OTN網(wǎng)絡(luò)中光交叉設(shè)備的選擇

呂生亮

（聯(lián)通（遼寧）產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)公司，遼寧 沈陽(yáng) 110042）

0 引 言

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)和云時(shí)代的來(lái)臨，家寬帶提速，以及政企專線的發(fā)展，通信運(yùn)營(yíng)商光網(wǎng)絡(luò)不但需要具備更大的容量，還需要實(shí)現(xiàn)更低的時(shí)延、更靈活敏捷的開(kāi)通調(diào)度。以DC（數(shù)據(jù)中心）為中心的Mesh 化組網(wǎng)，要求光傳送網(wǎng)具備多方向、多維度的業(yè)務(wù)調(diào)度和控制功能，引入ROADM（可重構(gòu)的光分插復(fù)用器）、OXC（光交叉連接）等光交換技術(shù)，已成為未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但在光傳送網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和演進(jìn)過(guò)程中，任何新技術(shù)的引入都必須滿足當(dāng)前和未來(lái)的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)具備良好的性價(jià)比，滿足網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)演進(jìn)的需求。

1 光交叉技術(shù)的發(fā)展

1.1 ROADM 技術(shù)的發(fā)展

ROADM：Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重構(gòu)光分插復(fù)用器，一種具備在波長(zhǎng)層面遠(yuǎn)程控制光信號(hào)分插復(fù)用狀態(tài)能力的技術(shù)，支持波長(zhǎng)通道上下路狀態(tài)的靈活配置；多維ROADM 支持波長(zhǎng)通道在各個(gè)維度（方向）之間的靈活調(diào)度，可通過(guò)軟件遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)上下路波長(zhǎng)的配置和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全光組網(wǎng)及超容量業(yè)務(wù)靈活調(diào)度和完全透明傳送，適合應(yīng)用于10G、40G、100G、400G 等高速率波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)。

ROADM 設(shè)備的核心器件從WB（波長(zhǎng)阻斷器，Wavelength Blocker）、PLC（平面光波導(dǎo)回路，Planar Lightwave Circuit）發(fā)展到目前主流的WSS（波長(zhǎng)選擇光開(kāi)關(guān)，Wavelength Selective Switch）；WSS 可以將波長(zhǎng)信號(hào)分插到任意通道進(jìn)行傳輸，讓光路中每個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)都可以被獨(dú)立交換，多端口的WSS 模塊能獨(dú)立的將任意波長(zhǎng)分配到任意路徑，實(shí)現(xiàn)光層波長(zhǎng)級(jí)調(diào)度。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。波長(zhǎng)選擇光開(kāi)關(guān)WSS 再通過(guò)與放大器、分光器、耦合器等光器件不同的組合，實(shí)現(xiàn)Colorless 波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、Directionless 方向無(wú)關(guān)、Directionless 競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)、Gridless 靈活柵格（也稱顆粒無(wú)關(guān)）等功能；組成D-ROADM（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)相關(guān)）、CD-ROADM（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）、CDC-ROADM（方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)）、CDC-G ROADM（方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)，靈活柵格）等不同的形態(tài)，滿足不同的業(yè)務(wù)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

目前主流廠家常見(jiàn)ROADM 設(shè)備多為4 維、9 維、20維的設(shè)備，目前也有32 維ROADM 設(shè)備的相關(guān)產(chǎn)品。但ROADM 設(shè)備需要使用大量的WSS 器件，需要大量的機(jī)柜，占用機(jī)房電源端子機(jī)房空間，同時(shí)各WSS 器件需使用光纖相互連接，隨著維度的增加，各器件間的連纖數(shù)量呈指數(shù)級(jí)的增加，大量復(fù)雜的連纖，增加了工程建設(shè)和后期維護(hù)的難度。

1.2 OXC 技術(shù)的發(fā)展

OXC：optical cross-connect，光交叉連接。和ROADM一樣，OXC 也是一種能在光層實(shí)現(xiàn)信號(hào)交換的一種技術(shù)。他相較于ROADM 設(shè)備通過(guò)大量光纖連接各光元器件，OXC 通過(guò)光纖編制技術(shù)將光纖印刷到一塊板卡中，形成全光背板，省卻紛繁復(fù)雜的連纖工作。實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部“0”連纖，減少了工程建設(shè)和后期維護(hù)的難度。

