下一代ROADM節(jié)點結(jié)構(gòu)及光網(wǎng)絡性能設計優(yōu)化探究

董其玲

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設計院有限公司，廣東 惠州 516003）

0 引言

隨著科技的進步和社會的發(fā)展，人們對電信業(yè)務發(fā)展提出了更高要求。為了有效拓展業(yè)務范圍，提高自身動態(tài)特性，需要根據(jù)實際情況，應用先進的技術(shù)手段不斷優(yōu)化光網(wǎng)絡的實際性能，促使其能夠及時有效應對多種突發(fā)情況，實現(xiàn)業(yè)務靈活調(diào)度，推進電信行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

1 下一代ROADM節(jié)點結(jié)構(gòu)種類分析

1.1 光纖交叉連接機結(jié)構(gòu)

光纖交叉連接機ROADM結(jié)構(gòu)主要是將光纖進行交叉連接，具體分為上下路結(jié)構(gòu)，且具有較強的相似性，就下路結(jié)構(gòu)來說，當從各個方向的波長匯聚到AWG后，再由其進行進一步分離，并匯合到OXC的上端口。與此同時，為了能夠保證接口能夠接收任意的波長，需要將功分器與下端口進行有效連接，從而展現(xiàn)出光纖交叉連接機結(jié)構(gòu)的實際應用性能。

對于功分器來說，其是整體ROADM結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容，主要是通過廣播擴散的方式，在利用波長選擇開關選擇適當波長信號的基礎上，將各個方面原有存在的波長輸出到輸出端口，同時還要確保每個收發(fā)機內(nèi)的端口數(shù)量始終保持相同狀態(tài)。在此基礎上，為了避免出現(xiàn)波長競爭的情況，需要保證在統(tǒng)一收發(fā)機模塊內(nèi)，不同的收發(fā)機使用不同的波長，才能切實達到突出節(jié)點結(jié)構(gòu)使用性能的目的。通過C-FXC將收發(fā)機動態(tài)的分配給客戶端，不僅能夠有效實現(xiàn)對1：N的保護，還能通過對OXC尺寸和連接方法的改變，進一步實現(xiàn)擴展光纖交叉連接端口數(shù)量，但是如果出現(xiàn)數(shù)量過多的情況，則需要適當?shù)墓夥糯罅嘘嚕瑥亩鴮\作功率達到補償效果。為了避免由于功分器數(shù)量過多而導致結(jié)構(gòu)難以集成的情況，需要根據(jù)實際情況，對RWA進行針對性選擇，從而達到降低結(jié)構(gòu)阻塞率的目的[1]。

1.2 OTN/WDM層集成結(jié)構(gòu)

想要大幅度降低傳輸成本，可利用光傳送網(wǎng)進行信號交換，從而將低速率數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換提高利用率的方式，進一步匯集到具有高速率特性的WDM層中，因此，需要加大對信號的整合力度。

從目前情況看，OTN/WDM層集成式結(jié)構(gòu)內(nèi)部主要包含OTN、WDM和具備包三層具有較強交換能力的節(jié)點層級，利用具有透明性質(zhì)的WDM層的自身特性，對來自OTN層和交換層的多種業(yè)務進行有效卸載，主要基于數(shù)字光層和ROADM。對于具有透明性質(zhì)的光層來說，其所傳送的信號主要經(jīng)過信號生成、發(fā)射、傳送和接受等進入整體網(wǎng)絡系統(tǒng)中，經(jīng)過中間節(jié)點的交換以及達到目的節(jié)點，都必須將光信號的波長保持相同狀態(tài)，以及放在信號轉(zhuǎn)換的首要位置。在實際信號運行過程中，需要首先將波長轉(zhuǎn)換為電信號，在此基礎上進行結(jié)構(gòu)交換，繼而轉(zhuǎn)換為光信號進行有效輸出，能夠有效提高節(jié)點對多種形式電信號轉(zhuǎn)換的可能性。比如：在智能城域光傳輸網(wǎng)及和核心光器件建設過程中，應用ROADM網(wǎng)元的加入給密集波分復用，進一步為網(wǎng)絡提供了波長顆粒度全光調(diào)度的能力，同時又解決了電交叉的容量瓶頸，促使能耗和空間利用更加優(yōu)化。除此之外，光纖資源利用率更高，支持的業(yè)務調(diào)制速率和格式也向多樣化方向積極發(fā)展。

