多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)分割承載策略研究

［劉杰］

1 引言

隨著100G/200G/400G 波分技術(shù)、ROADM/OXC 技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，近年來(lái)各大運(yùn)營(yíng)商建設(shè)的骨干傳輸網(wǎng)基本為ROADM/OXC 網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施“新基建”、“云和數(shù)字化”建設(shè)、“東數(shù)西算”工程等國(guó)家信息技術(shù)戰(zhàn)略方向的提出，進(jìn)一步推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。2021年11月，中國(guó)電信發(fā)布了《中國(guó)電信全光網(wǎng)2.0 技術(shù)白皮書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱“白皮書(shū)”），闡述了全光網(wǎng)2.0 的技術(shù)架構(gòu)、演進(jìn)策略和技術(shù)發(fā)展方向，其中白皮書(shū)將發(fā)展愿景歸納為“三化”：架構(gòu)扁平化、網(wǎng)絡(luò)全光化、運(yùn)營(yíng)智慧化。其中架構(gòu)扁平化的目標(biāo)是從目前國(guó)干、省干、城域、接入等三到四層架構(gòu)逐步向“骨干+城域”兩層架構(gòu)演進(jìn)，骨干網(wǎng)具體的體現(xiàn)是一二干融合，城域網(wǎng)的具體體現(xiàn)是全光網(wǎng)到邊緣。

2 骨干網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于骨干網(wǎng)來(lái)說(shuō)，架構(gòu)扁平化意味著在同等網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和鏈路會(huì)進(jìn)一步加密，數(shù)量變得越來(lái)越多，業(yè)務(wù)量也會(huì)變得越來(lái)越大，根據(jù)模型預(yù)估，骨干網(wǎng)一二干整合后，其總體網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；痉? 倍以上。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長(zhǎng)，使得骨干網(wǎng)面臨以下兩方面的挑戰(zhàn)。

（1）需要配套更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)及機(jī)制，白皮書(shū)的“三化”之一為運(yùn)營(yíng)智慧化，更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，必然對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)提出更高的要求，規(guī)模適中的網(wǎng)絡(luò)更有利于運(yùn)營(yíng)維護(hù)；

（2）需要更強(qiáng)的WSON 管理能力，WSON 是全光網(wǎng)對(duì)波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)的一種保護(hù)恢復(fù)方式，恢復(fù)時(shí)間為分鐘級(jí)，更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的WSON 管理能力提出更高的要求。目前國(guó)內(nèi)主流設(shè)備廠商承諾的WSON 管理能力大約為幾百個(gè)ROADM/OXC 節(jié)點(diǎn)，一二干網(wǎng)絡(luò)融合后，骨干傳輸網(wǎng)的ROADM/OXC 節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)可達(dá)上千個(gè)，現(xiàn)有技術(shù)下的WSON 管理能力存在不足。

綜合上述分析，啟用了WOSN 的骨干ROADM 網(wǎng)絡(luò)，不宜將網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)得太大，可采用分區(qū)域建網(wǎng)、多區(qū)域承載業(yè)務(wù)的方式建設(shè)。例如可以按行政區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行組網(wǎng)，有的運(yùn)營(yíng)商用3 個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)來(lái)覆蓋全國(guó)，有的運(yùn)營(yíng)商用5 個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)來(lái)覆蓋全國(guó)。同時(shí)，可以在每個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)采用不同廠商的設(shè)備進(jìn)行建設(shè)，適度引用競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

3 多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載原則

3.1 多區(qū)域組網(wǎng)方式

多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，基于各種因素的考慮，區(qū)域網(wǎng)絡(luò)間會(huì)存在相切或重疊的情況。

網(wǎng)絡(luò)相切如圖1 所示。區(qū)域網(wǎng)一和二分別覆蓋不同的區(qū)域，均在E、F 節(jié)點(diǎn)設(shè)置ROADM/OXC 站、建設(shè)E-F 鏈路。為豐富區(qū)域網(wǎng)的風(fēng)格，通常會(huì)使用區(qū)域內(nèi)所有適用的光纜進(jìn)行組網(wǎng)，因此區(qū)域網(wǎng)一和二的E-F 鏈路通常是基于同一條光纜路由建設(shè)的。

圖1 區(qū)域網(wǎng)相切示意圖

網(wǎng)絡(luò)重疊如圖2 所示。區(qū)域網(wǎng)一和二分別覆蓋不同的區(qū)域，均在D、E、F 節(jié)點(diǎn)設(shè)置ROADM/OXC 站，同時(shí)均建設(shè)D-E、E-F、F-D 的鏈路。區(qū)域網(wǎng)重疊部分通常會(huì)是業(yè)務(wù)需求旺盛地區(qū)，如果仍然采用網(wǎng)絡(luò)相切的方式組網(wǎng)，將會(huì)大幅增加業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接的數(shù)量，增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資。

