骨干ROADM 網(wǎng)絡融合技術應用及研究

周 鶴，王德胥，孟 濤，周為榮

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著5G 通信技術、短視頻、物聯(lián)網(wǎng)及專線業(yè)務的迅猛發(fā)展，傳輸網(wǎng)作為基礎承載網(wǎng)絡，在帶寬、靈活性、安全性等方面面臨著巨大挑戰(zhàn)。各大運營商都在積極建設面向未來的傳輸網(wǎng)，以簡潔、敏捷、開放及集約為特征，構建架構扁平化、調度全光化、運維智能化的光網(wǎng)絡[1]。與傳統(tǒng)的鏈狀波分網(wǎng)絡相比，可重構光分插復用器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM）網(wǎng)絡在靈活性、安全性、經(jīng)濟性及時延等方面具備明顯優(yōu)勢，已成為各大運營商建網(wǎng)的主流技術方向。目前，骨干ROADM 組網(wǎng)采用區(qū)域化、分層化模式。跨區(qū)域跨層開通電路需要在不同網(wǎng)絡間進行光轉換單元（Optical Transform Unit，OTU）背靠背轉接，且無法對電路端到端開通進行全過程管理，既增加了投資成本，又不利于網(wǎng)絡的安全性和維護的便利性。因此，文章以網(wǎng)絡架構扁平化為方向，以網(wǎng)絡融合為方法，分別對不同區(qū)域、不同層級的骨干ROADM 網(wǎng)絡結構進行分析研究，旨在優(yōu)化骨干ROADM 網(wǎng)絡結構，降低跨域業(yè)務承載的投資成本，提高網(wǎng)絡安全性和維護便利性。

1 ROADM 網(wǎng)絡的特點

ROADM 網(wǎng)絡在靈活性、安全性、經(jīng)濟性及低時延等方面具備顯著優(yōu)勢。其優(yōu)勢主要建立在組網(wǎng)和技術的3 個關鍵因素上，即網(wǎng)格化的網(wǎng)絡結構、具備光交叉能力的節(jié)點設備、基于波長交換光網(wǎng)絡（Wavelength Switched Optical Network，WSON） 的控制平面[2]。ROADM 節(jié)點可通過增加波長選擇開關（Wavelength Selective Switch，WSS）器件或全光交叉連接（Optical Cross-Connect，OXC）線路板卡的方式靈活擴展線路維度，并通過光纜纖芯將ROADM網(wǎng)絡延伸覆蓋至目標節(jié)點。該過程，復用段能夠在整個網(wǎng)絡中正常工作，且網(wǎng)絡的拓展不會對現(xiàn)有業(yè)務產(chǎn)生影響，為網(wǎng)絡融合提供了必要的技術保障。

2 骨干ROADM 網(wǎng)絡組網(wǎng)架構分析

2.1 骨干ROADM 的分域組網(wǎng)模式

受無電中繼傳輸距離、網(wǎng)絡管理能力和WSON控制平面能力的限制，目前骨干ROADM 網(wǎng)絡并未實現(xiàn)全國一張網(wǎng)的架構，而是采用區(qū)域化組網(wǎng)的方式[3-4]。在同一區(qū)域網(wǎng)內，使用同一廠家的設備進行組網(wǎng)，而在不同的區(qū)域網(wǎng)之間，可以根據(jù)需要選擇同廠家或不同廠家的設備進行組網(wǎng)。當業(yè)務跨區(qū)域傳輸時，需要在區(qū)域網(wǎng)交界處進行OTU 的背靠背轉接，增加了建網(wǎng)成本，同時較多占用了機房空間、電源等資源，不利于降本增效和節(jié)能減排。

