城域ＷＤＭ環(huán)網(wǎng)及其應(yīng)用

李　芳　張成良

摘要：

文章闡述了城域WDM環(huán)網(wǎng)的節(jié)點結(jié)構(gòu)、保護方式、波長轉(zhuǎn)換器、子速率復(fù)用和光網(wǎng)絡(luò)管理等，給出了WDM環(huán)網(wǎng)在城域應(yīng)用時應(yīng)考慮的一些因素，并分析了運營商所關(guān)心的系統(tǒng)成本問題。

關(guān)鍵詞：

寬帶城域網(wǎng)；WDM環(huán)網(wǎng)；密集波分復(fù)用；波長轉(zhuǎn)換器；保護；子速率復(fù)用

ABSTRACT:

ThemetropolitanWDMringnetworkisintroducedfromtheaspectsofnodearchit

ecture,protectionmodes,featuresofOTUandsub-ratemultiplexer/demultip

lexer,networkmanagement,etc.Then,somefactorsthatshouldbeconsideredi

ntheapplicationofWDMringinmetropolitanareaaregiven,andthesystemcost

thatoperatorscommonlyconcernisalsoanalyzed.

KEYWORDS:

BroadbandMAN;WDMringnetwork;DWDM;OTU;Protection;Sub-rateMultiplexer

/Demultiplexer

1前言

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展推動著運營商構(gòu)建新一代的寬帶城域網(wǎng)，以便于向廣大用戶經(jīng)濟有效、快速動態(tài)地提供帶寬業(yè)務(wù)。目前中國骨干網(wǎng)的帶寬利用率平均只有10%左右，如何將巨大的帶寬轉(zhuǎn)化為運營收入是運營商所面臨的重要課題。若轉(zhuǎn)化成功，則城域網(wǎng)將成為不斷發(fā)展的大量寬帶業(yè)務(wù)和運營收入的源泉。在點到點線性WDM(波分復(fù)用)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于骨干網(wǎng)后，適用于城域網(wǎng)的WDM系統(tǒng)特別是WDM環(huán)網(wǎng)正在蓬勃發(fā)展。波長透明性使WDM技術(shù)非常適合城域網(wǎng)的多業(yè)務(wù)傳送，并在容量和可擴展性方面具有優(yōu)勢。采用WDM技術(shù)可實現(xiàn)波長出租、企業(yè)互聯(lián)和SAN(存儲網(wǎng)絡(luò))互聯(lián)，是非常理想的大中型城域骨干層解決方案。

2WDM環(huán)網(wǎng)的波長分配結(jié)構(gòu)

WDM環(huán)網(wǎng)的物理拓撲結(jié)構(gòu)是環(huán)形，其承載業(yè)務(wù)的分布類型決定了波長通路的分配結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)根據(jù)WDM環(huán)網(wǎng)實際承載的業(yè)務(wù)分布而規(guī)劃組織各WDM節(jié)點之間的波長通路分配結(jié)構(gòu)。典型的城域業(yè)務(wù)分布有兩種類型，即集中匯聚型和均勻型，因此WDM環(huán)網(wǎng)的波長通路分配結(jié)構(gòu)也可分為集中匯聚型、均勻型(網(wǎng)狀)或上述兩種類型的混合形式。匯聚型業(yè)務(wù)分布一般是星形或雙星形的，即業(yè)務(wù)量分布主要集中于一個或兩個特殊節(jié)點(如匯接局或關(guān)口局)；城域匯聚層的業(yè)務(wù)分布一般也是單星形或雙星形的。

圖1中的左圖是以單星形業(yè)務(wù)分布為例的波長通路分配示意圖。中心節(jié)點實現(xiàn)所有波長通路的上下，環(huán)網(wǎng)的業(yè)務(wù)分布采用各個節(jié)點向中心節(jié)點匯聚的方式，城域匯聚層的業(yè)務(wù)分布屬于該類型。而均勻分布的各個節(jié)點之間業(yè)務(wù)量比較均勻，呈分布式，城域的骨干層的業(yè)務(wù)分布近似于該類型。圖1中的右圖是均勻型分布的波長通路分配示意圖。WDM環(huán)網(wǎng)的波長通路分配是全連接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比較復(fù)雜，需要詳細規(guī)劃。由于城域業(yè)務(wù)的多樣性和動態(tài)發(fā)展的特性，WDM環(huán)網(wǎng)實際承載業(yè)務(wù)量的分布可能是上述兩種類型的混合，因此WDM環(huán)網(wǎng)的波長通路分配結(jié)構(gòu)多為混合型。

