ROADM和OTN技術(shù)在干線傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分析

摘要：隨著我國(guó)干線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，如何優(yōu)化區(qū)域組網(wǎng)技術(shù)成為廣大網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)工作人員關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。ROADM技術(shù)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，已運(yùn)用多年，可快速實(shí)現(xiàn)光層波長(zhǎng)端到端調(diào)度，耗能低，運(yùn)用廣泛。隨著“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略的全面實(shí)施，進(jìn)一步推動(dòng)了全光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，ROADM技術(shù)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)會(huì)。本文立足我國(guó)干線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分析其在發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，重點(diǎn)對(duì)比了ROADM和OTN技術(shù)方案，并提出了幾點(diǎn)優(yōu)化建議，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，有效提高區(qū)域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架水平，為我國(guó)干線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化與應(yīng)用創(chuàng)造條件。

關(guān)鍵詞：ROADM；OTN；干線傳輸網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用

在這個(gè)科技快速發(fā)展的時(shí)代，我國(guó)信息通信行業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，作為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵力量，近兩年，國(guó)家也更加重視對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。隨著WDM技術(shù)的快速發(fā)展，通信容量成倍擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)速度極大提升。近兩年，我國(guó)干線傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大、傳輸速率不斷提高，干線傳輸網(wǎng)絡(luò)以其損耗低、傳輸距離、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)，成為推動(dòng)我國(guó)網(wǎng)信事業(yè)發(fā)展的有效手段[1]。

一、干線傳輸網(wǎng)絡(luò)分析

（一）干線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀與需求

在20世紀(jì)末，密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）引入我國(guó)以后，波分復(fù)用技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，波分復(fù)用能力得到了極大的提高，實(shí)用化系統(tǒng)單波長(zhǎng)速率已達(dá)100Gbit/s，實(shí)現(xiàn)光纖容量的百倍提升。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶運(yùn)用成本的降低，“互聯(lián)網(wǎng)＋”的發(fā)展速度進(jìn)一步加快[2]。

相信在未來(lái)，隨著5G、Wi-Fi-6、超高清+VR/AR等的加速普及，勢(shì)必將激發(fā)更大的流量市場(chǎng)。隨著網(wǎng)絡(luò)視頻行業(yè)的發(fā)展，全球互聯(lián)網(wǎng)流量激增，視頻業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和丟包更加敏感，需要更加穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)性能來(lái)支持網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，需要具備高安全性、低時(shí)延性，提高與數(shù)據(jù)中心的備份同步與容災(zāi)能力，這就需要依靠傳輸網(wǎng)絡(luò)的靈活調(diào)度和保護(hù)恢復(fù)以實(shí)現(xiàn)[3]。

（二）干線傳輸網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

通過(guò)對(duì)目前我國(guó)的干線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下，跨系統(tǒng)連接需要電層轉(zhuǎn)接，導(dǎo)致光層穿通能力不足，增加了傳輸成本。在波分不成網(wǎng)時(shí)，需人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，工作效率低，整體的效果往往不佳[5]。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)中，系統(tǒng)數(shù)量逐漸增加，系統(tǒng)之間的連接性也變得日益復(fù)雜，在實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，常會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，不利于快速調(diào)度。首先，響應(yīng)時(shí)間上遇到延遲，在開(kāi)通業(yè)務(wù)后，客戶的快速開(kāi)通要求常常難以保障，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障或擁擠情況，業(yè)務(wù)恢復(fù)速度慢于預(yù)期[4]。其次，技術(shù)人員在維護(hù)操作時(shí)，需要具有足夠的經(jīng)驗(yàn)，并且耐心、仔細(xì)，否則容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，降低效率。另外，由于維保人員技術(shù)素質(zhì)參差不齊，當(dāng)面臨臨時(shí)、緊急跳接光纖時(shí)，常常要處理各種問(wèn)題，不規(guī)范操作帶來(lái)的后果和影響巨大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的后期維護(hù)成本較高。

