光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與干線工程應用
構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)的必要性
目前傳送承載技術(shù)廣泛采用IPoverWDM的方式。在省去SDH層后，大部分SDH的保護和OAM功能必須由WDM平臺實現(xiàn)。但是傳統(tǒng)WDM系統(tǒng)基本上以提供點到點帶寬為主，組網(wǎng)能力較弱，而且對WDM系統(tǒng)的管理仍主要基于網(wǎng)元級，網(wǎng)絡(luò)的配置和調(diào)度基本上以手工為主。
目前有些干線光網(wǎng)絡(luò)中，運營商不采用傳送層保護，將保護任務(wù)交給業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)來進行，但是業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)無法感知光纜的物理拓撲，難以識別多個物理通道的相關(guān)性，很容易引起震蕩和阻塞，因此只能采用網(wǎng)絡(luò)輕載的策略，投資較大，而且業(yè)務(wù)層進行倒換效率也比較低，因此，目前在傳送層進行保護是大多數(shù)運營商的共識。
目前現(xiàn)網(wǎng)上采用的保護方式主要為1+1光通道保護，但也是一種過渡方式。面對量大、突發(fā)的業(yè)務(wù)特征，現(xiàn)有實現(xiàn)方式困難重重。運營商迫切需求建設(shè)安全、靈活、高效的光網(wǎng)絡(luò)。
光網(wǎng)絡(luò)的核心是節(jié)點技術(shù)和傳送技術(shù)，另外還包括控制平面及組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)管與維護技術(shù)等。目前，40Gbit/s和超長距WDM系統(tǒng)的成功商用使得傳送能力得到了大規(guī)模的提高，光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應用集中在節(jié)點技術(shù)上，本文重點考察節(jié)點技術(shù)，探討基于光交叉的ROADM和基于電交叉的OTN在干線中的應用。
ROADM技術(shù)狀況與設(shè)備發(fā)展
ROADM是為滿足下一代網(wǎng)絡(luò)對WDM系統(tǒng)的要求而發(fā)展起來的一種技術(shù)。ROADM在2004年興起在日本，目前已經(jīng)在北美、歐洲和日本等地廣泛應用。ROADM的應用從最初的城域網(wǎng)，開始向本地網(wǎng)和骨干網(wǎng)發(fā)展。多數(shù)運營商需要多維ROADM，目的是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(由環(huán)向多環(huán)互聯(lián)和MESH方向演進)，提高自動化程度，降低OPEX;同時通過光層直通減少背靠背的連接，降低組網(wǎng)成本。
針對ROADM的標準化工作主要在ITU-T開展，ITU-T定義了G.680建議《光網(wǎng)元的物理傳遞功能》。我國的行業(yè)標準《可重構(gòu)的光分插復用(ROADM)設(shè)備技術(shù)要求》已經(jīng)報批，主要規(guī)范內(nèi)容包括：設(shè)備技術(shù)要求(功能、保護、上下波等)、設(shè)備接口要求、設(shè)備傳遞參數(shù)、OTU參數(shù)要求、管理要求等。
ROADM設(shè)備的核心是光交換，主要有三種結(jié)構(gòu)類型，早期采用波長阻斷器(WB)、平面波導(PLC)，現(xiàn)在多采用波長選擇交換(WSS)型。基于WSS方案的ROADM支持任意波長從任意端口上下，配合當前比較成熟的可調(diào)諧OTU，支持端口無關(guān)的波長上下功能;支持群路上下，一個光口同時上下多個波長，并用MUX/DEMUX、OADM對這些端口上下的波長復用/解復用;在下路解復用及穿通控制部分使用耦合器替代WSS，可支持廣播、組播功能;支持多向ROADM，基本能夠滿足組網(wǎng)的需求。