2.2 省際干線和省內干線分層組網(wǎng)模式

目前，骨干傳輸網(wǎng)絡分為省際干線（一干）和省內干線（二干）2 層。以國內某主流運營商為例，省際ROADM 網(wǎng)絡主要承載網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）骨干網(wǎng)中繼電路，負責各省間業(yè)務的高效疏通；省內傳輸干線網(wǎng)絡主要承載省內數(shù)據(jù)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等業(yè)務，負責省內調度和本地延伸[5]。當承載跨省業(yè)務時，一干和二干網(wǎng)絡之間需通過OTU 板卡背靠背轉接，否則無法實現(xiàn)業(yè)務端到端的開通和管理。省際干線和省內干線組網(wǎng)結構如圖1 所示。

圖1 省際干線和省內干線組網(wǎng)結構

2.3 骨干ROADM 網(wǎng)絡面臨的挑戰(zhàn)

2.3.1 不利于網(wǎng)絡建設的經(jīng)濟性和節(jié)能減排

在省際層面，跨域業(yè)務占總業(yè)務量的20%以上。當跨域業(yè)務穿過2 個區(qū)域網(wǎng)時，需要進行OTU 的背靠背轉接，即光-電-光的轉換。而OTU 是波分網(wǎng)絡建設投資占比最高的器件，影響著建網(wǎng)經(jīng)濟性。在波分設備中，如果配置完整，OTU 器件的功耗占比將超過80%，機位占用占比將超過75%。因此，隨著OTU 的增加，功耗和機位的消耗也會顯著增加。隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）業(yè)務的蓬勃發(fā)展，跨省直連業(yè)務不斷增加。為了在一干和二干網(wǎng)絡間轉接業(yè)務，需要使用OTU 進行背靠背連接，消耗了更多的投資和資源。

2.3.2 不利于提升網(wǎng)絡性能

網(wǎng)絡的安全性和時延性能成為運營商之間競爭的關鍵因素。多路由條件下的網(wǎng)格化組網(wǎng)，是提升網(wǎng)絡安全性和時延性能的關鍵。在目前的網(wǎng)絡分層結構下，無法協(xié)同使用一干和二干路由，從而無法充分發(fā)揮網(wǎng)格化組網(wǎng)架構的優(yōu)勢，從而影響了網(wǎng)絡性能的提升。

2.3.3 不利于業(yè)務的端到端開通和管理

在網(wǎng)絡分域和分層的架構下，開通跨域或跨層業(yè)務時，需要在不同網(wǎng)絡間進行線纜布放和跳接，并在不同網(wǎng)管上進行操作。維護人員無法在一個網(wǎng)管上看到業(yè)務全程的狀態(tài)信息，因此在故障情況下進行調度時需要在不同域或不同層進行操作，降低了維護效率。

3 骨干ROADM 網(wǎng)絡融合技術分析及應用

3.1 區(qū)域間網(wǎng)絡融合技術分析

根據(jù)邊界網(wǎng)元的融合方法，可以將區(qū)域間網(wǎng)絡融合劃分為2 種方式，即邊界網(wǎng)元不合并方式和邊界網(wǎng)元合并方式。在邊界網(wǎng)元不合并方式下（方式一），2個區(qū)域網(wǎng)的邊界網(wǎng)元分別增加線路維度進行互連，即合并后的邊界節(jié)點仍然使用2 套獨立的網(wǎng)元設備。在邊界網(wǎng)元合并方式下（方式二），2 個區(qū)域的邊界網(wǎng)元的所有線路維度和本地維度的WSS 進行全互連，合并后相當于一套網(wǎng)元設備。2 種方式的主要區(qū)別如下。

區(qū)別一，采用方式一融合后，邊界節(jié)點有2 個網(wǎng)元設備，可支持的線路維度和本地上下路維度之和較大；采用方式二融合后，邊界節(jié)點為一個網(wǎng)元設備，可支持的線路維度和本地上下路維度之和較小。因此，從維度角度來看，方式一的節(jié)點容量更高。