（三）區(qū)域組網(wǎng)優(yōu)化

在干線組網(wǎng)時(shí)，由于無(wú)法引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，壟斷的方式對(duì)區(qū)域發(fā)展產(chǎn)生影響，發(fā)展失衡使得資源使用率受到嚴(yán)重影響，不利于整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。因此，在組網(wǎng)時(shí)，可以將其劃分為不同的區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一組網(wǎng)，減少不同系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)接，通過(guò)該種方式，可有效降低組網(wǎng)成本。區(qū)域的劃分可以以業(yè)務(wù)在全網(wǎng)的分布以及地理位置為依據(jù)，使各區(qū)域的業(yè)務(wù)量盡可能均衡，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)接優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而降低組網(wǎng)成本。在區(qū)域內(nèi)，通過(guò)形成閉合回環(huán)，以便進(jìn)行調(diào)度電路、組織迂回。

二、干線傳輸網(wǎng)絡(luò)中組網(wǎng)的選擇

（一）以O(shè)TN為主的組網(wǎng)

采用OTN技術(shù)組網(wǎng)，可以在跨系統(tǒng)組網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)端到端電路調(diào)度，保證小顆粒業(yè)務(wù)能夠順利整合。但是，OTN技術(shù)受到容量的限制，需要全面考慮PCB板的密度，結(jié)合主流光網(wǎng)廠家接入層的傳輸能力，否則難以滿足日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)調(diào)度需求。除此之外，由于需進(jìn)行波道分組，可能導(dǎo)致利用率下降[6]。由于OTN設(shè)備運(yùn)行時(shí)功耗較大，對(duì)各主流通信廠商的波分設(shè)備和波分技術(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，較支線路合一方式而言，支線路分離的功耗更高，導(dǎo)致機(jī)房中存在明顯的供電、散熱問(wèn)題，隨之而來(lái)的功耗和散熱需求的成倍提高，因此需做好機(jī)房管理。如果對(duì)機(jī)房進(jìn)行改造，將會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，不僅會(huì)增加成本，還會(huì)延長(zhǎng)項(xiàng)目進(jìn)度。同時(shí)，OTN技術(shù)需要設(shè)置線路板、支路板，較合一板卡而言，增加了電層處理，進(jìn)一步增加了設(shè)備的成本。

（二）以ROADM為主的組網(wǎng)

ROADM技術(shù)具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，在我國(guó)獲得了廣泛的運(yùn)用。ROADM技術(shù)的發(fā)展一共經(jīng)歷了三個(gè)階段，即WB、PLC和WSS。近兩年，我國(guó)在WSS技術(shù)的可靠性、提升密度方面均取得了不錯(cuò)的研究成果，有效降低了組網(wǎng)成本，技術(shù)水平進(jìn)一步提高，為大容量、多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的ROADM技術(shù)提供了強(qiáng)力的硬件支持。利用各種類型的WSS、耦合器元器件，可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)、方向、競(jìng)爭(zhēng)無(wú)關(guān)等功能的組合。

ROADM技術(shù)作為一種光層重構(gòu)技術(shù)，可有效處理光層，同時(shí)功耗較低，容量大，運(yùn)用成本較低，擴(kuò)展性強(qiáng)，在全網(wǎng)光層中，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、靈活的資源調(diào)度[7]。通過(guò)運(yùn)用LCoS技術(shù)，可將多個(gè)波道進(jìn)行連接，較OTN技術(shù)而言，ROADM技術(shù)在處理能力方面，優(yōu)勢(shì)顯著。在調(diào)度過(guò)程中，ROADM技術(shù)在全網(wǎng)組網(wǎng)中受到限制，導(dǎo)致傳輸距離縮短。目前，在光纜條件下，大部分無(wú)電中繼系統(tǒng)由于達(dá)不到傳輸性能的要求，因此需要增加電中繼，以保證信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。但同時(shí)，受制于全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)尚未完全成熟，在整條光通路中都必須使用相同的一條波長(zhǎng)，導(dǎo)致波長(zhǎng)不連續(xù)，同波長(zhǎng)信號(hào)無(wú)法在同線路上復(fù)用，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。WSS需要倒換的時(shí)間較長(zhǎng)，大都在ns級(jí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速倒換。