ROADM設(shè)備的主要優(yōu)勢：支持兩個以上方向的波長重構(gòu);實現(xiàn)全光組網(wǎng)以及業(yè)務(wù)(波長)靈活調(diào)度;可以快速提供業(yè)務(wù)(光通道)，多數(shù)支持本地任意方向的任意波長從任意端口上下;省去OEO轉(zhuǎn)換，降低傳輸成本，并實現(xiàn)業(yè)務(wù)的完全透明傳送與交換;適合大顆粒業(yè)務(wù)的傳送(10Gbit/s、40Gbit/s等);可以在本地或遠端進行波長上下路和直通的動態(tài)控制;光層全自動，簡單、快速地開展業(yè)務(wù);靈活的網(wǎng)絡(luò)配置，及時適應需求的變化;避免帶寬匱乏和波長閑置同時存在的情況，提高帶寬利用率;可以通過配合邊緣的OTN接口及電交叉，整合SDH和WDM層，簡化網(wǎng)絡(luò)等等。
ROADM設(shè)備存在的主要問題：組網(wǎng)半徑受到物理傳輸參數(shù)的限制(殘余色散、非線性效應、OSNR等)，導致傳輸距離受限，這在40Gbit/s應用時尤為嚴重，大大限制了其在長途傳輸中的應用;不支持多廠家環(huán)境、無法實現(xiàn)不同廠家互聯(lián)互通;不支持多規(guī)格網(wǎng)絡(luò)(如100GHz、50GHz規(guī)格不能混合組網(wǎng))。ROADM為光層處理，無法簡單實現(xiàn)業(yè)務(wù)的匯聚，也無法根據(jù)不同業(yè)務(wù)提供不同帶寬，同時存在波長阻塞的可能，資源使用率不高。如果管理或者設(shè)定出現(xiàn)問題，容易出現(xiàn)自環(huán)現(xiàn)象，造成網(wǎng)絡(luò)故障。ROADM的初期投資成本較高，這在傳統(tǒng)WDM價格持續(xù)下降的今天尤為明顯。
圖1 某省內(nèi)干線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖
ROADM的應用主要在北美市場，Verizon已經(jīng)采用了泰樂公司的7100光傳送系統(tǒng)構(gòu)建城域骨干網(wǎng)絡(luò)。日本市場由于富士通在ROADM領(lǐng)域的領(lǐng)先地位早期發(fā)展較好。歐洲正在謹慎地開展ROADM的應用，芬蘭Corenet首次涉及多維ROADM的運營，Corenet使用的是ECI的XDM系列產(chǎn)品。
目前國內(nèi)對ROADM關(guān)注較多：2007年中國移動、中國電信和原中國網(wǎng)通陸續(xù)進行了相關(guān)測試。但僅有幾個公司開始對ROADM進行公開商用，主要包括中國移動陜西公司、上海廣電等。國內(nèi)推廣并支持ROADM的廠家包括華為(OSN6800和8800設(shè)備)、阿朗(1850系列)、中興(M900/M800)和烽火(Fonst3000產(chǎn)品)、愛立信(MHL3000WSS)和諾基亞西門子通信(SURPASShiT7300)等。
OTN的技術(shù)狀況與設(shè)備發(fā)展
ITU-T從1998年左右啟動了OTN系列標準的制定，目前已經(jīng)基本完善，形成了一系列標準：體系結(jié)構(gòu)(G.871,G.872)、結(jié)構(gòu)和映射(G.709,G.7041,G.7042)、功能特性方面(G.798)、物理接口方面(G.959.1,G.693)、網(wǎng)絡(luò)性能方面(G.8251，G.optperf，M.2401)、網(wǎng)絡(luò)保護方面(G.808.1，G.873.1,G.873.2)、網(wǎng)絡(luò)安全方面(G.664)等。國內(nèi)對OTN技術(shù)的發(fā)展也頗為關(guān)注，目前已完成了2個OTN行標(等同G.709和G.959.1)和1個國標(等同G.798)，正在進行OTN網(wǎng)絡(luò)總體要求等行標的編寫。