圖2 區(qū)域網(wǎng)重疊示意圖

3.2 關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組

根據(jù)QCT 2620-2016《中國(guó)電信可重構(gòu)光分插復(fù)用（ROADM）設(shè)備技術(shù)要求》的定義，關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組指的是：ROADM 網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組指兩組波長(zhǎng)通道之間的關(guān)系，此處假設(shè)有組A 和組B。組A 中的任何一個(gè)波長(zhǎng)通道與組B 中的任何一個(gè)波長(zhǎng)通道滿足關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)要求。同一組內(nèi)的任何兩個(gè)波長(zhǎng)通道路由沒(méi)有特殊要求。關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組存在4 種組合：同源同宿、同源不同宿、同宿不同源、不同源不同宿。

關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)指的是：ROADM 網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)波長(zhǎng)通道之間的關(guān)系。互為關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)的的兩個(gè)波長(zhǎng)通道的工作路由不允許使用同一個(gè)鏈路和同一個(gè)共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組（SLRG）內(nèi)的鏈路；在資源允許的情況下，應(yīng)當(dāng)盡可能避免經(jīng)過(guò)相同的中間節(jié)點(diǎn)。在資源允許的情況下，互為關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)的兩個(gè)波長(zhǎng)通道的保護(hù)或恢復(fù)路由也應(yīng)當(dāng)盡可能避免使用同一個(gè)鏈路和同一個(gè)共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組（SLRG）內(nèi)的鏈路，盡可能避免經(jīng)過(guò)相同的中間節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)的定義可知。

（1）業(yè)務(wù)指的是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的波長(zhǎng)通道。

（2）關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組設(shè)定的目的是：AB 兩組業(yè)務(wù)，任意一組業(yè)務(wù)的底層光纜或中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障導(dǎo)致該組業(yè)務(wù)中斷，該故障不會(huì)同時(shí)導(dǎo)致另一組業(yè)務(wù)中斷，即AB 組業(yè)務(wù)不可使用同一路由或同一中間節(jié)點(diǎn)（使用了同一個(gè)共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組（SLRG）內(nèi)不同鏈路的路由視為同一個(gè)路由）。

3.3 業(yè)務(wù)承載原則

對(duì)于多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，業(yè)務(wù)的源宿節(jié)點(diǎn)可能來(lái)自于不同的區(qū)域網(wǎng)，那么該業(yè)務(wù)的路由就需要穿過(guò)多個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，這給業(yè)務(wù)規(guī)劃帶來(lái)了一定的難度，以下這些問(wèn)題需要在規(guī)劃中予以解決：①如何打造低時(shí)延業(yè)務(wù)？② 業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接點(diǎn)如何選擇更合理？③區(qū)域網(wǎng)重疊片區(qū)的業(yè)務(wù)如何劃歸效益更高？④ 關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組的一組業(yè)務(wù)在區(qū)域網(wǎng)重疊片區(qū)，另一組業(yè)務(wù)在某一區(qū)域，如何規(guī)劃安全性更高？

結(jié)合業(yè)務(wù)規(guī)劃對(duì)時(shí)延和安全等方面的要求，可總結(jié)出以下幾點(diǎn)基于多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)分割承載原則。

（1）應(yīng)采用“最短路由”策略規(guī)劃業(yè)務(wù)路由，打造低時(shí)延業(yè)務(wù)，其中關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組應(yīng)以AB 組業(yè)務(wù)路由長(zhǎng)度和為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃業(yè)務(wù)最短路由。

（2）應(yīng)以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)端到端最少電中繼次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)選擇業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接點(diǎn)。

（3）關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組的AB 組業(yè)務(wù)應(yīng)盡量由一個(gè)區(qū)域網(wǎng)承載。

4 業(yè)務(wù)分割承載策略

4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔?/h3>

多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋的組網(wǎng)方式，使得跨域業(yè)務(wù)難以實(shí)現(xiàn)端到端的最短路由規(guī)劃，需要將多個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)整合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，基于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳拍苡?jì)算出業(yè)務(wù)端到端的最短路由。具體的網(wǎng)絡(luò)整合手段為：將多個(gè)區(qū)域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)、鏈路去重處理，歸屬一個(gè)區(qū)域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和鏈路會(huì)保留，區(qū)域網(wǎng)相切或重疊的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和鏈路會(huì)合并成一個(gè)。網(wǎng)絡(luò)相切和重疊的情況可分別整合為如圖3、圖4 所示。

