基于ROADM技術(shù)的本地OTN網(wǎng)絡(luò)部署策略研究*

范璐璐，于 嘉

（云南郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650051）

0 引 言

近年來(lái)，以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為代表的傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)增速呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，而一些高速大顆粒的新型電信業(yè)務(wù)正逐漸興起，如4K高清視頻、4G/4G+、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和政企專線等業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)和下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，需要光網(wǎng)絡(luò)提供更高的靈活性和智能化功能。ROADM（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重構(gòu)光分插復(fù)用器）是一種使用在OTN系統(tǒng)中的器件或設(shè)備，其作用是通過(guò)遠(yuǎn)程的重新配置，可以動(dòng)態(tài)上路或下路業(yè)務(wù)波長(zhǎng)，無(wú)需手工跳纖就可以做到對(duì)OTN系統(tǒng)的波長(zhǎng)重構(gòu)[1]。因此，ROADM已成為下一代全光網(wǎng)絡(luò)中最核心的產(chǎn)品之一。

1 目前本地OTN網(wǎng)絡(luò)的瓶頸

隨著OTN技術(shù)的成熟和單波速率的持續(xù)提高，本地傳送網(wǎng)絡(luò)帶寬單純從技術(shù)上已經(jīng)沒(méi)有了“瓶頸”。但是，如何對(duì)帶寬進(jìn)行管理成為了新的“瓶頸”。一方面，隨著電信業(yè)務(wù)的IP化發(fā)展，帶來(lái)了大顆粒業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，波長(zhǎng)顆粒出租電路已然成為一種新興模式，而傳統(tǒng)的OTN網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通業(yè)務(wù)需要人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跳纖操作，難以滿足業(yè)務(wù)快速開(kāi)通和調(diào)度的要求。另一方面，波長(zhǎng)通道數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，使得維護(hù)部門提出了在波長(zhǎng)維護(hù)管理和調(diào)度智能化方面的需求。此外，由于目前OTN網(wǎng)絡(luò)不同方向的波長(zhǎng)是固定的，一旦規(guī)劃好將難以改變，使得其難以應(yīng)對(duì)突發(fā)和難以預(yù)測(cè)的業(yè)務(wù)[2]。

2 ROADM技術(shù)優(yōu)勢(shì)及運(yùn)用情況

到目前為止，ROADM技術(shù)共發(fā)展了4代[3]。與當(dāng)前OTN技術(shù)相比，ROADM具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）更高的帶寬：80×100G組網(wǎng)，支持向200G/400G的平滑演進(jìn)；（2）更低的時(shí)延：ROADM全光網(wǎng)，核心層Mesh化，任意兩點(diǎn)間光層直達(dá)，中間轉(zhuǎn)接基本無(wú)時(shí)延；（3）更快的業(yè)務(wù)響應(yīng)：通過(guò)ROADM實(shí)現(xiàn)光層轉(zhuǎn)接，網(wǎng)管遠(yuǎn)程操作，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)人工跳纖；（4）更好地適應(yīng)IDC/ICT發(fā)展：提升IDC匯聚節(jié)點(diǎn)至網(wǎng)絡(luò)核心層，對(duì)IDC接入層和LSN進(jìn)行同址覆蓋，更適應(yīng)業(yè)務(wù)流向，有利于業(yè)務(wù)發(fā)展。

可以看到，ROADM節(jié)點(diǎn)相對(duì)于當(dāng)前的OTN設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)化、寬帶化和智能化方面有了很大提升[4]，ROADM技術(shù)目前已在區(qū)域省際骨干網(wǎng)和二干網(wǎng)絡(luò)上得以初步應(yīng)用。例如，某運(yùn)營(yíng)商近期在長(zhǎng)江中下游區(qū)域?qū)嵤┑腞OADM組網(wǎng)項(xiàng)目，項(xiàng)目涉及6個(gè)省12個(gè)城市20個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。原網(wǎng)絡(luò)通過(guò)引入ROADM技術(shù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了光層穿通能力，減少了電層中繼的數(shù)量。利用ROADM技術(shù)在光層的波長(zhǎng)調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域網(wǎng)內(nèi)所有業(yè)務(wù)的自動(dòng)調(diào)度能力，并提高了整體網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

