光子集成技術(shù)對(duì)城域光傳送網(wǎng)的優(yōu)化

中國聯(lián)合通信有限公司江蘇省分公司 朱曉峰

光子集成技術(shù)對(duì)城域光傳送網(wǎng)的優(yōu)化

中國聯(lián)合通信有限公司江蘇省分公司 朱曉峰

目前在用戶網(wǎng)和長途網(wǎng)間的城域網(wǎng)/接入網(wǎng)成為了全網(wǎng)帶寬的瓶頸。通過對(duì)城域光傳送網(wǎng)現(xiàn)狀分析，列出目前存在的問題。提出了基于光子集成電路（PIC）技術(shù)對(duì)城域傳送網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化，介紹了某運(yùn)營商采用PIC加OTN（光傳送網(wǎng)）方式在城域網(wǎng)的組網(wǎng)方式，最后總結(jié)了PIC加OTN的組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。

光子集成電路；光傳送網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

1 城域網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀

1）目前城域網(wǎng)承載層多數(shù)采用路由器光纖直連或SDH/MSTP（同步數(shù)字體系/多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）作為傳送平臺(tái)，利用固定帶寬的SDH進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送不僅效率低下而且改變帶寬需要改變物理接口，甚至改變業(yè)務(wù)類型，調(diào)整起來比較復(fù)雜。

2）現(xiàn)有的OLT/DSLAM（光纖線路終端/數(shù)字用戶線接入復(fù)用器）光纖直連BRAS/SR（寬帶接入服務(wù)器/業(yè)務(wù)路由器）的方式、SDH/MSTP方式，或者以基站IP（因特網(wǎng)協(xié)議）化為目的而出現(xiàn)的IP RAN/PTN（無線接入網(wǎng)/分組傳送網(wǎng)）組網(wǎng)方式，在帶寬資源不足時(shí)，擴(kuò)展容量需要使用多對(duì)光纖、多套設(shè)備或端口疊加的方式，光纖資源的壓力巨大，部分區(qū)域管網(wǎng)、光纖資源不足，同時(shí)大量的設(shè)備、眾多的跳纖給網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、維護(hù)及故障定位帶來的壓力呈指數(shù)上升趨勢(shì)。

3）為了解決光纖資源不足、業(yè)務(wù)保護(hù)以及業(yè)務(wù)多樣性的需要，在城域網(wǎng)的核心匯聚層甚至部分業(yè)務(wù)量大的接入層使用了WDM（波分復(fù)用）、CWDM（粗波分復(fù)用）以及基于WDM技術(shù)的OTN（光傳送網(wǎng)）設(shè)備，但線路側(cè)保護(hù)方式還局限于OLP（光線路保護(hù)）方式、OTU（光波長轉(zhuǎn)換單元）1+1或1∶1的保護(hù)方式，甚至很多區(qū)域?yàn)榱斯?jié)約投資，沒有開啟OTN設(shè)備的OTN功能，而把OTN設(shè)備當(dāng)作WDM在使用。

2 現(xiàn)有城域OTN存在的問題

1）城域組網(wǎng)復(fù)雜：光放向多、跳纖多。有些匯聚節(jié)點(diǎn)有4個(gè)或更多的光方向或者有些機(jī)房中繼業(yè)務(wù)多，需要在設(shè)備和ODF（光纖配線架）間配置較多的跳纖，如果采用了1+1光波長保護(hù)和子波長交叉鏈接保護(hù)等方式時(shí)，配置數(shù)量較多的OTU，也增加了組網(wǎng)的復(fù)雜程度。

2）調(diào)度需求復(fù)雜：縱向、橫向調(diào)度。由于OLT、BRAS等數(shù)據(jù)的雙上聯(lián)，波道的配置在無保護(hù)的情況下，盡量走不同的物理路徑；不同業(yè)務(wù)需要從不同的接入環(huán)、匯聚環(huán)通過跨環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)接至不同的核心機(jī)房；需要手工配置波道，為了保證業(yè)務(wù)在短期內(nèi)能開通或故障時(shí)能搶通，必須預(yù)留大量的帶寬，配置數(shù)量較多的OTU機(jī)盤，使得網(wǎng)絡(luò)上要預(yù)留的大量波長處于閑置狀態(tài)，使得傳輸資源利用率低。

3 光子集成電路技術(shù)