4.2 節(jié)點(diǎn)與鏈路參數(shù)

在網(wǎng)絡(luò)完成整合后，需要給所有的節(jié)點(diǎn)及鏈路設(shè)置初始化參數(shù)，為后面的計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

節(jié)點(diǎn)應(yīng)包含以下信息和數(shù)據(jù)：區(qū)域網(wǎng)屬性、是否可用于跨域轉(zhuǎn)接。其中區(qū)域?qū)傩灾傅氖窃摴?jié)點(diǎn)屬于那個(gè)區(qū)域網(wǎng)，例如節(jié)點(diǎn)A僅屬于區(qū)域網(wǎng)一，其區(qū)域網(wǎng)屬性為“區(qū)域網(wǎng)一”，F(xiàn) 屬于區(qū)域一和二，其區(qū)域網(wǎng)屬性為“區(qū)域網(wǎng)一”和“區(qū)域網(wǎng)二”。同屬于多個(gè)區(qū)域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)才可用于跨域轉(zhuǎn)接，同時(shí)應(yīng)該結(jié)合機(jī)房配套情況給予定義，機(jī)房條件特別差的不建議用于跨域轉(zhuǎn)接。

鏈路應(yīng)包含以下信息和數(shù)據(jù)：區(qū)域網(wǎng)屬性、距離、DGD、OSNR 模擬值、等效跨段數(shù)。其中區(qū)域?qū)傩酝?jié)點(diǎn)。距離等4 項(xiàng)參數(shù)用于計(jì)算業(yè)務(wù)的路由、OSNR 和DGD 模擬值。

4.3 業(yè)務(wù)路由規(guī)劃

完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔虾?，?duì)于非關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)，直接使用最短距離算法即可計(jì)算出業(yè)務(wù)端到端的最短路由。

對(duì)于關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組，方法之一是：首先使用最短距離算法規(guī)劃出一組業(yè)務(wù)的路由，再將該組業(yè)務(wù)沿途中間節(jié)點(diǎn)相關(guān)鏈路及其同一個(gè)共享風(fēng)險(xiǎn)鏈路組（SLRG）內(nèi)的其它鏈路斷開(kāi)，再使用最短距離算法規(guī)劃出另一組業(yè)務(wù)的路由。

由于關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組存在4 種組合，AB 組業(yè)務(wù)的規(guī)劃順序不同，其結(jié)果可能完全不一樣，尤其對(duì)于不同源不同宿的關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組。因此關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組的路由規(guī)劃應(yīng)取多次規(guī)劃的最優(yōu)結(jié)果。最簡(jiǎn)單的方法是，AB 順序和BA 順序均規(guī)劃計(jì)算一次，取AB 組業(yè)務(wù)距離和最短的路由。

4.4 跨域業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接點(diǎn)規(guī)劃

鑒于傳輸設(shè)備最大的投資是“光-電-光”轉(zhuǎn)換器件（OTU、REG），因此減少業(yè)務(wù)端到端的電中繼次數(shù)是降低投資的有效手段。對(duì)于跨域業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，天然需要在跨域位置進(jìn)行背靠背轉(zhuǎn)接，同時(shí)跨域業(yè)務(wù)的路由長(zhǎng)度基本上都比較長(zhǎng)，很大概率需要電中繼，因此在規(guī)劃業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接點(diǎn)時(shí)，需要同時(shí)考慮這兩方面的因素。

跨域業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接點(diǎn)的選擇原則如下。

（1）盡量選擇省會(huì)、地級(jí)市等機(jī)房配套資源較為充點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，以避免由于機(jī)房配套資源不足，在施工階段出現(xiàn)無(wú)法實(shí)施的情況，這方面已在節(jié)點(diǎn)屬性設(shè)置時(shí)提前考慮；

（2）盡量選擇可以使業(yè)務(wù)各電中繼段的性能較為均衡的節(jié)點(diǎn)，以避免出現(xiàn)某個(gè)電中繼段OSNR 余量較少，另一個(gè)電中繼段OSNR 余量較大的情況，較少的OSNR 余量不利于業(yè)務(wù)的日常運(yùn)行維護(hù)，也較難適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容、老化等情況。

跨域業(yè)務(wù)背靠背轉(zhuǎn)接點(diǎn)規(guī)劃示意圖如圖5 所示。具體的規(guī)劃方法為。

（1）從業(yè)務(wù)的源端開(kāi)始，計(jì)算鏈路的累積OSNR 值以及鏈路累積的區(qū)域網(wǎng)屬性交集，當(dāng)累積OSNR 值小于OSNR 容限時(shí)，則表示需要進(jìn)行電中繼，如下圖需在節(jié)點(diǎn)1 設(shè)置電中繼。