3WDM節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)對波長處理方式的不同，WDM節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)可分為3類：并行、串行和串并行混合結(jié)構(gòu)。并行結(jié)構(gòu)對在本節(jié)點上下路的波長進行復(fù)用和解復(fù)用處理，所有直通波長也同樣進行一次復(fù)用和解復(fù)用處理，如圖2所示。串行結(jié)構(gòu)只對在本節(jié)點需要上下路的波長進行濾波處理，而對直通波長不進行復(fù)用和解復(fù)用處理，如圖3所示，這種結(jié)構(gòu)適用于業(yè)務(wù)量上下較小的節(jié)點，具有成本低、體積小的特點。串并行混合結(jié)構(gòu)即先通過子波帶分波器將在本節(jié)點上下路的1個或多個子波帶進行濾波，然后對子波帶內(nèi)的每個波長進行復(fù)用和解復(fù)用處理，而其他子波帶在經(jīng)過子波帶分波/合波器的處理后在光域直通，如圖4所示。串并行混合結(jié)構(gòu)是以子波帶為單位進行上下路，可實現(xiàn)波長的模塊化的平滑擴容，并且由于一個子波帶內(nèi)的各波長經(jīng)過的距離相同，衰耗也相同，所以可采用子波帶放大技術(shù)(如圖5所示)。圖2、圖4、圖5中的虛框分別表示前置放大器、功率放大器和光放大器，根據(jù)實際需要可對它們加以選擇。

根據(jù)是否能實現(xiàn)波長的靈活上下，OADM(光分插復(fù)用器)可分為固定和動態(tài)兩種。動態(tài)OADM是采用光交叉矩陣來實現(xiàn)波長的交叉連接和本地業(yè)務(wù)的上下，為了避免在上下波長時產(chǎn)生大的功率突變。動態(tài)OADM節(jié)點內(nèi)部應(yīng)進行動態(tài)功率均衡控制：一種方案是在每個信道采用電控的VOA(可變光衰減器)和光放大器內(nèi)部的增益均衡器，可實現(xiàn)對功率波動的控制；另一種方案是采用一個可對上下波長光功率進行監(jiān)控和快速調(diào)整的器件。

4WDM環(huán)網(wǎng)的保護方式

WDM環(huán)網(wǎng)的保護方式可有多種類型。

根據(jù)保護結(jié)構(gòu)的不同，可分為路徑保護和子網(wǎng)連接保護。路徑保護是一種端到端的保護機制，適合于任何物理結(jié)構(gòu)，可以工作在單向或雙向模式狀態(tài)下。單向保護是指兩節(jié)點間的雙向業(yè)務(wù)經(jīng)過不同的物理路由，在單向出現(xiàn)故障時僅倒換受影響的信號方向；雙向保護則是指兩節(jié)點間的雙向業(yè)務(wù)經(jīng)過相同的物理路由，在單向出現(xiàn)故障時同時倒換雙向信號。

根據(jù)路徑的不同，可分為光通道保護和光線路保護。

根據(jù)對保護資源的占有情況不同，可分為專有保護和共享保護，前者的保護資源由工作業(yè)務(wù)獨占，僅用于保護；后者的保護資源在正常工作狀態(tài)下可傳送低等級的額外業(yè)務(wù)。

常用的WDM環(huán)網(wǎng)保護方式為UPSR(單向光通道保護)、OSNCP(光子網(wǎng)連接保護)、雙向光線路共享保護(BLSR或OMS-SPRing)和雙向光通道共享保護(BPSR或OCh-SPRing)。

由于終端用戶協(xié)議的多樣性，多種生存性共存便有利于城域運營商向用戶提供多種級別的業(yè)務(wù)服務(wù)。SDH自愈環(huán)保護和WDM環(huán)網(wǎng)保護同屬于物理層的保護，保護倒換時間均應(yīng)小于50ms。當WDM環(huán)網(wǎng)承載SDH業(yè)務(wù)時，若同時采用SDH層保護和光層保護，則需要設(shè)置SDH層保護的延遲(Hold-off)時間，這將大大增加業(yè)務(wù)的受損時間，目前大多數(shù)廠商提供的SDH復(fù)用段共享保護環(huán)不支持延遲時間的設(shè)置，因此一般僅采用SDH的保護，而在光層不配置保護。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(如IP、ATM)自身的恢復(fù)收斂時間為幾十秒。因物理層十幾毫秒的保護倒換時間對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)沒有明顯影響，因此當WDM環(huán)網(wǎng)直接承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，應(yīng)根據(jù)與用戶簽定的SLA(服務(wù)級別協(xié)議)的規(guī)定，采用光層和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層保護機制或僅依賴數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)自身的保護。