因此，通過(guò)ROADM節(jié)點(diǎn)構(gòu)建本地OTN網(wǎng)絡(luò)，能極大地改變當(dāng)前傳送網(wǎng)絡(luò)的面貌，從而為構(gòu)建高速、靈活、智能且面向未來(lái)的本地傳送網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

3 ROADM設(shè)備配置對(duì)比分析

ROADM設(shè)備主要由WSS器件組成。根據(jù)采用WSS的數(shù)量和配置方式，ROADM可分為以下五種[5]。

3.1 方向相關(guān)，波長(zhǎng)相關(guān)（傳統(tǒng)ROADM）

該方式每個(gè)端口只能上下固定波長(zhǎng)，本地業(yè)務(wù)只能通過(guò)本板的OUT口傳送到唯一方向。若需要本地業(yè)務(wù)傳送到另一個(gè)方向，則需要增加一組合分波器。

（1）優(yōu)勢(shì)：應(yīng)用成熟、成本低廉、波長(zhǎng)與物理端口一一對(duì)應(yīng)、對(duì)各方向上下話按照極限容量一次性配齊；

（2）劣勢(shì)：方向相關(guān)、波長(zhǎng)相關(guān)、站點(diǎn)開(kāi)通初期大量端口空閑。

3.2 方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)相關(guān)（Directionless-ROADM）

該方式每個(gè)端口只能上下固定波長(zhǎng)，本地新增一維WSS單板，即可實(shí)現(xiàn)方向無(wú)關(guān)場(chǎng)景。當(dāng)傳輸路由出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)需調(diào)整網(wǎng)元硬件配置，可通過(guò)人工配置交叉或ASON重路由，快速調(diào)整路由的傳輸路徑。

（1）優(yōu)勢(shì)：方向無(wú)關(guān)，初期可配置一組WSS一次性覆蓋多個(gè)方向；后期擴(kuò)容可逐步增加；

（2）劣勢(shì)：波長(zhǎng)與端口相關(guān)，擴(kuò)容業(yè)務(wù)量較大時(shí)，光層調(diào)度WSS須具備冗余端口。

3.3 方向相關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)（Colorless-ROADM）

該方式在每個(gè)線路側(cè)方向配置多維WSS，在業(yè)務(wù)側(cè)方向配置兩級(jí)WSS，第一級(jí)WSS與固定的方向相連，第二級(jí)實(shí)現(xiàn)具體波道上下，通過(guò)增加第二級(jí)WSS的數(shù)量，最多每個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)上下80個(gè)波道。

（1）優(yōu)勢(shì)：波長(zhǎng)與物理端口無(wú)關(guān)，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求平滑擴(kuò)容WSS1×20；

（2）劣勢(shì)：方向相關(guān)、需要采用WSS級(jí)聯(lián)或N×M WSS。

3.4 方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)（Colorless & Directionless-ROADM）

該方式每個(gè)端口可以上下任意波長(zhǎng)，本地業(yè)務(wù)通過(guò)人工配置或ASON自動(dòng)重路由，可以傳送到任意一個(gè)方向。當(dāng)出現(xiàn)波長(zhǎng)沖突時(shí)，可以靈活轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)波長(zhǎng)，避免同路由的波長(zhǎng)阻塞。

（1）優(yōu)勢(shì)：方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)；初期可配置一組80波一次性覆蓋多個(gè)方向，后期擴(kuò)容可逐步增加；

（2）劣勢(shì)：擴(kuò)容業(yè)務(wù)量較大時(shí)，光層調(diào)度WSS須具備冗余端口；需要采用多級(jí)WSS級(jí)聯(lián)或N×M WSS，成本較高。

3.5 方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，沖突無(wú)關(guān)（Colorless &Directionless & Contentionless-ROADM）

該方式本地緯度上波colorless的光，通過(guò)M×N模塊發(fā)送到不同方向，實(shí)現(xiàn)directionless。任何波長(zhǎng)的光可以來(lái)自任何方向，沒(méi)有任何波長(zhǎng)阻塞，實(shí)現(xiàn)contentionless。