（2）當(dāng)鏈路累積的區(qū)域網(wǎng)屬性無(wú)交集時(shí)，則表示業(yè)務(wù)需要跨域轉(zhuǎn)接，如圖5 鏈路2-3，業(yè)務(wù)源端至節(jié)點(diǎn)2 的鏈路累積區(qū)域網(wǎng)屬性交集為區(qū)域網(wǎng)一，鏈路2-3 的區(qū)域網(wǎng)屬性為區(qū)域網(wǎng)二，無(wú)交集，因此至少需要在節(jié)點(diǎn)2 進(jìn)行跨域轉(zhuǎn)接點(diǎn)。

圖5 跨域轉(zhuǎn)接點(diǎn)規(guī)劃示意圖

（3）判斷節(jié)點(diǎn)2 是否為電中繼節(jié)點(diǎn)且可用于跨域轉(zhuǎn)接，如兩個(gè)條件均滿足則設(shè)置節(jié)點(diǎn)2 為跨域轉(zhuǎn)接點(diǎn)。

（4）如節(jié)點(diǎn)2 不符合上述條件，考慮到區(qū)域網(wǎng)間有重疊片區(qū)，則以節(jié)點(diǎn)2 為起點(diǎn)反向搜索，判斷節(jié)點(diǎn)是否屬于多個(gè)區(qū)域網(wǎng)、是否為電中繼節(jié)點(diǎn)且可用于跨域轉(zhuǎn)接，如3 個(gè)條件均滿足則設(shè)置該節(jié)點(diǎn)為跨域轉(zhuǎn)接點(diǎn)，如均找不到符合條件的節(jié)點(diǎn)，則需表示網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有問(wèn)題。

（5）完成跨域轉(zhuǎn)接點(diǎn)設(shè)置后，再以該節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)進(jìn)行下一輪的OSNR 累積計(jì)算和鏈路區(qū)域網(wǎng)屬性交集計(jì)算。

4.5 業(yè)務(wù)劃域承載

在確認(rèn)業(yè)務(wù)的跨域轉(zhuǎn)接點(diǎn)后，需以該節(jié)點(diǎn)為界將業(yè)務(wù)劃歸到不同的區(qū)域網(wǎng)，其中擬劃入的區(qū)域網(wǎng)即為上述轉(zhuǎn)接點(diǎn)規(guī)劃時(shí)的區(qū)域網(wǎng)交集，如圖5 業(yè)務(wù)源端至節(jié)點(diǎn)2 的鏈路累積區(qū)域網(wǎng)屬性交集為區(qū)域網(wǎng)一，則該段落應(yīng)劃入?yún)^(qū)域網(wǎng)一承載。但是區(qū)域網(wǎng)存在相切和重疊片區(qū)，很多情況下交集并不是唯一的，大致有以下幾種情況，分別如圖6、圖7、圖8、圖9 所示。

對(duì)于圖6、圖7 這兩種情況，根據(jù)業(yè)務(wù)承載的原則，應(yīng)盡量由一個(gè)區(qū)域網(wǎng)承載關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組，因此應(yīng)對(duì)關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組的AB 組區(qū)域網(wǎng)屬性再求交集，即圖6 的關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組應(yīng)劃歸區(qū)域網(wǎng)一承載，圖7 的關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組應(yīng)劃歸區(qū)域網(wǎng)二承載。

圖6 區(qū)域?qū)傩越患?/p>

圖7 區(qū)域?qū)傩越患?/p>

圖8 區(qū)域?qū)傩越患?/p>

圖9 區(qū)域?qū)傩越患?/p>

對(duì)于圖8、圖9 這兩種情況，無(wú)法直接明確劃歸的區(qū)域網(wǎng)，可通過(guò)設(shè)置區(qū)域網(wǎng)交集劃分比例來(lái)分配。具體的規(guī)劃方法為：統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)可同時(shí)劃歸區(qū)域網(wǎng)一、區(qū)域網(wǎng)二的業(yè)務(wù)數(shù)量，根據(jù)設(shè)置的比例進(jìn)行業(yè)務(wù)分割承載，其中關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)組的AB 組應(yīng)劃入同一個(gè)區(qū)域網(wǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,信息服務(wù)的空間范圍不斷擴(kuò)大,各種天基、空基、?；?、地基網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不斷涌現(xiàn),可以預(yù)見(jiàn)的是，空天地海一體化信息網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的方向之一，傳輸網(wǎng)作為底層的承載網(wǎng)絡(luò)，必然也需要將立體化的信息進(jìn)行分割承載，未來(lái)也可基于本文的研究成果進(jìn)行進(jìn)一步的研究。