區(qū)別二，采用方式一融合后，雖然邊界節(jié)點實現(xiàn)了同節(jié)點網(wǎng)元間的線路維度互連，但是這種互連對于提升業(yè)務承載和轉接效率沒有實質性的幫助（僅增加了一跳），且占用了2 個線路維度。相比之下，方式二實現(xiàn)了網(wǎng)元的深度融合，沒有出現(xiàn)維度占用的情況。因此，從維度使用效率的角度來看，方式二更為優(yōu)越。

方式一和方式二各有優(yōu)缺點，但對于大型網(wǎng)絡而言，這2 種方式并無區(qū)別。隨著著網(wǎng)絡規(guī)模的增加，方式二（網(wǎng)元合并）的融合方式將無法滿足線路和本地維度增長的需求，因此需要在同節(jié)點增加網(wǎng)元設備，相當于在同節(jié)點設置了2 個網(wǎng)元設備。由此可知，當網(wǎng)絡規(guī)模較大且業(yè)務量較多時，建議采用方式一進行融合；當網(wǎng)絡規(guī)模較小且業(yè)務量不多時，建議采用方式二進行融合。區(qū)域網(wǎng)融合結構如圖2 所示。

圖2 區(qū)域網(wǎng)融合結構

3.2 一二干網(wǎng)絡融合技術分析

綜合考慮網(wǎng)絡規(guī)模、業(yè)務量大小和光纜結構等因素，可以將一二干網(wǎng)絡融合分為3 種方式。

方式一為深度融合。省內和省際節(jié)點統(tǒng)一組網(wǎng)，統(tǒng)一承載省際和省內業(yè)務。

方式二為按需融合。按需融合實際上是深度融合向平行融合演進的一種過渡狀態(tài)。當深度融合所需的站點網(wǎng)元容量不足時，可以選擇建設平行網(wǎng)元來增加節(jié)點容量。在極端情況下，如果所有網(wǎng)元均需建設平行網(wǎng)元，則等同于平行融合方式。

方式三為平行融合。在各站點建設省際網(wǎng)元和省內網(wǎng)元，2個網(wǎng)元之間通過WSS維度對接進行打通，省際業(yè)務承載在省際網(wǎng)元上，省內業(yè)務承載在省內網(wǎng)元上。出現(xiàn)跨省業(yè)務時，省內和省際網(wǎng)元通過光層直接穿通，減少光-電-光的轉換。一二干融合組網(wǎng)結構如圖3 所示。

圖3 一二干融合組網(wǎng)結構

對于業(yè)務量較小的省份，建議按照方式一進行一二干融合，有利于提高資源共享率和頻點利用率，隨著業(yè)務量的增加，逐步向方式二或方式三演進。

對于業(yè)務量較大的省份，如果將二干業(yè)務全部放到骨干ROADM 網(wǎng)承載，會對整個省際干線ROADM 網(wǎng)造成較大沖擊，特別是在省際干線網(wǎng)絡部分節(jié)點可用維度較少，且相關的光纖、機房、電源等配套資源緊張的情況下，將大大增加網(wǎng)絡擴容建設和維護保障的壓力。因此，對于業(yè)務量較大的省份建議按照方式三進行一二干融合。

4 結 論

隨著ROADM 技術和關鍵器件的不斷發(fā)展，骨干ROADM 網(wǎng)絡將朝著更加扁平化、集約化的方向發(fā)展，ROADM 網(wǎng)絡的區(qū)域間網(wǎng)絡融合和一二干融合將成為各大運營商網(wǎng)絡演進的方向。文章分析了不同區(qū)域、不同層級的骨干ROADM 網(wǎng)絡結構，并給出了區(qū)域間網(wǎng)絡融合和一二干融合的方法和應用建議，有助于降低網(wǎng)絡建設成本，提高網(wǎng)絡安全性和維護便利性，對骨干傳輸網(wǎng)絡的發(fā)展有一定的借鑒意義。