1.3 OXC和WSS混合結(jié)構(gòu)

對于OXC和WSS混合式ROADM結(jié)構(gòu)來說，主要是將OXC與WSS的使用性能、特點等優(yōu)勢進行混合使用，構(gòu)成具有較強優(yōu)勢性、混合性和科學性的結(jié)構(gòu)層次，在全方位、多角度地了解OXC特性后，需要對WSS進行分析和整合，促使其能與OXC結(jié)構(gòu)進行有機結(jié)合，在整體混合結(jié)構(gòu)中，如果WSS與收發(fā)機模塊的連接使用的是單光纖，則極易由于信號量過多、單纖內(nèi)阻力過大且線路較窄等特點，導致節(jié)點內(nèi)部波長出現(xiàn)競爭、阻塞的情況。但是，如果根據(jù)實際情況，選擇合適的RWA算法，則能夠?qū)κ瞻l(fā)機模塊的應用特性進行充分利用，大幅度減少線路中的阻塞率。除此之外，當存在兩個收發(fā)機模塊時，大部分情況下光路阻塞率都可以忽略不計，有利于實現(xiàn)信號傳遞無障礙阻塞，如果想要進一步對上下路端口數(shù)量進行有效提升，可以在原有開關基礎上，選擇更大尺寸的，相應地，還可以使用多個上下路塊及端口，切實滿足實際結(jié)構(gòu)應用需求。

1.4 組播開關式優(yōu)化結(jié)構(gòu)

組播開關式優(yōu)化結(jié)構(gòu)主要是由功分器和N*1光交換機共同組成的光學模塊，在實際使用過程中可能會由于功分器自身使用性能，從而造成一定的功率損耗，因此，需要使用光放大陣列來進行適當?shù)难a償。

在實際傳輸過程中，可能會出現(xiàn)多個波長同時達到ROADM節(jié)點下路端口的情況，為了避免出現(xiàn)端口阻塞的現(xiàn)象，可在下路端口使用可調(diào)節(jié)濾波器，對波長及到達時間進行適當調(diào)整，能夠有效提高運行質(zhì)量和效率，降低資源成本。組播開關式優(yōu)化結(jié)構(gòu)與其它ROADM結(jié)構(gòu)具有較大的差異性，在擴展上下路端口數(shù)方面，其在每個節(jié)點度方向上都添加N*1的波長選擇開關，從而導致其具體數(shù)量變?yōu)樵瓉淼腘倍[2]。單獨的組播開關難以在具有較多數(shù)量的上下路端口上發(fā)揮出其實際使用功能，因此，在特定條件下，需要使用摻鉺光纖放大器對分路器產(chǎn)生的功率損耗進行有效補償。比如：中信集團應用ROADM節(jié)點技術(shù)，經(jīng)過3年的建設，到2016年底，基礎架構(gòu)建設取得了突出的成績：一是網(wǎng)絡穩(wěn)定性大大提升，匯聚機房自有率提升30%以上，綜合業(yè)務接入點建成率超過95%；二是城區(qū)主干光纜基本完成覆蓋，實現(xiàn)了城區(qū)業(yè)務的快速接入響應，接入距離、接入單站造價均下降超過50%，其基礎網(wǎng)絡架構(gòu)規(guī)劃的目標基本可以滿足5G承載需要。

2 下一代ROADM光網(wǎng)絡性能設計優(yōu)化內(nèi)容

2.1 模型優(yōu)化選擇

對于下一代ROADM光網(wǎng)絡性能設計來說，首先需要進行模型的建構(gòu)與選擇，一般情況下，其屬于流量增長靜態(tài)業(yè)務模型，利用業(yè)務矩陣來表示節(jié)點之間的業(yè)務請求，其中不同元素代表的不用節(jié)點之間的業(yè)務總量，基于此種形式，能夠充分利用其中存在的穩(wěn)態(tài)阻塞率，對節(jié)點內(nèi)部的競爭程度進行量化，主要應用于數(shù)據(jù)中心下的光網(wǎng)絡。在大多數(shù)應用流量增長模型情況下，為了有效避免出現(xiàn)阻塞業(yè)務請求的情況，需要對網(wǎng)絡容量進行預先設定，在此基礎上對其進行周期性的不斷擴展和提升，推進網(wǎng)絡的可持續(xù)健康發(fā)展，因此，應用流量增長靜態(tài)業(yè)務模型，更能通過阻塞率來對網(wǎng)絡性能進行有效研究。