（1）優(yōu)勢(shì)：方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，不同端口可上下來(lái)自不同方向的相同波長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)靈活性高；

（2）劣勢(shì)：需要采用N×M的模塊，規(guī)模配置成本較高，當(dāng)前尚不具備規(guī)模商用條件。

4 本地傳送網(wǎng)的主要特點(diǎn)

本地傳送網(wǎng)和骨干網(wǎng)相比較，在傳輸距離、業(yè)務(wù)模式及組網(wǎng)環(huán)境等方面存在較大差異，主要體現(xiàn)在如下方面。

網(wǎng)絡(luò)層次：結(jié)構(gòu)化清晰，大型網(wǎng)絡(luò)分成核心、匯聚和接入3層，中小型網(wǎng)絡(luò)2層。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：以環(huán)網(wǎng)為主，逐漸向網(wǎng)格網(wǎng)（Mesh）演進(jìn)。

業(yè)務(wù)模式：以匯聚型業(yè)務(wù)為主（即從接入/匯聚節(jié)點(diǎn)向核心節(jié)點(diǎn)集中）；少量非核心節(jié)點(diǎn)之間的直達(dá)業(yè)務(wù)（政企客戶出租電路）。

傳輸距離：節(jié)點(diǎn)間物理距離相對(duì)較短，一般節(jié)點(diǎn)間距離在5～20 km，市-縣節(jié)點(diǎn)距離一般在60 km以內(nèi)。

組網(wǎng)環(huán)境：目前同一平面的傳輸設(shè)備組網(wǎng)一般為同一廠商，不需要考慮不同廠商之間的互聯(lián)互通。

綜上，本地傳送網(wǎng)的特點(diǎn)體現(xiàn)了其業(yè)務(wù)類型的多樣化，需要更智能的顆粒調(diào)度來(lái)滿足其需求。

5 ROADM技術(shù)在本地傳送網(wǎng)的部署研究

基于以上分析，本文將重點(diǎn)探討ROADM技術(shù)在業(yè)務(wù)量大、調(diào)度需求多的本地網(wǎng)核心匯聚層的應(yīng)用策略。

圖1為本地OTN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)圖，分別有核心層、匯聚層和接入層。核心層和匯聚層采用Mesh網(wǎng)的組網(wǎng)方式，大量的接入層節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)向核心節(jié)點(diǎn)匯聚，這對(duì)核心節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生了巨大壓力，需要在核心層-匯聚層引入ROADM技術(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

圖1 本地OTN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

5.1 技術(shù)選擇

本地網(wǎng)業(yè)務(wù)類型多樣化，網(wǎng)絡(luò)需要支持多種顆粒業(yè)務(wù)的接入能力，建議引入OTN電層交叉技術(shù)。本地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間距較短，任意節(jié)點(diǎn)間具備光層直達(dá)能力，建議引入ROADM光交叉技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配線架功能，以簡(jiǎn)化直通連纖、提高系統(tǒng)可靠性。綜合上述分析，本地網(wǎng)總體上建議采用集成OTN電層交叉和ROADM光層交叉能力的光電混合設(shè)備。任意客戶側(cè)業(yè)務(wù)可交叉調(diào)度到任意方向，提高帶寬利用率。

5.2 ROADM結(jié)構(gòu)

ROADM設(shè)備存在多種不同結(jié)構(gòu)，應(yīng)結(jié)合本地網(wǎng)的實(shí)際需求選擇相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

（1）對(duì)于無(wú)保護(hù)要求的本地網(wǎng)，建議采用“方向相關(guān)，波長(zhǎng)相關(guān)”結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)化直通連纖、提高業(yè)務(wù)開(kāi)通效率、提升系統(tǒng)可靠性。該結(jié)構(gòu)可以提供部分波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的接入能力，以滿足一定的調(diào)度需求，如圖2所示。

圖2 ROADM在本地網(wǎng)中方向相關(guān)、波長(zhǎng)相關(guān)/無(wú)關(guān)結(jié)構(gòu)