OTN的主要優(yōu)勢包括：多種客戶信號封裝和透明傳輸，支持SDH、ATM、以太網(wǎng)，其它業(yè)務(wù)也正在制訂中;大顆粒的帶寬復用、交叉和配置，可以基于電層ODU1(2.5Gbit/s)、ODU2(10Gbit/s)和ODU3(40Gbit/s)，遠大于SDH的VC12和VC4;強大的開銷和維護管理能力;增強了組網(wǎng)和保護能力。OTN的主要問題：OTN對GE、10GE、40GE和100GE的映射和交叉連接的標準還不完善;基于電交叉的OTH設(shè)備交叉容量仍有待進一步提高，支持的交叉顆粒仍只有ODU1和ODU2，不同廠家的互聯(lián)互通仍存在問題;控制平面、管理和維護需要更多的現(xiàn)網(wǎng)積累。
從2007年開始，中國電信、原中國網(wǎng)通和中國移動等已經(jīng)開展OTN技術(shù)的應用研究與測試驗證，而且部分省內(nèi)或城域網(wǎng)絡(luò)也局部部署了基于OTN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)節(jié)點有基于電層交叉的OTN設(shè)備，也有基于ROADM的OTN設(shè)備。
目前在國內(nèi)得到應用的支持OTN電交叉的設(shè)備主要包括Infinera公司的DTN設(shè)備，華為的OSN6800、OSN8800設(shè)備，中興的ZXMPM800和烽火FONST3000等，部分設(shè)備的電交叉能力已經(jīng)達到了Tbit/s量級，已經(jīng)可以提供類似SDH的交叉。
節(jié)點技術(shù)在我國干線工程的應用
基于光交叉的ROADM和基于點交叉的OTN目前設(shè)備均相對成熟，但是兩者的工程使用卻有較大的差別。圖1是某省內(nèi)干線WDM系統(tǒng)配置現(xiàn)狀，如果用ROADM重新設(shè)計，則需要增加電再生站，原站點需要調(diào)整，通過分析和比較，ROADM整體上能夠大大節(jié)省業(yè)務(wù)節(jié)點再生OTU的數(shù)量，OTU的總數(shù)量大約能減少一半。如果采用基于電交叉的OTN設(shè)備，局站幾乎不需要進行調(diào)整，且由于OTN采用線路支路分離的方式，和原系統(tǒng)相比OTU的支路部分減少至少三分之二以上。而且由于OTN采用類似“帶寬池”的概念，其管理和維護更加方便。
通過對ROADM技術(shù)和OTN技術(shù)的比較和工程應用分析筆者發(fā)現(xiàn)，由于OTN在局站設(shè)置、工程設(shè)計與傳統(tǒng)WDM系統(tǒng)接近，管理維護與運營又比較接近傳統(tǒng)的SDH，而且采用線路和業(yè)務(wù)支路分離的OTU模式，形成“帶寬池”，更加方便傳統(tǒng)WDM的平滑演進，因此具備更多的優(yōu)勢。特別是隨著設(shè)備的發(fā)展，電交叉能力已經(jīng)達到了Tbit/s量級。從上述分析也可看出，無論是ROADM還是OTN，提供高集成的、簡單、低成本的純電再生站點(無需交叉、無需上ODF)是降低成本的一個主要渠道。
干線容量較大，節(jié)點方向較多，目前運營商絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)WDM，局站設(shè)置和管理維護等不宜做較大調(diào)整，目前使用ROADM存在規(guī)劃困難、設(shè)計復雜的問題，而且當前容量也不能滿足需求，建議在小范圍或者規(guī)模較小的省內(nèi)干線使用。以電交叉為基礎(chǔ)的OTN有較大優(yōu)勢，運營商在新建WDM時可以采用完全兼容傳統(tǒng)WDM的OTN設(shè)備，逐步取消調(diào)度ODF的使用，通過標準OTN接口解決不同廠家之間和與現(xiàn)有WDM系統(tǒng)的互聯(lián)互通問題，逐步實現(xiàn)光通道的端到端管理和維護，提高管理、維護和運營能力，逐步構(gòu)建一個安全、高效、靈活的光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)傳送平臺是完全可行的。
總之，從現(xiàn)在來看，未來的干線傳送網(wǎng)絡(luò)將是一個以電交叉OTN為核心的、配合以局部光交叉ROADM的高可靠的、高效靈活的光網(wǎng)絡(luò)。
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