5波長轉(zhuǎn)換器

OTU(波長轉(zhuǎn)換器)的主要功能是提供客戶端設(shè)備(如SDH設(shè)備、路由器和以太網(wǎng)交換機等)與WDM環(huán)網(wǎng)的適配和互通。通過OTU的適配，WDM環(huán)網(wǎng)可接入和傳輸多種業(yè)務(wù)：SDH、ATM、IPPOS、FE(快速以太網(wǎng))、GE(千兆比以太網(wǎng))業(yè)務(wù)以及未來可能廣泛應(yīng)用的其它一些業(yè)務(wù)，如10GE、FiberChannel、ESCON、FICON和DigitalVideo等。

根據(jù)是否具備再定時功能，OTU可分為兩類：2R和3R。

2R類型OTU僅具備整形和再生功能，而不具備再定時功能，因此對信號速率透明，可接收信號速率為100Mbit/s～2.5Gbit/s，適合于波長出租業(yè)務(wù)，運營商不能監(jiān)視客戶端設(shè)備接入信號的速率和數(shù)據(jù)流量。2R類型OTU對信號的性能監(jiān)視和告警狀態(tài)僅限于物理層參數(shù)(如光接收/發(fā)送功率和光信號丟失等告警事件)。

3R類型OTU具有整形、再定時和再生功能，再定時功能可有效地抑制信號的傳輸損傷(如高頻抖動)。根據(jù)再定時電路的不同，3R類型OTU又可分為固定時鐘和多時鐘兩類：固定時鐘的OTU僅支持單一速率的信號輸入；多時鐘的OTU可支持多種不同速率的信號輸入(如GE、STM-1、STM-4和STM-16)。支持哪種速率的信號輸入可通過網(wǎng)管系統(tǒng)進行設(shè)置，也可以是自適應(yīng)的。3R類型OTU除了可監(jiān)視信號的物理層參數(shù)外，還可有效地監(jiān)視信號性能，如監(jiān)視SDH信號的B1和J0字節(jié)，對GE等數(shù)據(jù)信號進行CRC校驗和流量統(tǒng)計等。

6子速率復(fù)用

城域WDM環(huán)網(wǎng)可大量承載客戶的多種協(xié)議和多種速率的業(yè)務(wù)，但每個波長承載一種業(yè)務(wù)的方式將會很快耗盡波長。為提高每個波長的帶寬利用率，應(yīng)盡量避免低速率業(yè)務(wù)單獨占用一個光波長通道。一種新興的經(jīng)濟有效的方法是將多個低速率客戶信號復(fù)用到一個波長信道中。該技術(shù)被稱為子速率(或子波長)復(fù)用，可實現(xiàn)“單波長多業(yè)務(wù)”。子速率復(fù)用需要在WDM環(huán)網(wǎng)的輸入側(cè)將多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)復(fù)用到同一波長信道中，并在輸出側(cè)進行信號的解復(fù)用，完成此功能的設(shè)備單元稱為子速率復(fù)用/解復(fù)用器。

7城域光網(wǎng)絡(luò)管理

WDM環(huán)網(wǎng)作為城域光網(wǎng)絡(luò)的一部分，必須納入運營商城域光網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理中。城域光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)和資源為運營商提供了可管理、可運營的對象。光網(wǎng)絡(luò)無論作為配套的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)還是向企業(yè)或其他運營商直接出租帶寬資源都屬于可運營的范疇。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)當為網(wǎng)絡(luò)的運營維護提供決策和判斷依據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)故障診斷定位、業(yè)務(wù)質(zhì)量分析和故障業(yè)務(wù)調(diào)度策略等智能特性。城域運營商的光網(wǎng)絡(luò)管理體系可劃分為兩個層面：業(yè)務(wù)管理層面及網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理層面。業(yè)務(wù)層面主要完成面向運營的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)度和管理服務(wù)，如波長、帶寬批發(fā)與租用管理，CNM(客戶網(wǎng)絡(luò)管理)和計費等；網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備層面則主要為業(yè)務(wù)層提供資源管理和算法支撐，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運營維護體系中的設(shè)備管理、資源管理、故障分析與抑制等功能。