通過(guò)進(jìn)一步對(duì)光元器件的整合，將波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)（WSS）、光纖線路接口板（FIU）、光放（OA）、光功率檢測(cè)板（OPM）、光纖自動(dòng)切換保護(hù)系統(tǒng)（OLP）等集中在一塊光線路板中；再將二級(jí)波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)WSS 與所需的光放大器集中在光支路板中，實(shí)現(xiàn)了一塊板卡對(duì)應(yīng)一個(gè)維度的高度集中化。OXC光線路和OXC 支路板通過(guò)MPO(多端口連接器)與光背板進(jìn)行互連，使用了高速光連接器和自動(dòng)插拔技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)插板即連纖，極大地提升了易用性。

目前商用的OXC 設(shè)備為32 維，通過(guò)不同的光線路板與光支路板組合，可實(shí)現(xiàn)32×32 維CD（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）交叉，或者8×48 維CDC（方向無(wú)關(guān)，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)）交叉。隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變，東西向流量與業(yè)務(wù)需求的增多，相信未來(lái)OXC 會(huì)向著更高維度、更大容量、更智能的方向演進(jìn)。

2 ROADM 與OXC 方案的對(duì)比

雖然OXC 設(shè)備解決了ROADM 連纖復(fù)雜、子架多的問(wèn)題，但目前OXC 設(shè)備存在采購(gòu)成本高、前期配置資源浪費(fèi)、運(yùn)營(yíng)回收期長(zhǎng)等問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，OXC 設(shè)備不一定是光交換設(shè)備的最優(yōu)解決方案，這也是OXC 為什么目前沒(méi)有大規(guī)模部署的原因之一。下面以國(guó)內(nèi)某主流廠商O(píng)XC 設(shè)備（CD）與CD-ROADM 數(shù)據(jù)為例，從運(yùn)維效率、運(yùn)營(yíng)成本、技術(shù)擴(kuò)展三個(gè)方面對(duì)比分析不同需求下ROADM 設(shè)備與OXC 設(shè)備如何選擇。

2.1 運(yùn)維效率對(duì)比

從表1中可以看出，隨著維度的不斷增加，ROADM 的機(jī)柜數(shù)量不斷的堆疊增加，而OXC 僅需要1 個(gè)機(jī)柜就可以解決；由于ROADM 機(jī)柜的增加導(dǎo)致功耗不斷增加、OXC的功耗不發(fā)生增加改變，連纖數(shù)量的增加更是越來(lái)越明顯，和OXC 的差距越來(lái)越大。

表1 ROADM 與OXC 方案運(yùn)維效率對(duì)比表

2.2 運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比

結(jié)合該廠家與某運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)，假定他們?cè)谠O(shè)備折舊年限、電費(fèi)、還有空間占用成本一致。以某運(yùn)營(yíng)商北方省會(huì)城市核心機(jī)房為例，設(shè)備采購(gòu)單價(jià)數(shù)據(jù)為該廠家與該運(yùn)營(yíng)商的簽訂的集采單價(jià)，主設(shè)備折舊年限按照10年計(jì)算，每年均攤（不考慮利息）；電費(fèi)按照商業(yè)用電每千瓦時(shí)一元估算、不考慮損耗及相關(guān)電池配套用電；人工維護(hù)、維修成本、管理成本、空調(diào)暖通、房屋土地折舊等成本，按照每機(jī)位5000 元一年估算；

從表2中可以看出，在低維度的場(chǎng)景下OXC 設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本相較于ROADM 設(shè)備的成本要高出很多，主要是由于兩種主設(shè)備采購(gòu)單價(jià)的差距造成的。但是隨著維度的增加，到達(dá)9 維時(shí)，兩種設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本基本持平；在16 維的時(shí)候 ROADM 每年的運(yùn)營(yíng)成本達(dá)到了45.1 萬(wàn)，而OXC 只有39 萬(wàn)，OXC 存在的采購(gòu)單價(jià)高的問(wèn)題已被其他成本拉低。

表2 ROADM 與OXC 方案運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比表

2.3 技術(shù)擴(kuò)展性對(duì)比

最后看技術(shù)擴(kuò)展性，從表3中可以看出，ROADM 和OXC 目前主要相差在交換維度上，ROADM 最多支持20 維，而OXC 支持32 維，從未來(lái)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)MESH 組網(wǎng)的演進(jìn)方面，OXC 具備一定優(yōu)勢(shì)，但是大部分節(jié)點(diǎn)20 維仍然可以滿足一段時(shí)間的業(yè)務(wù)需求。

表3 ROADM 與OXC 方案技術(shù)擴(kuò)展性對(duì)比表

綜上所述，當(dāng)節(jié)點(diǎn)維度數(shù)>9 時(shí)，建議直接部署OXC技術(shù)設(shè)備，節(jié)省功耗、減少機(jī)房面積需求；節(jié)點(diǎn)維度數(shù)≤9的節(jié)點(diǎn)，建議部署ROADM 技術(shù)設(shè)備保證后續(xù)擴(kuò)展性，如果機(jī)房空間及電源條件緊張，可以考慮直接部署OXC 技術(shù)設(shè)備，減少對(duì)機(jī)房配套的壓力。