ROADM技術(shù)和OTN技術(shù)相比，成本和功耗均更低，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)波段調(diào)度，調(diào)換時(shí)間為ns級(jí)，ROADM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯著，但是其運(yùn)維復(fù)雜，經(jīng)驗(yàn)尚不成熟，在適用范圍上，不如OTN技術(shù)廣，因此具有運(yùn)用條件的區(qū)域可選擇ROADM技術(shù)。OTN技術(shù)的組網(wǎng)方案在許多方面均存在劣勢(shì)，例如成本、功耗、占地等，但是其適用范圍更廣，可有效彌補(bǔ)ROADM技術(shù)區(qū)域使用受限的缺點(diǎn)，在運(yùn)維上較為成熟?？偠灾琑OADM技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)較OTN技術(shù)更加明顯，ROADM以其較高的成熟度、較低的建設(shè)成本和功耗、較少的占用面積，在我國(guó)的干線傳輸網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的運(yùn)用。但是，針對(duì)部分特殊區(qū)域，ROADM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可能難以發(fā)揮，甚至并不適用，此時(shí)可考慮OTN技術(shù)。在建設(shè)過(guò)程中，具體的采用方案和應(yīng)用比例需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、適用性、穩(wěn)定性與先進(jìn)性，根據(jù)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行選用，保證傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能夠得以發(fā)揮。

三、ROADM技術(shù)在干線OTN中的應(yīng)用

（一）在本地傳送網(wǎng)中的應(yīng)用

根據(jù)本地傳輸網(wǎng)的規(guī)模、組網(wǎng)形式、業(yè)務(wù)情況等，合理規(guī)劃ROADM設(shè)備維度

在本地傳送網(wǎng)中，使用多個(gè)線路方向，通過(guò)上下路模塊，以減少人為因素的干預(yù)。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，從多個(gè)波長(zhǎng)信道中，選擇是否拓展波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的靈活性。如果選用，則可以選擇WDM技術(shù)，無(wú)需采用OTU，以降低建設(shè)成本。在網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，需進(jìn)行光傳輸網(wǎng)性能優(yōu)化與仿真研究，以保證節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)性能。在匯聚層，網(wǎng)絡(luò)邊緣與中心節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)匯聚較多，需要頻繁利用波道，導(dǎo)致波長(zhǎng)沖突現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此需要通過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和重新賦予，以提高網(wǎng)絡(luò)能力。在網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中，ROADM匯聚環(huán)節(jié)點(diǎn)數(shù)量最多不超過(guò)3個(gè)，避免增加傳輸?shù)臅r(shí)延。

（二）減少時(shí)延分析

波分系統(tǒng)的時(shí)延主要由兩部分組成，即線路時(shí)延和引入時(shí)延。OTN的傳輸時(shí)延見(jiàn)表1。

使用ROADM技術(shù)前，節(jié)點(diǎn)5與節(jié)點(diǎn)3的路徑長(zhǎng)為1120km，見(jiàn)圖1，從節(jié)點(diǎn)5到節(jié)點(diǎn)1，需選擇節(jié)點(diǎn)3 作為中繼板的添加位置，該路徑上經(jīng)過(guò)的中繼站、光放站的數(shù)量分別為3、11，如果中繼站、光放站、光纜的時(shí)延分別為1000μs、100ns、5μs/km。各部分的時(shí)延貢獻(xiàn)為：光纖單向時(shí)延5600μs，占比94.9%，可采取優(yōu)化路由、減少距離的優(yōu)化方案；OTM、電中繼單向時(shí)延300μs，占比5.1%，可采取增加傳輸距離，減少中繼站的優(yōu)化方案；光放站單向時(shí)延1.1μs；合計(jì)時(shí)延5901.1μs。

由上可知，光纖傳輸延時(shí)比例最大，超過(guò)了90%，起決定性作用。使用ROADM技術(shù)后，原路徑改為節(jié)點(diǎn)2傳輸，距離323km，從節(jié)點(diǎn)5到節(jié)點(diǎn)1，該路徑上經(jīng)過(guò)的中繼站、光放站的數(shù)量分別為2、4，如果中繼站、光放站、光纜的時(shí)延分別為1000μs、100ns、5μs/km。各部分的時(shí)延貢獻(xiàn)為：光纖單向時(shí)延1615μs，占比89%；OTM、電中繼單向時(shí)延200μs，占比11%；光放站單向時(shí)延0.2μs；合計(jì)時(shí)延1915.2μs。