（2）對(duì)于有保護(hù)需求的本地網(wǎng)，可以考慮采用“方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)相關(guān)”結(jié)構(gòu)，利用方向無(wú)關(guān)特性進(jìn)行恢復(fù)（恢復(fù)時(shí)間秒級(jí)）。該結(jié)構(gòu)后期可通過(guò)擴(kuò)容本地落地維度和上下話WSS板卡實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，以滿足一定的調(diào)度需求，如圖3所示。

圖3 ROADM在本地網(wǎng)中方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)相關(guān)/無(wú)關(guān)結(jié)構(gòu)

5.3 WSS維度選擇

WSS器件成本與維度數(shù)量密切相關(guān)，建議根據(jù)節(jié)點(diǎn)的連通度和業(yè)務(wù)規(guī)模差異選擇相適應(yīng)的WSS。具體策略如下。

5.3.1 本地WSS維度

（1）一般/匯聚節(jié)點(diǎn)：支持50%業(yè)務(wù)上下，預(yù)留本地維度數(shù)為1/2線路維度；

（2）核心節(jié)點(diǎn)：支持100%業(yè)務(wù)上下，預(yù)留本地維度數(shù)為線路維度；

（3）為確保單點(diǎn)失效不阻塞本地業(yè)務(wù)，本地維度數(shù)為4。

5.3.2 線路側(cè)WSS維度

（1）方向數(shù)≤2的一般節(jié)點(diǎn)，建議采用2維或4維 WSS；

（2）方向數(shù)≤6的匯聚節(jié)點(diǎn)，建議采用9維WSS；

（3）方向數(shù)＞6的核心節(jié)點(diǎn)，建議采用20維WSS，保證系統(tǒng)有良好的擴(kuò)展性。

5.4 光纜路由選擇

ROADM網(wǎng)絡(luò)的一大優(yōu)勢(shì)在于其采用了Rush結(jié)構(gòu)，可以提供豐富的系統(tǒng)路由，為業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度和保護(hù)恢復(fù)提供保障。因此，豐富的光纜路由資源是建設(shè)ROADM網(wǎng)絡(luò)并充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。對(duì)于本地網(wǎng)光纜的選擇，需要從光纜質(zhì)量、光纜安全性和系統(tǒng)建設(shè)需求等方面綜合考慮，策略如下：

（1）基于光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，充分利用本地網(wǎng)的光纜資源，盡可能豐富系統(tǒng)路由，以充分發(fā)揮ROADM網(wǎng)絡(luò)的靈活性；

（2）以復(fù)用段為單位進(jìn)行光纜路由選擇，選取纖芯質(zhì)量符合系統(tǒng)開(kāi)通要求的光纜；

（3）同段落不同系統(tǒng)路由采用不同物理路由光纜，以盡可能提升業(yè)務(wù)承載安全性。

5.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要根據(jù)本地網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的分布和光纜物理路由進(jìn)行綜合分析而確定，策略如下：

（1）根據(jù)本地網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)分布和光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間光層連接。各節(jié)點(diǎn)需要至少有2個(gè)及以上的物理路由與其他節(jié)點(diǎn)互連；

（2）通過(guò)增加線路維度，緩解可能的波長(zhǎng)沖突；業(yè)務(wù)量較大的段落，可采用2條或多條同路由波分鏈路。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)和高速傳送網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的本地OTN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難以滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器ROADM具有便于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃重構(gòu)、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，可有效降低建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。本文在識(shí)別目前本地OTN網(wǎng)絡(luò)瓶頸的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ROADM技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析和設(shè)備配置對(duì)比分析，結(jié)合本地傳送網(wǎng)主要特點(diǎn)，對(duì)ROADM技術(shù)在本地傳送網(wǎng)的部署策略方面提出了建設(shè)性建議。相信ROADM技術(shù)未來(lái)將會(huì)進(jìn)一步引入本地傳送網(wǎng)絡(luò)，最終推動(dòng)整個(gè)傳送網(wǎng)絡(luò)向全光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。

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