絡(luò)中的核心節(jié)點，業(yè)務(wù)上下較多，波道配置率高，波道資源消耗較快，PIC技術(shù)用于核心調(diào)度層顯然不是最佳位置。而在普通的匯聚調(diào)度層，目前來看，波道的使用率普遍不高，引入PIC技術(shù)，每次的業(yè)務(wù)調(diào)整僅需在網(wǎng)管直接修改數(shù)據(jù)和設(shè)備的內(nèi)部交叉，較過去擴板卡、增加機柜的建設(shè)模式相比，PIC技術(shù)可以大大簡化流程和工程實施進度，對機房空間占用也很少，具有很強的實用性。

在城域傳送網(wǎng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)一個節(jié)點業(yè)務(wù)量較大，引起全網(wǎng)的瓶頸而需要新建一套系統(tǒng)，這樣勢必造成所有節(jié)點均需要增加設(shè)備，大部分節(jié)點設(shè)備端口利用率非常低。結(jié)合現(xiàn)階段業(yè)務(wù)集中型的特點，在核心節(jié)點采用共子架方式構(gòu)建PIC環(huán)網(wǎng)，不但可以節(jié)約機房空間、降低機房功耗，還可以極大的提高設(shè)備的利用率，增強網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的靈活性。具體詳見圖3所示。

圖3 OTN+PIC應(yīng)用模式示意圖

4 引入PIC技術(shù)對現(xiàn)網(wǎng)的影響

PIC技術(shù)是一種基于OTN基礎(chǔ)上演進的新興技術(shù)，城域傳送網(wǎng)中引入該技術(shù)，主要的組網(wǎng)模型有如圖4中的兩種。

在第一種模式中，PIC應(yīng)用于市到縣骨干層，充當了現(xiàn)階段OTN的角色，主要解決匯聚層上行大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度困難的問題。在這種模式中，PIC設(shè)備可有效節(jié)約機房空間，提高單站點的設(shè)備利用率，降低投資。但由于波道資源不豐富，且市到縣骨干層距離一般較長，因此應(yīng)用不是特別廣泛。

在第二種模式中，PIC應(yīng)用于城域范圍內(nèi)，重點在于解決OLT站點上行的GE業(yè)務(wù)顆?！，F(xiàn)階段PTN設(shè)備的保護倒換能力并不強，異環(huán)同路由也容易造成業(yè)務(wù)中斷。而在第二種的這種模式下，由于PIC帶保護倒換，因此采用PIC環(huán)網(wǎng)替代PTN匯聚環(huán)，可以很好的解決了10GE的PTN接入環(huán)和匯聚環(huán)同路由的局面，規(guī)避了PTN設(shè)備在異環(huán)同路由中，局部段落光纜中斷導(dǎo)致業(yè)務(wù)丟失的問題。網(wǎng)絡(luò)安全性問題在網(wǎng)絡(luò)運營發(fā)展中至關(guān)重要，因此第二種模式在逐步被推廣，應(yīng)用范圍也較為廣泛。

當然，引入PIC技術(shù)除了節(jié)約機房空間、簡化業(yè)務(wù)調(diào)度，提高網(wǎng)絡(luò)安全性的同時，也對現(xiàn)網(wǎng)也帶來一些沖擊，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)產(chǎn)品的成熟度。目前PIC產(chǎn)品僅兩家設(shè)備供應(yīng)商提供，現(xiàn)階段尚處于試運行階段，產(chǎn)品的成熟度不高，尚未大規(guī)模商用。

(2)標準的制定。目前尚未對PIC產(chǎn)品有較為規(guī)范的設(shè)計、施工及驗收指標，僅僅是依托于OTN的指標來進行試驗網(wǎng)的相關(guān)測試。

(3)配套設(shè)施。PIC設(shè)備具有較高的功耗，而現(xiàn)階段不少普通匯聚點的電源條件并不佳，引入PIC設(shè)備需要對已有的匯聚節(jié)點電源負荷進行排查，并結(jié)合需求進行改造或者擴容模塊方能滿足。此外，在網(wǎng)管、同步等方面和現(xiàn)網(wǎng)的兼容方面也在測試階段，需要進一步驗證。

圖4 PIC組網(wǎng)模式示意圖

5 結(jié)束語

隨著各類業(yè)務(wù)的飛速增長，城域傳送網(wǎng)的規(guī)模也在日益擴大。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大的今天，傳送網(wǎng)的業(yè)務(wù)靈活調(diào)度、高可維護性成為運營商關(guān)注的焦點。PIC技術(shù)在糅合OTN技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過光元器件的集成，大大簡化了業(yè)務(wù)配置和調(diào)度，極大的適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，是后期需要關(guān)注的重點。光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃人員應(yīng)密切跟蹤PIC技術(shù)的發(fā)展動向、產(chǎn)業(yè)鏈的完善程度以及試驗網(wǎng)的測試運行結(jié)果，后期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，結(jié)合具體情況適時考慮引入該技術(shù)。

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