經(jīng)過(guò)以上對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在使用ROADM技術(shù)后的時(shí)延較使用前減少了4085.9μs。通過(guò)ROADM技術(shù)，能夠減少傳輸距離，效果明顯。

（三）區(qū)域ROADM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建議

在劃分網(wǎng)絡(luò)區(qū)域時(shí)，需盡量將光層直達(dá)的節(jié)點(diǎn)劃分在同一區(qū)域內(nèi)，以業(yè)務(wù)規(guī)模、位置為依據(jù)，進(jìn)行劃分。采用ROADM技術(shù)組網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)光層低成本、高效率的目的，如果存在無(wú)法直達(dá)的情況，可根據(jù)需要，設(shè)置電中繼，完成傳遞[8]。在運(yùn)用ROADM技術(shù)時(shí)，波長(zhǎng)沖突是較為普遍并且重要的問(wèn)題。想要完全解決該問(wèn)題，則需要配置大量OTU，但成本太高，會(huì)降低效率，為此配置比例不宜過(guò)高。如果同一線路上發(fā)生了大量的波長(zhǎng)沖突，則可以采用擴(kuò)容的方式，增加維度，以解決波長(zhǎng)沖突，采用該種方式無(wú)需配置OTU，成本更低。ROADM技術(shù)組網(wǎng)設(shè)計(jì)適用于光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠充分利用各種光纜路由，以增加業(yè)務(wù)的多樣性，以提高電路的安全性，減少路由器延遲。通過(guò)增加線路維度，進(jìn)行擴(kuò)展，可提升解決波長(zhǎng)沖突的能力。同時(shí)，增加雙機(jī)直聯(lián)，進(jìn)而減少跨系統(tǒng)轉(zhuǎn)接。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的干線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要有兩種，即ROADM技術(shù)和OTN技術(shù)，技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際的建設(shè)需求，靈活選用，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)組建方案，不斷提升傳輸技術(shù)水平?？偠灾?，ROADM技術(shù)的發(fā)展還有賴于實(shí)際業(yè)務(wù)需求的推動(dòng)，而OTN技術(shù)對(duì)光域內(nèi)波長(zhǎng)級(jí)別業(yè)務(wù)調(diào)動(dòng)的需求，使得ROADM技術(shù)成為OTN光層傳輸技術(shù)中的最佳選擇。隨著ROADM技術(shù)的不斷發(fā)展，大顆粒波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)調(diào)度能夠在波長(zhǎng)層面實(shí)現(xiàn)商用，以構(gòu)建安全、可靠的本地網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：田敏 山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]呂凱，齊斌，鐘勝前，張安旭，馮立鵬.ROADM全光交換網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用展望[J].電信科學(xué)，2022，38（07）：37-42.

[2]王錚.OTN技術(shù)在5G承載網(wǎng)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江信息通信，2022，35（06）：201-203.

[3]周鶴，楊其芳，武清華，白冰.ROADM技術(shù)在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用及問(wèn)題研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2022（03）：64-68.

[4]葉胤，袁海濤，江樹(shù)臻.ROADM和OTN技術(shù)在干線傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究[J].電信技術(shù)，2016（11）：34-38.

[5]黃堅(jiān)毅.論5G承載網(wǎng)中ROADM的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江信息通信，2021，34（08）：133-135.

[6]屯譽(yù)蓉，趙凱，梁偉軍.ROADM技術(shù)在城域波分中的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2021（03）：190-191.

[7]劉亞峰.開(kāi)放和分解OTN技術(shù)研究和分析[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2020，33（11）：27-34.

[8]劉飛，惠紹明.OTN在5G傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用淺析[J].中國(guó)新通信，2019，21（23）：121.

田敏（1982.07-），女，漢族，山西晉中，本科，工程師， 研究方向：傳輸、云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及大數(shù)據(jù)分析。