PIC（光子集成電路）技術(shù)把實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)所必需的關(guān)鍵光器件（激光器、調(diào)制器、檢測(cè)器、復(fù)用器和解復(fù)用器）都集成到了一個(gè)單光芯片上，真正實(shí)現(xiàn)了WDM系統(tǒng)的單芯片化。該單芯片解決方案首先由美國Infinera公司提出并得以實(shí)現(xiàn)，國內(nèi)的華為公司也推出了PIC的單芯片解決方案。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單片容量100 Gb/s（10×10 Gb/s）、120 Gb/s（12×10 Gb/s）以及500 Gb/s（12×40 Gb/s）的信道帶寬。PIC功能見圖 1。

因涉及光、電、熱學(xué)、機(jī)械等多重參數(shù)，光器件的封裝成本占整體成本的50%～80%，非常高昂。與每個(gè)器件單獨(dú)封裝相比，將多個(gè)器件或多種功能集成在一個(gè)封裝內(nèi)的PIC技術(shù)可大幅降低光器件總的封裝成本，并提升互聯(lián)可靠性。

4 應(yīng)用PIC技術(shù)對(duì)城域OTN的優(yōu)化

4.1 用PIC的大容量板卡解決帶寬的瓶頸

基于PIC光子集成技術(shù)，可輕易實(shí)現(xiàn)單端口100～500 Gb/s的大容量線卡，10倍甚至12倍于同速率SDH線卡，用一對(duì)光口提供較大的傳輸帶寬。如圖 2 所示，利用每個(gè)站點(diǎn)兩個(gè)PIC板卡即可建立100～500 Gb/s的傳送環(huán)，多組PIC板卡還可以疊加在一對(duì)光纖中傳輸，提供更大容量，目前最大可以提供160個(gè)C頻段波長，每個(gè)波長40 Gb/s，高達(dá)6.4 Tb/s的光纖容量。

4.2 基于OTN的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)接入

目前OTN采用支線路分離的模式，通過電交叉盤來靈活調(diào)度業(yè)務(wù)的接入和走向，以PIC板卡做線路側(cè)，支路側(cè)可配置不同的支路卡，適配語音、數(shù)據(jù)、專線等各種不同的業(yè)務(wù)，如圖 3 所示。線路接口和支路業(yè)務(wù)無關(guān)，線路側(cè)提供大容量的帶寬池，支路側(cè)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的靈活混合接入，這種配置方式猶如傳統(tǒng)的SDH一樣。城域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)好以后，可以長期相對(duì)穩(wěn)定，后期的業(yè)務(wù)配置、業(yè)務(wù)變化只需增加合適的支路卡即可，完全無需進(jìn)行線路調(diào)測(cè)、資源規(guī)劃等繁復(fù)的工作。

4.3 利用PIC構(gòu)建最簡潔的OTN系統(tǒng)

傳統(tǒng)波分系統(tǒng)包括波長轉(zhuǎn)換單元（收發(fā)合一或分離）、合波器、分波器、光放大器等各種板卡/部件，部件之間通過光纖連接，光纖數(shù)量多，同時(shí)需要對(duì)光功率、色散、OSNR（光信噪比）等多個(gè)光學(xué)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)匹配，網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。如果用在城域承載網(wǎng)中，因業(yè)務(wù)點(diǎn)分散、業(yè)務(wù)上下頻繁，需引入OADM（光分插復(fù)用器），則波分系統(tǒng)配置、調(diào)節(jié)更加復(fù)雜。

PIC把波長轉(zhuǎn)換單元、合波器、分波器等最復(fù)雜部分集成在一起，單根光纖連接即可完成全部10～12通道的連接，無需其他部件即可組建一個(gè)100～500 Gb/s的波分網(wǎng)絡(luò)。避免了設(shè)備繁雜、光纖連接眾多、難以維護(hù)的難題，極大地簡化了系統(tǒng)配置、運(yùn)行維護(hù)。

另外，通過簡單的連接復(fù)用，可以非常方便地將多組PIC合并起來，實(shí)現(xiàn)10～160波可靈活擴(kuò)展的更大容量傳送系統(tǒng)。

城域網(wǎng)應(yīng)用中，在相鄰節(jié)點(diǎn)間距離不超過80 km情況下，PIC機(jī)盤不僅可以提供各節(jié)點(diǎn)的上下業(yè)務(wù)，同時(shí)也提供電再生中繼功能，減少了對(duì)光纖模擬參數(shù)的適配，各功能單元之間的光纖連接只需原來的1/10，有效節(jié)省了傳統(tǒng)波分光層如光放、DCM（色散補(bǔ)償模塊）等的規(guī)劃和配置，可以極大地加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度，快速提供業(yè)務(wù)。