8WDM環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用

根據(jù)中國電信業(yè)務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點，WDM環(huán)網(wǎng)主要適用于經(jīng)濟發(fā)達的大中型城市的骨干層及業(yè)務(wù)量較大的數(shù)據(jù)專網(wǎng)。在實際應(yīng)用時，需要考慮ADM環(huán)網(wǎng)長度及光功率預(yù)算、系統(tǒng)光通路數(shù)、OADM節(jié)點數(shù)量和類型、環(huán)網(wǎng)的保護方式、波長通路的分配、每個節(jié)點的上下波長數(shù)量等因素，需要根據(jù)每個城市的具體情況和承載業(yè)務(wù)的分布類型進行具體的規(guī)劃和設(shè)計。在大多數(shù)應(yīng)用情況下，WDM環(huán)網(wǎng)的環(huán)長在100km以內(nèi)，但應(yīng)用在地區(qū)網(wǎng)時，環(huán)網(wǎng)的環(huán)長可在100km到250km之間。一個環(huán)網(wǎng)上的節(jié)點數(shù)一般為3到8個，典型值為4到6個。目前，許多設(shè)備廠商可提供依據(jù)自己的OADM產(chǎn)品參數(shù)而開發(fā)的城域WDM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計軟件。

環(huán)網(wǎng)的長度及光功率預(yù)算與采用的保護方式相關(guān)，WDM環(huán)網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計必須能保證環(huán)網(wǎng)保護倒換時最壞情況的光通道信號質(zhì)量，即光通道最大衰耗的確定應(yīng)保證誤碼率為10-12時要求的光功率和OSNR(對STM-16信號為20dB；對STM-64信號，無FEC時為25dB，具備帶外FEC時為20dB)。當WDM環(huán)網(wǎng)承載STM-64信號時，光纜的PMD(偏振模色散)系數(shù)應(yīng)小于10，其中最長光通道為WDM環(huán)網(wǎng)正常工作或保護倒換時傳輸最長距離的光通道。

9系統(tǒng)成本

對大多數(shù)運營商來說，是否在城域骨干層采用WDM解決方案，成本是一個需要考慮的重要因素。因此，一方面為了能占領(lǐng)和推動市場，設(shè)備商應(yīng)努力降低成本并提高產(chǎn)品的性能價格比。另一方面，運營商應(yīng)充分考慮城域WDM的真正優(yōu)勢：具備大容量、多業(yè)務(wù)支持和快速提供新業(yè)務(wù)的能力；便于實現(xiàn)向“IP+光”網(wǎng)絡(luò)的平滑演進，適應(yīng)未來難以預(yù)測的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展，構(gòu)建“真正經(jīng)得起未來考驗”的城域智能光網(wǎng)絡(luò)。可見，高的初期設(shè)備投資可帶來可觀的運營收入并降低運維費用，運營商真正需要評估的是光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在其整個生命周期的成本和收益。

10總結(jié)

受業(yè)務(wù)驅(qū)動的城域光傳送網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將為運營商和設(shè)備商帶來新的發(fā)展機遇。城域WDM環(huán)網(wǎng)應(yīng)用的切入點在于緩解城市中管道和光纖資源緊張問題，并實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的透明傳輸。城域WDM環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用順應(yīng)了大城市通信業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢，但成本問題是限制其廣泛應(yīng)用的一個因素。目前在中國骨干網(wǎng)上數(shù)據(jù)帶寬已超過了話音帶寬，估計今后5~6年內(nèi)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量將會超過話音業(yè)務(wù)量，IP將最終成為主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。因此WDM技術(shù)將逐漸從骨干網(wǎng)滲透到城域網(wǎng)和接入網(wǎng)中，并且與IP技術(shù)相結(jié)合，向智能化的ASON(自動交換光網(wǎng)絡(luò))演進。

參考文獻

1TelcordiaTechnologiesGenericRequirements:GR-2918-CORE.DWDMNetworkT

ransportSystemswithDig

italTributariesforUseinMetropolitanAreaApplic

ations:CommonGenericCriteria.Issue4,1999

(收稿日期：2002-02-01)

作者簡介

李芳，北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院光通信專業(yè)畢業(yè)，碩士。現(xiàn)工作于信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所傳輸與接入研究部，主要負責承擔SDH和WDM傳輸系統(tǒng)的測試和部分行業(yè)標準的編寫制定。

張成良，信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所傳輸與接入研究部主任、高級工程師，中國通信標準研究組傳送網(wǎng)組組長。曾主持制定通信行業(yè)標準“光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求”，負責承擔了“863”-300重大項目——中國高速信息示范網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)性能測試。已在國內(nèi)外刊物發(fā)表文章30多篇。