3 光交叉設(shè)備的選擇

3.1 光交換設(shè)備形態(tài)選擇

當(dāng)前基于WSS 的ROADM 最典型應(yīng)用形態(tài)為CDROADM（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）和CDC-ROADM（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)），OXC 設(shè)備可以根據(jù)單板配置實(shí)現(xiàn)CD 或CDC 的功能。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)判斷是否需要競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)，選擇CD（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）還是CDC（方向無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)）這兩種形態(tài)；例如MESH 組網(wǎng)中，每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間都有相連的鏈路，競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)就不是很重要。光交叉技術(shù)形態(tài)特性如圖1所示。

圖1 光交叉技術(shù)形態(tài)特性

3.2 光交叉設(shè)備維度數(shù)計(jì)算

在光交叉設(shè)備中，維度指的是傳輸方向，維度包含方向維度和本地維度兩個(gè)部分；方向維度對(duì)應(yīng)線路方向，本地維度用于上下業(yè)務(wù)。以圖2中的拓?fù)鋱D為例，A 站點(diǎn)有4 個(gè)方向，所以A 站點(diǎn)就有4個(gè)方向維度，B站點(diǎn)有2個(gè)方向，B站點(diǎn)為2個(gè)方向維度。

圖2 光交叉設(shè)備拓?fù)鋱D

本地維度用于節(jié)點(diǎn)的上下業(yè)務(wù)，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)層級(jí)來(lái)的判斷，核心節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)多，為了支持業(yè)務(wù)的全上全下，一般要求預(yù)留本地維度數(shù)和方向維度數(shù)一致，保證業(yè)務(wù)的全進(jìn)全出。對(duì)于匯聚節(jié)點(diǎn)，我們不要求業(yè)務(wù)的全進(jìn)全出，一般按照二分之一方向維度數(shù)去預(yù)留本地維度。

3.3 光交換設(shè)備維度數(shù)選擇

通過(guò)前面維度數(shù)的計(jì)算，結(jié)合目前主流光交叉設(shè)備的維度數(shù)量，結(jié)合不同場(chǎng)景可以作出如下的設(shè)備選擇：

（1）方向數(shù)＞4 的核心節(jié)點(diǎn)，建議采用32 維OXC設(shè)備保證系統(tǒng)有良好的擴(kuò)展性，如投資有限可選擇20 維ROADM 設(shè)備；（2）方向數(shù)≤4 的骨干匯聚節(jié)點(diǎn)，建議采用9 維ROADM 設(shè)備；（3）方向數(shù)≤2 的普通匯聚節(jié)點(diǎn)，建議采用4 維ROADM 設(shè)備。

4 結(jié) 論

光交叉技術(shù)設(shè)備的出現(xiàn)增強(qiáng)了OTN 網(wǎng)絡(luò)光層的靈活性，能夠在不發(fā)生任何的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的情況下改變傳輸方向，并且可以通過(guò)軟件遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)控制波長(zhǎng)信號(hào)的傳輸路徑，滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和政企業(yè)務(wù)的靈活調(diào)整的需求，大大地提高了維護(hù)工作效率和新開(kāi)通業(yè)務(wù)時(shí)的反響應(yīng)速度，同時(shí)有效降低了運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，符合運(yùn)營(yíng)商降本增效的目標(biāo)，引入ROADM 和OXC 兩種光交換技術(shù)是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。雖然OXC系統(tǒng)相較于ROADM 系統(tǒng)更為先進(jìn)，解決了ROADM 系統(tǒng)存在的連纖復(fù)雜、電源及機(jī)房空間占用多的問(wèn)題，但是目前設(shè)備單價(jià)成本高，實(shí)際應(yīng)用中低維度場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)不明顯，這也是OXC 沒(méi)有大規(guī)模部署的原因之一。本文通過(guò)結(jié)合實(shí)際建設(shè)運(yùn)營(yíng)中的數(shù)據(jù)以及某主流廠家的相關(guān)設(shè)備參數(shù)，對(duì)兩種光交叉設(shè)備從三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，提出了不同場(chǎng)景下ROADM 和OXC 兩種設(shè)備使用選型的相關(guān)建議。相信隨著ROADM 和OXC 兩種技術(shù)的引入，將加速傳送網(wǎng)朝著全光網(wǎng)的方向發(fā)展的步伐。