以PIC 100～500 Gb/s容量為單位的大容量線路接口，加上支線路分離的OTN交叉調(diào)度設(shè)備，構(gòu)成數(shù)字化的城域傳送網(wǎng)，既具有波分系統(tǒng)的大容量傳送能力，又具有SDH般的易維易用能力?？蓪?shí)現(xiàn)城域網(wǎng)單一網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一承載。

4.4 PIC加OTN的應(yīng)用實(shí)例

某地運(yùn)營商由于寬帶業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展及新建IP RAN對(duì)于波道及纖芯資源需要大量增加，但由于機(jī)房、供電、后備電源等多方面原因，部分機(jī)房對(duì)于新增OTN設(shè)備有所限制，綜合考慮采用基于PIC技術(shù)的OTN系統(tǒng)。應(yīng)用實(shí)例見圖 4。

在實(shí)際工程中，PIC加OTN的方式開通速度快、架內(nèi)光纖連接數(shù)目大量減少，同樣配置的系統(tǒng)容量，機(jī)房占用空間明顯減少、用電功耗顯著降低；設(shè)備運(yùn)行后設(shè)備的故障率同比降低，業(yè)務(wù)配置、調(diào)度也比原先傳統(tǒng)的OTN有所方便、快捷。

5 PIC解決方案的優(yōu)勢(shì)

5.1 易于維護(hù)的大容量的系統(tǒng)

基于PIC構(gòu)建的系統(tǒng)既具有WDM系統(tǒng)的超大容量特性，又避免了傳統(tǒng)WDM系統(tǒng)光層復(fù)雜、模擬參數(shù)多調(diào)測(cè)繁雜的問題。不需要其他光層組件，一組PIC、兩根光纖一連，即可建立100～500 Gb/s容量的點(diǎn)到點(diǎn)傳送系統(tǒng)。并可通過簡單的連接復(fù)用即可將多組PIC合并起來進(jìn)一步擴(kuò)展容量至0.8～6.4 Tb/s。

5.2 業(yè)務(wù)擴(kuò)展靈活方便

基于支線路分離OTN架構(gòu)，線路側(cè)通過PIC線卡提供大帶寬資源池，當(dāng)資源池不夠時(shí)還可以方便地插入另一組PIC線卡實(shí)現(xiàn)帶寬池的平滑擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的長期穩(wěn)定，無需因?yàn)闃I(yè)務(wù)種類、數(shù)量的調(diào)整而對(duì)線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整甚至重新規(guī)劃設(shè)計(jì)。業(yè)務(wù)側(cè)可以根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)量變化、種類變化而隨時(shí)選用不同的支路卡，不需要對(duì)線路側(cè)做調(diào)整，即使在網(wǎng)絡(luò)建成后又有新型業(yè)務(wù)類型需求，也只需要新開發(fā)支路卡進(jìn)行適配即可，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)投資并大大縮短業(yè)務(wù)提供時(shí)間。

5.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在波分網(wǎng)絡(luò)中的故障，有70%是由于光纖連接問題引起的，包括接頭松動(dòng)、接頭臟污、連接損耗等。PIC將光纖互聯(lián)數(shù)量減少到原來的1/10，可顯著減少因光纖互聯(lián)引起的故障率。板卡數(shù)量的大幅縮減也減少了系統(tǒng)的可能故障點(diǎn)，提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性。

另外，PIC加OTN架構(gòu)更容易地提供包括環(huán)網(wǎng)保護(hù)、1+1交叉保護(hù)、線路保護(hù)等在內(nèi)的業(yè)務(wù)端到端保護(hù)能力，為運(yùn)營商構(gòu)建高可靠網(wǎng)絡(luò)、精品網(wǎng)絡(luò)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5.4 綠色節(jié)能減少空間占用

通過光電集成技術(shù)將多達(dá)10～12路10～40 Gb/s波長轉(zhuǎn)換單元以及合分波功能集成到一個(gè)板卡之中，同等容量下設(shè)備空間減少60%，功耗降低40%，光纖連接減少到原來的1/10。在網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)維難度得到了極大降低的同時(shí)，可有效地幫助運(yùn)營商進(jìn)行節(jié)能減排的同時(shí)大幅降低機(jī)房租賃費(fèi)用。