生成業(yè)務矩陣是發(fā)揮流量增長靜態(tài)業(yè)務模型實際應用價值的重要表現(xiàn)形式，促使其具有輕度過載性能，當網(wǎng)絡傳輸過程中所有的交換節(jié)點都是ROADM結(jié)構(gòu)時，內(nèi)部阻塞率可以忽略不計，相應地，當收發(fā)機數(shù)目發(fā)生變化時，其網(wǎng)絡傳輸性能也具有明顯轉(zhuǎn)變。除此之外，由于光層具有一定的透明性，因此其各個交換節(jié)點都配置了具有相同結(jié)構(gòu)、特性的ROADM，也就是說，每個節(jié)點和模塊內(nèi)的收發(fā)機數(shù)目始終保持相等狀態(tài)。

2.2 網(wǎng)絡拓撲分析

網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是指用傳輸介質(zhì)與各種設備相互連接的物理布局，同時指的也是構(gòu)成網(wǎng)絡成員之間特定物理的排列方式，具有較強的邏輯性，主要是依據(jù)連接結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡拓撲進行有效判定。現(xiàn)階段，網(wǎng)絡拓撲也由簡單拓撲轉(zhuǎn)變?yōu)閹в袕碗s結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡狀態(tài)，主要采用NSFNet和Internet2網(wǎng)絡兩種形式。前者可以看作為現(xiàn)代網(wǎng)絡發(fā)展的基礎內(nèi)容，同時也是網(wǎng)絡構(gòu)建的關鍵核心點，后者屬于一種網(wǎng)絡創(chuàng)新技術(shù)形式，能夠在官網(wǎng)上查詢網(wǎng)絡的實時運行狀態(tài)，推動現(xiàn)代網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展。

想要實現(xiàn)光網(wǎng)絡的優(yōu)化設計，需要以業(yè)務需求為依據(jù)，與通過一系列物理層面的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行有機整合，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式儲存到網(wǎng)絡軟件中進行處理，通常情況下會應用可擴展標記語言對網(wǎng)絡拓撲進行有效描述。對于XML來說，能夠?qū)﹄娮游募M行有效標記，促使其具有較強的結(jié)構(gòu)性，同時還具有數(shù)據(jù)傳輸功能，進一步實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的描述與交換。在網(wǎng)絡拓撲中的layer子元素含有三個子元素，分別是節(jié)點、鏈路和光路容量，其中節(jié)點是光網(wǎng)絡設計中的主體，利用鏈路將多個節(jié)點之間進行緊密連接，從而構(gòu)成光網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，同時還要注重單個波長信道的最大容量，切實滿足光網(wǎng)絡運行的實際需求[3]。

2.3 收發(fā)機模塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在光網(wǎng)絡性能設計過程中，針對網(wǎng)絡性能的影響來說，收發(fā)機模塊結(jié)構(gòu)可劃分為主/備收發(fā)機模塊和共享式收發(fā)機模塊兩種形式。第一，主/備收發(fā)機模塊是在ROADM中配備兩個收發(fā)機模塊，主模塊中的收發(fā)機數(shù)目與波長數(shù)目保持相等狀態(tài)，備用模塊中的收發(fā)機數(shù)目少于波長數(shù)，為了避免出現(xiàn)內(nèi)部波長競爭的情況[4]，需要利用備用收發(fā)機模塊上多余的波長信道，將原有波長進行有效轉(zhuǎn)移，相應的還要注重不同節(jié)點結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡性能造成的影響；第二，共享式收發(fā)機模塊是構(gòu)建在主/備收發(fā)機模塊的基礎上，進一步進行優(yōu)化提升，但是需要確保其收發(fā)機數(shù)目始終相等，且小于或等于網(wǎng)絡中的波長數(shù)，確保其具有較強的共享性能，能夠大幅度減少業(yè)務阻塞現(xiàn)象，在實際應用中不具備競爭特性，但是當收發(fā)機模塊配置超過2個時，則不會對網(wǎng)絡性能進行有效改善，能夠有效降低ROADM自身結(jié)構(gòu)的復雜性，有利于降低節(jié)點資源消耗程度。

3 結(jié)論

綜上所述，加大對下一代ROADM節(jié)點結(jié)構(gòu)的重視程度，不斷優(yōu)化提升光網(wǎng)絡性能，是滿足現(xiàn)代化社會發(fā)展的必然趨勢，同時也是推進電信企業(yè)積極發(fā)展的重要途徑。因此，需要不斷深化節(jié)點內(nèi)容，合理配置各項資源與業(yè)務，實現(xiàn)電信企業(yè)社會效益和經(jīng)濟效益的和諧統(tǒng)一。